心脏标志物临床应用进展(第2版)
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一、分子结构与理化特性

(一)分子结构

肌钙蛋白(troponin,Tn)是与心肌和骨骼肌收缩有关的调节蛋白,调节肌肉的收缩和舒张。肌钙蛋白是横纹肌的结构蛋白,存在于肌原纤维的细丝中,和原肌球蛋白一起通过调节钙离子对横纹肌肌动蛋白ATP酶的活性来调节肌动蛋白和肌球蛋白相互作用(如图3-4-1)。分子呈球形,由三种亚单位组成:肌钙蛋白I(tropomyosininhibitorycomponent,TnI)、肌钙蛋白T(tropomyosin-bindingcomponent,TnT)、肌钙蛋白C(calinmbindingcomponent,TnC)。肌钙蛋白为江桥节郎(1965)发现的。三种成分于1972年得到纯化分离。
TnI:分子量为21kD,是肌原纤维ATP酶的抑制性亚单位,不论有钙无钙,它都可抑制肌球蛋白与肌动蛋白的偶联,并抑制ATP酶活力,从而松弛骨骼肌或心肌。
TnT:分子量为37kD,是与原肌球蛋白结合的亚单位,从而在肌纤维收缩和舒张中发挥中介作用。其为一球形单链,分子量可随种属不同而略有差异。
TnC:分子量为18kD,呈晶体结构,是肌钙蛋白的Ca 2+结合亚基。是仅有的与钙离子结合的亚单位,骨骼肌和心肌中的TnC是相同的。有4个钙结合点存在于骨骼肌钙蛋白C上,而心肌肌钙蛋白C只有3个钙结合点。与钙离子结合后促使细胞丝活化,引起肌纤维收缩。
图3-4-1 心肌舒缩的分子生物学基础
3个亚单位结合与原肌球蛋白一起构成肌钙蛋白-原肌球蛋白复合体(Tm-Tn)复合体,如图3-4-2,调节肌肉收缩和舒张的力量和速度。此复合体位于横纹肌的细肌丝和心肌细胞的细肌丝上,三种成分之间存在着钙依赖性的相互作用,三者结合通过钙控制肌肉的收缩。
图3-4-2 肌钙蛋白复合体结构示意图

(二)基因表达 1.TnI-有三种亚型

快骨骼肌亚型(fsTnI)、慢骨骼肌亚型(ssTnI)、心肌亚型(cTnI)。这三种TnI亚型分别由三种不同的基因所编码。cTnI基因长约6.2Kb,由8个外显子组成,可以编码205个氨基酸的蛋白质。
心肌亚型相对两种骨骼肌亚型约有40%的不同源性,主要区别在1、2、3位外显子。在cTnI中,1、2、3外显子较长,可编码N端的47个氨基酸,而在ssTnI1、2、3外显子短,只有编码N 端21个氨基酸,cTnI多肽的N端较骨骼肌钙蛋白多26个氨基酸,且氨基酸序列差异达40%,而5、6、7外显子在cTnI和ssTnI具有高度的同源性。且cTnI仅在婴儿出生9个月之后在心肌中表达,而不在骨骼肌中表达,因此cTnI在血液中浓度增高时,对于心肌损伤具有高度特异性,除心肌损伤外,包括骨骼肌损伤等其他疾病均不会出现cTnI的增高现象。cTnI是心肌特异的抗原,具有优越的心肌特异性。

2.TnT-也有三种亚型

快骨骼肌亚型(fsTnT)、慢骨骼肌亚型(ssTnT)、心肌亚型(cTnT)。它们在骨骼肌或心肌中的表达分别受不同的基因调控。cTnT位于染色体1q32上,cTnT基因长约1.2Kb,由16个外显子组成。

3.TnC-有三种亚型

快骨骼肌亚型(fsTnC)、慢骨骼肌亚型(ssTnC)、心肌亚型(cTnC)。实际上,cTnC基因在心肌及骨骼肌中的转录产物是一样的,ssTnC同时也就是在心脏表达的异构体。因此,确切的说,TnC只具有二种亚型。而单独编码fsTnC的基因不在心肌表达。TnC基因长约3.0Kb,包含6个外显子和5个内含子。

(三)理化特性

心肌细胞胞浆游离cTnI只占4.1%,大部分cTnI与cTnT及cTnC亚单位结合在一起以复合体的形式存在。当心肌因缺血、缺氧而发生变性和坏死时,游离于胞浆内的cTnI可迅速透过受损细胞膜进入细胞间质,随之进入血管和淋巴管内,血清水平于3~5小时内升高;而结合的cTnI由于分子质量相对较大,延迟透出胞膜进入血流,其肌原纤维不断崩解破坏并逐渐分解出cTnI,血清水平于15~24小时达高峰,可升高至正常人的5~50倍,5~20天后降至正常。欧洲心脏病协会(European Society of Cardiology,ESC)、美国心脏病协会(American College of Cardiology,ACC)和美国心脏协会(American Heart Association,AHA)等权威组织已建议将cTnI作为确定性标志物用于心肌梗死的诊断、危险度分级和患者预后评估、帮助临床制定或及时调整治疗方案。
心肌细胞内游离于胞浆的cTnT约5%,约95%的cTnT结合于肌钙蛋白-原肌球蛋白复合物中。在心肌细胞受到可逆性损害时,细胞膜的完整性被破坏,游离的cTnT首先释放入血液中,构成短暂而迅速的升高;如发生不可逆的心肌细胞损伤,结合部分的cTnT继续从细肌丝上降解下来,导致血清cTnT持续性升高。在这个过程中,可形成2个高峰,一般于2~4小时内血中cTnT开始上升,于第22小时左右形成第一个高峰,此时血清中cTnI为正常人的40~120倍,然后缓慢下降,第2~5天出现第二个高峰,峰值为正常人的30~40倍,持续半个月左右后降至正常。