中藥活性成分對心肌細胞延遲整流鉀電流的影響1）

吳德琳，楊繼媛，吳紅金

心肌細胞動作電位是由離子通過細胞膜上的離子通道構成的離子流所形成，其中鉀離子運轉的作用備受重視。鉀通道是類型最多且最大的離子通道家族，已經克隆的約有十幾種。鉀通道中的延遲整流鉀電流（IK）在細胞動作電位復極過程中起著重要作用，主要體現在對動作電位時程的調節。心律失常是心血管系統疾病中最為嚴重的病癥之一，其發生是一個復雜的過程，涉及到離子通道、編碼通道基因、受體、miRNA、縫隙連接蛋白等因素，其核心因素為心肌細胞離子通道電流失衡和編碼通道基因異常。中藥活性成分是中藥中含有的能夠在疾病治療過程中發揮預期作用的物質成分。隨著膜片鉗與電生理技術的廣泛應用與發展，人們對具有抗心律失常作用中藥的活性成分有了更深入的研究。本文綜述了近年來有關中藥活性成分對IK各主要組成部分的影響，并對中藥活性成分的抗心律失常作用機制及相關問題進行了總結和闡述，為進一步開發更安全、高效的抗心律失常藥物提供參考。

1 延遲整流鉀電流

心肌細胞延遲整流鉀電流在動作電位復極過程中起著關鍵作用。目前認為，快速激活延遲整流鉀電流（rapidly activated delayed rectifier potassium current，IKr）、慢速激活延遲整流鉀電流（slowly activated delayed rectifier potassium current，IKs）和超速激活延遲整流鉀電流（ultra rapidly activated delayed rectifier potassium current，IKur）是IK的主要組成部分。分子遺傳學研究證明，human ether-a-go-go related gene（HERG）和MiRP1（min K）分別構成Ikr通道的α和β亞單位，編碼兩個亞單位的基因分別是KCNH2和KCNE1（KCNE2）；編碼IKs的α亞基（Kv LQT1）和β亞基（min K）的基因分別是KCNQ1和KCNE1；而對于IKur，其離子通道的分子基礎是Kv1.5鉀通道［1，2］。離子通道的通道孔及其周圍一些位點具有極其重要的作用，是許多抗心律失常藥物的結合位點。下面將部分中藥活性成分對IKr、IKs和IKur的作用做一介紹。

2 中藥活性成分對IK的作用

2.1 中藥活性成分對IKr的作用

2.1.1 苦參堿和槐果堿 苦參堿和槐果堿均是具有喹諾里西定環的苦參堿類生物堿，苦參、苦豆子中提取出來的生物堿，在治療心律失常方面具有肯定而明顯的作用。有研究顯示，苦參堿對IKr電流具有抑制作用，與β受體阻斷藥普萘洛爾相似，而弱于奎尼丁、胺碘酮、RP58866（苯并吡喃衍生物，Ⅲ類抗心律失常藥），臨床應用不易誘發QT間期（QTc）延長和心律失常［3-5］。通過對轉染HERG通道倉鼠卵母細胞的研究發現，苦參堿對HERG通道的阻斷可能是其抗心律失常的機制之一，與其他抗心律失常藥物不同，苦參堿對通道的阻斷作用發生在細胞外側［6］。有研究表明，苦參堿對缺血性心室肌細胞IKr具有阻斷作用，對酸化條件及長期心肌缺血后心室肌細胞IK仍表現出明顯抑制作用［9］。另有研究表明，苦參堿能夠增大表達在HEK293細胞上的HERG電流，長期應用還能夠使HERG蛋白的表達增加并能補救由于三氧化二砷所致HERG蛋白表達破壞，這一補救作用通過苦參堿和氧化苦參堿上調轉錄因子SP1的表達而實現［8］。張瑩等［9］的研究提示苦參堿對 HERG通道具有雙向調節作用：即高濃度的苦參堿抑制HERG鉀通道的表達，而低濃度的苦參堿和氧化苦參堿促進HERG鉀通道表達。對槐果堿的研究也表明其可濃度依賴性的抑制HERG電流，延長心肌細胞復極時間，改善快速性心律失常［10］。

2.1.2 小檗堿 小檗堿屬異喹啉生物堿，可從黃連、黃柏、三顆針等植物中提取。于鋒等［11］通過腹腔注射L-甲狀腺素造成心肌病后，用全細胞膜片鉗技術研究小檗堿對豚鼠心肌細胞中IKr的抑制作用，結果顯示其呈濃度依賴性阻斷異常增大的IKr，構成其抗甲狀腺素性心律失常的作用基礎。Rodriguez-Menchaca等［12］的研究顯示，小檗堿可以選擇性阻斷HERG通道，該通道中央腔處V625、Y652和F656位點是其結合部位。另有研究表明，小檗堿的衍生物溴芐基四氫小檗堿對心室肌細胞IKr也具有抑制作用，其作用符合Ⅲ類抗心律失常藥物的特點［13］。

2.1.3 關附甲素 關附甲素是從黃花烏頭塊莖關白附子中提取的一種二萜類生物堿，為我國首次發現的全新結構類型的抗心律失常藥，該藥能終止室上性心動過速，對室性心律失常也有效果［14，15］。黃興福等［16］采用標準全細胞膜片鉗技術記錄不同濃度的鹽酸關附甲素對HERG基因F656C突變表達的IKr的影響，結果發現關附甲素主要是結合在HERG通道的S6區，從而抑制鉀電流；關附甲素不影響HERG蛋白的合成，但可抑制HERG蛋白的轉運。

2.1.4 鉤藤堿 鉤藤堿為鉤藤的主要化學成分吲哚生物堿中的重要成分。鉤藤堿有減慢心率、抑制心肌收縮力、抑制房室傳導、降低心肌耗氧量及抗心律失常作用。Gui等［17］將HERG cRNA基因注射到非洲爪蟾卵母細胞上，采用雙電極電壓鉗技術，觀察鉤藤堿對表達電流的影響。結果顯示鉤藤堿呈濃度依賴性和電壓依賴性的抑制HERG通道的表達，上述結果提示，鉤藤堿抑制HERG編碼的鉀通道，導致心室復極時間延長，揭示了與鉤藤堿相關的心肌鉀通道的分子生物學基礎。

2.1.5 烏頭堿 烏頭堿是烏頭屬植物中的一種雙酯二萜生物堿，在中醫藥治療中應用較為廣泛，具有強烈的心臟毒性和神經毒性，是一種經典的致心律失常藥物。李宜富等［18］通過對烏頭堿阻斷表達在卵母細胞上的HERG通道的電藥理特性進行研究，發現烏頭堿能夠以濃度、電壓和時間依賴的方式阻斷表達在非洲爪蟾卵母細胞上的HERG通道，其阻斷特征符合開放型鉀通道阻斷劑的特性。與選擇性HERG通道阻斷劑E-4031相比較，烏頭堿阻斷HERG通道的效能較強，說明烏頭堿是一種強的非選擇性鉀通道阻斷劑。烏頭堿阻斷HERG通道可能是其誘發心律失常的重要機制之一。基因突變能夠改變烏頭堿阻斷HERG通道的效能，Y652可能是烏頭堿與HERG通道結合的關鍵位點。

2.1.6 芐基四氫巴馬汀 芐基四氫巴馬汀是從植物藥延胡索中提取的一種異喹啉類生物堿，為四氫巴馬汀的衍化物，具有很好的抗實驗性心律失常作用。Li等［19］研究了其對豚鼠心室肌細胞IKr的作用，結果顯示其以濃度依賴性方式阻滯IKr。與多數Ⅲ類抗心律失常藥物不同，其還可頻率依賴性地抑制IKr。該藥主要改變IKr的失活過程，可使IKr的失活時間常數減小，而對IKr的激活動力學影響不大。芐基四氫巴馬汀呈頻率依賴性的抑制IKr，與傳統Ⅲ類抗心律失常藥物的逆頻率依賴性相比具有明顯優勢。

2.1.7 三氧化二砷 三氧化二砷作為中藥砒霜的主要活性成分，目前已成為治療急性早幼粒細胞白血病最有效的藥物之一。孫宏麗等［20］采用靜脈一次性注射和緩慢滴注的方法，觀察其對豚鼠心肌QTc（校正的QT間期）的影響；并應用雙微電極電壓鉗技術探討三氧化二砷對 （IKr／HERG）的作用。結果顯示，靜脈一次性注射不同濃度三氧化二砷后，可使QTc明顯延長，并且該作用具有明顯劑量依賴性。但緩慢靜脈滴注該藥，QTc無明顯變化。結果還顯示，三氧化二砷可明顯抑制IKr／HERG電流。上述結果說明，給藥速度與QTc是否延長有密切聯系。抑制IKr／HERG是其誘導QT間期延長的重要離子靶點之一。

2.1.8 三七總皂苷 三七總皂苷是從三七中提取的活性成分。其對毒毛花苷G所致的犬心律失常、烏頭堿誘發的大鼠心律失常、氯化鋇誘發的大鼠室性心動過速和氯仿誘發的小鼠室顫都能起到對抗作用。徐江等［21］通過觀察三七總皂苷對轉染有HEK293細胞的HERG鉀離子通道的作用，結果提示，不同濃度的三七總皂苷有明顯增大HERG電流的作用，呈劑量時間依賴性，表現為其可使HERG電流激活曲線左移，尾電流峰值幅度上升并延緩尾電流的失活過程。三七總皂苷對HERG電流的興奮性效應提示其具有縮短心肌細胞動作電位時程的作用。

2.2 中藥活性成分對IKs的作用

2.2.1 小檗堿 對甲狀腺素性豚鼠心肌病心肌細胞中IKs進行的研究顯示，小檗堿可呈濃度依賴性阻斷心肌病細胞IKs，明顯抑制甲狀腺素性心肌病中出現的異常IKs增大，從而發揮抗心律失常作用［11］。Rodriguez-Menchaca等［12］的研究顯示，小檗堿對表達在HEK-293細胞和爪蟾卵母細胞上的IKs都有阻斷作用。趙新然等［13］研究表明，溴芐基四氫小檗堿對正常豚鼠心室肌細胞IKs具有濃度依賴性抑制作用，具有Ⅲ類抗心律失常藥物的特點。

2.2.2 苦參堿 許超千等［5］將苦參堿、小檗胺、胺碘酮和RP58866作對比進行研究，結果顯示，四者對IKs均有抑制作用，但苦參堿和小檗胺的抗心律失常作用及對IKs的抑制作用均弱于胺碘酮、RP58866。與胺碘酮和RP58866相比，苦參堿、小檗胺對抗心律失常作用靶點IKs的抑制作用較弱，這是苦參堿和小檗胺在臨床上抗心律失常作用弱和毒副反應輕的分子作用機制，提示可通過結構改造或配伍使用的方法，提高苦參堿和小檗胺等傳統中藥對IKs的抑制作用，以期改進其抗心律失常作用弱的不足。

2.2.3 關附甲素 麗英等［22］用膜片鉗全細胞記錄法觀察不同濃度的鹽酸關附甲素對豚鼠心室肌細胞IKs的影響，結果提示其對IKs具有濃度依賴性阻滯作用，這可能是其延長動作電位時程而對靜息電位影響不大的電生理基礎，是其抗心律失常作用的機制之一。

2.2.4 芐基四氫巴馬汀 通過對芐基四氫巴馬汀在豚鼠心室肌細胞IKs中的作用進行研究，結果表明其以濃度依賴性、電壓依賴性和頻率依賴性方式阻滯IKs，tail。該藥主要使IKs，tail的失活時間常數縮短，從而使IKs，tail失活速度增加。該研究說明，芐基四氫巴馬汀阻滯IKs是其抗心律失常的作用機制［23］。

2.2.5 三氧化二砷 靜脈給予三氧化二砷，測量不同組別豚鼠不同時間點的心電圖、校正QT間期的變化。結果發現，與對照組比較，該藥可使QTc明顯延長。用反轉錄聚合酶鏈式反應（RT-PCR）方法觀察三氧化二砷對心肌IKs m RNA表達的影響，提示其可使豚鼠心肌Kv LQT1 m RNA表達降低。以上結果說明三氧化二砷可引起豚鼠心臟QT間期延長，其機制為其可使Kv LQT1mRNA通道蛋白的表達明顯漸弱，而Kv LQT1是編碼IKs通道蛋白的重要基因，由此推測，長期應用之后，可使細胞膜上IKs的功能減弱，數目發生下調，從而打破離子通道間的平衡，K＋外流減少，繼而導致動作電位時程明顯延長，從而誘發QT 間期延 長［24］。

2.3 中藥活性成分對IKur的作用

2.3.1 烏頭堿 李宜富［25］對烏頭堿阻斷表達在非洲爪蟾卵母細胞上的人類Kv1.5和HERG鉀通道進行研究，結果提示烏頭堿能夠以電壓和時間依賴的方式阻斷表達在非洲爪蟾卵母細胞上的h Kv1.5通道，通過延長心房肌復極時間而延長動作電位時程，進而使心房肌的不應期延長，這也是Ⅲ類抗心律失常藥物預防和治療房性心律失常的藥理機制。其阻斷特性符合開放型通道阻斷劑，阻斷呈濃度依賴且呈部分可逆性，與選擇性h Kv1.5通道阻斷劑AVE0118、DPO-1、S0100176相比較，烏頭堿阻斷h Kv1.5通道的效能較強，說明烏頭堿是一種強的非選擇性鉀通道阻斷劑。基因突變能夠改變烏頭堿阻斷h Kv1.5通道的效能，V505，I508和V512可能是烏頭堿與h Kv1.5通道結合的關鍵分子位點。

此外，有研究表明小檗堿衍生物 CPU86017［26］、烏頭堿［27］、二乙酰基蓮心堿［28］、馬錢子堿［29］、黃芪總黃酮［30，31］、甘松［32］、葛根素［33］、延胡索乙素［34］、銀杏苦內酯 A［35］等，對IK均呈濃度依賴性的抑制作用，但未具體研究作用于IK中的哪種電流。而對海葵素-Q［36］、燈盞花素［37］等的研究則表明它們對IK具有增大作用。

3 問題與展望

中藥活性成分對IK作用的研究主要集中在生物堿類，方法多采用全細胞膜片鉗技術。以上活性成分多具有類似鉀通道阻滯劑的作用，少部分如三七總皂苷、燈盞花素等類似鉀通道激動劑。苦參堿、芐基四氫巴馬汀、關附甲素、三氧化二砷對IKr、IKs都有不同程度的抑制作用；而小檗堿對IKr、IKs、IKur都有抑制作用，這符合一個較好的抗心律失常藥物應該對多種電流具有抑制作用的標準，也是今后開發新型抗心律失常藥物的方向。當前中藥活性成分對鉀通道作用的研究逐年增多，但對中藥復方的研究相對較少，而中醫治療以復方為主，應結合多種有效的技術方法對其進行研究。再者，目前的研究多以概括性的描述藥物對通道的抑制或增強作用，而深入分析通道抑制或增強作用的具體位點和調節通路的研究相對較少。因此，將膜片鉗、聚合酶鏈式反應、激光共聚焦等現代電生理和分子生物學、分子影像學技術結合對離子通道進行研究將有利于更深入的了解藥物對離子通道的作用。

中醫藥學是我國獨具特色的傳統醫學。防治心律失常的中藥屬于天然的植物藥，臟器毒性作用較低，較少發生致心律失常作用，有著一定的優勢。隨著膜片鉗技術和其他相關技術在離子通道研究中的結合應用與發展，對多種心臟離子通道有抑制作用的理想抗心律失常藥物將得以進一步深入研究。

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