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鈣離子通道與心房顫動關系的研究進展

2015-02-09 15:25綜述黃從新審校
醫(yī)學綜述 2015年13期
關鍵詞:心房顫動

黃 燕(綜述),黃從新(審校)

(武漢大學人民醫(yī)院心內(nèi)科,武漢 430060)

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鈣離子通道與心房顫動關系的研究進展

黃燕△(綜述),黃從新※(審校)

(武漢大學人民醫(yī)院心內(nèi)科,武漢 430060)

摘要:心房顫動(房顫)發(fā)生機制目前尚不完全清楚,但關于房顫發(fā)生的分子和離子機制的研究已有很多。眾多研究表明,心肌細胞內(nèi)的鈣超載對房顫的發(fā)生和維持起著至關重要的作用,而心肌細胞膜上的鈣離子通道則與細胞內(nèi)鈣超載的形成密切相關。該文就鈣超載、L型鈣通道和T型鈣通道的表達及功能變化與房顫關系的研究進展進行綜述,以期為房顫的防治提供更多的理論依據(jù)。

關鍵詞:心房顫動;鈣超載;L型鈣通道;T型鈣通道

心房顫動(房顫)是臨床上最常見的心律失常之一,給社會生活帶來沉重負擔[1-2]。房顫的發(fā)生機制目前尚不完全清楚,心肌細胞內(nèi)鈣超載在房顫的發(fā)生和維持中起著非常重要的作用,而細胞膜表面的鈣通道則與鈣超載的形成息息相關[3-5]。在目前發(fā)現(xiàn)的6種鈣通道中(L、N、T、P、Q、R亞型),只有L型和T型存在于成人心肌細胞上[6]。對于L型鈣通道研究已很多,L型鈣通道在心肌收縮鈣釋放過程中起鈣觸發(fā)鈣釋放作用,參與動作電位復極相平臺期;而對T型鈣通道的研究較局限,現(xiàn)有的研究表明,T型鈣通道在心肌細胞去極相發(fā)揮作用,參與基礎鈣的調(diào)節(jié)?,F(xiàn)就鈣離子通道與房顫關系的研究進展予以綜述。

1鈣循環(huán)及鈣超載

心肌細胞鈣循環(huán)包括:當去極化使細胞膜上的L型鈣通道激活時,鈣離子(Ca2+)內(nèi)流,激活肌質(zhì)網(wǎng)上的蘭尼堿受體,釋放Ca2+,引起心肌細胞收縮;舒張期,胞質(zhì)中升高的Ca2+大部分被肌質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+-ATP酶(SERCA2a)回收,另外10%~20%的Ca2+則需經(jīng)細胞膜上的鈉鈣交換體排出胞外,保持細胞內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài);上述任何一個環(huán)節(jié)的異常都將使心肌細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)被破壞[3]。

1.1蘭尼堿受體與鈣超載目前已發(fā)現(xiàn)心肌肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣調(diào)節(jié)蛋白有4種,即肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA2a)、受磷蛋白、蘭尼堿受體和三磷酸肌醇受體。蘭尼堿受體鈣通道是鈣觸發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)鈣釋放的主要通道,在維持心肌細胞Ca2+穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用。Blayney等[7]快速起搏犬右心房的房顫模型,房顫組蘭尼堿受體開放性顯著增加,從而推測蘭尼堿受體開放性增加導致舒張期肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+滲漏入胞質(zhì),進而致房顫。FKBP12.6輔助蛋白(鈣釋放通道穩(wěn)定蛋白FK506結(jié)合蛋白12.6)阻止了舒張期蘭尼堿受體離子通道開放,F(xiàn)KBP12.6輔助蛋白缺失使蘭尼堿受體的過度磷酸化引起舒張期蘭尼堿受體離子通道開放增加,肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+滲漏入胞質(zhì),導致舒張期Ca2+增多,而使動作電位平臺期延長,復極延長,出現(xiàn)延遲后除極,導致房顫發(fā)生[8-10]。Fauconnier等[11]的實驗結(jié)果顯示,F(xiàn)KBP12.6基因剔除小鼠房顫發(fā)生率為81%,顯著高于對照組(7%),進而證實了FKBP12.6缺失對房顫的發(fā)生起重要作用。

1.2受磷蛋白、肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶與鈣超載受磷蛋白與肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶形成聚合體,肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶泵活動由受磷蛋白調(diào)控,受磷蛋白決定肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶的Ca2+親和力,受磷蛋白的磷酸化使肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶的活性增高,Ca2+回收增加,去磷酸化則減弱Ca2+的親和力[11]。目前對于受磷蛋白與肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶在房顫發(fā)生時的表達變化觀點不一致,有研究表明,房顫患者心房肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶信使RNA和蛋白表達明顯下降,受磷蛋白信使RNA表達則變化不大[12]。Schotten等[13]對59例接受二尖瓣手術患者(對照組竇性心律n=31,房顫組n=28)的右心房組織標本進行研究,發(fā)現(xiàn)肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶信使RNA和受磷蛋白信使RNA表達與對照組無差異。Hoit等[14]400 bpm快速起搏犬心房致房顫,結(jié)果顯示,左心房肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶信使RNA變化不明顯,但受磷蛋白水平顯著下降;由此推測,受磷蛋白的下降是房顫的一種代償性調(diào)節(jié),說明受磷蛋白在鈣超載過程中發(fā)揮重要作用。

1.3三磷酸肌醇受體與鈣超載三磷酸肌醇受體在正常心肌細胞肌質(zhì)網(wǎng)上表達很少,其作用也不清楚。有研究報道,這些受體可能并不參與鈣循環(huán),而參與細胞信號轉(zhuǎn)導[15-16]。Schlossmann等[17]的研究顯示,慢性房顫患者三磷酸肌醇受體的信使RNA表達明顯上調(diào)。郭繼鴻等[18]對犬房顫模型研究顯示,單純房顫組的三磷酸肌醇受體表達明顯高于正常對照組,提示房顫患者三磷酸肌醇受體表達上調(diào)可能與房顫時細胞內(nèi)鈣超載有關,并加速細胞內(nèi)鈣信號的轉(zhuǎn)導過程。

2L型鈣通道與房顫

2.1L型鈣通道的分子結(jié)構(gòu)心肌細胞中的L型鈣通道由多個亞單位組成(包括α1、α2、β、δ等亞單位);其中α1是構(gòu)成L型鈣通道的功能性亞單位,心肌中高表達編碼α1亞基的α1c;β亞基在鈣通道上也起重要作用,β亞基有4個異構(gòu)體β1~β4,心肌中高表達β2亞基,β亞基與α1c結(jié)合后可使 L型 鈣通道電流增加3~4倍,β亞基還能改變通道激活的頻率依賴性,加速通道的激活和失活過程;α2、δ亞基的編碼基因是相同的,最初在細胞內(nèi)合成時是在一起的,而在轉(zhuǎn)錄后分開成為α2、δ,編碼α2/δ亞單位的基因為CACNA2D,剔除該基因,可使L型鈣通道的激活改變[19-20]。

2.2L型鈣通道電流在房顫中的變化心房電生理重構(gòu)在房顫的發(fā)生和維持中起重要作用,而心房電生理重構(gòu)主要表現(xiàn)為動作電位時程、心房有效不應期的縮短以及頻率適應性下降,在心房肌動作電位則主要表現(xiàn)為動作電位平臺期縮短,而L型鈣通道電流是動作電位平臺期的主要復極內(nèi)向電流,L型鈣通道電流下降引起動作電位時程縮短進而誘發(fā)心律失常[21]。Van Wagoner等[22]研究發(fā)現(xiàn),持續(xù)性房顫患者心房肌細胞L型鈣通道電流顯著低于對照組竇性心律患者,對照組竇性心律患者中L型鈣通道電流大者術后更易發(fā)生房顫,從而提示鈣超載是房顫發(fā)生的重要原因,持續(xù)性房顫患者之所以出現(xiàn)L型鈣通道電流降低,是對鈣超載的適應性變化。Brundel等[23]的試驗證實,L型鈣通道信使RNA水平降低只發(fā)生在持續(xù)性房顫患者,在陣發(fā)性房顫患者中并無明顯下降;但L型鈣通道蛋白表達水平在持續(xù)性和陣發(fā)性房顫患者中均明顯降低,同時心房有效不應期縮短、頻率適應性也明顯下降,從而推測L型鈣通道表達下降可能是房顫患者L型鈣通道電流降低的原因。L型鈣通道基因表達下調(diào)導致鈣通道數(shù)量減少從而引起L型鈣通道電流降低,進而心房有效不應期縮短,房顫頻率適應性下降,心房細胞L型鈣通道數(shù)量減少可能是慢性房顫患者心房電重構(gòu)的基礎[24]。張玲等[25]通過快速起搏右心房建立犬24 h及48 h房顫模型,對心房肌有效不應期和L型鈣電流進行研究,發(fā)現(xiàn)心房有效不應期的變化在最初6 h較對照組明顯縮短,后直至48 h呈逐漸緩慢縮短趨勢,房顫時間越長,有效不應期縮短越明顯;房顫持續(xù)24 h及48 h犬可見心房肌細胞L型鈣通道電流幅值和電流密度明顯減??;24 h房顫組及48 h房顫組I-U曲線較對照組顯著上移,說明電重構(gòu)的發(fā)生迅速且呈持續(xù)性、進行性;該研究還揭示,無論是房顫持續(xù)24 h還是48 h,L型鈣通道電流密度的I-U曲線僅僅表現(xiàn)為電流密度幅值的減小,而無曲線波形的明顯變化,說明電重構(gòu)時僅有離子通道數(shù)量的改變,而無通道動力學方面的改變。

2.3房顫時L型鈣通道的分子重構(gòu)鄧貴智和胡建新[26]對兔急性房顫模型心房肌鈣通道α1c、β1的表達進行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),房顫誘發(fā)術后刺激組兔心房肌L型鈣通道α1c、β1表達明顯下降,提示心房快速起搏時,L型鈣離子通道活性降低,L型鈣通道電流密度下降,動作電位時程及有效不應期進行性縮短,心房傳導離散度增加,不應期頻率適應性降低,從而有利于房顫的發(fā)生和維持。這與Yue等[27]的犬房顫模型研究結(jié)果一致。然而,許多臨床試驗結(jié)果與此相左。史昀青等[28]對α1亞基在風濕性房顫患者心房組織中的表達進行研究,將試驗對象分為正常竇律組、風濕性瓣膜病竇律組和風濕性瓣膜病房顫組,發(fā)現(xiàn)α1c亞基在風濕性瓣膜病房顫組的表達水平顯著高于前兩組。Schotten等[29]的研究也發(fā)現(xiàn),持續(xù)性房顫患者心肌L型鈣通道的α1c亞基和β2a亞基并未下調(diào)。Grammer等[30]研究發(fā)現(xiàn),持續(xù)性房顫患者心肌L型鈣通道的α1c亞基和β1a/c亞基下調(diào)并不顯著,而α2/δ和β1b亞基的信使RNA水平顯著下降。國內(nèi)王麗明等[31]對房顫患者的研究亦證實,α2/δ和β1b亞基的信使RNA水平顯著下降。之所以出現(xiàn)研究結(jié)果的不一致,源于以上研究均為人工誘發(fā)房顫的動物模型實驗或離體細胞實驗。并且,L型鈣通道的失活機制有兩種,即電壓依賴性和Ca2+濃度依賴性,胞內(nèi)Ca2+濃度增高可使L型鈣通道失活加速,亦即L型鈣通道電流下降和動作電位時程縮短[20]。所以,L型鈣通道α1c亞基的上調(diào)同樣可通過增加細胞內(nèi)Ca2+濃度,使通道失活加速,L型鈣通道電流下降、動作電位時程縮短,進而導致房顫的發(fā)生。

3T型鈣通道與房顫

3.1T型鈣通道的分子結(jié)構(gòu)及電生理特性T型鈣通道屬于電壓依賴性鈣通道家族中的低電壓激活性鈣通道,主要由α(包含α1和α2亞基)、β、γ、δ等亞單位組成,α1為該通道的核心亞基,決定了T型鈣通道的電生理學性質(zhì),而各種T型鈣通道亞型的差異性是由編碼α1亞基的基因序列不同導致的;目前發(fā)現(xiàn)了3種編碼α1亞基的基因,分別為Cav3.1(α1G)、Cav3.2(α1H)、Cav3.3(α1I),在心肌細胞中,只有Cav3.1和Cav3.2兩種基因表達[20]。心臟中鈣離子通道以L型鈣通道為主,胚胎期及幼年動物心臟中有T型鈣通道表達,而成人心肌細胞則很少有T型鈣通道表達,但在傳導系統(tǒng)及自律細胞仍有表達,故T型鈣通道對心肌細胞的自律性及傳導起作用[6,32]。T型鈣通道激活的閾值較L型鈣通道低,-70 mV即可被快速激活而開放,其失活也快,-50 mV即可使之失活;T型鈣通道的電生理特性使其介導的T型鈣通道電流主要在0相去極化期發(fā)揮作用[31],因此T型鈣通道可能參與細胞內(nèi)基礎鈣水平調(diào)節(jié)。

3.2T型鈣通道阻滯劑對房顫的作用各研究對房顫時T型鈣通道改變的結(jié)論并不統(tǒng)一。1999年,F(xiàn)areh等[33]利用米貝拉地爾阻斷T型鈣通道能夠預防快速心房起搏所引起的犬心房電重構(gòu),由此推測,T型鈣通道在快速心房起搏所誘發(fā)的心房電重構(gòu)中發(fā)揮重要作用。Nishida等[34]研究了貝普地爾對快速心房起搏誘發(fā)的心房電重構(gòu)的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),實驗組應用貝普地爾可以使心房有效不應期延長、房顫持續(xù)時間縮短,因而對快速心房起搏所引起的心肌細胞電生理改變有良好的預防作用。劉元生等[35]研究發(fā)現(xiàn),在犬快速心房起搏模型中,T型鈣通道被阻斷后,心房肌細胞鈣濃度均顯著上升,阻斷L型鈣通道心房肌細胞鈣濃度改變卻不明顯,從而推測T型鈣通道在房顫時心肌細胞內(nèi)鈣超載中起了主要作用。

3.3房顫時T型鈣通道電流的變化及T型鈣通道分子重構(gòu)以上研究均表明,T型鈣通道在房顫發(fā)生過程中起著非常重要的作用,阻斷T型鈣通道可以預防和逆轉(zhuǎn)快速心房起搏誘發(fā)的心房電重構(gòu),但對T型鈣通道的表達及T型鈣通道電流在房顫中變化的實驗結(jié)論卻并不一致。在Qi等[36]的實驗中,T型鈣通道電流密度在快速心房起搏犬房顫模型中并沒有發(fā)生改變,但L型鈣通道電流卻降低顯著。而在Yang等[37]的實驗中,快速起搏同時表達L型鈣通道和T型鈣通道的小鼠心肌細胞HL-1細胞系,L型鈣通道電流與T型鈣通道電流均降低。以上研究均是在動物和細胞中進行的,但迄今并無記錄到人心肌細胞T型鈣通道電流的報道。史昀青等[28]對L型及T型鈣通道α1亞基在風濕性房顫患者心房組織中的表達進行研究,發(fā)現(xiàn)T型鈣通道α1G亞基的表達水平在風濕性瓣膜病房顫組、正常竇律組和風濕性瓣膜病竇律組差異無統(tǒng)計學意義;但α1H亞基在風濕性瓣膜病房顫組的表達顯著上調(diào),而正常竇律組和風濕性瓣膜病竇律組之間差異無統(tǒng)計學意義,從而推測心臟節(jié)律(竇律/房顫)與T型鈣通道α1H的表達水平相關,而與α1G表達水平無關。丁文軍等[38]對房顫時人的肺靜脈前庭組織中T型鈣離子通道的表達改變進行研究顯示,房顫患者的肺靜脈前庭組織中,T型鈣通道的α1H亞基表達水平上調(diào),而α1G亞基表達水平不變,從而推測肺靜脈前庭組織中T型鈣通道不同亞基表達水平的差異可能與房顫的發(fā)生和維持相關。

4小結(jié)

Ca2+是房顫發(fā)生過程中最主要的離子機制,細胞內(nèi)Ca2+超負荷是房顫電重構(gòu)的始動性因素[39]。盡管對房顫時L型鈣電流及L型鈣通道的改變已有不少重要發(fā)現(xiàn),但對于L型鈣通道各亞基在房顫時的表達各研究結(jié)果不盡相同,需要更多的研究證實。近年來,對T型鈣通道的研究越來越多,雖然在多種動物和細胞中記錄到T型鈣通道電流,但尚未在正常成人心肌細胞記錄到。隨著對T型鈣通道研究的深入,究竟L型鈣通道與T型鈣通道何者在房顫中占主導地位,還需進一步探討。

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Research Advance of the Relationship between Ca2+Channels and the Occurrence of Atrial FibrillationHUANGYan,HUANGCong-xin.(DepartmentofCardiology,RenminHospitalofWuHanUniversity,Wuhan430060,China)

Abstract:Mechanism of atrial fibrillation(AF) is not fully understood,though there are a lot of studies on the molecular mechanisms of AF.A number of studies indicate that the intracellular calcium overload plays an important role in the occurrence and maintenance of AF,and Ca2+channels on surface membrane are closely related to the formation of intracellular calcium overload.Here is to make a review of the research progress in calcium overload,the expressional and functional changes of L-type and T-type Ca2+channels,to provide theoretical basis for AF prevention and treatment.

Key words:Atrial fibrillation; Calcium overload; L-type Ca2+channels; T-type Ca2+channels

收稿日期:2014-08-11修回日期:2014-10-30編輯:鄭雪

doi:10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.019

中圖分類號:R541.7

文獻標識碼:A

文章編號:1006-2084(2015)13-2353-04

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