钙调神经磷酸酶信号通路在心肌中的作用.doc

1、钙调神经磷酸酶信号通路在心肌中的作用作者：范晓梅 李旭辉 张铁军 李春跃 纳仁高娃【关键词】 心肌钙调神经磷酸酶(Calcineurin，CaN)属丝氨酸-苏氨酸蛋白磷酸酶家族成员(又称蛋白磷酸酶 2B，PP2B),是一种受 Ca2+/钙调素(Calmodulin)调节的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在细胞信号传递过程中直接接受 Ca2+的调节,然后发挥去磷酸化作用。CaN 广泛分布于脑、心肌、骨骼肌、T 淋巴细胞、血管平滑肌和心血管内皮等组织细胞中，目前认为它是一种参与多种细胞功能调节的多功能信号酶1 。在心血管方面的研究表明，CaN 介导的信号通路除了在心血管的形态发生中起重要作用外，也参与心

2、肌肥大的调节。本文就 CaN 的一般概况及其信号通路在心肌肥厚的发生发展过程中的作用进行简要综述。1 钙调神经磷酸酶的基本结构及作用机理CaN 是由结合钙调素的催化亚基(CnA)和结合 Ca2+的调节亚基(CnB)按 11 的比例紧密结合而组成的异源二聚体。CnA 有 5 个不同的结构域:（1）N 端 1524 位氨基酸的区域，可能参与对其催化活性的调节；（2）金属离子结合域(催化域)；（3）CnB 结合域；（4）钙调素结合域；（5）自身抑制域。CnB 是由 168 个氨基酸组成的多肽，在 Ca2+不存在时，CnB 亦能与 CnA 紧密结合，但只有 Ca2+结合到 CnB 上才能增加 CaN

3、的磷酸酶活性。CaN 晶体结构显示，由于钙调素结合域向后弯曲，使自身抑制域封闭了催化域的活性位点，从而抑制了 CaN 的磷酸酶活性，Ca2+、钙调素的结合可能诱发 CnA 构象改变，自身抑制域移位，暴露其磷酸酶活性位点，CaN 活化2 。2 钙调神经磷酸酶在心肌中的作用用活化的 CaN 通过去磷酸化胞浆中的 T 细胞核因子(nuclear factor of activated T cells，NF2ATc)，暴露其核定位信号，NF2ATc 得以转位进入细胞核， 与心肌的锌指转录因子(GATA -4)相互作用对心肌的发生发展起调控作用3 。在正常胚胎心肌细胞培养中，当与 CaN 抑制剂上调环孢

4、素 A（CsA）共孵育时，NF2ATc 只存在于胞质中，如果有目的地破坏 NF2ATc 基因，心脏在形态学方面发生缺陷,即选择性地主动脉瓣和肺动脉瓣缺失，进而导致胚鼠在妊娠 13.517.5 天因充血性心力衰竭而死亡。相比之下，三尖瓣和二尖瓣发育是正常的。以上结果提示，T 细胞的核因子是 CaN 最重要的底物，CaN 促使其活化并转位进入细胞核对于心脏的正常形态学发生是至关重要的。同时心肌细胞兴奋收缩偶联过程中的Ca2+主要来源于胞外 Ca2+的内流及内贮 Ca2+的释放。而内贮 Ca2主要存在于内质网，内质网的 Ca2+有三磷酸肌醇(IP3)敏感和 IP3 不敏感两类钙池，分别由 IP3 受

5、体系统和 ryanodine 受体(RyR)系统调控4 。研究发现，体内 CaN 可使 Ca2+释放通道(IP32R)去磷酸化关闭，进而影响心肌细胞内 Ca2+的释放。CsA 处理的大鼠心脏 CaN 活性可改变心肌 RyR 的功能5 。以上实验证实，大鼠心脏中 CaN 与 RyR 的相互作用可调节心肌细胞内 Ca2+释放，从而调节心肌细胞的功能活动。钙调神经磷酸酶与心肌肥大。心肌肥大是心肌细胞对牵拉、内皮素、血管紧张素及生长因子等外部刺激的一种基本应答，亦可由心脏自身结构成分缺陷引起。大量研究证实 CaN 参与外界刺激诱导的肥大基因活化的调节。在幼年因系统性肉毒碱缺乏而致内脏皮脂腺病变(脂肪变

6、性)小鼠(JVS 小鼠)模型上观察到,CaN 参与 JVS 小鼠心脏肥大的发生6 。CaN 抑制剂 FK506(每天 0.51.0mg/kg)可降低 48 周龄 JVS 小鼠心脏肥大基因表达，抑制心脏肥大。在腹主动脉缩窄法复制压力超负荷性心肌肥大模型的实验中也证实 CaN 在压力超负荷心肌肥大中也发挥着关键作用，是超负荷性心肌肥大的重要上游调节机制7 。体外培养心肌细胞或转基因鼠在体研究证实 Ca2+/钙调素/CaN 依赖的信号通路在不同肥大刺激介导的心肌肥大中均起着重要作用8 。在盐皮质激素(醛固酮)诱导的肥大心肌细胞中，CaN 活性及其 mRNA 表达均增高,应用 AT12R 拮抗剂(洛沙

7、坦)或 CaN 抑制剂 FK5062、CsA 可部分阻止醛固酮诱导的心脏肥大及纤维性变，可防止盐皮质激素性高血压，这也说明，CaN 参与盐皮质激素过多所致的心脏肥大和纤维化9 。但也有报道，CaN 可能参与超负荷引起的 SD 大鼠左室肥大的早期过程，而对左室纤维化无关；应用 FK506可在早期减弱左室肥大的发生，阻止其向心力衰竭的转变，但不能阻止左室纤维化的发生。另有研究者采用 SD 大鼠复制高血压模型，实验证实心脏活性及 CaN 蛋白表达在左室肥大(LVH)阶段是增高的，提示 CaN 参与了左室的适应性肥大过程，但在充血性心力衰竭转变阶段，CaN 不再是衰竭心肌细胞肥大的主要发病机制。在血管

8、紧张素诱导的心肌肥大机制中，尚存在 CaN、蛋白激酶 C（PKC）和丝裂素活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的交互作用10。已知异丙肾上腺素激活胞外信号调节激酶(ERKs)而在心肌肥大中发挥重要作用，该作用可被 CaN 抑制剂显著抑制；而在过表达 CaN 的体外培养原代心肌细胞，异丙肾上腺素失去激活 ERKs 的作用，表明在心肌肥大中 CaN 与 ERKs 亦存在交互作用。白血病抑制因子(LIF)、内皮素(ET21)也可通过升高 L 型 Ca2+流和胞内 Ca2+浓度激活钙调素和CaN 活性，进而诱导心肌肥大，提示 CaN 在 LIF 和 ET21 诱导的心肌肥大中均发挥着重要作用11。3 小结

9、CaN 在心肌正常生理结构的维持与功能的调节以及病理生理过程的发展中均发挥着重要的作用。随着 Ca2+/CaN/NF2ATc 信号通路在心血管系统生理及病理生理中的作用机制的深入研究，不仅有助于研究免疫抑制剂治疗时心血管毒性的机理,而且对探讨正常心血管功能调节机制、进一步认识心血管疾病的发病机理均有重要意义,更为临床探索防治心血管疾病的新措施提供了一条新的思路。【参考文献】1 Li J，Wang J，Russell FD，et al.Activation of calcineurin in human failing heart ventricle by endothelin-1，angiot

10、ensin and urotensin J.Br J Phamacol，2005，145：432-440.2 Sanna B,Brandt EB,Kaiser RA,et al.Modulatory calcineurin-interacting proteins 1 and 2 function as calcineurin facilitators in vivoJ.Proc Natl Acad Sci USA,2006,103(19):7327-7332.3 Wilkins BJ，De Windt LJ，Bueno OF，et al.Targeted disruption of NFAT

11、c3.but not NFATc4，reveals an intrinsic defect in calcineurin-mediated cardiac hypertrophic growthJ.Mol Cell Biol，2002,22(21):7603-7613.4 何作云,刘健,王培勇.压力超负荷下大鼠心肌细胞核钙调节系统的变化J.中国分子心脏病学杂志,2004,4(3):163-167.5 张丽春.钙调神经磷酸酶在高血压心肌肥厚发展中的作用J.山东医药，2005，45（23）：11-13.6 Kamiya H, Okumura K, Ito M, et al. Calcineurin

12、 inhibitor attenuates cardiac hypertrophy due to energy metabolic disorderJ. Can J Cardiol,2001,17(12): 1292-1298.7 刘郴州，谭建新.Ca2+依赖性信号通路与心肌肥大研究的进展J.心血管康复医学杂志，2005，14（1）：83-84.8 Liu CZ,Tan JX,Wang Y,et al.L-type calcium channel blocker suppresses calcineurin signal pathway and development of right ven

13、tricular hypertrophyJ.J Formos Med Assoc,2005,104(11):798-803.9 Takeda Y, Yoneda T, Demura M, et al. Calcineurin inhibition attenuates mineralocorticoid2induced cardiac hypertrophyJ.Circulation,2002,105(6):677-679.10 姜志胜.心肌肥大过程中的信号转导J.中国动脉硬化杂志,2005，13（2）：125-128.11 Vecchione C，Patrucco E，Marino G，et al.Protection from angiotensin II-mediated vasulotoxic and hypertensive response in mice laking PI3K gammaJ.J Exp Med，2005，201：1217-1228.