鈣通道在心房顫動(dòng)時(shí)表達(dá)及功能變化的研究進(jìn)展

連雯雯，郝麗英

心房顫動(dòng)(Atrial fibrillation，AF)是臨床上最常見的心律失常之一。目前，細(xì)胞內(nèi)鈣超載在AF的發(fā)生和維持中的作用被廣泛關(guān)注。AF 時(shí)快速心房率引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載，細(xì)胞內(nèi)鈣通道的表達(dá)和功能改變，進(jìn)而維持AF。T 型鈣通道參與基礎(chǔ)鈣的調(diào)節(jié)，而心肌收縮時(shí)，L 型鈣通道在鈣釋放過程中起到觸發(fā)作用。本文對(duì)AF 時(shí)L 型、T 型鈣通道以及SR 上RyR2 和Ca2+-ATP 酶的表達(dá)和功能變化進(jìn)行概述，為AF 的防治提供更多的理論依據(jù)。

1 鈣通道及Ca2+循環(huán)

1.1 鈣通道的分類 心血管系統(tǒng)中鈣離子通道主要分為2 大類，即電壓依賴性鈣通道(Voltage Dependent Ca2+Channel，VDCC)及受體操縱性鈣通道(Receptor Operated Ca2+Channel，ROCC)。前者隨著去極化而開放，后者被特異受體激活而開放，與膜電位無關(guān)。兩者協(xié)同工作以維持細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的平衡。根據(jù)激活所需要的膜電壓的高低，鈣通道分為高電壓激活和低電壓激活兩類;根據(jù)通道的電活動(dòng)特性，又分為L、N、T、P、Q、R 6種亞型，T 亞型屬于低電壓激活的VDCC，而L、N、P、Q、R 亞型屬于高電壓激活的VDCC。人心肌細(xì)胞中只表達(dá)L 型和T 型鈣通道。

ROCC 分型較多，目前研究最多的是1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)受體鈣通道和ryanodine 受體(Ryanodine receptor，RyR)鈣通道。IP3 鈣通道被IP3 激活而觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum，ER)釋放Ca2+，由于IP3 鈣通道在心肌中表達(dá)很少，其介導(dǎo)的Ca2+釋放遠(yuǎn)不及RyR，因而不起主要的調(diào)節(jié)作用［1］。而RyR 鈣通道是肌漿網(wǎng)(Sarcoplasmic reticulum，SR)鈣釋放的主要通道，在維持心肌細(xì)胞Ca2+的動(dòng)態(tài)平衡中起到關(guān)鍵作用。

1.2 心肌細(xì)胞中的Ca2+循環(huán) 細(xì)胞外的Ca2+通過細(xì)胞膜上的L 型鈣通道內(nèi)流，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，激活SR 上的RyR2 釋放Ca2+，引起心肌細(xì)胞收縮;在舒張期，SR 上的Ca2+-ATP 酶把Ca2+從胞漿中收回至肌漿網(wǎng)鈣庫中，同時(shí)細(xì)胞膜上的Na+/Ca2+交換體也可將小部分Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜外，以保持細(xì)胞內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài)，從而完成心肌細(xì)胞電機(jī)械收縮的全過程。

2 鈣離子通道在AF 中的表達(dá)和功能的變化

AF 發(fā)生時(shí)，持續(xù)的快速心房率(單位時(shí)間內(nèi)的心房動(dòng)作電位增加約10 倍)會(huì)增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度(即鈣超載)，威脅細(xì)胞活力，心房肌細(xì)胞通過引起鈣通道表達(dá)或功能下降，使細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度下降。鑒于平臺(tái)期鈣電流的作用，鈣通道的改變?cè)谙}超載的同時(shí)，使動(dòng)作電位和有效不應(yīng)期時(shí)程縮短，易于造成AF 持續(xù)［2］。

2.1 L 型鈣通道 心肌細(xì)胞中的L 型鈣通道由α1、α2、β、δ 4 個(gè)亞基組成，而γ 亞基不表達(dá)。α1是功能性的亞單位，為跨膜結(jié)構(gòu);β 亞基位于胞漿面;δ 亞基嵌于細(xì)胞膜上與膜外的α2亞基結(jié)合。α1亞單位由4 個(gè)跨膜區(qū)段組成，每個(gè)區(qū)段包含6個(gè)跨膜α 螺旋(S1-S6)，S4 上的帶正電的精氨酸或賴氨酸是電壓感受器，控制電壓依賴性鈣通道的開放，S5 和S6 之間的肽鏈組成了通道的孔道，決定其對(duì)鈣離子的選擇性。β 亞基可被PKA、PKG、PKC 磷酸化而激活鈣通道。目前發(fā)現(xiàn)的編碼α1亞基的基因中介導(dǎo)L 型鈣通道的α1c和α1d在心肌中高表達(dá);而β 亞基的4 種亞型中的β2亞基在心肌中表達(dá);α2和δ 由同一基因編碼，目前已知有4 種亞型，其對(duì)L 型鈣通道的影響不大［3］。

Van 等［4］發(fā)現(xiàn)，持續(xù)性AF 患者心房肌細(xì)胞L型Ca2+電流降低，同時(shí)對(duì)照組中竇性心律患者手術(shù)后有半數(shù)合并AF，而且L 型Ca2+電流強(qiáng)度大者術(shù)后AF 發(fā)生率高，因此推測細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載是AF 發(fā)生的重要因素，持續(xù)性AF 患者L 型Ca2+電流降低是鈣超載的適應(yīng)性改變。Daoud 等［5］的電生理研究發(fā)現(xiàn)，快速刺激30 min 時(shí)有效不應(yīng)期縮短最為明顯，隨后有效不應(yīng)期逐漸縮短，但變化的程度逐漸減慢，提示早期逆轉(zhuǎn)L 型鈣通道的改變可能打破AF 的惡性循環(huán)。Brundel 等［6］取13 例陣發(fā)性AF 患者和16 例持續(xù)性AF 患者的左右心耳部分，與13 例竇性心律患者作對(duì)照，研究發(fā)現(xiàn)，L 型鈣通道m(xù)RNA 水平只有在持續(xù)性AF 患者中下降，在陣發(fā)性AF 患者中下降并不明顯;但是L型鈣通道蛋白表達(dá)水平在這兩類AF 中均降低，而且降低水平與心房有效不應(yīng)期的縮短、頻率適應(yīng)性下降呈正相關(guān)，易于造成AF 的發(fā)展和維持，所以持續(xù)性AF 患者L 型鈣電流的下降可能與L 型鈣通道表達(dá)下降有關(guān)。Schotten 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)性房顫患者心肌的L 型鈣通道的α1c亞基和β2a調(diào)節(jié)亞基并不下調(diào)，因此，AF 時(shí)L 型Ca2+電流的下降可能與其他亞基或亞型的下調(diào)或表達(dá)異常、離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制或功能性的改變有關(guān)。Grammer 等［8］研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)性AF 患者心肌L 型鈣通道的α1c亞基和調(diào)節(jié)β1a/c亞基mRNA 水平下降不顯著，而α2/δ 亞基和β1b亞基的mRNA 水平顯著下降，支持Frechen 等的研究結(jié)論。Christ 等［9］研究也發(fā)現(xiàn)，雖然AF 患者較竇性心律患者基礎(chǔ)L 型Ca2+電流強(qiáng)度小，但兩組患者通道成孔α1c亞基和β2a亞基蛋白水平并無差別，而竇性心律患者的L型Ca2+電流可以經(jīng)過Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(Calmodulin dependent kinaseⅡ，CaMKⅡ)提高，經(jīng)阻滯蛋白激酶C 后去甲腎上腺素激活的L 型Ca2+電流更大，而AF 患者卻無此現(xiàn)象;應(yīng)用1 型和2A 型磷酸酶抑制劑后，AF 的基礎(chǔ)L 型Ca2+電流增強(qiáng)程度比竇性心律更顯著，提示磷酸酶活性增強(qiáng)是L 型Ca2+電流下降的原因，因此，磷酸酶可能是AF 治療的作用靶點(diǎn)。

2.2 T 型鈣通道 T 型鈣通道屬于低電壓依賴性鈣通道，具有短時(shí)程激活作用，其電生理特性表現(xiàn)為通道激活的閾電位較負(fù)，接近膜靜息電位，去極化較小時(shí)即可開放［10］;通道失活快，-50 mV 以上即可失活，電流短暫。T 型鈣通道的電生理特性使得其介導(dǎo)的Ca2+流主要在心肌去極化期而非平臺(tái)期，提示T 型鈣通道可能參與細(xì)胞內(nèi)的基礎(chǔ)鈣水平的調(diào)節(jié)。由于T 型鈣通道主要分布在心房的自律細(xì)胞和傳導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)阻斷T 型鈣通道后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的心率變慢，提示T 型鈣通道可能參與自主節(jié)律的調(diào)節(jié)［11］。

劉元生等［12］用快速心房起搏復(fù)制房顫動(dòng)物模型，持續(xù)6 個(gè)月，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，T型鈣通道α1亞基的mRNA 明顯上調(diào);與單純AF相比，用T 型鈣通道阻滯劑miberfradil 的AF、T 型鈣通道α1亞基的mRNA 明顯下調(diào)。研究提示，T型鈣通道與持續(xù)性AF 有關(guān)，T 型鈣通道α1亞基的mRNA 表達(dá)增加可能是持續(xù)性AF 鈣超載的主要原因。

2.3 ryanodine 受體鈣通道 目前已知有3 種亞型，RyR1 主要在骨骼肌表達(dá)，RyR2 主要在心臟表達(dá)，RyR3 主要在大腦表達(dá)。RyR2 由4 967 個(gè)氨基酸組成，以同源四聚體形式存在，其結(jié)構(gòu)包括三部分:較大的親水氨基末端形成分子的胞漿部分，許多配體的結(jié)合位點(diǎn)位于此區(qū)域;較小的親水羧基末端形成跨膜離子通道，跨膜區(qū)域是此分子的保守序列;上述兩個(gè)功能區(qū)之間結(jié)合調(diào)節(jié)因子的調(diào)節(jié)區(qū)。RyR2 通過氨基端與各種配體結(jié)合調(diào)節(jié)羧基端離子通道的開放與否。

RyR2 是肌漿網(wǎng)上主要的鈣釋放通道，100 個(gè)左右的RyR2 排列在一起，構(gòu)成一個(gè)大的功能性鈣釋放復(fù)合體，通過CICR 機(jī)制(鈣介導(dǎo)鈣釋放，即肌漿網(wǎng)的釋放Ca2+依賴細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高)控制鈣釋放。同時(shí)也作為調(diào)節(jié)蛋白的受體，受多種因素調(diào)節(jié)，如鈣調(diào)蛋白(Calmodulin，CaM)、FKBP12.6、蛋白激酶A (Protein kinase，PKA)和CaMKⅡ、磷脂酶1 和2A 等。其中FKBP12.6 穩(wěn)定RyR2，防止SR 泄漏Ca2+，PKA 和CaMK Ⅱ增強(qiáng)通道開關(guān)的一致性，調(diào)節(jié)RyR2 的磷酸化，磷酸化程度不同，RyR2 的開放狀態(tài)也不同［13］。

RyR2 與室性心律失常關(guān)系的研究較多且明確，但RyR2 與AF 的研究結(jié)果卻不盡相同。有報(bào)道，在mRNA 水平，AF 患者心房組織中的RyR2 mRNA 水平與竇性心律患者沒有差別［14］。也有研究發(fā)現(xiàn)，RyR2 mRNA 水平明顯低于竇性心律患者［15］。在RyR2 表達(dá)水平，郭繼鴻等［16］通過激光共聚焦顯微鏡觀察到AF 患者的RyR2 表達(dá)下降，而Schotten 等［17］通過Western blot 發(fā)現(xiàn)患者的RyR2 表達(dá)與竇性心律患者沒有明顯差別。RyR2的mRNA 和蛋白表達(dá)水平研究結(jié)果的不同使研究轉(zhuǎn)向探索其功能性改變。Hove-Madsen 等［18］應(yīng)用激光共聚焦顯微鏡和膜片鉗技術(shù)發(fā)現(xiàn)慢性房顫患者心房肌細(xì)胞SR 釋放增加，可能是由于RyR2 表達(dá)增加或功能性改變。Chelu 等［19］通過快速刺激心房，Ca2+/CaMKⅡ活性增加，使得RyR2 過度磷酸化，研究發(fā)現(xiàn)，RyR2 功能增加可以誘發(fā)AF。Neef 等［20］研究也發(fā)現(xiàn)，依賴Ca2+/CaMK Ⅱ的RyR2 過度磷酸化，使舒張期細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，可能引起或維持AF，因此，逆轉(zhuǎn)RyR2 的過度磷酸化防止Ca2+滲漏可能成為AF 的一個(gè)新的治療方向。

2.4 Ca2+-ATP 酶 Ca2+-ATP 酶是肌漿網(wǎng)上的Ca2+攝取通道，當(dāng)胞漿中的Ca2+濃度＞10-7mol/L 時(shí)，可將胞漿內(nèi)Ca2+重新攝取到肌漿網(wǎng)中，使心肌細(xì)胞舒張。在舒張期約有70% ～75%的Ca2+通過Ca2+-ATP 酶轉(zhuǎn)運(yùn)至肌漿網(wǎng)，這一過程在舒張心肌的同時(shí)也為下一次心肌收縮儲(chǔ)備Ca2+，因此，Ca2+-ATP 酶在心肌興奮收縮耦聯(lián)中起到不可替代的作用［21］。

研究發(fā)現(xiàn)，房顫患者心房肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP 酶的mRNA 下降，房顫持續(xù)時(shí)間越長者下降越明顯，所以Ca2+-ATP 酶可能與AF 的維持有關(guān)［22］。房顫引起心房快速去極化使細(xì)胞內(nèi)鈣超載，肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP 酶長期處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，造成其mRNA 表達(dá)下降，進(jìn)一步使肌漿網(wǎng)鈣調(diào)控蛋白表達(dá)異常，形成惡性循環(huán)，使AF 維持。

3 展望

由于L 型和T 型鈣通道均參與Ca2+內(nèi)流，但是T 型鈣通道開放時(shí)間較短，Ca2+電流所占比例很少，因此，L 型鈣通道在心肌的興奮收縮耦聯(lián)中起到重要作用，也是目前研究最多、最有前途的作用靶點(diǎn)。而RyR2 與Ca2+-ATP 酶分別在Ca2+的釋放和攝取中起主要作用，提示其在AF 發(fā)生和維持中的作用不容忽視，盡管目前相關(guān)研究很多，但其表達(dá)和功能變化在AF 發(fā)生和維持中的作用有待于進(jìn)一步研究，從而為AF 防治提供有用的作用靶點(diǎn)。

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