氯離子通道在心臟起搏活動中的作用研究進展

薄冰

摘 要：本文對在心臟起搏活動中發揮重要作用的3種氯離子通道進行綜述，包括：內向整流Cl-電流，容積感受性外向整流Cl-電流及細胞內鈣激活Cl-電流，上述通道在心臟起搏活動的調節及起搏活動異常類心律失常的治療中發揮重要作用。

關鍵詞：心臟 氯離子通道 起搏活動 心律失常

中圖分類號：R541.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0210-02

氯離子通道（chloride channels）是生物膜上廣泛分布的一類陰離子通道，因Cl-是其轉運及發揮生物學作用的主要離子，故將此通道稱為Cl-通道[1]。研究表明，在多個物種的心臟竇房結（sinoatrial node， SAN）細胞中，有3種Cl-通道發揮重要的生物學作用，包括：（1）超級化細胞腫脹激活內向整流Cl-電流（inwardly rectifying Cl- current， ICl，ir），介導該電流的通道可能由ClC電壓門控Cl-通道基因家族的ClC-2編碼[2]；（2）容積感受性外向整流Cl-電流（volume-regulated outwardly-rectifying Cl- current， ICl，vol），由ClC家族的ClC-3編碼；（3）細胞內鈣激活Cl-電流（Ca2+-activated Cl- current，ICl，Ca）[3]，可能是由TEME16A（或Anol）編碼[4]。

1 氯離子通道在心臟起搏活動中的作用

早期研究利用離子替換技術觀察Cl-通道在PFs和SAN組織細胞膜電位、舒張期去極化及動作電位時程調節中的作用。1961年，Hutter&Noble發現將細胞外Cl-在替換前置于陰離子溶液中可引起心率（heart rate，HR）瞬間增加并最終降至Cl-溶液中的40%～90%之間。使用陰離子替換Cl-可導致心跳驟停或是引發節律增加后的減慢。這一內向整流Cl-電流僅在膜電位低于-60 mV時激活并可能影響舒張期去極化。應用低通透性的醋酸鹽代替Cl-消除Cl-電流時可引起SAN節律的下降和動作電位幅度的增大。心臟傳導系統細胞Cl-的平衡電位（ECl）為-65 mV～-45 mV，在膜電位比ECl為正時（去極化），ICl為外向電流，引起動作電位時程（action potential duration，APD）變短；比ECl為負時（靜息水平），ICl為內向電流引起靜息電位幅值減小，從而呈現輕微去極化狀態。正常生理狀態下，ICl在心肌細胞電活動中的作用并不明顯，但在缺血缺氧及代謝抑制狀態下，ICl可活化并對心肌細胞功能活動產生重要影響，可見，Cl-通道在心臟傳導系統電生理活動中具有重要的作用。

2 ClC-2通道及內向整流氯離子電流

ClC-2最初是由大鼠心臟和大腦克隆，ClC-2 cDNA的表達可產生一種超級化激活內向整流Cl-電流，該電流對于細胞容積及細胞外pH值的變化非常敏感，豚鼠和小鼠心肌細胞ICl，ir的特性也與由ClC-2 Cl-通道攜帶的電流一致，隨后的相關研究也為ClC-2編碼的ICl，ir及心臟中ClC-2剪接體的表達提供證據[2]。Britton等進行的RT-PCR和免疫組織化學實驗為SAN細胞ClC-2表達提供了直接證據，此外，SAN細胞內源性ICl，ir分布較心房和心室肌細胞更為廣泛（28/35，80%）。

由ClC-2通道攜帶的ICl，ir可能與超級化激活陽離子通道（If）類似[5]，在SAN或AVN區域發揮著重要作用。Huang等[2]研究發現，豚鼠SAN細胞ICl，ir在細胞膜超級化及低滲條件下激活并具有較強的內向整流性，其翻轉電位接近ECl并可被鎘（Cd2+）阻斷，上述ICl，ir特性在其它物種的心房和心室肌中均得到證實。在膜電位接近最大舒張電位時活化的較小瞬時ICl，ir和膜電位低于最大舒張電位時活化的較大時間依賴性ICl，ir均可對SAN細胞動作電位4期自動去極化產生重要影響。當膜電位高于ECl時，Cl，ir通道開放引導內向電流（Cl-內流）從而引起膜電位（可能包括最大舒張電位）更負，但Cl，ir通道內向整流的特性可能會減少外向電流的幅度以及限制其對復極和動作電位時程的影響。

在離體SAN細胞中，通過吸管灌流anti-ClC-2 Ab 20 min抑制ICl，ir后可引起低滲壓力誘導舒張期去極化（diastolic depolarization，DDs）增加的減弱，這提示ICl，ir可能在SAN細胞舒張期去極化調節和自發動作電位速率調節中具有重要作用。在體實驗研究發現，選擇性去活化ClC-2通道可引起HR的減少，這一現象在運動狀態下更為明顯。與Clcn2+/+和Clcn2+/-小鼠相比，Clcn2-/-小鼠的安靜心率減慢，這可能是由于基礎狀態下經由ClC-2通道的ICl，ir相對較小。然而，在急性運動狀態下，Clcn2-/-小鼠的最大心率明顯低于Clcn2+/+和Clcn2+/-小鼠，這提示ClC-2通道參與運動狀態下心臟的變時效應。可見，ClC-2通道通透性及ICl，ir密度的改變可能成為心臟起搏活動中缺血缺氧導致酸中毒以及細胞容積電生理變化的原因之一。

3 ClC-3通道及容積感受性外向整流氯離子電流

細胞容積的急性增加可引起容積下降調節（regulatory volume decrease， RVD）機制的產生并引導細胞回歸至正常體積，在這一過程中，容積感受性外向整流Cl-通道（VRCCs）發揮重要作用。1992年，Hagiwara等在牽拉離體兔SAN細胞膜引起細胞腫脹時觀察到一種與ICl，vol特性類似的Cl-電流。隨后的研究相繼證實SAN細胞中容積感受性Cl-通道的存在。生理條件下，ICl，vol可能承擔力傳導與容積調節的中介作用，從而在牽拉和容積刺激下對心臟傳導系統起搏細胞功能活動的調節中發揮重要作用。VRCCs具有較強的外向整流特性，可引起靜息期膜電位去極化并顯著縮短APD。VRCCs攜帶的ICl，vol在等滲液中處于失活狀態，在高滲溶液、細胞膨脹或直接的機械牽拉引起細胞容積增加時激活，并參與SAN細胞在缺氧、缺血和再灌注過程中APD縮短及心律失常的發生。研究發現，電壓依賴型ClC家族的ClC-3是構成心肌細胞內源性ICl，vol的主要分子結構基礎[4，6，7]。Xiong等[8]對心臟ClC-3基因敲除小鼠（Clcn3-/-）研究發現，組成內源性VRCCs的ClC-3基因表達出現時間依賴性失活現象，并累及心臟功能。然而，對于SAN細胞中ClC-3通道的表達及在構成ICl，vol中的作用，還缺少進一步的實驗研究。endprint

4 鈣激活Cl-電流ICl，Ca

Ca2+激活Cl-通道（CACCs）廣泛分布于心肌組織中，并在心臟電興奮的調節中具有重要作用。Verkerk等[3]應用穿孔膜片鉗技術在1/3的兔SAN細胞中檢測到ICl，Ca的存在。對于ICl，Ca在SAN細胞中分布不均一性的原因還不明晰，可能與SAN組織本身的結構功能差異有關。ICl，Ca在起搏活動周期中活化，該電流是具有鐘形電流-電壓曲線的瞬時外向電流，使用去甲腎上腺素刺激腎上腺素能受體可引起電流密度增加一倍。動作電位測量記錄的數據證實ICl，Ca在動作電位上升后期激活，電流鉗實驗表明，在去甲腎上腺素存在和缺失時，阻斷ICl，Ca可引起動作電位超射及時程增加，但對于固有心跳周期、超射速率及舒張期去極化均無明顯影響[9]，可見，ICl，Ca對于起搏同步化及動作電位傳導的影響相對局限。

5 結語

綜上，由氯離子通道攜帶的內向整流Cl-電流，容積感受性外向整流Cl-電流及細胞內鈣激活Cl-電流在心臟起搏活動的生成和調節中發揮著重要作用，同時參與起搏活動異常等多種類型心律失常的形成。隨著研究的不斷深入，氯離子通道在藥物靶向通道治療中可能發揮更有效的抗心律失常作用。

參考文獻

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[2] Huang ZM，Prasad C，Britton FC，et al.Functional role of CLC-2 chloride inward rectifier channels in cardiac sinoatrial nodal pacemaker cells[J].J Mol Cell Cardiol，2009，47（1）：121-32.

[3] Verkerk AO，Wilders R，Zegers JG， et al.Ca2+-activated Cl- current in rabbit sinoatrial node cells[J].J Physiol， 2002，540（1）：105-107.

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[8] Xiong D，Heyman NS，Airey J，et al.Cardiac-specific，inducible ClC-3 gene deletion eliminates native volume-sensitive chloride channels and produces myocardial hypertrophy in adult mice[J].J Mol Cell Cardiol，2010，48（1）：211-219.endprint