心肌細胞電生理學中藥研究進展

高 原,王幼平,宋 歌,李 彬,劉紅軍,朱明軍

心肌細胞電生理學中藥研究進展

高 原1,王幼平1,宋 歌2,李 彬1,劉紅軍1,朱明軍1

對心肌細胞電生理學的研究進展,包括研究方法、研究內容及其研究意義展開介紹,并就心肌細胞電生理技術在中藥研究方面的進展,包括抗心律失常中藥研究的必然和必要以及現狀和展望進行探討。

心肌細胞電生理學;抗心律失常中藥;膜片鉗技術;離子通道;離子流

1 心肌細胞電生理學的研究進展

心肌細胞電生理學作為心臟電學的重要組成部分,它是研究心肌細胞在正常與異常情況下的興奮發生與傳播機制的一門基礎學科[1]。主要用于揭示心肌細胞本身的電生理過程和規律、細胞間信號的傳導及其影響因素等等。主要研究內容是心肌細胞的離子通道、離子載體和離子流。

心肌細胞電生理學起始于1949年—1950年。1949年Ling發明了微電極細胞內記錄技術;Hodgkin和Huxley創造的電壓鉗制技術問世,電生理研究從此深入到細胞水平。20世紀60年代到80年代,闡明了心肌細胞各主要離子流(如INa,ISi,Ik1,Ik,ITo,ITi,INa-Ca, Ipump等)的基本特性;鈣離子的研究熱潮成為用心肌細胞電生理學研究心律失常發生機制的開端。

1976年,德國生理學家Neher和Sakmann建立膜片鉗技術[2],這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜上單一的(或多個的)離子通道分子活動的技術。這一偉大成就獲得1991年度的諾貝爾生理學與醫學獎。20世紀80年代,單個細胞分離的成功,使人們不斷地發現了一些新的離子流和離子通道。目前在心肌細胞膜上已知的離子流及載體電流有以下幾種:INa,ICa,IK1,IK,ITo,IK(Ach),IK(ATP),IKP,IK(Na), IK(Ca),IF,ICl,INaCa,Ipump和IJ等。20世紀90年代是研究心肌電生理學鉀離子流的熱潮時期,這成為闡明某種心律失常發生的機制或尋找某種抗心律失常藥的重要途徑。目前,膜片鉗技術已成為研究細胞膜離子通道和藥物作用機制必不可少的重要手段,它和分子生物學的結合應用呈現出良好的應用前景。

2 心肌細胞電生理技術在中藥研究方面的進展

2.1 抗心律失常中藥研究的必然和必要 20世紀80年代末,著名的心臟心律失常抑制試驗(cardiac arrhythmia suppression test,CAST)的結果對抗心律失常西藥治療的安全性提出了質疑和挑戰。抗心律失常西藥多為單一通道阻斷劑,作用靶點單一,抗心律失常譜窄,故致心律失常作用大,而多離子通道阻滯劑具有更好的調控作用,可使失調的離子通道功能恢復平衡,致心律失常副反應較低[3]。現有的研究提示許多中藥包括單體、單味藥及中藥復方等均有多離子通道機制,中醫整體觀念指導下的中藥治療更具有理論上的超前性,在心律失常治療領域有廣闊前景。

2.2 應用膜片鉗技術對抗心律失常中藥的研究現狀

劉紅軍等[4-6]應用全細胞膜片鉗技術發現,環維黃楊星D(CVB-D)溶液低濃度組和高濃度組均能夠引起豚鼠和大鼠單個心室肌靜息電位(RP)減小、動作電位0相除極幅度(APA)下降、動作電位時程(APD)延長、動作電位3相復極速率(V3)減慢,對內向整流鉀電流(IK1)具有抑制效應,與Ⅲ類抗快速心律失常藥物存在類似藥理效應,這可能是其在臨床上有抗心律失常作用的藥理機制之一。并在研究過程中意外發現2例致室性心律失常現象,這種現象值得關注,有待毒理實驗進一步驗證。張玉瑤等[79]研究發現苦參堿可縮短豚鼠、家兔心室肌細胞APD,抑制快速延遲整流鉀電流(IKr),在酸化的缺血微環境下,對心肌細胞IKr電流仍表現明顯的抑制作用,可用于缺血后心律失常的治療。與傳統的抗心律失常西藥相比[10],苦參堿對IKr電流的抑制作用較奎尼丁和胺碘酮為弱,表明苦參堿致QT延長(long QT,LQT)和致心律失常作用低于胺碘酮,更具有安全性、有效性等特點。孟紅旭等[11-14]研究表明從中藥丹參中分離提取的單體成分丹參酮ⅡA、丹酚酸B和丹參素均能夠起到抑制L型鈣電流(ICa-L)的作用,不同的是丹參酮ⅡA還可抑制肥厚心肌細胞上增大的IKr、IKs及其尾電流,明顯縮短肥大心肌細胞APD的延長,從而降低心室復極離散度,防止折返的形成,發揮預防肥厚心肌心律失常的功效;丹酚酸B[15]阻滯瞬時外向鉀電流(ITo)的同時不影響IK1,因此有效地保證了心肌細胞膜的穩定性,起到抗心律失常的療效。此外丹酚酸B與延胡索乙素[15]對L型鈣通道均有抑制作用,兩者之間能夠產生協同效應,并且這兩種有效成分調控L型鈣通道的作用機制不同,為探討中藥復方中部分有效成分配伍使用的合理性提供了有力證據;丹參素[16]通過抑制ICa-L和激活三磷酸腺苷(ATP)敏感性鉀電流(IKATP)發揮著其對心肌缺血-再灌注的保護作用。張銘慧等[17]在研究中發現薯蕷皂苷抑制INa,電流-電壓曲線明顯上移,具有減輕鈣超載,保護缺血再灌注損傷心肌的作用,劉靜等[18]報道稱薯蕷皂苷含藥血清能激活INa,這種對鈉離子通道的促進作用可能通過鈉-鈣交換體間接影響細胞內的鈣離子濃度,因此推測薯蕷皂苷可能具有正性肌力作用。石含秀等[19]應用膜片鉗全細胞記錄技術觀察到細辛含藥血清對心肌細胞的鈉通道具有激活的功效,能夠降低心肌興奮的閾電位,增加鈉通道在相同電壓下的開放數量,細辛、附子二者配伍后對心肌細胞鈉離子通道具有增強激活的功效,這可能是其配伍后治療緩慢型心律失常的電生理基礎[20]。李翔宇等[21-24]研究證實,甘松揮發油具有抑制IK、IK1、ITo、INa及ICa-L的作用,說明甘松揮發油是通過作用于不同的離子通道適當延長大鼠心室肌細胞的APD及有效不應期(ERP),從而影響大鼠心室肌細胞的興奮性、不應性及傳導性,繼而產生抗心律失常的作用。

除了單味、單體中藥研究外,復方制劑也被證實對心肌細胞具有多離子通道作用機制,成為其抗心律失常的電生理基礎。參松養心膠囊[25,26]作為應用中醫絡病理論指導組方的創新中成藥,對ICa-L、INa、ITo、IKs和IK1多種心室肌離子通道均具有不同程度的阻滯作用,參松養心膠囊的室性心律失常效應,與其改善心功能,縮短心室動作電位時程和有效不應期,降低心房室間不同部位動作電位時程的離散,增加室顫閾值有關。穩心顆粒是中國第一個調節多離子通道的抗心律失常專利中成藥,兼有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ類抗心律失常藥物的作用,對多種離子通道有抑制作用,并能顯著縮短心室跨壁復極離散度,表明穩心顆粒具有抗心律失常的作用,且安全性高[27]。炙甘草湯[28]、心悸寧膠囊[29]、交泰丸[30]等復方制劑也均已被膜片鉗技術證實其對心室肌細胞膜電位、各離子通道有不同程度的影響。復方研究盡管復雜,但意義重大。結合先進技術進行多角度、多層次和多方面研究,可望將君臣佐使組方理念的中藥復方更具科學性和系統性,在抗心律失常領域有所建樹。

3 心肌細胞電生理技術在中藥研究方面存在的問題

心肌細胞電生理學的發展為中藥研究開辟了新途徑,特別是細胞膜片鉗技術的應用,使中藥藥理研究從器官水平深入到細胞和分子水平,但目前的研究中仍存在一些問題:中藥尤其是復方制劑成分復雜,體外實驗結果需要分析的影響因素眾多,缺乏嚴格對照,其結論一直很難得到全世界范圍的關注和認可,近年發展起來的中藥血清藥理學,即通過研究給藥動物血清的生物學活性來揭示藥物作用機制的方法與膜片鉗技術的結合[31],有望解決這一難題;在中藥的抗心律失常作用及機制的研究中,還未從心肌細胞水平將中醫心悸的病癥病機和心律失常的發病機制聯系起來,而這方面的研究是有針對地進行藥理研究的前提條件;實驗動物離體單個心肌細胞在生理狀態和病理狀態的藥理研究與人體整體心臟心律失常之間的相關性也有許多問題有待探討,這方面的問題決定了實驗藥物是否真正具有臨床實用意義。采用心肌細胞電生理技術進行中藥研究是中醫走向現代化的重要標志之一,這對傳統中藥的篩選和新藥的開發具有前瞻性意義。

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R329.2R256

:A

10.3969/j.issn.1672-1349.2015.02.005

:1672-1349(2015)02-0141-03

2015-01-20)

(本文編輯郭懷印)

1.河南中醫學院第一附屬醫院(鄭州450000);2.河南省中醫院

朱明軍,E-mail:zhumingjun317@163.com