縫隙連接與心臟疾病的研究進(jìn)展

林國(guó)偉(綜述)，張　俊(審校)

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，四川 南充 637000)

縫隙連接與心臟疾病的研究進(jìn)展

林國(guó)偉△(綜述)，張俊※(審校)

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，四川 南充 637000)

摘要：縫隙連接是存在于相鄰細(xì)胞間特殊的膜結(jié)構(gòu)通道，它連接相鄰細(xì)胞間的細(xì)胞質(zhì)，介導(dǎo)細(xì)胞間的電化學(xué)信號(hào)。越來(lái)越多的研究顯示，縫隙連接與各種心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展及治療均有密切聯(lián)系。深入研究縫隙連接蛋白的靶向治療，可能為各種心臟疾病的治療提供一種新思路。該文就縫隙連接與心臟疾病關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

關(guān)鍵詞：冠心病；縫隙連接；縫隙連接蛋白；心律失常

縫隙連接作為相鄰細(xì)胞間一種特殊膜通道結(jié)構(gòu)，具有親水性、低選擇性和低電阻等特點(diǎn)，介導(dǎo)細(xì)胞間的電化學(xué)信號(hào)。縫隙連接與各種心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展均有密切聯(lián)系，深入分析縫隙連接的微觀構(gòu)成和功能，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)某些心臟疾病的發(fā)生機(jī)制，具有非常重要的臨床價(jià)值。心肌缺血發(fā)生時(shí)，縫隙連接蛋白(conne-xin，Cx)43的開(kāi)放可以增加心肌梗死的面積，而Cx43的缺失會(huì)導(dǎo)致心律失常的發(fā)生，表明縫隙連接的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、分布和功能的變化均可影響心肌細(xì)胞間的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而導(dǎo)致心臟疾病的發(fā)生，或者影響各種心臟疾病的發(fā)展[1-2]。目前對(duì)于心臟縫隙連接的研究還處于初級(jí)階段，相信隨著對(duì)縫隙連接更深入的認(rèn)識(shí)，針對(duì)Cx的靶向治療將可能成為治療某些心臟疾病的一種新途徑。現(xiàn)就Cx與心臟疾病的研究進(jìn)展予以綜述。

1心臟中縫隙連接的結(jié)構(gòu)、功能與分布

縫隙連接，又稱間隙連接、通訊連接，是存在于相鄰組織細(xì)胞間的特殊膜通道結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)對(duì)稱的半通道(或者連接子)端-端連接而成。每個(gè)半通道由6個(gè)同型或者異型的Cx組成，為六聚體結(jié)構(gòu)。同型連接子由一種Cx組成，異型連接子由不同的Cx組成。由同型連接子構(gòu)成的縫隙連接稱為同型縫隙連接通道，由異型連接子構(gòu)成的縫隙連接成為異型縫隙連接通道；一側(cè)為同型連接子，另一側(cè)為異型連接子構(gòu)成的縫隙連接通道稱為單側(cè)異型縫隙連接通道；雙側(cè)均為異型連接子構(gòu)成的縫隙連接通道稱為雙側(cè)異型縫隙連接通道[3]。縫隙連接通道連接著兩個(gè)相鄰細(xì)胞，除加強(qiáng)機(jī)械連接的作用外，更重要的是具有電偶聯(lián)和代謝偶聯(lián)的功能，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種允許相鄰細(xì)胞間直接進(jìn)行物質(zhì)交換的細(xì)胞膜通道；縫隙連接只允許相對(duì)分子質(zhì)量較小的物質(zhì)自由通過(guò)，如無(wú)機(jī)離子、小分子物質(zhì)(氨基酸、葡萄糖等)和第二信使(環(huán)磷酸腺苷、環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷、鈣離子)等[4]。Cx有磷酸化和非磷酸化兩種狀態(tài)，由Cx羧基末端絲/蘇氨酸及酪氨酸殘基的磷酸化和去磷酸化水平調(diào)節(jié)Cx的形成和功能狀態(tài)。有實(shí)驗(yàn)顯示，通過(guò)增加心臟中Cx43羧基末端在Ser368位置上的磷酸化會(huì)引起小鼠心電圖表現(xiàn)出延長(zhǎng)的、振幅增高的QRS波群[5]。Liao等[6]的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，溶血磷脂酰膽堿能誘導(dǎo)心肌細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶ε的激活，導(dǎo)致Cx43的磷酸化，引起Cx43在空間上的重新分布，導(dǎo)致心肌細(xì)胞收縮節(jié)律的紊亂和收縮頻率的減少，而予以一種特殊的蛋白激酶ε抑制劑eV1-2可以阻止這一效應(yīng)的發(fā)生。在哺乳動(dòng)物的心臟中至少存在5種類型的Cx，即Cx37、Cx40、Cx43、Cx45和Cx46，其中被認(rèn)為較重要且目前研究較多的是Cx40、Cx43和Cx45。Cx40主要在心房肌、竇房結(jié)、房室結(jié)、希氏浦肯野纖維中表達(dá)；Cx43幾乎表達(dá)于所有成熟的哺乳動(dòng)物，是Cx中含量最多的，其主要在心房肌和心室肌及傳導(dǎo)系統(tǒng)遠(yuǎn)端表達(dá)；Cx45在整個(gè)心臟均有少量表達(dá)，但在心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)的表達(dá)顯著高于其他區(qū)域，特別是在竇房結(jié)中，Cx45的表達(dá)相對(duì)于其他Cx占優(yōu)勢(shì)[7]。

2縫隙連接與冠心病

心臟縫隙連接的重構(gòu)與冠心病的發(fā)生、發(fā)展以及心肌梗死后心律失常的發(fā)生有密切的相關(guān)性。Beardslee等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在心肌組織急性缺血時(shí)，細(xì)胞間出現(xiàn)解偶聯(lián)作用，Cx43的數(shù)量在總量上并無(wú)明顯減少，但是去磷酸化狀態(tài)的Cx43增加，同時(shí)在分布上出現(xiàn)不均一性，端-端分布減少，部分Cx43向胞質(zhì)側(cè)移位；他們認(rèn)為心肌缺血導(dǎo)致心肌細(xì)胞之間的解偶聯(lián)作用是由去磷酸化Cx43積累和Cx43移位共同導(dǎo)致的。研究表明，在心肌缺血區(qū)域內(nèi)，縫隙連接表達(dá)的改變導(dǎo)致其電活動(dòng)傳導(dǎo)減慢以及心律失常的發(fā)生，定向地改變Cx43蛋白的表達(dá)水平可以提高局部電活動(dòng)的傳導(dǎo)速度，并可減少心律失常的發(fā)生[9-11]。Greener等[9]通過(guò)心肌缺血/再灌注模型，獲得可誘導(dǎo)持續(xù)的單型室性心動(dòng)過(guò)速豬心臟模型，通過(guò)轉(zhuǎn)染Cx43基因提高了缺血區(qū)域內(nèi)Cx43的表達(dá)，使其電活動(dòng)傳導(dǎo)速度較對(duì)照組明顯增快，而其可誘導(dǎo)的室性心律失常也大幅度降低。王德國(guó)[10]將經(jīng)Cx43基因修飾后的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植入大鼠心肌梗死區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞Cx43蛋白表達(dá)有助于促進(jìn)細(xì)胞移植對(duì)梗死心功能的保護(hù)作用，并且有助于降低Ⅰ型膠原在心肌中的沉積，減少心肌纖維化，從而減少梗死后心肌重構(gòu)。Zhao等[11]的實(shí)驗(yàn)也證明，提高心肌梗死部位Cx43的表達(dá)可以減少心肌梗死后心律失常的發(fā)生。研究顯示，心肌細(xì)胞膜上的Cx43存在兩種形式，一種即傳統(tǒng)的連接相鄰細(xì)胞間的縫隙連接，另一種為未配對(duì)的Cx43Hc，它們并不連接在細(xì)胞之間，而是存在于肌纖維膜上，主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外液之間離子和其他一些小分子代謝物質(zhì),在正常情況下，Cx43Hc處于關(guān)閉狀態(tài)，而在缺血狀態(tài)或其他一些外部刺激下，Cx43Hc會(huì)大量開(kāi)放[12]。Decrock等[1]的研究顯示，Cx43和Cx43Hc在細(xì)胞凋亡的信息傳遞過(guò)程中具有非常重要的作用，他們利用細(xì)胞色素C誘導(dǎo)經(jīng)轉(zhuǎn)染并穩(wěn)定表達(dá)Cx43的膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡，結(jié)果凋亡信號(hào)通過(guò)Cx43和Cx43Hc傳遞至周圍細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡面積擴(kuò)大，而抑制Cx43和Cx43Hc的開(kāi)放可以顯著減少周圍細(xì)胞的死亡數(shù)量。Johansen等[13]通過(guò)構(gòu)建小鼠心臟和心肌培養(yǎng)細(xì)胞缺血/再灌注模型證實(shí),在心肌缺血/再灌注損傷過(guò)程中Cx43Hc大量開(kāi)放，而抑制其開(kāi)放可以顯著減小小鼠心肌梗死面積。類似的實(shí)驗(yàn)，Hawat等[14]使用一種可以特異性抑制Cx43Hc開(kāi)放而不影響Cx43合成的仿生肽——Gap26，通過(guò)Gap26對(duì)Cx43Hc抑制作用可以使形態(tài)完整的心臟具有更強(qiáng)的抗缺血能力；在心肌缺血前予Gap26處理可以顯著減小心肌梗死的面積，在心肌缺血發(fā)生以后予Gap26處理亦可明顯改善缺血后的心肌功能。顧國(guó)萍[15]的研究顯示，在急性心肌梗死后結(jié)區(qū)組織中Cx30.2和Cx45表達(dá)增加，且分布紊亂；左心室心肌梗死后心肌組織中Cx43降解，分布紊亂，Cx45的表達(dá)相應(yīng)增高，分布出現(xiàn)紊亂；鹽酸阿羅洛爾對(duì)于心肌梗死后結(jié)區(qū)組織中和左心室心室肌組織中縫隙連接的重構(gòu)均有影響，其可以減少結(jié)區(qū)組織中Cx30.2和Cx45的表達(dá)，抑制左心室組織中Cx43的降解和重新分布，減輕缺血性損傷。

3縫隙連接與心律失常

縫隙連接通道是維持心肌電活動(dòng)的同步性及沖動(dòng)在心肌細(xì)胞內(nèi)快速傳導(dǎo)的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。縫隙連接通道結(jié)構(gòu)和分布異常可導(dǎo)致心肌局部電活動(dòng)的不平衡、改變動(dòng)作電位傳布的方向和速度等，可形成傳導(dǎo)阻滯或者折返傳導(dǎo)，導(dǎo)致心律失常的發(fā)生和維持。Cx43對(duì)于心臟正常心律的維持是必不可少的，Cx43的缺失或表達(dá)減少均會(huì)導(dǎo)致心律失常的發(fā)生。縫隙連接的解偶聯(lián)與離子通道重構(gòu)密切相關(guān)，細(xì)胞間電偶聯(lián)改變導(dǎo)致局部離子通道電流改變，可加速折返性心律失常的發(fā)生[16]。有實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究Cx43基因剔除小鼠發(fā)現(xiàn)，小鼠均由于致死性的心律失常而死亡，其心臟橫向及縱向傳導(dǎo)速度均明顯降低，且橫向傳導(dǎo)速度較縱向傳導(dǎo)速度降低更加明顯[2]。Lubkemeier等[17]通過(guò)基因突變制造Cx43最末5-C端氨基酸殘基缺陷的Cx43D378stop小鼠，新生和成年的Cx43D378stop小鼠表現(xiàn)出多樣的電活動(dòng)功能變化，且均由于嚴(yán)重的室性心律失常而死亡，其表現(xiàn)與Cx43缺陷小鼠的表現(xiàn)相似；通過(guò)膜片鉗技術(shù)分析Cx43D378stop小鼠心肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，鈉和鉀電流密度顯著降低；另外，還觀察到在Cx43D378stop心臟閏盤上的Na1.5蛋白顯著減少，由此認(rèn)為小鼠心律失常的發(fā)生及死亡可能是由于鈉鉀電流的影響所致。除Cx43外，Cx40與Cx45的改變同樣會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的心律失常發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠心臟，Cx40的缺乏會(huì)導(dǎo)致左右束支傳導(dǎo)速度減慢[18]；含有無(wú)效Cx40等位基因的小鼠心房的傳導(dǎo)速度變慢，而對(duì)于心室則無(wú)影響[19]。另有研究顯示，在剔除了Cx40基因的小鼠心電圖中出現(xiàn)了延長(zhǎng)的P波和延長(zhǎng)的PR間期及增寬的QRS波群，這些均表明，Cx40在維持正常心律方面的重要性[20-22]。Paul等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，在致心律失常性右心室心肌病患者心肌中Cx40和Cx45的表達(dá)顯著減少，而Cx43的表達(dá)無(wú)明顯變化。Betsuyaku等[24]通過(guò)研究轉(zhuǎn)染Cx45基因的小鼠發(fā)現(xiàn)，心室肌過(guò)表達(dá)Cx45會(huì)改變心肌細(xì)胞間的電偶聯(lián)而增加室性心律失常的發(fā)生，但并不導(dǎo)致心臟其他功能和結(jié)構(gòu)的改變。Yamada等[25]的研究表明，心力衰竭心臟各種致死性心律失常的發(fā)生與Cx43的下調(diào)和Cx45的表達(dá)上調(diào)有密切關(guān)系。

4縫隙連接與生物起搏

各種原因?qū)е碌木徛孕穆墒СＴ谂R床上非常常見(jiàn)，包括病態(tài)竇房結(jié)綜合征和房室傳導(dǎo)阻滯，均嚴(yán)重影響心臟的射血功能，威脅患者的生命安全。目前對(duì)于緩慢性心律失常的治療主要是植入電子起搏器，而電子起搏器仍存在許多缺點(diǎn)，如出血、感染、穿孔、電池壽命有限，不能隨著人的情緒波動(dòng)自行調(diào)節(jié)等。因此，利用細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建生物起搏越來(lái)越成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已有許多實(shí)驗(yàn)成功地在體外將胚胎干細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞或心肌干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化為具有起搏功能的起搏細(xì)胞[26-29]。Tong等[30]通過(guò)在大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Cx45構(gòu)建生物起搏器的模型中發(fā)現(xiàn)，所獲得的心臟生物起搏器自律性明顯提高。推測(cè)這可能是由于Cx45和Cx43之間形成了異型縫隙連接通道造成的。Fahrenbach等[31]研究由胚胎干細(xì)胞衍變而來(lái)的心肌起搏樣細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，下調(diào)Cx43的表達(dá)可增加生物起搏器自發(fā)搏動(dòng)的頻率。

5小結(jié)

隨著人口老齡化的快速發(fā)展，心腦血管疾病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，嚴(yán)重地威脅著人們的健康和生命，深入對(duì)心腦血管疾病的研究已刻不容緩。隨著對(duì)縫隙連接的深入研究，人們?cè)谝欢ǔ潭壬现鸩秸J(rèn)識(shí)了縫隙連接與冠心病、心律失常等心臟疾病的關(guān)系，為探討心臟各種疾病的發(fā)生、發(fā)展以及治療對(duì)策提供了新的理論依據(jù)。對(duì)于縫隙連接與心臟疾病的具體機(jī)制還需要更多的基礎(chǔ)及臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。

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The Research Progress of Gap Junctions and Heart DiseasesLINGuo-wei，ZHANGJun.(DepartmentofCardiology,NorthSichuanMedicalCollegeAffiliatedHospital，Nanchong637000，China)

Abstract：Gap junction is a special membrane channel between adjacent cells,which connects cytoplasm,mediates electrochemical signals between the adjacent cells.More and more studies have shown that gap junctions is closely associated with the occurrence,development and treatment of all kinds of heart disease.In-depth understanding of targeted therapy for gap junction protein,may provide a new train of thoughts for the treatment of various heart disease.Here is to make a review of the research progress of the correlation between gap junction and heart diseases in recent years.

Key words:Coronary heart disease; Gap junction; Gap junction protein; Arrhythmia

收稿日期：2014-10-27修回日期：2015-02-06編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.015

中圖分類號(hào)：R543.3； R331.38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)17-3110-04