TTN基因突变诱发扩张型心肌病的主要病理机制

撰文 | 橙仔

责编 | 翊竑

扩张型心肌病 (DCM) 是心力衰竭和心脏移植最常见的原因之一。其主要病理特征为心腔左心室和 (或) 双心室扩大、心肌收缩功能减弱。临床表现为进行性加重的心力衰竭、心律失常、血栓栓塞甚至猝死。扩展性心肌病目前确切的发病机制尚不明确，但是多年的流行病学研究发现，其中约25%~30%具有家族聚集现象，这无疑传递了一个信号：遗传因素在此方面具有重要的作用。

肌联蛋白（Titin）是由TTN基因编码的心脏和骨骼肌的大蛋白质，在肌节结构和功能中发挥重要作用。在特发性或家族性扩张型心肌病（DCM）患者中，15%至25%的TTN杂合子变异可导致肌联蛋白截短变异（称为TTN截短变异或TTNtv），患病率高达1:250。但是TTNtv如何在机制上引起疾病仍然存在争议。

近日，德国明斯特大学Wolfgang A. Linke教授团队在Science Translational Medicine上发表题为Truncated titin proteins and titin haploinsufficiency are targets for functional recovery in human cardiomyopathy due to TTN mutations的研究论文，报道了截短的肌联蛋白作为“毒肽”的存在和肌联蛋白的半倍剂量不足效应诱导的发病机制，为由TTN截短变体引起的扩张型心肌病靶向疗法研究提供理论基础。

研究团队运用Ribo-seq 和 RNA-seq在14名来自非患病供体心脏和113名终末期心肌病患者的心肌组织中鉴定肌联蛋白的表达，并在22名心肌病患者 (19.5%) 中鉴定出TTNtv。研究人员运用双向凝胶电泳证明了TTNtv-DCM中的肌联蛋白半倍剂量不足效应，以及Cronos型肌联蛋白没有代偿性变化，表明wt-Cronos含量的变化不太可能是TTNtv-DCM发病机制的一部分（图1）。研究团队还发现截短肌联蛋白在21个TTNtv-DCM样本队列中或多或少都有表达，并且这种表达是可变的，最高可达肌联蛋白总量的一半（图２）。另外，截短肌联蛋白比例与心脏移植时的患者年龄呈负相关。

图1.　三组人类心肌样本的双相凝胶考马斯亮蓝染色（左），以及肌联蛋白与其他蛋白质表达的密度分析比较（右）

图２：Western blot检测肌联蛋白及其截短体蛋白含量

此外，研究人员还通过诱导人多能干细胞分化成心肌细胞 (hiPSC-CMs)。将对照野生型与患者来源A-Band TTNtv组或CRISPR-Cas9产生的M-Band TTNtv组进行比较（图3）。TTNtv-hiPSC-CMs相比野生型肌联蛋白表达减少，而截短肌联蛋白比例在抑制蛋白酶体活性时增加。另外，研究人员还通过使用CRISPR-Cas9纠正突变，通过消除截短肌联蛋白并提高野生型肌联蛋白的含量，发现可以逆转由TTNtv引起的收缩力降低。当野生型肌联蛋白含量因蛋白酶体的抑制而增加时，心肌功能也得到改善。该研究揭示了TTNtv-DCM的主要病理机制，并为治疗TTNtv相关心肌疾病提供理论基础。

图3. 患者来源的A-band TTNtv和CRISPR-Cas9产生的M-band TTNtv示意图

总的来说，研究团队使用来自患有DCM和TTN截短变体患者的心脏组织以及诱导人多能干细胞分化为心肌细胞，鉴定了截短的肌联蛋白和不太丰富的全长肌联蛋白的存在。并且，TTNtv-DCM患者的几个关键病理机制是共同的：(i)稳定表达的截短肌联蛋白的富集和聚集形成；(ii) 肌联蛋白的半倍剂量不足效应是肌节缺乏的原因；(iii) 异常的蛋白质量控制 (protein quality control, PQC)，包括解除泛素化功能的调节。

值得一提的是，该杂志同期背靠背发了另一篇题为Truncated titin proteins in dilated cardiomyopathy 的研究，由宾夕法尼亚大学Benjamin Prosser教授和宾夕法尼亚大学Zolt Arany教授合作完成，与本文观点一致。研究团队利用184个移植后扩张型心肌病心脏的样本，使用专门的电泳凝胶、蛋白质印迹、等位基因分相和无偏蛋白质组学分析，表明可以在人类扩张型心肌病心脏中定量检测到截短的肌联蛋白。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abd3079

制版人：十一

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