李文靜 李樹仁 苑智慧 白玉豪

050051 石家莊，河北醫(yī)科大學(xué)附屬河北省人民醫(yī)院(李文靜、苑智慧)；050051 石家莊，河北省人民醫(yī)院心內(nèi)一科(李樹仁)；063210 唐山，華北理工大學(xué)研究生學(xué)院(白玉豪)

心力衰竭(heart failure，HF)是多種心血管疾病進(jìn)展的最終階段，以心室收縮和(或)舒張功能障礙為特征，可表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)耐力不足、水鈉潴留和呼吸困難[1]。心臟正常功能的維持依賴心肌興奮收縮耦聯(lián)，HF時(shí)心肌興奮收縮耦聯(lián)被破壞[2]。HF的診斷較復(fù)雜，需結(jié)合病史、體格檢查、實(shí)驗(yàn)室檢查、影像學(xué)檢查和功能檢查。盡管對(duì)HF的生物標(biāo)記物研究取得了進(jìn)展，但其臨床應(yīng)用仍然有限。目前，只有利鈉肽家族，尤其是B型利鈉肽(B-type natriuretic peptide，BNP)和N末端B型利鈉肽原(N-terminal pro-B-type natriuretic peptide，NT-proBNP)被廣泛用于HF的診斷[3-4]。然而，BNP和NT-proBNP的濃度波動(dòng)較大，易受年齡、體質(zhì)指數(shù)、腎功能和容量負(fù)荷等的影響，反映的是容量狀態(tài)，而不是心肌內(nèi)在健康狀況[5]。因此，有必要尋找其他更穩(wěn)定的直接反映心肌健康狀況的新型生物標(biāo)記物。橋接整合因子1(bridging integrator 1，BIN1)是存在于T管的膜支架蛋白，在調(diào)節(jié)心臟收縮中起重要作用。近幾年，BIN1作為一種新興的HF生物標(biāo)記物展現(xiàn)出日益突出的優(yōu)勢。

1 概況

1.1 結(jié)構(gòu)

BIN1是含有BAR結(jié)構(gòu)域(BIN/amphiphysin/Rvs，BAR)的蛋白質(zhì)超家族的成員。編碼BIN1的基因具有20個(gè)外顯子，可剪接為10余種BIN1亞型，在各種組織中廣泛表達(dá)，以腦、骨骼肌、心肌居多。心臟BIN1是一種膜支架蛋白，有幾個(gè)獨(dú)特的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域。由外顯子1～10(不含外顯子7)編碼的N端BAR結(jié)構(gòu)域廣泛表達(dá)，其以“香蕉”狀的二聚體構(gòu)象與脂質(zhì)膜結(jié)合，并在產(chǎn)生和感知膜曲率方面發(fā)揮重要作用[6-9]。N端兩親螺旋插入膜并促進(jìn)曲率，而BAR域的帶正電荷表面與帶負(fù)電荷的膜相互作用，感知并維持曲率[10-11]。包含BAR結(jié)構(gòu)域家族的大多數(shù)異構(gòu)體可參與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，如肌細(xì)胞內(nèi)吞作用、細(xì)胞器運(yùn)輸、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和T管生物發(fā)生[12]。C端的真核生物蛋白同源結(jié)構(gòu)域3(C-terminal Src-homology-3，SH-3)由外顯子19和20編碼，影響著 L型鈣通道在膜結(jié)構(gòu)上的定位。磷酸肌醇肽(phosphoinositide，PI)結(jié)合基序可能潛在地將BIN1靶向運(yùn)至膜間室，如T管、肌肉特異性質(zhì)膜內(nèi)陷[13]。

通過BIN1外顯子基因的選擇性剪接，可以獲得不同的BIN1亞型。BIN1-10是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的亞型，主要表達(dá)于骨骼肌，該亞型與骨骼肌橫管的形成及小鼠成肌細(xì)胞分化有關(guān)。BIN1-10可作為轉(zhuǎn)錄抑制因子，通過c-MYC途徑抑制癌基因轉(zhuǎn)化細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞系的生長[14]。BIN1-10-13與肌動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架有關(guān)。上述兩種亞型均在組織中廣泛表達(dá)。BIN1-10+12主要在腦中表達(dá)，可能參與阿爾茨海默病的致病過程。在BIN1的眾多亞型結(jié)構(gòu)中，BIN1-13+17具有心臟特異性[15]。BIN1+13在心臟中含量最豐富，似乎與細(xì)胞增殖有關(guān)。Hong等[16]克隆出的BIN1-13+17，即心臟橋接整合因子1(cardiac-BIN1，cBIN1)，是定位于心臟橫管的異構(gòu)體，促進(jìn)N-WASP依賴性肌動(dòng)蛋白聚合并誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白依賴的致密小管膜微折疊，在心肌細(xì)胞鈣瞬變的調(diào)節(jié)和心肌興奮收縮耦聯(lián)中發(fā)揮重要作用。

1.2 功能

1.2.1 對(duì)心臟功能的調(diào)節(jié) 正常的心臟收縮取決于心肌電活動(dòng)的適當(dāng)擴(kuò)散，在細(xì)胞水平表現(xiàn)為動(dòng)作電位。動(dòng)作電位是由一系列需要離子通道和膜蛋白之間有效通信的離子電流啟動(dòng)的。通過鈉離子通道快速進(jìn)入心肌細(xì)胞去極化。然后，去極化觸發(fā)L型鈣通道(L-type Ca2+channel，LTCC)打開，細(xì)胞外鈣進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子的數(shù)量。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加激活ryanodine受體(RyRs)，引起細(xì)胞內(nèi)肌漿網(wǎng)存儲(chǔ)的Ca2+大量釋放，稱為鈣誘導(dǎo)鈣釋放(calcium-induced-calcium-release，CICR)。心肌收縮需要正常的橫管結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜表面離子通道的積聚。L型鈣離子通道聚集在T管膜上，與肌漿網(wǎng)膜上的蘭尼堿受體(ryanodine receptor，RyR)緊密相鄰，形成促進(jìn)鈣觸發(fā)的鈣釋放CICR的LTCC-RyR二聯(lián)體。

cBIN1在是心臟收縮功能的調(diào)節(jié)劑，可從四個(gè)不同方面調(diào)節(jié)LTCC-RyR二聯(lián)體的功能[17]。(1)BIN1促進(jìn)LTCC定位于T管膜[18]。 LTCC向前運(yùn)輸至T管的過程遵循“靶向遞送”的通道遞送模型， 在“靶向遞送”中，將通道遞送至特定的膜結(jié)構(gòu)區(qū)域需要與特定膜錨定蛋白的協(xié)調(diào)，BIN1作為LTCC的膜錨蛋白，可將LTCC運(yùn)輸?shù)絋管[19]；(2)BIN1還促進(jìn)了已經(jīng)在T管膜上的鈣通道的聚集；(3)cBIN1在將RyRs募集到j(luò)SR膜上也起著關(guān)鍵作用，從而促進(jìn)LTCC-RyR二聯(lián)體的形成，后者對(duì)于正常的EC耦聯(lián)至關(guān)重要；(4)形成像細(xì)胞外離子擴(kuò)散屏障一樣的“模糊空間”，有效地限制細(xì)胞外鈣離子的快速消耗，從而防止跨膜離子通量的損失，這對(duì)維持心肌細(xì)胞電穩(wěn)定性至關(guān)重要[20]。人類胚胎干細(xì)胞衍生的心肌細(xì)胞(human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes，hESC-CMs)可表達(dá)收縮蛋白并形成肌節(jié)，但無法形成成人樣Ca2+釋放單位的T管。De La Mata等[21]研究發(fā)現(xiàn)BIN1可以誘導(dǎo)hESC-CMs中的T管發(fā)育，同時(shí)使細(xì)胞向心室樣表型分化，增加CaV 1.2通道在T管膜的聚集，促進(jìn)LTCC-RyR二聯(lián)體的形成，從而促進(jìn)興奮收縮耦聯(lián)的建立?？傊?，BIN1作為心臟功能的多功能調(diào)節(jié)劑，可控制健康心肌細(xì)胞中的生理鈣信號(hào)傳導(dǎo)，并維持心肌細(xì)胞電穩(wěn)定性。

1.2.2 病理生理機(jī)制 HF病理生理學(xué)的典型機(jī)制是T管重構(gòu)和鈣瞬變受損[20，22-23]。研究發(fā)現(xiàn)，在心肌細(xì)胞衰竭時(shí)，BIN1表達(dá)顯著減少，導(dǎo)致T管重構(gòu)和LTCC-RyR解耦[2，24]。 HF期間心臟收縮力降低與從RyRs釋放的Ca2+受損有關(guān)[25]。Caldwell等[26]發(fā)現(xiàn)小干擾RNA誘導(dǎo)的BIN1蛋白敲除降低了T管密度、鈣瞬態(tài)振幅和收縮期鈣瞬態(tài)的同步。在右室快速起搏誘導(dǎo)的綿羊HF模型及升主動(dòng)脈縮窄誘導(dǎo)的白鼬HF模型中，BIN1蛋白水平和T管密度均降低，這與HF的病理生理學(xué)相似[27]。T管的減少和重構(gòu)導(dǎo)致孤立的RyRs的形成，延遲Ca2+的釋放并減弱心臟收縮力[12，28]。鑒于BIN1作為微管的膜錨蛋白，BIN1的缺失導(dǎo)致表面LTCCs的錯(cuò)位，損害鈣的瞬態(tài)性，導(dǎo)致E-C解耦[19]。Hong等[16]發(fā)現(xiàn)BIN1基因敲除的斑馬魚會(huì)出現(xiàn)明顯的心臟收縮功能障礙和心肌病。Laury-Kleintop等[29]也發(fā)現(xiàn)BIN1基因敲除小鼠在8～10月齡或壓力超負(fù)荷時(shí)會(huì)發(fā)生擴(kuò)張型心肌病?？傊?，HF時(shí)BIN1表達(dá)降低會(huì)引起T管上LTCC減少，從而影響LTCC-RyR二聯(lián)體的形成，最終損害鈣觸發(fā)的鈣釋放，從而導(dǎo)致心臟收縮力降低。

1.2.3 對(duì)HF中惡性心律失常的病理生理機(jī)制 HF患者的心原性猝死通常是由惡性心律失常引起的。心肌細(xì)胞橫管系統(tǒng)上富集了多種離子通道及包含BIN1在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)蛋白，在維持心肌細(xì)胞電穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。HF時(shí)BIN1表達(dá)降低會(huì)引起心肌細(xì)胞外離子擴(kuò)散屏障一樣的“模糊空間”被破壞，而“模糊空間”可以限制細(xì)胞外鈣通量以及其余離子的快速擴(kuò)散。Laury-Kleintop等[29]也發(fā)現(xiàn)BIN1基因敲除小鼠在2～4月齡已經(jīng)增加了發(fā)生室性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)。Hong等[30]研究發(fā)現(xiàn)在ARVC患者中，低血漿BIN1水平可以預(yù)測未來發(fā)生室性心律失常事件的風(fēng)險(xiǎn)。上述研究表明，在BIN1表達(dá)減少的HF患者或動(dòng)物模型中，BIN1微域的破壞不僅損害了LTCC-RyR二聯(lián)體，而且也消除了膜微折疊產(chǎn)生的保護(hù)性慢擴(kuò)散區(qū)，從而增加室性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)。

2 BIN1與HF

2.1 HF時(shí)BIN1水平降低

HF的病理生理是T管重構(gòu)、鈣瞬變受損，從而影響心肌興奮收縮耦聯(lián)[22， 27]。許多膜支架蛋白包括BIN1在調(diào)節(jié)心臟收縮中起重要作用，在HF患者和動(dòng)物HF模型中均有BIN1下調(diào)的報(bào)道。Muller等[31]發(fā)現(xiàn)BIN1基因敲除小鼠死于圍產(chǎn)期致死性心肌病，這是人們首次發(fā)現(xiàn)BIN1與HF進(jìn)展有關(guān)。此后，Hong等[30]對(duì)24例致心律失常性右心室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)的患者進(jìn)行回顧分析，發(fā)現(xiàn)ARVC伴HF患者的血漿BIN1濃度低于不伴HF患者。在右室快速起搏誘導(dǎo)的綿羊HF模型及升主動(dòng)脈縮窄誘導(dǎo)的白鼬HF模型中，BIN1蛋白水平和T管密度均降低[26]。Hong等[32]利用終末期非缺血性擴(kuò)張型心肌病的移植受者和未用于心臟移植的器官供者身上獲得新鮮心臟來研究人類衰竭心臟中BIN1的表達(dá)情況，研究發(fā)現(xiàn)在衰竭的心肌細(xì)胞中，BIN1的表達(dá)在mRNA(下降30%)和蛋白(下降36%)水平上均顯著下降。目前，HF時(shí)BIN1含量減少的具體機(jī)制尚不清楚，Hong等[30]認(rèn)為可能與心臟的心肌細(xì)胞含量有關(guān)?？傊贖F患者和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中，均發(fā)現(xiàn)HF時(shí)BIN1降低，正如前文所言，這會(huì)導(dǎo)致LTCC-RyR以及CICR受損，最終降低心肌收縮力，但其下調(diào)的具體機(jī)制尚未明確，仍需進(jìn)一步研究。

2.2 BIN1可以從心肌細(xì)胞釋放入外周血

Xu等[33]利用免疫金標(biāo)記的電子顯微鏡，在小鼠血漿中發(fā)現(xiàn)BIN1存在于約200 nm大小的囊泡中，與微粒(microparticles，MPs)大小一致。此外，在分離的成年小鼠心肌細(xì)胞培養(yǎng)液中可檢測出心臟特異性BIN1-MPs，這些均證實(shí)了BIN1可源于心肌細(xì)胞。然而，BIN1從心肌細(xì)胞被釋放入血的具體機(jī)制尚不明確，Xu等[33]推測可能與內(nèi)吞體分選復(fù)合物-Ⅲ(endosomal sorting complexes required for transport，ESCRT)通路有關(guān)，轉(zhuǎn)運(yùn)必需ESCRT亞單位多體帶電蛋白質(zhì)4B(CHMP4B)與BIN1相互作用，CHMP4B表達(dá)減少時(shí)BIN1-MPs亦隨之減少[23]?？傊珺IN1可以從心肌細(xì)胞釋放入血，但其具體機(jī)制尚需進(jìn)一步研究證實(shí)。

2.3 協(xié)助HF的診斷

新型生物標(biāo)記物的應(yīng)用需要滿足一些條件，例如易于檢測。BIN1可釋放入外周血，在血漿中利用酶聯(lián)免疫吸附法即可定量檢測。其二，BIN1與BNP、NT-proBNP不同，它不受年齡、腎功能、容量負(fù)荷的影響，可直接反映心臟健康和功能儲(chǔ)備。Nikolova等[34]納入52例確診為射血分?jǐn)?shù)保留的HF(heart failure with preserved ejection fraction ，HFpEF)患者，將其與年齡、性別匹配且無心血管疾病的52名健康志愿者以及具有HF危險(xiǎn)因素但無HF診斷的52名對(duì)照者進(jìn)行比較，分別測定3組隊(duì)列的NT-proBNP、BIN1濃度，發(fā)現(xiàn)HFpEF組的BIN1濃度明顯低于另外兩個(gè)對(duì)照組(P<0.05)。為了評(píng)估BIN1和NT-proBNP診斷HF患者的能力，Nikolova 等繪制了受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，以健康志愿者為對(duì)照時(shí)，BIN1診斷HFpEF的曲線下面積(area under the curve，AUC)為0.98 (95%CI： 0.96～1.00)，優(yōu)于NT-proBNP(AUC=0.93，95%CI：0.88～0.99，P<0.05)。以存在HF危險(xiǎn)因素但無HF診斷的患者為對(duì)照時(shí)，BIN1(AUC=0.98，95%CI：0.97～1.00)對(duì)HFpEF患者的診斷能力仍優(yōu)于NT-proBNP(AUC=0.93，95%CI：0.88～0.99)(P<0.05)。近來，Hitzeman等[35]納入158例射血分?jǐn)?shù)降低HF患者(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)與115名年齡、性別相匹配且無HF病史的對(duì)照者，發(fā)現(xiàn)HFrEF患者BIN1濃度明顯低于對(duì)照組(P<0.05)。因此，BIN1有潛力成為優(yōu)于利鈉肽家族的診斷HF的新型生物標(biāo)記物，雖然上述研究中樣本量均較小，但意義重大，為未來尋找能直接反映心肌健康狀況的生物標(biāo)記物提供了潛在方向。

2.4 預(yù)測HF的預(yù)后

Nikolova等[34]研究發(fā)現(xiàn)，心臟BIN1評(píng)分(cardiac BIN1 score，CS)≥1.8[CS=ln(10/BIN1)]的HFpEF患者的1年內(nèi)心血管再入院的風(fēng)險(xiǎn)高于CS<1.8的患者(HR=3.8，95%CI：1.3～11.2，P=0.02)。新近的一項(xiàng)研究表明，BIN1與心功能分級(jí)呈負(fù)相關(guān)(P=0.007)，血漿BIN1濃度越低，NYHA心功能分級(jí)越差[35]。并且高CS組(CS≥1.9)較低CS組(CS<1.9)的1年內(nèi)心血管事件風(fēng)險(xiǎn)增加(43%比26%，P=0.01)。上述研究均表明，血漿BIN1水平可預(yù)測HF患者的不良預(yù)后，但由于目前相關(guān)研究較少，且樣本量較小，其研究結(jié)果的一致性與普及性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.5 指導(dǎo)HF的治療

BIN1在維持心肌興奮收縮耦聯(lián)及電穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用[36]，HF患者中BIN1表達(dá)下調(diào)這一特點(diǎn)可能有助于確定HF治療的潛在新靶點(diǎn)。目前BIN1對(duì)HF的治療方面尚無相關(guān)的臨床研究及資料，尚停留在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段。Li等[37]探討cBIN1替代治療是否可以改善已有HF的應(yīng)激心臟的心肌功能，研究中成年雄性小鼠于8～10周齡時(shí)行主動(dòng)脈橫縮術(shù)，術(shù)后5周眶內(nèi)注射轉(zhuǎn)染cBIN1-V5或綠色熒光蛋白-V5(green fluorescent protein-V5，GFP-V5)的腺相關(guān)病毒9 (adeno-associated virus 9，AAV9)，發(fā)現(xiàn)AAV9-cBIN1小鼠Kaplan-Meir總生存率高于AAV9-GFP治療的小鼠(77.8%比58.8%)，且左室射血分?jǐn)?shù)、心臟的收縮及舒張功能較GFP-V5組有所改善。鑒于BIN1在組織T管膜折疊和LTCC-RyR中的作用，它可能是未來治療的潛在目標(biāo)。雖然現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，HF中BIN1水平的升高可能會(huì)同時(shí)增加收縮力，并減少心律失常的發(fā)生，但尚無研究者開展相關(guān)臨床研究以證實(shí)此假設(shè)。由于目前對(duì)BIN1的認(rèn)知仍有很多局限性，其在指導(dǎo)HF治療方面的研究可能并非一帆風(fēng)順。

3 小結(jié)

作為心臟LTCC-RyR二聯(lián)體的多功能調(diào)節(jié)器，BIN1調(diào)控著健康心肌的鈣信號(hào)，而BIN1的減少會(huì)加速HF的惡化。因此，了解BIN1在正常和HF中的生物學(xué)意義，將對(duì)疾病管理和指導(dǎo)治療產(chǎn)生重大影響。一方面，血漿BIN1攜帶著心肌健康狀況的信息，可作為心臟健康和恢復(fù)潛力的潛在生物標(biāo)記物。另一方面，心臟BIN1微結(jié)構(gòu)域可以作為HF治療的新靶點(diǎn)，了解HF中BIN1降低的機(jī)制也可能有助于識(shí)別新的HF治療途徑。目前HF關(guān)于BIN1的研究尚處于起步階段，因此，BIN1能否成為如BNP、NT-proBNP一樣常規(guī)檢測HF的生物標(biāo)記物[38]，仍需進(jìn)行長期大規(guī)模的研究。

利益沖突：無