腺甘酸单磷酸活化蛋白激酶2亚基基因的研究进展

腺甘酸单磷酸活化蛋白激酶2亚基基因的研究进展

人类腺甘酸单磷酸激活蛋白激酶2亚甲基（prkag2）突变后，可导致各种病理改变，如室心压力、心脏传导系统异常和室心预激。prkag2基因参与心脏胚胎的发育和调节，在成年心脏的生理和病理状态下也发挥着重要作用。继PRKAG2基因成功克隆和定位后,PRKAG2的功能研究成为分子领域一个新的热点。1g基因编码基因根据美国NCBI提供的信息,人类PRKAG2是AMP激活的蛋白激酶(AMP-activatedproteinkinase,AMPK)γ2调节亚基的编码基因。2聚体亚基的结构和分布(1)人类PRKAG2基因于2000年发现并定位于染色体7q36,该基因包括16个外显子,30万个碱基,编码569个氨基酸。(2)AMPK是一个重要的蛋白激酶,广泛存在于真核生物中,是一个由α(63kD≈6.3×104)、β(30kD≈3.0×104)和γ(37～63kD≈3.7～6.3×104)亚基形成的异源三聚体,α为催化亚基,β和γ为调节亚基。AMPK各亚基的组织分布不同。α1主要分布于肝脏、肺脏、肾脏、心脏和脑;α2主要分布在心脏、肝脏和骨骼肌。已证实α2亚基也存在于脑神经元中。β1在肝脏高表达,在骨骼肌中低表达;而β2恰好相反。γ1、γ2广泛分布于各组织细胞,γ3仅在骨骼肌中含量较高。AMPK在细胞中发挥代谢感受器的功能,通过调节ATP的消耗和ATP的产生调控细胞的能量需求,保障重要细胞功能对ATP的需求。由此可见,PRKAG2主要通过AMPK在机体的生理和病理状态下发挥重要作用。3prkag2基因突变随着家族性心肌肥厚合并传导系统异常及心室预激临床家系报道的不断增多,研究发现PRKAG2基因突变与该种心脏遗传病的发病息息相关。(1)腺甘酸单磷酸活化蛋白激酸γ2亚基与家系发病:目前国外报道已在17个家族性心肌肥厚合并传导系统异常及心室预激家系中发现了9种PRKAG2基因突变与该疾病发病有关。其中,1种移码突变为InsLeu,8种错义突变分别为:Arg302Gln、His383Arg、Arg531Gly、Ser548Pro、Gln506Lys、Thr400Asn、Asn488Ile和TYR487His。PRKAG2基因不同突变位点导致的临床表型不同,Gln506Lys突变的患者心肌严重肥厚、多有右室肥厚、流出道梗阻发生率高;Arg531Gly突变为恶性突变,家族性的Arg531Gly突变在幼儿期发病,反复晕厥、反复房颤、不表现心肌肥厚,传导系统病变严重,最早15岁即安装永久性心脏起搏器(PPM),家族中有早年猝死患者;Asn488Ile突变全部有传导系统异常,安装PPM的平均年龄是25岁;Ser548Pro突变除心肌肥厚、严重的传导系统异常外,还伴发骨骼肌病变;Asn488Ile突变同样伴有骨骼肌病变。而PRKAG2基因的同一突变位点也可有不同的临床表型。在不同研究者报道的Arg302Gln突变中,有的家系全部患者都表现心室预激,电生理证实存在1条或2条旁道;有的家系78%有心肌肥厚;有的家系全部没有预激表现被称为“假性预激综合征”,且心肌肥厚发生率低。在洪奎等报道的中国人家系中,Arg302Gln突变表现有窦性心动过缓、短PR间期、完全性右束支传导阻滞、完全房室传导阻滞、心房扑动、心房颤动、心脏猝死、心肌肥厚。(2)腺甘酸单磷酸活化蛋白激酸γ2亚基与散发病例:研究提示,PRKAG2基因主要与家族性心脏遗传病发病相关,除此之外,尚有报道其与个体病例的发病也有关系。法国学者Laforêt等报道了一个38岁男性病人PRKAG2Ser548Pro杂合突变导致心室肥厚、严重的传导系统异常及骨骼肌糖原病,而调查显示其家族中并无其他发病人员,提示在不能解释的肌肉糖原病伴随心脏异常的个体病例中,PRKAG2基因可能是一个潜在的候选致病基因。Akman等报道PRKAG2R384T杂合突变引起致命性的婴儿心肌病发生,此种突变伴随有明显的磷酸化酶激酶缺乏,导致一个10周大的婴儿死亡。Barbara等学者在4例散发的致命性先天性心脏糖原病病人中发现存在PRKAG2R531Q杂合突变,而编码磷酸化酶激酶亚基的8种基因及编码正磷酸酯葡糖基转移酶的2种基因没有突变。一般认为致命性先天性心脏糖原病发病主要由于磷酸化酶激酶亚基的缺失,而该研究提示PRKAG2R531Q杂合突变也可以导致致命性先天性心脏糖原病的个体发病。4人类单酚酸2亚甲基阐明功能研究4.1prkag2—转基因鼠研究继PRKAG2成功克隆和定位后,PRKAG2基因的功能研究备受人们关注。过度表达PRKAG2基因突变的转基因鼠模型的建立为PRKAG2基因突变的致病机理研究提供了较好的手段。目前已建立了PRKAG2基因PRKAG2Asn488Ile、Arg302Gln、Arg531Gly、Thr400Asn突变的四种转基因鼠模型,并成功模拟了人类PRKAG2基因突变的临床表型。在过度表达PRKAG2基因Asn488Ile突变的转基因鼠中,可见明显的心肌肥厚、心室显性预激以及窦房结功能障碍,电生理检查显示有房室传导旁道,心脏组织学检查发现房室环纤维变性,被糖原累积的心肌细胞破坏,糖原累积与AMPK活性增加有关,糖原累积的心肌细胞破坏房室环纤维化是Pompe,Danon和其他糖原累积性疾病心室预激的原因。PRKAG2Arg302Gln突变的转基因鼠表现为心室预激、可诱导的顺向房室折返性心动过速、心肌肥厚和心脏的过度糖原累积,心肌AMPK活性的丧失与AMPKγ-2亚单位结合位点的异常有关。通过这个模型阐明了AMPK功能丧失是家族性心室预激的主要的基因缺陷。Arg531Gly突变鼠表现为心肌肥厚、收缩功能受损、传导异常,AMPK降低可能继发性的引起心肌肥厚,是发生心肌肥厚的分子遗传学基础。与Asn488Ile突变不同,Arg302Gln、Arg531Gly突变引起心肌的AMPK活性是降低的。Arg302Gln、Arg531Gly与Asn488Ile转基因鼠表型相似但AMPK的活性水平相反,这一结果似乎令人费解,于是Jason等学者提出AMPK活性失调(抑制或活化)是PRKAG2突变导致心脏综合征的主要机制。随后Banerjee等成功构建的PRKAG2Thr400Asn转基因鼠心肌AMPK的活性表现为双相改变,似乎证实了Jason等学者的观点。此突变鼠的心脏表现有:心肌细胞形成空泡、过度的糖原累积、心室肥厚和预激,心肌AMPK活性早期激活,随后降低,最后恢复到野生型水平,AMPK的活性与糖原含量呈相反的关系。4.2prkag2基因结合现实AMPKγ2亚基包含4个由60个氨基酸组成的胱硫醚合酶(CBS)基序,它们串联形成Bateman结构域,后者在种属间高度保守,负责结合腺苷复合物。John等学者成功构建PRKAG2-pcDNA质粒表达载体,并在CCL13细胞中过表达PRKAG2基因,研究发现,正常PRKAG2基因的CBS区域能够结合AMP或ATP,而引起心脏遗传病的Arg302Gln、His383Arg、Thr400Asn突变损害了这种结合能力,提示串联的两对CBS区域实质上起着细胞能量感受器的作用。研究结果加深了人类对PRKAG2基因功能区域的进一步认识。4.3对prkag2综合征的意义PRKAG2突变后的发病机制除了与AMPK活性失调导致糖原累积有关外,临床报道的家系中心房颤动和传导缺陷的高发生率也表明AMPK通过磷酸化作用于心脏离子通道。在此研究基础上,Peter在哺乳动物细胞中共表达AMPKα1-亚基的突变体和人类心脏钠通道hH1,采用膜片钳技术测量细胞的动作电位和重组体的钠通道电流,结果发现过表达AMPKα1-亚基突变的细胞动作电位持续时间明显延长,导致可能引起心律失常的早期后除极的产生;延缓了开放通道的失活,使电压-激活曲线向超极化方向转移。研究结果提示钠通道可能是AMPK的作用底物,促成了PRKAG2综合征中一些心律失常的发生。心脏钠离子通道作为AMPK底物的证实,不仅为这些心律失常的分子机制提供了一个新的视野,而且为疾病的治疗手段提供了一个新的靶点。5prkag2发病机制研究随着报道的临床家系的不断增多,