縫隙連接蛋白40與心房顫動發生及治療關系的研究進展

卞譽豪，張飛

(1深圳市南山區人民醫院，廣東深圳518057；2 廣州醫科大學)

縫隙連接蛋白40與心房顫動發生及治療關系的研究進展

卞譽豪1,2，張飛1

(1深圳市南山區人民醫院，廣東深圳518057；2 廣州醫科大學)

心房顫動(簡稱房顫)是臨床上最為常見的持續性心律失常。縫隙連接是將相鄰細胞的細胞質進行連接的細胞內通道，對相鄰細胞間的電傳導至關重要，其結構和功能改變在房顫的發生和維持過程中發揮重要作用。縫隙連接蛋白40(Cx40)主要存在于心肌細胞間的閏盤處，是組成心房及其傳導系統縫隙連接的主要成分。Cx40基因突變、分布和量的改變、磷酸化均與房顫的發生和維持相關。因此未來以Cx40為靶點的藥物以及Cx40轉基因治療將會為房顫的治療帶來新的曙光。

心房顫動；縫隙連接蛋白40；縫隙連接

心房顫動(簡稱房顫)是最常見的心律失常之一，可導致左心室漸進性收縮功能障礙，進而影響左心室射血；房顫是缺血性卒中等疾病的危險因素，易引起血栓栓塞，致殘率和致死率均較高。心房結構重塑是房顫發生的基礎，肌成纖維細胞增殖和纖維化是心房結構重塑的主要特征。間質纖維化會引起細胞間電耦聯改變和電傳導減慢，從而促發房顫；而房顫的持續存在又會加快心房結構重塑的進展。既往研究發現，房顫的發生與心房肌細胞間的縫隙連接結構密切相關。縫隙連接蛋白40(Cx40)主要存在于心肌細胞間的閏盤處，是組成心房及其傳導系統縫隙連接的主要成分。本研究對Cx40與心房顫動發生及治療關系的研究進展進行綜述。

1 縫隙連接及縫隙連接蛋白(Cx)

縫隙連接是將相鄰細胞的細胞質進行連接的細胞內通道，是心肌細胞間動作電位快速傳播的關鍵，其存在使相鄰細胞間的電活動能夠同步進行。每個縫隙連接通道由縫隙連接小體構成，而縫隙連接小體則由兩個半通道端對端連接而成。半通道通常由六個相同或不同的Cx形成，可以通過離子、第二信使和可溶性小分子物質。所有的Cx都由四個跨膜蛋白、兩個細胞外環形結構及一個細胞內環形結構構成，細胞內環形結構在胞質中同時存在氨基端和羧基端[1,2]。縫隙連接對相鄰細胞間的電傳導至關重要，其功能和結構改變在房顫的發生和維持過程中發揮重要作用。

到目前為止，研究人員已經發現20余種Cx，特異性表達于人類心臟的Cx主要是Cx40、Cx43和Cx45。Cx40大量表達于心房及其傳導系統；Cx43主要表達于心室；Cx45主要分布于竇房結、房室結、左右束支和希氏束，在心房和心室表達水平低[3]。在心房重構過程中，Cx40的分布和量會發生明顯改變，這種改變與房顫的發生密切相關。

2 Cx40與房顫的發生

Cx40與房顫發生、發展的關系至今尚未闡明，目前研究主要認為Cx40基因突變、Cx40分布和量的改變、Cx40磷酸化與房顫的發生和維持相關。

2.1 Cx40基因突變 Cx40表達主要由Cx40基因調控，Cx40基因異常會影響Cx40表達，誘導房顫的發生。房顫發生時，Cx40表達和分布均出現明顯改變[4,5]。GJA5基因主要負責編碼CX40，GJA5基因敲除小鼠其心律失常的發病率顯著增加[6]。Gollob等[7]發現，房顫患者心肌細胞存在GJA5基因突變，導致細胞間耦合減少，引起Cx40功能缺失；上述房顫患者淋巴細胞亦存在GJA5基因突變。Wirka 等[8]對Cx40基因核苷酸的多態性進行研究，結果顯示Cx40基因啟動子和調控區域基因突變可以顯著降低Cx40表達。Firouzi等[9]對Cx40基因多態性和心房易損之間的關系進行了研究，結果發現Cx40次要等位基因-44A和-44AA基因型的受試者離散系數顯著增高，有房顫病史的受試者離散系數也顯著增加，提示Cx40分布的改變可能引起心房傳導異常。研究發現，Cx40突變(A96S)小鼠心房傳導速度降低、房性心律失常持續時間延長，表明Cx40基因突變在小鼠房性心律失常發生過程中具有重要作用[10]；Cx40基因G38D、I75F、P88S、p.V85I、p.L221I、p.L229M等突變亦可影響縫隙連接的分布和功能[11,12]。

2.2 Cx40分布和量的改變 正常生理狀態下Cx40主要分布于心房肌細胞的兩端，房顫時Cx40呈高度異質性分布于心肌細胞的兩側。Cx40空間分布的改變使心肌細胞兩側的傳導速度增快，兩側與兩端傳導速度的比值增加，導致心房正常傳導方式改變，發生多子波折返，引發房顫[13]。許多研究人員對房顫患者心房Cx40表達量進行了研究，但研究結果并不一致。Wetzel等[14]采用Western blotting法對房顫患者左心房Cx40表達量進行了研究，結果顯示孤立性房顫患者和房顫伴二尖瓣疾病患者Cx40表達量均較竇性心律者明顯增加，但二者之間Cx40表達量無明顯差異。Dupont等[15]發現，冠狀動脈搭橋手術后發生房顫的患者其右心耳Cx40含量顯著升高。但是，Zhou等[16]對房顫患者心房Cx40表達的研究卻得出不同的結論，他們通過共聚焦激光掃描顯微鏡對Cx40的分布進行評估，結果顯示房顫組左心房閏盤處Cx40密度明顯降低，故認為房顫的發生可能與Cx40減少有關。Kostin等[17]對慢性房顫患者迷宮手術中取得右心耳組織行Cx40表達檢測，結果顯示Cx40表達量明顯降低。出現上述兩種不同結果可能與研究對象、樣本總量及研究方法等不同有關。盡管研究人員對房顫患者心房Cx40表達的研究結果不一致，但是總體來說Cx40表達量的改變在房顫的發生和維持中發揮著重要作用。

2.3 Cx40磷酸化 Cx40氨基酸殘基通過磷酸化影響心肌細胞間的電耦聯，電耦聯的改變又可以影響相鄰細胞間的電傳導。Nao等[18]研究發現，房顫患者心房Cx40表達顯著降低，但Cx40絲氨酸磷酸基的表達卻明顯增加，提示Cx40磷酸化在Cx調節及心肌細胞間電傳導過程中可能發揮一定的作用。王智剛等[19]認為ERK通路的激活可使Cx肽鏈C端絲氨酸殘基多個位點磷酸化，通過以MEK為作用靶點抑制ERK的活化從而達到抑制心房纖維化及Cx40的重構。以上研究結果均印證了Cx40磷酸化參與房顫的形成。

3 Cx40與房顫的治療

房顫的治療主要包括藥物治療、導管消融術及迷宮術等，藥物治療仍然是目前房顫的首選治療方法。心房選擇性延遲鉀離子流(IKur)阻滯劑已被用于房顫的治療，多項研究也證實IKur阻滯劑如Vernakalant、MK-0448、AZD7009等能夠治療房顫或預防房顫的發生[20]。與IKur阻滯劑類似，抗心律失常肽如AAP10、ZP123、GAP-134等可以通過選擇性調節Cx43來降低室性心律失常的發生率[21～23]。Igarashi等[24]通過轉基因的方法用含有Cx40基因的腺病毒轉染大約克豬，結果顯示其房顫的發生率明顯減少。李竹琴等[25]研究表明，胺碘酮能夠降低急性房顫犬心房組織Cx40表達量，改善細胞間的電信號傳導，對房顫的治療具有顯著的效果。張艷等[26]研究發現，定心膠囊能夠上調Ca2+-ATP酶延緩心房電重構，同時能夠降低Cx40的表達，減少心房多子波折返的發生，對房顫具有一定的治療作用。Cx40是心房表達的主要Cx，然而目前還沒有特異性調節Cx40的藥物，因此未來以Cx40為靶點的藥物治療以及Cx40的轉基因治療將會為房顫的治療帶來新的曙光。

總之，房顫的病理基礎是心房肌的纖維化改變。Cx在心房肌的纖維化中扮演了重要的角色。縫隙連接蛋白改變可能是房顫發生和維持的基礎。

[1] Shao Q, Liu Q, Lorentz R, et al. Structure and functional studies of N-terminal Cx43 mutants linked to oculodentodigital dysplasia [J]. Mol Biol Cell, 2012,23(17):3312-3321.

[2] Purnick PE, Benjamin DC, Verselis VK, et al. Structure of the amino terminus of a gap junction protein [J]. Arch Biochem Biophys, 2000,381(2):181-190.

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

[4] Gemel J, Levy AE, Simon AR, et al. Connexin40 abnormalities and atrial fibrillation in the human heart [J]. J Mol Cell Cardiol, 2014(76):159-168.

[5] Sun Y, Tong X, Chen H, et al. An atrial-fibrillation-linked connexin40 mutant is retained in the endoplasmic reticulum and impairs the function of atrial gap-junction channels[J]. Dis Model Mech, 2014,7(5):561-569.

[6] Sankova B, Benes J Jr, Krejci E, et al. The effect of connexin40 deficiency on ventricular conduction system function during development [J]. Cardiovasc Res, 2012,95(4):469-479.

[7] Gollob MH, Jones DL, Krahn AD, et al. Somatic mutations in the connexin 40 gene (GJA5) in atrial fibrillation [J]. N Engl J Med, 2006,354(25):2677-2688.

[8] Wirka RC, Gore S, van Wagoner DR, et al. A common connexin-40 gene promoter variant affects connexin-40 expression in human atria and is associated with atrial fibrillation [J]. Circ Arrhythm Electrophysiol, 2011,4(1):87-93.

[9] Firouzi M, Ramanna H, Kok B, et al. Association of human connexin40 gene polymorphisms with atrial vulnerability as a risk factor for idiopathic atrial fibrillation[J]. Circ Res, 2004,95(4):e29-e33.

[10] Lubkemeier I, Andrie R, Lickfett L, et al. 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.

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

[12] Yang YQ, Liu X, Zhang XL, et al. Novel connexin40 missense mutations in patients with familial atrial fibrillation [J]. Europace, 2010,12(10):1421-1427.

[13] Dhein S, Rothe S, Busch A, et al. 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.

[14] Wetzel U, Boldt A, Lauschke J, et al. Expression of connexins 40 and 43 in human left atrium in atrial fibrillation of different aetiologies[J]. Heart, 2005,91(2):166-170.

[15] Dupont E, Ko Y, Rothery S, et al. The gap-junctional protein connexin40 is elevated in patients susceptible to postoperative atrial fibrillation[J]. Circulation, 2001,103(6):842-849.

[16] Zhou SH, He XZ, Liu QM, et al. Study on the spatial distribution pattern of Cx40 gap junctions in the atria of patients with coronary heart disease[J]. Cardiol J, 2008,15(1):50-56.

[17] Kostin S, Klein G, Szalay Z, et al. Structural correlate of atrial fibrillation in human patients[J]. Cardiovasc Res, 2002,54(2):361-379.

[18] Nao T, Ohkusa T, Hisamatsu Y, et al. 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.

[19] 王智剛,張衛澤,馬凌,等.抑制ERK1/2通路激活改善大鼠心房纖維化和縫隙連接蛋白40重構[J].第二軍醫大學學報,2012,33(3):259-264.

[20] Costabel JP, Lambardi F, Aragon M, et al. Predictors of conversion of recent-onset atrial fibrillation treated with vernakalant[J]. Pacing Clin Electrophysiol, 2015,38(2):196-200.

[21] Sun B, Jiang JF, Zhao CM, et al. Effects of antiarrhythmic peptide 10 on acute ventricular arrhythmia[J]. Asian Pac J Trop Med, 2015,8(3):229-233.

[22] Yi SL, Zhong JQ, Zhang J, et al. ZP123 reduces energy required for defibrillation by preventing connexin43 remodeling during prolonged ventricular fibrillation in swine[J]. Tex Heart Inst J, 2012,39(6):784-791.

[23] Dhein S, Hagen A, Jozwiak J, et al. Improving cardiac gap junction communication as a new antiarrhythmic mechanism: the action of antiarrhythmic peptides[J]. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol, 2010,381(3):221-234.

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

[25] 李竹琴,楊茂,黃宇鵬,等.急性心房顫動犬縫隙連接蛋白40和43重構及胺碘酮的干預作用[J].中國急救醫學,2008,28(8):728-730.

[26] 張艷,胡曉虹,楊關林,等.定心膠囊對房顫大鼠心房組織Ca2+-ATP酶及Cx40基因表達影響的實驗研究[J].中華中醫藥學刊,2008,26(1):13-15.

深圳市科創委2013年度知識創新計劃基礎研究項目(JCYJ20130322154529556)；深圳市南山區2012年度科技計劃項目(南科研衛2012003號)。

張飛(E-mail: fei.zhang263@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.44.040

R541.75

A

1002-266X(2016)44-0110-03

2016-01-23)