浙江大学韩佩东团队发现控制心脏T小管模式的新机制

心脏横小管(T小管)通过肋节（costameres）锚定在肌性Z盘上，形成规则的间隔模式。胶原蛋白的主要成分之一是肌营养不良蛋白-糖蛋白复合物(DGC)。然而，在生理和病理条件下，DGC的组装如何与T小管的形成和维持协调仍不清楚。

2024年1月12日，浙江大学韩佩东团队在Circulation（IF=38）在线发表题为“Ptpn23 Controls Cardiac T-Tubule Patterning by Promoting the Assembly of DystrophinGlycoprotein Complex”的研究论文，该研究发现Ptpn23通过促进营养不良糖蛋白复合物的组装来控制心脏T小管模式。在扩张型心肌病患者和小鼠衰竭心脏中，Ptpn23的表达水平降低。Ptpn23基因缺失导致T小管紊乱，直径增大，进行性扩张性心肌病，但不影响肌节组织。AAV9介导的花叶体细胞突变进一步表明Ptpn23在调节T小管形成中的细胞自主作用。

遗传和生化分析表明，Ptpn23通过与α-肌动蛋白和肌营养不良蛋白的相互作用，对将T小管膜固定在Z盘上的costameres的完整性至关重要。α-肌动蛋白的缺失改变了Ptpn23和DGCs的亚细胞定位。此外，抗营养不良蛋白的基因失活导致了与Ptpn23功能丧失类似的T小管缺陷，但不影响Ptpn23在Z盘的定位。最后，1月龄诱导敲除Ptpn23表明Ptpn23也是维持成人心肌细胞T小管所必需的。总之，该研究发现Ptpn23对于心脏T小管的形成和沿Z盘的维持至关重要。在出生后心脏发育过程中，Ptpn23与肌动蛋白α-肌动蛋白相互作用，协调腹部DGC的组装，塑造T小管的空间模式和形态。

心肌细胞横小管(T小管)是排列有序的质膜内陷，沿Z-盘排列，位于相邻的肌节之间。在Z盘，T小管和相反的连接肌浆网形成纳米级超微结构域，即所谓的心脏双体，这是通过促进钙诱导介导哺乳动物心肌细胞兴奋-收缩耦合过程所必需的钙释放。人们普遍认为T小管重构是导致心力衰竭发病的重要机制。多种膜支架蛋白参与T小管的生物形成和维持，包括Bin1(桥接整合子1)、Jph2(结蛋白-2)、 nexilin、Cav3(小窝蛋白3)、和dysferlin，然而，在心肌细胞中，有组织的T小管是如何沿着Z盘形成的尚不清楚。

除了这些与钙处理相关的膜支架蛋白外，膜蛋白在连接T小管膜和肌节方面也起着至关重要的作用，导致它们有规律的间隔分布模式。在横纹肌中，肋肌是与Z盘相关的结构，它介导收缩力从肌节到质膜和周围的细胞外基质(ECM)的传递因此，在机械应力作用下保持质膜的显微解剖和完整性是必不可少的。在生物学上，目前已鉴定出两种主要的蛋白复合物，即整合素-肌肽-血管蛋白复合物和肌营养不良蛋白-糖蛋白复合物(DGC)。特别地，DGC包括心肌细胞中的肌营养不良聚糖、肌糖聚糖、syntrophin、sarcospan和dystrophin。在肌膜的胞外侧，α-肌营养不良蛋白与ECM成分层粘连蛋白或agrin相互作用，而在细胞质中，肌营养不良蛋白与丝状肌动蛋白(F-actin)结合。总之，这些蛋白-蛋白相互作用使细胞骨架、质膜和ECM之间的结构连接成为可能。

先前的研究已经建立了DGC成分与生理和疾病条件下心肌细胞T小管模式之间的关联。例如，肌营养不良蛋白和β-肌营养不良聚糖存在于正常人心肌的T小管膜中。然而，在衰竭的心肌细胞中，肌营养不良蛋白显示频繁的纵向定向，反映了疾病状态下T小管的重组。与这些观察结果一致，缺乏肌营养不良蛋白的mdx小鼠表现出不规则的T小管29和心肌细胞中Jph2表达降低。然而，DGC组装如何与锚定T小管膜的形成相关联仍不清楚。

Ptpn23通过促进DGC组装调控T小管模式的示意图模型（图源自Circulation）

Ptpn23(蛋白酪氨酸磷酸酶，非受体23型)，也称为HD-PTP(含His结构域蛋白酪氨酸磷酸酶)，是一种无催化活性的蛋白酪氨酸磷酸酶，已被确定为ESCRT(运输所需的内体分选复合体)家族的结构成分。先前对酵母和哺乳动物细胞的研究已经证明了ESCRT机制在调节膜重塑(包括腔内囊泡形成、质膜修复和细胞分裂)中的重要作用。特别是，Ptpn23调节内体货物分选，再循环，膜受体降解，以及神经元修剪体内分析揭示了Ptpn23在发育中的小鼠心脏中的表达，并且Ptpn23的整体敲除会导致胚胎致死。然而，Ptpn23是否参与了T小管生物发生过程中的膜变形事件，在很大程度上仍然未知。

该研究表明，Ptpn23主要控制心肌细胞中DGC的组装。当Ptpn23失活时，肌营养不良蛋白和β-肌营养不良蛋白向较轻的部分转移，β-肌营养不良蛋白、β-肌营养不良蛋白和δ-肌糖聚糖之间的相互作用被破坏。Ptpn23功能丧失也可能影响DGC蛋白的亚细胞运输。总之，Ptpn23对于心脏T小管的形成和沿Z盘的维持至关重要。在出生后心脏发育过程中，Ptpn23与肌动蛋白α-肌动蛋白相互作用，协调腹部DGC的组装，塑造T小管的空间模式和形态。

https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.065767