Circ Res 海军军医大学章卫平教授团队发现调控心脏收缩功能的关键分子

心肌细胞内的Ca²⁺循环决定了其收缩和舒张反应，其中肌浆网(SR) Ca²⁺泵(SERCA2a)在心肌细胞舒张过程中负责将胞浆Ca²⁺泵回到SR储存，SR内Ca²⁺是心肌收缩时Ca²⁺释放入胞浆的重要来源。受磷蛋白(Phospholamban, PLN)是抑制心脏SERCA2a活性的关键蛋白，而肾上腺素刺激则可促进PLN的蛋白磷酸化并导致其失活，从而逆转PLN对SERCA2a的抑制作用，增强心脏的收缩功能。然而，有关PLN的表达调节机制仍不清楚。

2024年1月3日，海军军医大学基础医学院章卫平教授团队在Circulation Research上发表题为“ZBTB20 Regulates SERCA2a Activity and Myocardial Contractility Through Phospholamban”的研究论文。该研究揭示了自主发现的锌指蛋白ZBTB20是调控心脏收缩的关键分子，同时也为阐释心脏收缩功能的调控机制提供了新的视角。

首先，作者发现ZBTB20在心肌细胞中高表达，利用cre/loxp技术建立了心肌细胞特异性ZBTB20敲除(CZB20KO)小鼠模型，发现CZB20KO小鼠心脏结构、心电图、心率、血压与对照小鼠无明显差别。

接着，作者通过超声心动图检测了小鼠在体心功能，发现CZB20KO小鼠在左室舒张末期内径(LVIDd)无明显改变的情况下左室收缩末期内径(LVIDs)显著降低，同时左室缩短分数(LVFS)和射血分数(LVEF)显著增加。Langendorff离体心脏灌流结果显示，CZB20KO小鼠左室收缩压(LVSP)、左室发展压(LVDP)、左室内压力最大上升下降速率(±dp/dt)明显升高。上述结果提示，CZB20KO小鼠心脏收缩功能增强。

为了确定CZB20KO小鼠心脏高动力状态是否与心脏对β-肾上腺素能刺激的反应性和功能储备的改变相关，作者使用不同浓度的β受体激动剂异丙肾上腺素灌注离体心脏，发现ZBTB20缺失并不影响β受体激动剂对心脏收缩能力的完全激活，却会损害心脏储备功能。接着，作者同步检测了心肌细胞钙瞬变和收缩，发现CZB20KO小鼠单个心肌细胞的收缩幅度、钙瞬变幅度、肌浆网Ca²⁺含量和SERCA2a活性均显著增加。

然后，作者进一步研究发现，在CZB20KO小鼠心脏和ZBTB20敲低的乳鼠心肌细胞中，PLN蛋白表达水平显著降低，而钠钙交换体(NCX1)蛋白水平则升高。ChIP实验结果显示ZBTB20与PLN无直接结合，而与NCX1有结合，提示ZBTB20可能分别通过非直接机制和直接机制调控PLN和NCX1的表达。

虽然CZB20KO小鼠心脏NCX1蛋白表达水平有升高，但通过膜片钳技术发现，在37℃条件下，CZB20KO小鼠心肌细胞和对照小鼠心肌细胞钠钙交换电流并无显著差别。在使用钠钙交换抑制剂SEA0400后，CZB20KO小鼠心肌细胞收缩幅度和钙瞬变幅度依旧显著高于对照小鼠。然而，在CZB20KO小鼠心肌细胞腺病毒回补PLN后可以很大程度上逆转ZBTB20敲除心肌细胞的收缩功能表型。上述结果表明，PLN表达降低是引起CZB20KO小鼠心脏收缩增强的主要原因。

综上所述，该研究发现ZBTB20通过调控PLN表达进而调节SERCA2a活性和心肌细胞的收缩功能。当ZBTB20缺失后，PLN表达降低，SERCA2a活性增加，胞浆Ca²⁺泵回到SR增多，导致心脏收缩功能增强。本研究阐释了心脏收缩功能新的调控机制，也为心脏病的防治提供了新的靶点。

锌指蛋白ZBTB20是章卫平教授团队自主发现并在国际上率先报道的新分子，在进化中高度保守。近20年来，该团队一直致力于系统地揭示ZBTB20在器官发育和内分泌代谢中的生理功能及其病理意义，在Nature Communications (4篇)、PNAS (4篇)、Gastroenterology、Hepatology和Development等国际优秀期刊发表了系列原创性的工作。

海军军医大学基础医学院任安经副教授、魏纯纯讲师和天津医科大学朱宪彝纪念医院刘亚晋助理研究员为该文的共同第一作者，章卫平教授为通讯作者。该研究得到了心血管领域专家中科院营养与健康所杨黄恬教授、北京大学医学院第三附属医院张幼怡教授和天津医科大学朱毅教授的宝贵合作。该研究受到国家重点研发项目和国家自然科学基金的资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.123.323798