浦肯野纖維與心律失常發生機制關系的研究進展

李懷娜(綜述)，吳曉羽(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院心血管內科，哈爾濱 150001)

浦肯野纖維與心律失常發生機制關系的研究進展

李懷娜△(綜述)，吳曉羽※(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院心血管內科，哈爾濱 150001)

浦肯野纖維受多種轉錄因子的調控，轉錄調節受損可致浦肯野纖維系統發育缺陷，從而導致其不能行使正常功能，促使心律失常的發生[1]。浦肯野纖維細胞間連接及其離子通道機制是保證心臟電沖動正常傳導的基礎，當細胞間連接及跨膜離子流發生變化時，浦肯野纖維系統電生理發生改變，從而導致心律失常[2]。現就浦肯野纖維系統的基因調控機制、細胞間連接及跨膜離子流的改變與心律失常的關系進行綜述。

1心臟浦肯野纖維系統基因表達的調節與心律失常的關系

心臟傳導系統的發育是一個復雜的生物學過程，這個過程的完成要經過一系列精細的加工，需要一系列轉錄因子的參與；傳導系統的發育從中心傳導系統開始，以周圍的浦肯野纖維網結束；在心臟發育期間轉錄調節受損對心臟發育影響重大并且可致心律失常[1]。

1.1Nkx2.5脊椎動物心臟發育期間至少有5種Nkx2家族成員表達。 Pashmforoush等[3]研究顯示，人類Nkx2.5基因突變可導致文氏型房室傳導阻滯；而且在隨后的心臟異常患者的基因篩選顯示，Nkx2.5導致的心臟結構異常與傳導系統疾病密切相關；研究人員證實Nkx2.5在具體的時間及劑量依賴條件下在外周傳導系統即浦肯野纖維系統發育中的角色。Nkx2.5單倍劑量不足導致浦肯野纖維系統細胞結構變化[1]。Meysen等[4]證實，Nkx2.5+/-鼠中房室傳導異常與發育不全的浦肯野纖維網相關，這些發育不全的浦肯野纖維網起因于出生后心肌細胞自發的缺陷及細胞變異。Guntheroth等[5]研究證實，Nkx2.5基因突變的家族可導致周期性文氏傳導阻滯及心室肌致密化不全。

1.2Shox2Shox2是人類心臟偽染色體同源框基因，即Shox基因家族編碼的細胞特定類型的轉錄因子，與細胞周期及細胞增殖密切相關；在人類胚胎發育期間，Shox2信使RNA在心臟及其他組織均表達；在鼠科動物心臟發育期間，Shox2 信使RNA表達延伸至整個竇房結區域及橫跨心房縱軸的左右束支及靜脈瓣，這構成了心臟傳導系統發育的整個部分[6]。Liu等[7]研究表明，Shox2-/-鼠竇房結出現嚴重發育不全。到目前為止，研究者尚未發現人類Shox2基因突變與疾病的關系。但Shox2的表達途徑與Nkx2.5相關，Shox2缺乏導致Nkx2.5異位表達，而且研究表明，在非洲爪哇蟾蜍Shox2抑制Nkx2.5的超表達[8]。Shox2在濃度依賴方式下抑制Nkx2.5的啟動子激活，從而抑制浦肯野纖維網的發育缺陷。

1.3HopHop是唯一的同源結構域蛋白，也是已知最小的結構域蛋白；是由73個氨基酸構成的同源結構域蛋白，包含多個同源域，與其他的同源結構域蛋白不同，其不能與特定的DNA序列結合[9]。其在胚胎期心臟表達，并在成年心臟傳導系統的發育中扮演重要角色[1]。在成年期Hop高表達于房室結、希氏束及左右束支；Hop-/-鼠可以活到成年而且似乎傳導系統解剖結構可以保持正常(通過乙酰膽堿酶標記的免疫組織化學法標記)，但傳導系統電生理作用被破壞，且這些Hop-/-鼠的體表心電圖均顯示異常(如電軸右偏、PR間期延長、QRS波增寬、長QT間期等)；電生理檢查發現，在Hop-/-鼠間隔部希氏束-浦肯野纖維系統缺陷增加30%～50%[10]。因此，Hop蛋白在希氏浦肯野纖維系統高表達是正常外周傳導系統功能所必需的。

1.4T-boxT-box (Tbx) 轉錄因子在胚胎發育期間發揮關鍵作用，它們以高度保守的T-box DNA結合位點為特征，且這些T-box基因均在特殊傳導系統發育方面起到重要作用；多種T-box轉錄因子是心臟特殊傳導系統的分化、分型及特殊性的重要調控因子。多種不同亞系的T-box轉錄因子共同表達而且彼此之間相互調節[11]。Tbx2表達有助于房室結及房室環路的形成[12]。在預激綜合征中，其表現型歸因于一種基因編碼的腺苷一磷酸激活蛋白酶γ2調節亞基的突變；Tbx2依賴徑路調節房室環的成熟也許是預激綜合征候選基因的成熟來源[13]。Tbx3在心臟發育期間表達于竇房結、房室結、房室束、近端浦肯野纖維束[14]。Tbx3在高度劑量敏感的條件下對傳導系統功能的發育、成熟以及穩態是必需的，Tbx3缺陷鼠可導致致死性心律失常[15]。Tbx18基因在人類突變尚未被確定。作為一個高度保守T-box轉錄因子家族的成員,Tbx5從多方面影響心血管系統的發育[1]。Tbx5基因突變在人類可出現心房-指-趾綜合征，在心房-指-趾綜合征的個體心律失常頻繁發生(包括竇性心動過緩、不同程度的房室傳導阻滯及心房顫動)[16]。心室傳導系統的發育需要Tbx5和Nkx2.5的相互協同，而且它們的激活由Id2(一種編碼雙螺旋轉錄抑制子的基因家族成員)介導[17]。Id2信使RNA的表達影響鼠胚胎期的房室束及束支的發育，Atkinson等[18]通過定量基因檢測及免疫組織化學的方法從信使RNA水平研究顯示，右心室環路及大動脈后方結點高度表達Id2，Id2基因缺乏的新生及成年鼠心臟顯示出室間傳導延遲，包括左束支傳導阻滯。

2心臟浦肯野纖維細胞間連接與心律失常發生的關系

心臟動作電位的傳導需要通過細胞-細胞間的電偶聯機制，這種偶聯機制通過縫隙連接蛋白來完成；這些縫隙連接蛋白構成的電導提供細胞之間的相互交流，允許離子、營養物質、小分子代謝產物及多聚肽的相互交換，將2個細胞緊密聯系到一起，完成細胞間的信息傳遞[19]。

2.1浦肯野纖維連接蛋白與心律失常發生機制的關系浦肯野細胞有較發達的縫隙連接，其表達兩種連接蛋白(connexin，Cx)Cx40和Cx43；不同型的連接蛋白在浦肯野纖維系統不同部位的分布是不同的，在近端希氏束及束支有CX40表達，而在末端浦肯野纖維系統CX40和CX43同時存在[20]。研究表明，組織特異性去除CX43可導致心室傳導減慢并可引起心律失常性猝死[21]。CX40基因缺陷的小鼠顯示傳導受損，出現左束支傳導阻滯或右束支傳導阻滯，這證實連接蛋白在浦肯野纖維系統的表達對有效的傳導是非常重要的[22]。

2.2浦肯野纖維-心肌細胞交界處與心律失常發生機制的關系浦肯野纖維遠端與心室肌細胞連接處稱為浦肯野纖維-心肌交界，浦肯野纖維-心肌交界處的復極差異性被看作是心律失常形成的可能部位，部分是由于浦肯野纖維細胞和心室肌細胞的動作電位時程存在差異[23]。計算機模擬表明，浦肯野纖維細胞和心室肌細胞內部最高平臺期電位的差異決定偶聯處心室肌細胞動作電位的縮短和延長；最高平臺期電位的差異使一股大的復極偶聯電流流向心室肌細胞，導致L型鈣離子電流的早期失活和內向整流電流的早期激活，因此1期復極的內在差異可能導致心內膜下浦肯野纖維-心肌交界網的動作電位時程縮短或延長的不同結果，使一些浦肯野纖維-心肌交界易于接受傳來的異常刺激，此時其他浦肯野纖維-心肌交界卻處于不應期,從而易導致心律失常[2]。Anter等[24]初次報道了特發性心室顫動的標測及消融，在所有案例中自發性心室顫動往往是由配對間期短的室性期前收縮引發，而這些室性期前收縮的觸發點常在浦肯野系統被標記到，這些靶點消融后陣發性心室顫動便立即被終止。隨后的研究發現，類似于心室顫動的紊亂性心律中，可以有起源于浦肯野纖維與心肌連接處的順向折返 (心肌-浦肯野纖維)或者有逆向折返 (浦肯野纖維-心肌)轉波引起[25]。目前認為機制可能是心室肌與浦肯野纖維的電生理特性不一致而造成局部傳導不一致形成折返，從而導致心律失常。

3心臟浦肯野纖維細胞動作電位及跨膜離子流機制與心律失常的關系

浦肯野纖維是一種快反應自律細胞，其離子通道電流和功能與心肌細胞明顯不同；與心室肌細胞相比，其動作電位時程長、傳導速度快，且整個動作電位的幅度及0相最大除極速度明顯高于心室肌細胞[26]。

3.1浦肯野纖維與心肌細胞離子通道的差異與心律失常0期快速去極化及動作電位幅值高使得動作電位在浦肯野纖維系統傳導速度更快[26]。對兔動作電位的特點研究顯示，其動作電位的特點在普通心肌與浦肯野纖維系統明顯不同，這被認為是由于T型鈣離子通道存在于浦肯野纖維細胞而不存在于心肌細胞，且在浦肯野纖維細胞鈉離子通道密度增加，L型鈣離子通道、快速激活延遲整流鉀通道、緩慢激活延遲整流鉀離子通道以及內向整流鉀離子通道密度減少[27]。在兔及人類浦肯野纖維系統，這些離子電流密度的差異與離子通道信使RNA的表達水平相一致[28]。離子通道的構成與連接蛋白提供的高度偶聯決定浦肯野纖維系統的高傳導速度，這是心律失常發生的基礎。

3.2浦肯野纖維特殊的動作電位時程與心律失常早期后除極發生在動作電位未完全復極化前的2期或3期，在早期后除極中反復發生的除極是由慢鈉電流或L型鈣離子通道開放導致的鈣離子內流引起，當早期后除極的幅值達到鄰近細胞的閾電位以后，可引起鄰近細胞產生1個動作電位或一串動作電位，導致發生室性心律失常，是觸發活動的另一種形式。由于動作電位時程長，浦肯野纖維細胞往往容易被某些藥物誘導使其動作電位時程更長而發生早期后除極，出現危及生命的心律失常(如尖端扭轉型室性心動過速)。心臟浦肯野細胞可產生自動去極化，與心臟舒張期浦肯野纖維細胞自動去極化有密切關系的離子通道包括起搏電流通道、T型鈣離子通道、電壓時間依賴性鉀離子通道和電壓時間依賴性鈉離子通道。近期研究表明，鉀離子通道編碼蛋白6.1通道功能性突變導致鉀離子外流異常可能是J波綜合征的致病原因，同時也可能是早期后除極綜合征或Brugada綜合征中特發性心室顫動的原因[29]。在正常竇性心律期間，浦肯野纖維細胞的自律性受到竇房結的超速抑制，即被竇房結較快的心率主導，固有的較慢的心率受到抑制，這個過程導致鈉離子內流增加，隨后是鈉鉀泵激活導致超極化阻滯浦肯野纖維細胞的自動去極化[26]。但如果每次刺激時間間隔足夠大(如竇性心動過緩)，鈣離子就會自發地從肌質網釋放出來，從而導致鈣超載在浦肯野纖維細胞[30]。這些釋放出來的鈣離子通過鈉鈣交換被移出細胞內產生一個去極化的內向電流，從而導致延遲后除極；如果延遲后除極達到閾電位后可引起一個較早的動作電位，使浦肯野纖維系統引起異位起搏，則可導致室性心律失常[31]。但這種類型的異位起搏是不正常的，通常發生在浦肯野纖維細胞鈣超載的情況下。研究顯示，延遲后除極常發生在缺血性心臟病；而缺血后胞內鈣超載的原因可能有：通過鈉-鈣交換體移出細胞的鈣減少；肌質網重吸收鈣減少；通過細胞膜向胞質內滲漏增多；由于胞內酸中毒從胞質和線粒體內的結合位點上釋放的鈣增多等[32]。

3.3浦肯野纖維靜息電位的差異在心律失常發生機制中的作用浦肯野纖維的另外一個復雜性是其有2個水平的膜靜息電位，它的產生和較低的內向整流鉀離子通道密度及相應的內向整流鉀離子通道編碼蛋白2.1的低表達是一致的[33]。研究顯示，犬的浦肯野纖維細胞的膜靜息電位水平可以在兩種水平的膜靜息電位之間進行轉換，其中一種靜息電位約-90 mV，另一種約-50 mV；犬的浦肯野纖維細胞的這種功能是非常重要的，靜息電位更負者其動作電位的上升支是鈉離子依賴性的(傳導速度快)，而另一種靜息電位其動作電位的上升支是鈣離子依賴性的(傳導速度慢)；這兩種靜息電位其動作電位的傳導差異在浦肯野纖維細胞形成閉合環路，傳導速度慢的動作電位可引起折返，從而導致某些特發性室性心律失常和室性心動過速[20]。

4小結

浦肯野纖維系統傳導受損在心律失常發生中發揮非常重要的作用。編碼浦肯野纖維系統轉錄因子的某些基因發生突變會導致浦肯野纖維系統缺陷，這些缺陷導致其結構與功能的異常(如細胞間連接異常、離子通道異常等)。細胞間連接及離子通道共同決定浦肯野纖維系統的電生理特性，兩者其中之一或同時發生異常時均可導致顯著心律失常。

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摘要：浦肯野纖維是心臟傳導系統的最后分支，在心內膜下交織成網，再通過特殊的連接方式與普通心室肌細胞相連，主要功能是迅速將電活動傳導至整個心室。浦肯野纖維的結構及功能對心臟興奮沖動的傳導至關重要，其結構及功能發生變化可引起電沖動的傳導異常，從而導致心律失常。目前，許多研究表明，浦肯野纖維細胞結構及功能在分子水平的改變(如基因調控異常、細胞間連接蛋白及跨膜離子流的改變)可導致心律失常。該文就浦肯野纖維與心律失常發生機制的研究進展予以綜述。

關鍵詞：浦肯野纖維；基因調控；細胞間連接；離子通道；心律失常

Research Progress of Relationship between Purkinje Fiber and the Mechanism of ArrhythmiaLIHuai-na，WUXiao-yu.(DepartmentofCardiovascularMedicine,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001，China)

Abstract:The Purkinje system forms the final portion of the cardiac conduction system connected with the ventricular myocardium via special junctions in the endocardium,which provides a rapid conduction pathway through the ventricles.The normal structure and function of Purkinje cells is essential for the propagation of cardiac impulse,since abnormal structure and function of Purkinje cells may cause abnormal conduction pathway and result in the occurrence of arrhythmias.Recently,many studies showed that the changes of structure and function of Purkinje cells including the abnormal gene regulation,abnormal connections and abnormal ion channels could result in arrhythmias.Here is to make a review of Purkinje cells in the mechanisms of arrhythmia.

Key words：Purkinje fiber; Gene regulation; Cell-cell connection; Ion channels; Arrhythmia

收稿日期：2014-03-31修回日期： 2014-09-11編輯：鄭雪

基金項目：黑龍江省教育廳科學技術研究項目(11551265)；黑龍江省自然基金資助項目(D201058)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.06.005

中圖分類號：R541. 75

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)06-0972-03