縫隙連接蛋白40與心房顫動關系的研究進展

王衛衛(綜述)，胡福莉(審校)

(1.河北醫科大學研究生學院，石家莊 050017； 2.河北省人民醫院心血管內四科，石家莊 050051)

心房顫動(房顫)是臨床上最常見的快速性心律失常之一，預計至2050年，房顫患者至少增加1倍[1]。房顫的發生機制至今尚未完全闡明。Severino等[2]研究表明，縫隙連接與房顫的發生與維持密切相關，縫隙連接是心肌細胞膜上特化的膜結構，由縫隙連接蛋白(connexin，Cx)構成。Cx40主要分布于心房肌細胞，近年來發現Cx40結構和功能變化與房顫的發生、維持存在密切聯系。該文就Cx40與房顫的關系進行綜述。

1 Cx概述

縫隙連接是相鄰細胞間進行直接通訊的唯一通道，容許相對分子質量<1.5×103的無機離子、代謝產物(氨基酸、葡萄糖等)、第二信使(cAMP、Ca2+、IP3)等通過；縫隙連接由Cx構成，6個放射狀排列的Cx分子構成半個縫隙連接通道，稱為連接子，2個連接子相互錨定，形成1個內徑為2～3 nm的六菱形的水相孔道，即縫隙連接[3]。目前已發現20多種Cx，依相對分子質量大小分別命名為Cx26～Cx56；在哺乳動物心臟中大約有8種Cx表達：Cx31.9、Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46、Cx50、Cx57[4]。Cx40主要存在于心房、房室結、希氏束和心室傳導系統中；Cx43在心房、心室及傳導系統遠端表達豐富；Cx45存在于竇房結、房室結、希氏束和左右束支，心房和心室中Cx45水平較低，在心房水平略高于心室[5]。Cx在心房組織呈高度異質性，即有的區域含量豐富，有的區域含量較少；且Cx40在左右心房不均一分布，右心房是左心房的2～3倍；而Cx43在兩心房的分布水平相當，且表達水平與Cx40在右心房的水平相似；Cx45僅能檢測到較低水平的含量[6]。Cx40是心房選擇性蛋白，其變化與房性心律失常特別是房顫關系密切。

2 Cx40基因異常與房顫

Cx40基因異常會導致Cx40蛋白表達異常，致心房沖動傳導異常，增加心律失常的易患性，使房顫發生率增加。正常情況下，心房肌傳導存在異質性。Sun等[7]研究發現，Cx40基因改變會影響沖動在心房肌的傳導。Leaf等[8]對小鼠心耳進行起搏，發現正常小鼠左心房的傳導速度顯著快于右心房，而Cx40基因剔除小鼠心房沖動傳導異質性消失，且傳導速度減慢，心律失常發生率增加。Lübkemeier等[9]建立Cx40轉基因小鼠房顫模型，發現心房激動傳導速度顯著減慢，房顫持續時間延長；對培養的心房肌細胞縫隙連接通道的啟閉研究，進一步證實與正常心肌細胞縫隙連接相比，培養的心肌細胞縫隙連接通道電導顯著降低，電壓敏感度增強，心房肌細胞不規則自發電活動增加。

3 Cx40重構與房顫

在各種病理狀態下，縫隙連接重構是指縫隙連接及組成縫隙連接的Cx的變化，包括Cx表達量的改變、重新分布及異常組合、通道功能的紊亂等，均可使縫隙連接通訊功能下降，使心房傳導速度減慢，易于形成微折返，而引起房顫的發生[10]。

3.1Cx40分布的變化 正常心房Cx40在心房肌兩端的密度比兩側高約10倍，心房肌細胞沿長軸方向的傳導速度較橫向傳導快10～20倍。當Cx40在心房肌分布比例發生改變時，心房肌正常激動傳導方式會發生改變，從而影響傳導速度，房顫易患性增加。Dhein等[11]研究發現，房顫患者Cx40表達量明顯增高，其在心房肌兩側的分布增多，橫向傳導速度增快。在快速起搏誘導的山羊房顫模型中，Cx40在左右心房的分布呈高度空間異質性[12]。Ryu等[13]在犬無菌性心包炎致房顫模型中研究發現，整個心肌層Cx從內向外的表達呈現一個梯度，Cx40表達在心外膜缺乏，在心肌中層減少，在心內膜正常；無菌性心包炎組Cx40的跨壁分布異常與顯著異常的心房傳導有關，是房顫觸發和維持的重要因素。

3.2Cx40量的改變 Cx40表達量減少時，細胞間電偶聯發生障礙，使心房的縱向傳導速度減慢，而橫向傳導速度相對增加，復極離散度增加，多個子波沿異常的傳導徑路擴布，有利于微折返的形成，導致房顫的發生和持續[14]。Hsieh等[15]快速起搏犬心室2周誘發充血性心力衰竭房顫模型，結果發現，房顫組Cx40表達量減少，說明Cx40重構可能是心力衰竭房顫維持的重要因素。Dhein 等[11]對160例冠狀動脈粥樣硬化性心臟病和瓣膜病患者的左心房組織進行研究發現，與竇性心律組比較，房顫組Cx40水平顯著增加。van der Velden等[12]為山羊植入心臟起搏器，通過快速起搏制作房顫模型，觀察了Cx40表達量與房顫發生與維持時間的相關性；該研究發現，房顫2周時，測定Cx40信使RNA表達水平較1周和8周時輕度升高，而房顫16周時，心房組織中Cx40水平減少或缺如。Hsieh等[15]認為，房顫2周時Cx40短時間升高可能由于心房電活動不穩定、心肌細胞受到刺激后發生應激反應所致，隨后的減少可能是失代償后Cx40的耗竭所致。這些研究結果提示，基礎疾病類型、房顫持續時間等因素都會引起心房Cx40表達量的變化，而Cx40表達變化可能在房顫等心律失常的發生中發揮重要作用[16]。

3.3Cx 40磷酸化改變 心肌Cx為磷酸蛋白，且通過蛋白激酶C和絲裂原活化蛋白激酶途徑調節[17]。磷酸化影響Cx生命周期的多個方面，包括蛋白合成后被運輸到細胞膜，形成半通道，組裝成縫隙連接通道，通道傳導和降解過程等[18]。不同環節導致Cx中的氨基酸殘基磷酸化，影響細胞間電偶聯狀態，使傳導異常，增加房顫的易患性。Nao等[19]對風濕性瓣膜病擬行瓣膜置換術的患者右心耳組織進行研究，測定Cx40表達量，發現與無房顫組相比，房顫組Cx40表達量明顯減少，但Cx40絲氨酸磷酸基的表達增加，認為Cx40磷酸化可能是一種代償，通過代償性磷酸基增加來調節縫隙連接功能。van der Velden等[12]在快速起搏的山羊房顫模型上發現，Cx由磷酸化狀態轉為非磷酸化狀態，而非磷酸化狀態可使Cx解聚和細胞脫偶聯,使心房沖動傳導發生異常，易于房顫的發生。

4 Cx變化參與房顫發生和維持的可能機制

Cx變化不僅影響心房傳導速度，在心肌炎癥、纖維化等過程中也可能發揮著作用。心肌炎癥、纖維化等是房顫的病理生理基礎，Cx重構可能是炎癥、纖維化的環節之一，Cx變化如何影響炎癥、纖維化的進程，目前報道較少，機制尚未完全闡明。

4.1纖維化機制 多項關于房顫的實驗及臨床研究證實，在心房纖維化過程中，Cx發生了重構，參與了房顫發生、發展的過程；但Cx重構在心房纖維化過程中的具體作用尚不清楚[20-22]。最近一項對老齡和主動脈縮窄致纖維化小鼠的研究顯示，降低心室肌Cx43基因表達，使成纖維細胞的活化增強，心肌纖維化增加，提示恢復Cx43功能可能有益地影響了心肌結構重構[23]。

4.2炎癥機制 近年來研究發現，炎癥與房顫之間存在密切關系，房顫患者心房組織中存在著基礎的炎癥狀態，炎性細胞浸潤增多；炎癥狀態下Cx表達下調，心房結構和電傳導發生改變[24]。Kwak等[25]對易患動脈粥樣硬化小鼠進行研究發現，Cx43表達下調能降低病變組織中炎性細胞的水平，提示Cx43在炎癥發展過程中具有一定的作用。

5 以Cx為靶向的新型抗心律失常藥物

抗心律失常肽類是從牛心房分離、純化出的一種肽類物質，因其最初發現時具有強大的抗心律失常作用而得名。目前一些抗心律失常肽類的類似物及衍生物已被人工合成，主要有AAP10、zp123、GAP-134等；來自實驗研究和臨床研究的數據證實，此類藥物通過影響縫隙連接通道啟閉、分布和表達而增加心肌縫隙連接通訊，具有較好的抗心律失常效果；AAP10是一種縫隙連接增強劑，給小鼠靜脈注射AAP，可顯著減少房顫的發生[26-27]。Easton等[28]進一步探討AAP10調節縫隙連接的作用機制發現，在心肌細胞培養基中加入AAP10，通過激活蛋白激酶C進而磷酸化Cx40來增強縫隙連接通道的偶聯，促進心肌傳導恢復。不僅如此，也有研究表明，AAP10能上調Cx的表達，但AAP10不影響心肌細胞動作電位及其他生理學參數；zp123的作用與AAP類似，通過直接作用于Cx，增強縫隙連接的傳導，改善細胞之間的偶聯，可減少心律失常的易患性，但穩定性更好，在血漿中的水平更高[29]。Shiroshita-Takeshita等[30]研究在快速起搏心房、慢性心力衰竭及心房缺血不同病因致房顫的實驗動物應用zp123處理后，傳導速度增加，心律失常不易誘發；除此之外，研究者還發現zp123還能在低鉀-缺血條件下，阻止動作電位時程的增加，從而減少心律失常的發生。GAP-134為首個發現的可口服的藥物，Butera等[31]在犬無菌性心包炎致房顫模型中研究發現，服用GAP-134后心房肌傳導速度顯著加快，房顫和心房撲動的誘發率顯著下降。

6 結 語

Cx40基因的異?？赡軙е滦姆考〖毎娕悸摳淖儯鳦x40量的改變、分布的變化、磷酸化狀態的變化可引起縫隙連接重構，影響了心房肌傳導速度，并可能與心肌細胞炎性反應、纖維化等病理改變有關，在房顫等心律失常的發生中具有一定作用。目前動物試驗研究顯示，以Cx40為靶點的新一代抗心律失常藥物具有良好的抗心律失常作用，為心律失常的治療帶來了新的希望。因此，進一步深入探討Cx40變化在房顫發生中的作用，將為房顫的預防和臨床治療提供更多選擇。

[1] Ball J,Carrington MJ,McMurray JJ,etal.Atrial fibrillation:profile and burden of an evolving epidemic in the 21st century[J].Int J Cardiol,2013,167(5):1807-1824.

[2] Severino A,Narducci ML,Pedicino D,etal.Reversible atrial gap junction remodeling during hypoxia/reoxygenation and ischemia:a possible arrhythmogenic substrate for atrial fibrillation[J].Gen Physiol Biophys,2012,31(4):439-448.

[3] Saez JC,Berthoud VM,Branes MC,etal.Plasma membrane channels formed by connexins:their regulation and functions[J].Physiol Rev,2003,83(4):1359-1400.

[4] Kreuzberg MM,Liebermann M,Segschneider S,etal.Human connexin 31.9,unlike its orthologous protein connexin 30.2 in the mouse,is not detectable in the human cardiac conduction system[J].J Mol Cell Cardiol,2009,46(4):553-559.

[5] Jansen JA,van Veen TA,de Bakker JM,etal.Cardiac connexins and impulse propagation[J].J Mol Cell Cardiol,2010,48(1):76-82.

[6] Vozzi C,Dupont E,Coppen SR,etal.Chamber-related differences in connexin expression in the human heart[J].J Mol Cell Cardiol,1999,31(5):991-1003.

[7] Sun Y,Yang YQ,Gong XQ,etal.Novel germline GJA5/connexin40 mutations associated with lone atrial fibrillation impair gap junctional intercellular communication[J].Hum Mutat,2013,34(4):603-609.

[8] Leaf DE,Feig JE,Vasquez C,etal.Connexin40 imparts conduction heterogeneity to atrial tissue[J].Circ Res,2008,103(9):1001-1008.

[9] Lübkemeier I,Andrié R,Lickfett L,etal.The connexin40A96S mutation from a patient with atrial fibrillation causes decreased atrial conduction velocities and sustained episodes of induced atrial fibrillation in mice[J].J Mol Cell Cardiol,2013,65:19-32.

[10] Igarashi T,Finet JE,Takeuchi A,etal.Connexin gene transfer preserves conduction velocity and prevents atrial fibrillation[J].Circulation,2012,125(2):216-225.

[11] Dhein S,Rothe S,Busch A,etal.Effects of metoprolol therapy on cardiac gap junction remodelling and conduction in human chronic atrial fibrillation[J].Br J Pharmacol,2011,164(2b):607-616.

[12] van der Velden HM,Ausma J,Rook MB,etal.Gap junctional remodeling in relation to stabilization of atrial fibrillation in the goat[J].Cardiovasc Res,2000,46(3):476-486.

[13] Ryu K,Li L,Khrestian CM,etal.Effects of sterile pericarditis on connexins 40 and 43 in the atria:correlation with abnormal conduction and atrial arrhythmias[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2007,293(2):1231-1241.

[14] Kanagaratnam P,Cherian A,Stanbridge RD,etal.Relationship between connexins and atrial activation during human atrial fibrillation[J].J Cardiovasc Electrophysiol,2004,15(2):206-216.

[15] Hsieh MH,Lin YJ,Wang HH,etal.Functional characterization of atrial electrograms in a pacing-induced heart failure model of atrial fibrillation:importance of regional atrial connexin40 remodeling[J].J Cardiovasc Electrophysiol,2013,24(5):573-582.

[16] Chaldoupi SM,Loh P,Hauer RN,etal.The role of connexin40 in atrial fibrillation[J].Cardiovasc Res,2009,84(1):15-23.

[17] van Veen TA,van Rijen HV,Jongsma HJ.Physiology of cardiovascular gap junctions[J].Adv Cardiol,2006，42:18-40.

[18] Márquez-Rosado L,Solan JL,Dunn CA,etal.Connexin43 phosphorylation in brain,cardiac,endothelial and epithelial tissues[J].Biochim Biophys Acta,2012,1818(8):1985-1992.

[19] Nao T,Ohkusa T,Hisamatsu Y,etal.Comparison of expression of connexin in right atrial myocardium in patients with chronic atrial fibrillation versus those in sinus rhythm[J].Am J Cardiol,2003,91(6):678-683.

[20] Kim SJ,Choisy SC,Barman P,etal.Atrial remodeling and the substrate for atrial fibrillation in rat hearts with elevated afterload[J].Circ Arrhythm Electrophysiol,2011,4(5):761-769.

[21] Luo MH,Li YS,Yang KP.Fibrosis of collagen I and remodeling of connexin 43 in atrial myocardium of patients with atrial fibrillation[J].Cardiology,2007,107(4):248-253.

[22] Heijman J,Voigt N,Dobrev D.New directions in antiarrhythmic drug therapy for atrial fibrillation[J].Future Cardiol,2013,9(1):71-88.

[23] Jansen JA,van Veen TA,de Jong S,etal.Reduced Cx43 expression triggers increased fibrosis due to enhanced fibroblast activity[J].Circ Arrhythm Electrophysiol,2012,5(2):380-390.

[24] Sawaya SE,Rajawat YS,Rami TG,etal.Downregulation of connexin40 and increased prevalence of atrial arrhythmias in transgenic mice with cardiac-restricted overexpression of tumor necrosis factor[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2007,292(3):1561-1567.

[25] Kwak BR,Veillard N,Pelli G,etal.Reduced connexin43 expression inhibits atherosclerotic lesion formation in low-density lipoprotein receptor-deficient mice[J].Circulation,2003,107(7):1033-1039.

[26] Clarke TC,Thomas D,Petersen JS,etal.The antiarrhythmic peptide rotigaptide (ZP123) increases gap junction intercellular communication in cardiac myocytes and HeLa cells expressing connexin 43[J].Br J Pharmacol,2006,147(5):486-495.

[27] Hagen A,Dietze A,Dhein S.Human cardiac gap-junction coupling:effects of antiarrhythmic peptide AAP10[J].Cardiovasc Res,2009,83(2):405-415.

[28] Easton JA,Petersen JS,Martin PE.The anti-arrhythmic peptide AAP10 remodels Cx43 and Cx40 expression and function[J].Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol,2009,380(1):11-24.

[29] Tveito A,Lines GT,Maleckar MM.Note on a possible proarrhythmic property of antiarrhythmic drugs aimed at improving gap-junction coupling[J].Biophys J,2012,102(2):231-237.

[30] Shiroshita-Takeshita A,Sakabe M,Haugan K,etal.Model-dependent effects of the gap junction conduction-enhancing antiarrhythmic peptide rotigaptide (ZP123) on experimental atrial fibrillation in dogs[J].Circulation,2007,115(3):310-318.

[31] Butera JA,Larsen BD,Hennan JK,etal.Discovery of (2 S,4 R)-1-(2-aminoacetyl)-4-benzamidopyrrolidine-2-carboxylic acid hydrochloride (GAP-134) 13,an orally active small molecule gap-junction modifier for the treatment of atrial fibrillation[J].J Med Chem,2009,52(4):908-911.