Circulation 浙江大学韩佩东课题组首次揭示Ptpn23调控心肌横小管排列的新机制

心力衰竭作为多种心血管疾病发展的终末阶段，具有高发病率和死亡率。横小管(T-Tubule)的重构被认为是心脏病理性结构重塑的一个标志性特征。在哺乳动物的心脏中，T-Tubule的功能主要是通过介导兴奋-收缩耦联触发心肌细胞收缩，从而引起心脏搏动。在心脏发育过程中，心肌细胞质膜内陷至肌细胞内部并沿着Z-disc分布形成复杂的T-Tubule网络。正常情况下，T-Tubule与连接肌浆网在Z-disc处形成心肌二联体，细胞外的钙离子通过位于T-Tubule上的钙离子通道进入到细胞内，从而触发位于连接肌浆网上的Ryr2受体，导致肌浆网中大量钙离子释放到胞质中，进而引起心肌细胞的收缩。虽然之前的研究鉴定出了多种参与T-Tubule发育和维持的基因，但对于T-Tubule是如何沿着心肌细胞的Z-disc排列形成规则的横纹状分布仍然不清楚。

2024年1月12日，浙江大学医学院韩佩东课题组在Circulation在线发表了题为“Ptpn23 controls cardiac T-tubule patterning by promoting the assembly of Dystrophin-glycoprotein complex”的研究论文。该研究首次确定Ptpn23蛋白对于T-Tubule沿Z-disc的形成和维持是至关重要的。Ptpn23在出生后心脏发育过程中通过与肌节Z-disc蛋白α-actinin的相互作用，介导了Dystrophin-Glycoprotein Complex (DGC)复合物的组装进而调控了T-Tubule的形态和空间排列。

研究人员在心力衰竭的人类心脏样本和小鼠心脏样本中均检测到Ptpn23的明显下调，并发现心衰的小鼠心肌细胞中T-Tubule和Ptpn23规则分布均被扰乱。通过对发育不同阶段的心肌细胞Ptpn23空间定位的研究，发现Ptpn23蛋白在出生后心脏发育过程中逐步定位于心脏Z-disc处。通过构建Ptpn23心肌细胞特异性敲除的小鼠，发现心肌特异性敲除Ptpn23会导致心脏的进行性重构，主要表现为心脏整体形态增大，心功能降低，最终导致一定比率的小鼠死亡。研究人员通过原位灌注染料、免疫荧光以及透射电镜等方法观察到心肌细胞敲除Ptpn23会导致T-Tubule排列紊乱，主要表现为横向T-Tubule减少、纵向T-Tubule的增多、整体的完整度降低以及T-Tubule管腔增大。并且通过AAV9介导的单个心肌细胞基因敲除的方法，证实了Ptpn23在调节T-Tubule排列过程中发挥着细胞自主性作用。

研究人员进一步利用α-actinin和Dystrophin基因敲除小鼠以及免疫荧光、免疫共沉淀、甘油密度梯度离心等实验手段进行了机制探索，发现Ptpn23与肌节Z-disc蛋白α-actinin存在相互作用。而敲除α-actinin会导致Ptpn23定位变得弥散，同时T-Tubule也发生严重紊乱，这些数据表明Ptpn23与α-actinin的相互作用以及Z-disc结构的形成是Ptpn23正确分布进而调控T-Tubule排列所必须的。T-Tubule通过质膜上的肌节被锚定在Z-disc处从而维持其规则的间隔分布。基于Ptpn23与α-actinin的相互作用以及Ptpn23的功能丧失导致T-Tubule紊乱但不影响Z-disc结构，研究人员猜测Ptpn23可能控制T-Tubule膜在Z-disc处的锚定。

在Ptpn23敲除的心肌细胞中观察到肌节结构中DGC复合物定位发生紊乱，同时Ptpn23缺失导致DGC复合物发生了一定程度的解聚，复合物蛋白之间的相互作用明显减弱。进一步在Dystrophin基因敲除小鼠上的研究也证实DGC的解聚会导致T-Tubule的紊乱。因此，Ptpn23通过调控DGC复合物的组装介导了T-Tubule的排列。研究还发现，在已经形成完整T-tubule网络的成年小鼠心脏上，Tamoxifen介导的Ptpn23诱导性敲除也会导致T-Tubule的紊乱，说明Ptpn23除了在调节T-Tubule形成方面发挥作用，对于T-Tubule的结构维持也至关重要。

综上所述，在出生后心脏发育过程中，Ptpn23通过与α-actinin的相互作用定位于肌节Z-disc处，进而介导DGC复合物的正确组装，使得T-Tubule被锚定在Z-disc上形成规则的分布。而在Ptpn23缺失的心肌细胞中，DGC复合物的完整性降低，导致了T-Tubule排列缺陷。这些发现首次揭示了Ptpn23在心脏T-Tubule排列过程中的新功能，为治疗心脏病提供了一种潜在的治疗策略。

浙江大学医学院博士研究生徐晨、博士后张鸽为文章共同第一作者。浙江大学医学院韩佩东研究员为通讯作者。该研究获得了University of Iowa宋龙生教授、西安交通大学谢文俊教授、浙江大学王福俤教授、何峰副教授、西湖大学常兴教授的大力支持，以及科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金项目资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.065767