腺甘酸單磷酸活化蛋白激酶2亞基基因的研究進(jìn)展

腺甘酸單磷酸活化蛋白激酶2亞基基因的研究進(jìn)展

人類腺甘酸單磷酸激活蛋白激酶2亞甲基（prkag2）突變后，可導(dǎo)致各種病理改變，如室心壓力、心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)異常和室心預(yù)激。prkag2基因參與心臟胚胎的發(fā)育和調(diào)節(jié)，在成年心臟的生理和病理狀態(tài)下也發(fā)揮著重要作用。繼PRKAG2基因成功克隆和定位后,PRKAG2的功能研究成為分子領(lǐng)域一個(gè)新的熱點(diǎn)。1g基因編碼基因根據(jù)美國(guó)NCBI提供的信息,人類PRKAG2是AMP激活的蛋白激酶(AMP-activatedproteinkinase,AMPK)γ2調(diào)節(jié)亞基的編碼基因。2聚體亞基的結(jié)構(gòu)和分布(1)人類PRKAG2基因于2000年發(fā)現(xiàn)并定位于染色體7q36,該基因包括16個(gè)外顯子,30萬個(gè)堿基,編碼569個(gè)氨基酸。(2)AMPK是一個(gè)重要的蛋白激酶,廣泛存在于真核生物中,是一個(gè)由α(63kD≈6.3×104)、β(30kD≈3.0×104)和γ(37～63kD≈3.7～6.3×104)亞基形成的異源三聚體,α為催化亞基,β和γ為調(diào)節(jié)亞基。AMPK各亞基的組織分布不同。α1主要分布于肝臟、肺臟、腎臟、心臟和腦;α2主要分布在心臟、肝臟和骨骼肌。已證實(shí)α2亞基也存在于腦神經(jīng)元中。β1在肝臟高表達(dá),在骨骼肌中低表達(dá);而β2恰好相反。γ1、γ2廣泛分布于各組織細(xì)胞,γ3僅在骨骼肌中含量較高。AMPK在細(xì)胞中發(fā)揮代謝感受器的功能,通過調(diào)節(jié)ATP的消耗和ATP的產(chǎn)生調(diào)控細(xì)胞的能量需求,保障重要細(xì)胞功能對(duì)ATP的需求。由此可見,PRKAG2主要通過AMPK在機(jī)體的生理和病理狀態(tài)下發(fā)揮重要作用。3prkag2基因突變隨著家族性心肌肥厚合并傳導(dǎo)系統(tǒng)異常及心室預(yù)激臨床家系報(bào)道的不斷增多,研究發(fā)現(xiàn)PRKAG2基因突變與該種心臟遺傳病的發(fā)病息息相關(guān)。(1)腺甘酸單磷酸活化蛋白激酸γ2亞基與家系發(fā)病:目前國(guó)外報(bào)道已在17個(gè)家族性心肌肥厚合并傳導(dǎo)系統(tǒng)異常及心室預(yù)激家系中發(fā)現(xiàn)了9種PRKAG2基因突變與該疾病發(fā)病有關(guān)。其中,1種移碼突變?yōu)镮nsLeu,8種錯(cuò)義突變分別為:Arg302Gln、His383Arg、Arg531Gly、Ser548Pro、Gln506Lys、Thr400Asn、Asn488Ile和TYR487His。PRKAG2基因不同突變位點(diǎn)導(dǎo)致的臨床表型不同,Gln506Lys突變的患者心肌嚴(yán)重肥厚、多有右室肥厚、流出道梗阻發(fā)生率高;Arg531Gly突變?yōu)閻盒酝蛔?家族性的Arg531Gly突變?cè)谟變浩诎l(fā)病,反復(fù)暈厥、反復(fù)房顫、不表現(xiàn)心肌肥厚,傳導(dǎo)系統(tǒng)病變嚴(yán)重,最早15歲即安裝永久性心臟起搏器(PPM),家族中有早年猝死患者;Asn488Ile突變?nèi)坑袀鲗?dǎo)系統(tǒng)異常,安裝PPM的平均年齡是25歲;Ser548Pro突變除心肌肥厚、嚴(yán)重的傳導(dǎo)系統(tǒng)異常外,還伴發(fā)骨骼肌病變;Asn488Ile突變同樣伴有骨骼肌病變。而PRKAG2基因的同一突變位點(diǎn)也可有不同的臨床表型。在不同研究者報(bào)道的Arg302Gln突變中,有的家系全部患者都表現(xiàn)心室預(yù)激,電生理證實(shí)存在1條或2條旁道;有的家系78%有心肌肥厚;有的家系全部沒有預(yù)激表現(xiàn)被稱為“假性預(yù)激綜合征”,且心肌肥厚發(fā)生率低。在洪奎等報(bào)道的中國(guó)人家系中,Arg302Gln突變表現(xiàn)有竇性心動(dòng)過緩、短PR間期、完全性右束支傳導(dǎo)阻滯、完全房室傳導(dǎo)阻滯、心房撲動(dòng)、心房顫動(dòng)、心臟猝死、心肌肥厚。(2)腺甘酸單磷酸活化蛋白激酸γ2亞基與散發(fā)病例:研究提示,PRKAG2基因主要與家族性心臟遺傳病發(fā)病相關(guān),除此之外,尚有報(bào)道其與個(gè)體病例的發(fā)病也有關(guān)系。法國(guó)學(xué)者Laforêt等報(bào)道了一個(gè)38歲男性病人PRKAG2Ser548Pro雜合突變導(dǎo)致心室肥厚、嚴(yán)重的傳導(dǎo)系統(tǒng)異常及骨骼肌糖原病,而調(diào)查顯示其家族中并無其他發(fā)病人員,提示在不能解釋的肌肉糖原病伴隨心臟異常的個(gè)體病例中,PRKAG2基因可能是一個(gè)潛在的候選致病基因。Akman等報(bào)道PRKAG2R384T雜合突變引起致命性的嬰兒心肌病發(fā)生,此種突變伴隨有明顯的磷酸化酶激酶缺乏,導(dǎo)致一個(gè)10周大的嬰兒死亡。Barbara等學(xué)者在4例散發(fā)的致命性先天性心臟糖原病病人中發(fā)現(xiàn)存在PRKAG2R531Q雜合突變,而編碼磷酸化酶激酶亞基的8種基因及編碼正磷酸酯葡糖基轉(zhuǎn)移酶的2種基因沒有突變。一般認(rèn)為致命性先天性心臟糖原病發(fā)病主要由于磷酸化酶激酶亞基的缺失,而該研究提示PRKAG2R531Q雜合突變也可以導(dǎo)致致命性先天性心臟糖原病的個(gè)體發(fā)病。4人類單酚酸2亞甲基闡明功能研究4.1prkag2—轉(zhuǎn)基因鼠研究繼PRKAG2成功克隆和定位后,PRKAG2基因的功能研究備受人們關(guān)注。過度表達(dá)PRKAG2基因突變的轉(zhuǎn)基因鼠模型的建立為PRKAG2基因突變的致病機(jī)理研究提供了較好的手段。目前已建立了PRKAG2基因PRKAG2Asn488Ile、Arg302Gln、Arg531Gly、Thr400Asn突變的四種轉(zhuǎn)基因鼠模型,并成功模擬了人類PRKAG2基因突變的臨床表型。在過度表達(dá)PRKAG2基因Asn488Ile突變的轉(zhuǎn)基因鼠中,可見明顯的心肌肥厚、心室顯性預(yù)激以及竇房結(jié)功能障礙,電生理檢查顯示有房室傳導(dǎo)旁道,心臟組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)房室環(huán)纖維變性,被糖原累積的心肌細(xì)胞破壞,糖原累積與AMPK活性增加有關(guān),糖原累積的心肌細(xì)胞破壞房室環(huán)纖維化是Pompe,Danon和其他糖原累積性疾病心室預(yù)激的原因。PRKAG2Arg302Gln突變的轉(zhuǎn)基因鼠表現(xiàn)為心室預(yù)激、可誘導(dǎo)的順向房室折返性心動(dòng)過速、心肌肥厚和心臟的過度糖原累積,心肌AMPK活性的喪失與AMPKγ-2亞單位結(jié)合位點(diǎn)的異常有關(guān)。通過這個(gè)模型闡明了AMPK功能喪失是家族性心室預(yù)激的主要的基因缺陷。Arg531Gly突變鼠表現(xiàn)為心肌肥厚、收縮功能受損、傳導(dǎo)異常,AMPK降低可能繼發(fā)性的引起心肌肥厚,是發(fā)生心肌肥厚的分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)。與Asn488Ile突變不同,Arg302Gln、Arg531Gly突變引起心肌的AMPK活性是降低的。Arg302Gln、Arg531Gly與Asn488Ile轉(zhuǎn)基因鼠表型相似但AMPK的活性水平相反,這一結(jié)果似乎令人費(fèi)解,于是Jason等學(xué)者提出AMPK活性失調(diào)(抑制或活化)是PRKAG2突變導(dǎo)致心臟綜合征的主要機(jī)制。隨后Banerjee等成功構(gòu)建的PRKAG2Thr400Asn轉(zhuǎn)基因鼠心肌AMPK的活性表現(xiàn)為雙相改變,似乎證實(shí)了Jason等學(xué)者的觀點(diǎn)。此突變鼠的心臟表現(xiàn)有:心肌細(xì)胞形成空泡、過度的糖原累積、心室肥厚和預(yù)激,心肌AMPK活性早期激活,隨后降低,最后恢復(fù)到野生型水平,AMPK的活性與糖原含量呈相反的關(guān)系。4.2prkag2基因結(jié)合現(xiàn)實(shí)AMPKγ2亞基包含4個(gè)由60個(gè)氨基酸組成的胱硫醚合酶(CBS)基序,它們串聯(lián)形成Bateman結(jié)構(gòu)域,后者在種屬間高度保守,負(fù)責(zé)結(jié)合腺苷復(fù)合物。John等學(xué)者成功構(gòu)建PRKAG2-pcDNA質(zhì)粒表達(dá)載體,并在CCL13細(xì)胞中過表達(dá)PRKAG2基因,研究發(fā)現(xiàn),正常PRKAG2基因的CBS區(qū)域能夠結(jié)合AMP或ATP,而引起心臟遺傳病的Arg302Gln、His383Arg、Thr400Asn突變損害了這種結(jié)合能力,提示串聯(lián)的兩對(duì)CBS區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上起著細(xì)胞能量感受器的作用。研究結(jié)果加深了人類對(duì)PRKAG2基因功能區(qū)域的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。4.3對(duì)prkag2綜合征的意義PRKAG2突變后的發(fā)病機(jī)制除了與AMPK活性失調(diào)導(dǎo)致糖原累積有關(guān)外,臨床報(bào)道的家系中心房顫動(dòng)和傳導(dǎo)缺陷的高發(fā)生率也表明AMPK通過磷酸化作用于心臟離子通道。在此研究基礎(chǔ)上,Peter在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中共表達(dá)AMPKα1-亞基的突變體和人類心臟鈉通道hH1,采用膜片鉗技術(shù)測(cè)量細(xì)胞的動(dòng)作電位和重組體的鈉通道電流,結(jié)果發(fā)現(xiàn)過表達(dá)AMPKα1-亞基突變的細(xì)胞動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間明顯延長(zhǎng),導(dǎo)致可能引起心律失常的早期后除極的產(chǎn)生;延緩了開放通道的失活,使電壓-激活曲線向超極化方向轉(zhuǎn)移。研究結(jié)果提示鈉通道可能是AMPK的作用底物,促成了PRKAG2綜合征中一些心律失常的發(fā)生。心臟鈉離子通道作為AMPK底物的證實(shí),不僅為這些心律失常的分子機(jī)制提供了一個(gè)新的視野,而且為疾病的治療手段提供了一個(gè)新的靶點(diǎn)。5prkag2發(fā)病機(jī)制研究隨著報(bào)道的臨床家系的不斷增多,