RBM20基因在扩张型心肌病中表达的研究进展

Abstract

扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy, DCM）是心力衰竭重要的原因之一，任何阶段均可出现严重的心血管事件，导致猝死。RNA结合基序蛋白20（RNA-binding motif protein 20, RBM20）基因突变是引起DCM的原因之一，呈家族性聚集，可合并心律失常，具有易猝死、早死亡的特点。该文介绍RBM20基因及其调节TTN基因、CAMK2基因的剪接，总结RBM20基因突变相关DCM的治疗，旨在提高临床工作者对RBM20基因的认识，为精准医学治疗提供新思路。

扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy, DCM）是全球心力衰竭重要的原因之一，表现为心脏结构出现一侧或双侧心室扩大及收缩功能减退，可同时合并心律失常，在疾病的任何阶段均可出现严重心血管事件，导致猝死，最终的治疗手段多为心脏移植。部分DCM原因不明，在特发性DCM中，20%~35%为家族遗传，多为常染色体显性遗传。自1990年发现第1例家族性心肌病致病性基因突变，目前已超过170个基因与心肌病、离子通道病等多种心脏系统疾病相关，超过60个基因可引起DCM^［1-2］。2009年，首次发现RNA结合基序蛋白20（RNA binding motif protein 20, RBM20）基因突变可引起DCM^［3］。RBM20基因突变所致的心肌病多为家族性DCM，临床表现相似^［4］，发病率为1%~5%^［5］。少数RBM20基因突变所致的心肌病为散发性DCM^［6］。RBM20基因又可作为剪接因子，在转录过程中可变剪接TTN基因、TNNT2基因，在心脏发育中起重要作用。RBM20基因突变导致的DCM具有发病年龄小、心力衰竭严重、高病死率的特点^［7-9］。目前，RBM20基因已被证实与多种心血管疾病相关，可表现为DCM、心律失常、猝死及心肌广泛纤维化、心肌致密化不全。

1. RBM20基因的结构

RBM20基因主要在横纹肌中表达，心肌中表达最高，非肌肉组织中几乎不表达^［10-11］。RBM20基因位于10号染色体，包含14个外显子，编码含1 227个氨基酸的蛋白质。存在物种间高度保守的功能区域，包括2个锌指（zinc finger, ZnF）结构域，1个RNA识别基序（RNA recognition motif, RRM）结构域，1个富含精氨酸/丝氨酸（arginine-/serine-rich, RS）区域，1个富含亮氨酸（leucine-rich, L-rich）区域，1个富含谷氨酸（glutamate-rich, E-rich）区域^［12-13］（图1）。其中，与DCM相关的RBM20基因突变多发生在RS区域^{［2，10，14-15］}，导致表达的蛋白质功能丧失。E-rich区域和ZnF结构域内突变发生率比RS区域低，但是在这些区域内发生突变后也会降低RBM20基因的剪接活性，影响所调控的基因表达，导致DCM^［16-17］。不是所有突变均有意义，如I536T-RBM20基因突变影响基因表达、导致剪接异常，但是不会引起DCM^［18］。

图1. RBM20基因结构图 ［ZnF］锌指；［RRM］ RNA识别基序；［RS-rich］富含精氨酸/丝氨酸；［L-rich］富含亮氨酸；［E-rich］富含谷氨酸。.

2. RBM20基因突变的表达

Zhang等^［19］表明RS区域发生的突变介导中心核定位信号的中断，可引起严重的DCM。大多数RBM20基因突变定位在RS区域中的精氨酸-丝氨酸-精氨酸-丝氨酸-脯氨酸（arginine-serine-arginine-serine-proline, RSRSP）片段，RSRSP片段的磷酸化干扰了RBM20基因的核定位，在细胞质中形成异常的核糖核蛋白（ribonucleoprotein, RNP）颗粒，考虑这种RNP颗粒是形成DCM心肌改变的重要原因^{［12，14，20-21］}。另有研究表明，RSRSP片段突变使DCM表型更加严重，并发心房颤动及室性心律失常^［22］。但是，低水平的磷酸化仍可提高蛋白质表达水平，可能是受反馈机制的作用^［23］。RBM20基因是心脏发育过程中核糖核酸处理机制的重要组成成分。RBM20基因突变干扰前体信使核糖核酸（pre-messenger RNA, pre-mRNA）的翻译后修饰过程，生成大量异常蛋白质（图2）。转录过程中，RBM20基因通过RRM结构域抑制上游和下游内含子^［17］，Upadhyay等^［24］发现RRM结构域具有C端螺旋，特异识别含尿嘧啶-胞嘧啶-尿嘧啶-尿嘧啶的RNA基序，成为转录pre-mRNA的基础。

图2. RBM20基因转录翻译及可变剪接TTN基因示意图 图片改自Koelemen等^［13］的文章。RBM20基因突变影响转录及翻译过程，导致异常蛋白质聚积。同时，RBM20基因突变通过调整N2BA及NAB亚型比例，可变剪接TTN基因。.

3. RBM20基因的可变剪接

RBM20基因突变导致可变剪接异常，导致靶基因形成致病性的环状RNA，并且在细胞质加工小体内重新生成RNP，导致心肌细胞变异，心脏收缩功能异常^［25］。RBM20基因的结构域在定位剪接位点及外显子/内含子的选择中至关重要。通过研究实验大鼠与人类心脏的基因，在内含子结合位点发现一组独特的RNA识别元件，在3'剪接位点下游400碱基对和5'剪接位点上游400碱基对位点与RBM20基因结合，并且，RBM20基因也通过与U1和U2核小核糖核蛋白颗粒（small nuclear ribonucle protein particle, snRNP）结合位点结合，抑制剪接过程^{［10，26］}。

RBM20基因作为一种剪接因子，调节与影响心室舒张功能、肌节组装、离子转运等多个心脏相关基因的剪接^［11］，包括TTN基因、CAMK2基因、MYH6基因、MYH7基因、RYR2基因、NEXN基因、NPRL2基因、TNNT2基因、PDLIM3基因等^{［5，11，27］}。本文介绍RBM20基因调控TTN基因及CAMK2基因的过程。

3.1. TTN基因

TTN基因突变是引起DCM常见的原因^［28］，占10%~30%。TTN基因在人类中包含363个外显子，3个亚型，编码的肌联蛋白是人类体积最大的蛋白质，大小超过3 MDa，连接大多数横纹肌中的Z盘和粗丝，调节心肌收缩和弹性，是导致心肌硬化的重要因素^［20］。TTN基因主要的2种亚型是N2BA和NAB，心肌顺应性由N2BA和NAB所占比例不同决定。RBM20基因突变显著提高N2BA亚型表达，造成N2BA和NAB比例改变，使肌原纤维被动张力降低，导致心肌病^{［12，26-27，29］}（图2）。

3.2. CAMK2基因

CAMK2基因的产物属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族的一种多功能蛋白激酶，蛋白激酶中的δ亚型在心脏中占主导地位。RBM20基因突变导致CAMK2基因的产物从常规的-δB和-δC亚型转变为-δA和-δ9亚型，导致L型钙离子电流增加，心肌细胞肌浆网中充满钙离子，细胞内钙离子超负荷，可能是DCM心律失常发生的原因^{［27，30］}。

4. 性别差异

DCM发病率及临床严重程度存在性别差异，男性发病率高于女性，症状更加严重。一项Meta分析表明，相比于女性，男性DCM的全因病死率、心血管病死率及猝死风险更高^［31］。RBM20基因突变所致的DCM中，男性患者的临床症状也比女性更严重^［6，32］。但是，Lennermann等^［33］研究构建的RBM20基因敲除（knockout, KO）小鼠模型，虽然RBM20-KO所致DCM雄性小鼠的基因表达和磷酸化更加显著，但是心脏形态和功能与DCM雌性小鼠相比无性别差异。这种人类及小鼠的发病性别差异的不同可能受行为风险因素如吸烟、肥胖及激素等的影响。

5. 治疗

DCM在临床中大多数仍表现为收缩性心力衰竭。很多患者最后的治疗措施为心脏移植，但供体稀少。目前，已开展多项治疗RBM20基因突变所致心肌病的研究，期望可以治愈心力衰竭。

研究表明，强心苷类药物包括地高辛及洋地黄毒苷可以抑制RBM20基因对TTN基因的可变剪接，降低RBM20基因表达蛋白质的水平，可能改善舒张性心力衰竭^［34］。丝氨酸-精氨酸蛋白激酶可以调节RSRSP片段的磷酸化，调控心肌病相关基因的剪接，成为治疗RBM20基因相关心肌病的潜在治疗靶点^［21］。应用CRISPR/Cas9基因编辑技术建立体外心肌模型，此模型包含RBM20基因杂合突变的多能干细胞定向分化心肌细胞，通过全反式维甲酸上调RBM20基因表达，部分恢复由RBM20基因缺陷引起的剪接、钙处理异常和收缩功能障碍，有望修复RBM20基因突变所致的DCM^［35］。

基因突变的精准校正是一种新的治疗方法。一项研究指出，应用腺嘌呤碱基编辑和先导编辑校正RS区域内的突变，诱导多能干细胞衍生出心肌细胞，使心力衰竭的大鼠恢复心脏功能^［14］。目前，关于基因编辑改善致病性RBM20基因变异体修复的方法研究仍在初级阶段。

6. 总结与展望

RBM20基因突变通过多种途径导致DCM，其转录、翻译及调控其他基因可变剪接的过程复杂。目前，对于RBM20基因突变所致DCM的治疗方案多基于基础研究，由于RBM20基因具有物种间高度保守的特征，非同源物种、体内及体外的RBM20基因研究结果有部分不同，对人类DCM的疗效仍需要更多临床研究与基础研究结合进一步明确。

利益冲突声明

所有作者声明无利益冲突。