甘草次酸抗實驗性心律失常及機制的研究1)

楊繼媛,吳紅金

心律失常是臨床常見的復雜而危險的心血管疾病或并發癥,是造成患者死亡的重要原因之一,尤其在心肌缺血、心肌梗死或心力衰竭時,心律失常的發生率、死亡率更高。因此心律失常仍然是世界范圍內的研究熱點。

東漢張仲景在《傷寒論》中提出:“傷寒脈結代,心動悸,炙甘草湯主之”。多年來,炙甘草湯廣泛用于治療心律失常,并有一定的臨床療效[1,2]。甘草次酸是炙甘草湯君藥炙甘草的有效活性成分,近年來,國內外學者在動物和細胞水平進行的實驗研究表明,甘草次酸具有抗炎[3,4]、調節免疫、抗肝毒[5]、抗潰瘍[6]、抗病毒[7]、抗心律失常[8,9]、抗癌[10]等多方面的藥理作用。本文就甘草次酸的抗心律失常作用及其機制做一綜述。

1 在動物整體水平,甘草次酸抗心律失常作用的研究

1.1 甘草次酸可對抗烏頭堿等引起的心律失常 動物實驗研究表明,甘草次酸[9]對烏頭堿、氯化鋇、氯仿、冠狀動脈結扎等多種原因引起的心律失常均有治療作用。

謝世榮等[8]通過靜脈注射烏頭堿20 μ g/kg、氯化鋇2 mg/kg,結扎冠狀動脈制作大鼠心律失常模型,同時使用氯化鈣-乙酰膽堿誘發小鼠心律失常[8]。以奎尼丁為陽性對照藥物,觀察甘草次酸的抗心律失常作用。結果發現,甘草次酸可使以上四種模型引起的心律失常持續時間縮短,且治療效果優于奎尼丁。

烏頭堿是制作動物心律失常模型的經典藥物,它誘發心律失常的機制是復雜的。基礎研究表明,烏頭堿可改變鈉離子通道的生物物理學特性[11],阻斷該離子通道的失活態,使鈉離子通道持續開放[12],INa+增大,心肌細胞持久去極化,細胞內Na+濃度增加,激活鈉鈣交換體,Ca2+內流增加;其次,烏頭堿可使心肌細胞肌漿網鈣釋放通道(RyR2)基因和蛋白表達上升,增加細胞的肌漿網鈣釋放,使細胞內Ca2+濃度增加[13],打破細胞內鈣離子的動態平衡,引起心律失常及心肌的收縮、舒張功能障礙。另外,電生理實驗也發現,烏頭堿可使大鼠心肌細胞ICa-L增加,動作電位時程(APD)延長[14]。由此可見,甘草次酸可對抗 INa+、ICa-L增大和心肌細胞RyR2基因和蛋白表達增多,從而縮短烏頭堿引發心律失常的持續時間。

BaCl2誘發心律失常的機制目前尚不明確,可能是通過增加心肌細胞Na+內流,提高最大舒張期去極化速率,同時增加心肌細胞Ca2+內流而誘發后除極和觸發活動,從而引起心律失常[15,16]。甘草次酸可減少BaCl2誘發的心律失常持續時間,因此推測其可能對心肌細胞Na+離子通道和Ca2+離子通道有抑制作用。

冠狀動脈結扎誘發缺血性心律失常,主要由于心肌缺血缺氧時,心肌細胞能量代謝障礙,三磷腺苷(AT P)合成減少,ATP依賴的鈉鉀泵功能減弱,細胞內失鉀,心肌細胞膜電位降低,自律性增強。其次,心肌缺血缺氧時,細胞內酸性代謝產物增加,細胞內H+濃度升高,Na+/H+交換體活性增強,使細胞內Na+濃度增高,激活逆向Na+/Ca2+交換體,引起細胞內鈣超載,誘發晚期后除極,進而引發心律失常。另外,心肌細胞膜電位降低,可被激活的鈉離子通道減少,在動作電位0位相,鈉離子進入細胞內的速率降低,動作電位幅值減小,沖動傳導減慢,甚至發生單向阻滯,進而引起折返性心律失常[14]。甘草次酸可減少冠狀動脈結扎誘發的缺血性心律失常,可推測其可能通過阻斷鈉通道、鈣通道、Na+/H+交換體、Na+/Ca2+交換體或其他心肌保護作用機制起到抗心律失常的作用。

1.2 甘草次酸抗缺血再灌注性心律失常作用 甘草次酸可治療缺血和再灌注引起的各種心律失常,其機制可能與其心肌保護作用有關。朱曉衛[16]使用缺糖缺氧和缺氧再給氧方法制備心肌細胞損傷模型,比較甘草次酸鈉對損傷組和正常組心肌細胞的作用。結果提示,甘草次酸鈉可減少缺糖缺氧和缺氧再給氧損傷造成的心肌細胞乳酸脫氫酶(LDH)外漏。蘇德淳等[17]使用缺血再灌注的大鼠模型,研究甘草次酸對大鼠缺血再灌注損傷心肌的保護作用。結果顯示,甘草次酸能降低心肌梗死面積,減少心律失常發生率,認為甘草次酸的抗心律失常作用可能與其抑制化學轉運的同時能保持心肌電耦聯有關。葛明珠[18]研究表明,18β-甘草次酸鈉可使低壓缺氧小鼠的存活時間由12.0 min延長至15.8 min;整體耗氧率從 6.8%降至3.6%;血液pH值從7.18升至7.36(P＜0.01),改善代謝性酸中毒,血氧分壓從 6.59 kPa降至5.52 kPa,增強組織用氧能力。Ruiz-Meana等[19]研究結果提示,缺血與再灌注期間,縫隙連接(gap junction,GJ)處于持續開放狀態,可引起受損細胞內的損傷物質如鈣離子等擴散至相鄰細胞,導致過收縮的擴展,使心肌梗死范圍擴大。而作為GJ解耦聯劑的甘草次酸可抑制損傷物質通過GJ傳導,減少鄰近細胞的壞死,縮小梗死范圍[20]。Rita Papp等[21]研究發現,甘珀酸預處理可明顯減少缺血20 min或60 min引起的室性早搏的發生次數。甘珀酸預處理組縫隙連接滲透性和非磷酸化的Cx43水平明顯降低。缺血前縫隙連接的解耦聯是甘珀酸發揮抗心律失常作用的關鍵因素。范書英等[22]也研究發現,甘草次酸對大鼠心肌致死性再灌注損傷具有保護作用。缺血前給予甘草次酸可明顯減輕心肌致死性再灌注損傷,表現為縮小心肌梗死面積、減少心肌細胞凋亡數目,但對心律失常的發生無影響。該學者隨后的研究發現[23],甘草次酸可明顯抑制心肌缺血30 min末GJ的開放功能,通過抑制缺血期間GJ開放,阻斷受損物質的傳遞,減少了缺血性損傷,進而縮小了心肌梗死面積和凋亡細胞數目,可見甘草次酸通過抑制心肌細胞GJ的開放功能發揮心肌保護作用。另外,心肌細胞缺血缺氧時,線粒體 ATP的產生和貯存減少,鈉泵、鈣泵功能降低,排鈣能力下降,胞內鈣離子增加,同時激活脂解酶造成細胞膜分解,膜結構破壞,胞內酶外漏。以上研究可見,心肌缺血再灌注損傷時,細胞內鈣離子濃度升高及GJ持續開放,甘草次酸可能通過對抗這些機制保護心肌進而發揮抗心律失常作用。

2 在細胞水平,甘草次酸對心肌細胞離子通道的影響

2.1 甘草次酸對心肌細胞L型鈣離子通道的影響 甘草次酸對心肌細胞L型鈣離子通道的影響呈現出相互矛盾的研究結果,這可能與動物種屬不同或藥物濃度差異有關。

謝世榮等[24]觀察不同濃度甘草次酸對單一大鼠心室肌細胞L型鈣通道的影響。結果顯示:甘草次酸濃度分別為0.1 μ mol/L,1.0 μ mol/L、10.0 μ mo1/L 時可 劑量依賴性降低 ICa-L,使ICa-L從加入甘草次酸前的(2.30±0.29)nA分別降至(1.96±0.34)nA,(1.37±0.24)nA,(0.66±0.20)nA,與加入甘草次酸前比較,差異有統計學意義(P＜0.01);0.1 μ mol/L、1.0 μ mol/L、10.0 μ mo1/L 的 甘草次酸可使 ICa-L 的 I-V 曲線上移,但峰值電壓不變。說明甘草次酸可阻滯 L型鈣通道,抑制鈣離子內流。但仰禮真等[25]觀察甘草次酸對單個豚鼠心室肌細胞L型鈣通道的影響,研究結果提示,甘草次酸10-6mol/L可使ICa-L峰值增加22.51%,加入甘草次酸后,心肌細胞ICa-L由加藥前的(0.76±0.29)nA增加到(0.97±0.31)nA,使心肌細胞膜上L型鈣通道開放增加。周承志[26]采用血清藥理學的方法,研究炙甘草湯含藥血清對兔心肌細胞 L型鈣離子通道的影響,結果表明炙甘草湯含藥血清可抑制兔心室肌細胞ICa-L,且抑制作用呈濃度依賴性增強。含藥血清可使ICa-L I/V曲線明顯上移,但未改變其激活電位、峰值電位和反轉電位。

2.2 甘草次酸對鈉離子通道的影響 Du等[27]將人類鈉通道基因Nav1.5和突變基因Nav1.5-△KPQ表達于爪蟾卵母細胞,觀察甘草次酸對Nav1.5和Nav1.5-△KPQ基因編碼的鈉電流(Peak INa)和晚鈉電流(Late INa)及通道動力學的影響。研究結果表明,甘草次酸可使Peak INa和Late INa顯著減小,且呈濃度依賴性作用增強。甘草次酸可使激活曲線向去極化方向移動+8 mV,使失活曲線向超級化方向移動-7 mV,從而減小Na+的窗電流。此外,還可延長鈉離子通道的失活后恢復時間。可見,甘草次酸通過改變鈉離子通道的動力學特征來減小Peak INa和Late INa,可治療細胞內各種原因導致鈉離子濃度增加而引起的心律失常。

2.3 甘草次酸對心肌細胞動作電位的影響 陳蘭英等[28]以豚鼠離體乳頭肌細胞為研究對象,采用玻璃微電極技術觀察甘草酸單銨鹽對組胺誘發的觸發活動和動作電位的影響。結果顯示,甘草酸單銨鹽能防治組胺(200 μ mol/L)對豚鼠離體乳頭肌細胞動作電位時程(action potential duration,APD50和APD90)的縮短,并能防治組胺誘發的觸發活動。周承志[26]采用血清藥理學的方法,研究炙甘草湯含藥血清對兔心肌細胞電生理的影響,研究結果顯示,炙甘草湯含藥血清可延長兔心室肌細胞動作電位時程,且呈濃度依賴性作用增強。

動作電位是細胞膜上各種離子流綜合作用的結果,是心電活動的基本單位。動作電位的去極化(0位相)由鈉離子內流形成,復極化過程(1,2,3相)與鈣離子內流和鉀離子外流有關。甘草次酸可降低心肌細胞 APA和它可以抑制鈉離子內流有關。而內向電流增加和外向電流的減少均可以導致心肌細胞APD的延長,以上研究表明,甘草次酸可延長心肌細胞APD,抑制ICa-L,推斷能抑制與復極化相關的鉀離子通道電流,包括瞬時外向鉀電流(Ito)、延遲整流鉀電流(Ik)和內向整流鉀電流(Ik1),其具體作用尚需進一步研究加以證實。

甘草次酸可使心肌細胞APD延長,可治療由于APD縮短引起的心律失常,但單純的APD延長也可引起折返、觸發活動等誘發的心律失常,因此,甘草次酸可能在治療心律失常的同時,存在致心律失常的副反應,如何尋找甘草次酸的有效劑量及其適應證仍然是需要研究的重要課題。

3 結語

目前研究表明甘草次酸可對抗烏頭堿、氯化鋇、冠狀動脈結扎、缺血再灌注等多種原因引起的心律失常;甘草次酸對心肌細胞L型鈣離子通道電流,鈉離子通道電流都有抑制作用,可以延長心肌細胞APD,抑制動作電位幅度(APA)。這些研究結果為揭示甘草次酸的抗心律失常作用機制提供了依據,但關于甘草次酸對鉀離子通道電流的影響以及甘草次酸的致心律失常作用未見報道,如何發揮甘草次酸多靶點的抗心律失常作用又避免其副反應,尚需進一步研究。

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