Kv1.5鉀離子通道抑制劑抗心房纖顫研究進展*

秦 魏,康秉濤,張 潔,郭 蒙,孫曉瑩,田姝薇,曹慧玲,△

1.西安醫學院基礎與轉化醫學研究所(陜西省缺血性心血管疾病重點實驗室)(西安 710021);2.陜西中醫藥大學藥學院(咸陽 712046)

心腦血管疾病是全球人類首大死因，每年約有1700多萬人死于心腦血管疾病，占全球死亡人數的1/3[1]，心律失常是一類嚴重的心血管疾病，可分為快速型和慢速型，前者包括心房纖顫(Atrial fibrillation,AF)、心房撲動、心室纖顫、心室撲動、早搏、心動過速等，后者包括竇性心動過緩、房室傳導阻滯等。AF是常見的室上性快速心律失常，包括陣發性、持續性和永久性三種類型，可單獨發病，亦可與其他心血管疾病伴發，如心力衰竭、急性心肌梗死、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病等。AF發生的主要原因是心房電重構，其基本特征是心房肌動作電位時程(Action potential duration,APD)與心房有效不應期(Effective refractory period,ERP)縮短。AF治療包括導管消融術、外科消融術、電復律與藥物治療。目前臨床通過控制心率、心搏節律、抗凝等藥物治療AF，僅能減少AF發作次數與發作時間，很難使其恢復正常竇性節律，治療效果不理想[2-4]。常用藥物胺碘酮、心律平、多非利特因選擇性差，存在嚴重不良反應，可引起更嚴重的室性心律失常。因此，研發新型抗AF藥物十分迫切。Kv1.5鉀離子通道主要在心房肌表達，選擇性強，可望成為抗AF藥物設計的新型高選擇性靶標[4]。本文系統綜述了Kv1.5鉀離子通道在AF發生中的作用、Kv1.5鉀離子通道抑制劑在抗AF中的應用與作用機制，以期為抗AF藥物研發與臨床應用提供參考。

1 Kv1.5鉀離子通道與心房纖顫

鉀離子通道是生物進化上出現最早的細胞膜離子通道之一，其電流是心肌細胞動作電位形成中除0相去極化外的動作電位復極過程的主要電流。根據分子特點，該離子通道又可分為二次、六次跨膜單孔通道及四次跨膜雙孔通道。Kv鉀離子通道包括Kv1、Kv2、Kv3、Kv4等亞家族，Kv1.5鉀離子通道是一種跨膜糖蛋白，是Kv1亞家族中的一個亞型，由4個結構相同的α亞基組裝成同源四聚體，而每一個亞基包含3部分，除去蛋白質C-末端和N-末端，其主體部分是由6個跨膜蛋白分子片段(S1～S6)形成的通道。同一家族的不同亞家族成員也能自組裝形成異源四聚體，導致Kv鉀離子通道結構和功能的多樣性。Kv1.5鉀離子通道主要分布在心房，尚未發現在心室中表達，在心房復極與動作電位時程中發揮重要作用[5-8]。

AF是一種室上性快速心律失常，心房無節律的快速折返沖動替代了正常的竇性節律，導致心房過速且不規律的異位搏動。心房電重構是其發生的主要原因，其主要特征是心房肌APD與ERP縮短。參與人類心房肌細胞動作電位復極的外向鉀離子電流主要包括四種：瞬時外向鉀電流(ITo)、內向整流鉀電流(IK1)、乙酰膽堿敏感鉀電流(IKACh)與延遲整流鉀電流(IK),IK依據通道動力學不同分為慢激活(IKs)、快激活(IKr)與超速激活(IKur)外向整流鉀電流。IKur特點是激活很快，去極化激活后立刻出現外向電流，失活緩慢，具有電壓依賴性，與心房肌細胞動作電位復極的Ⅰ相與Ⅱ相密切相關。IKur的分子基礎是Kv1.5鉀離子通道，受KCNA5基因調控，目前發現Kv1.5鉀離子通道只在心房肌表達，尚未發現在心室肌表達，具有高選擇性，Kv1.5鉀離子通道介導的快速復極是陣發性與持續性AF的病理生理基礎，在AF發生中發揮重要作用。Kv1.5鉀離子通道可通過調控IKur，延遲鉀離子電流，縮短心房肌APD與ERP，引發AF[8-10]。丁紹祥等[2]發現，與對照組相比，AF組大鼠中Kv1.5 mRNA含量與Kv1.5蛋白質光密度值均顯著上調。提示Kv1.5鉀離子通道電流變化，鉀通道蛋白與mRNA表達變化均與心房電重構聯系密切。因此，抑制Kv1.5鉀離子通道可延長心房肌APD與ERP，改善AF。

研究表明，TGF-β1/Smad/α-actinin-2/Kv1.5通路參與風濕性心臟病AF的發生與進程。其中，α-actinin-2與CVF、TGF-β1、Kv1.5鉀離子通道表達呈正相關，提示α-actinin-2調控Kv1.5鉀離子通道參與心肌電重構，可調控TGF-β1/Smad介導與纖維化相關的結構重構、調控AF[11]。研究[12]發現，阻斷Kv1.5鉀離子通道會影響縫隙連接蛋白40(Cx40)表達水平。張珂等[13]發現特異性阻斷Kv1.5鉀離子通道，AF組心房肌細胞中Cx40表達水平顯著上調(P<0.01)。同時發現，風濕性心臟瓣膜病合并AF患者的DNA甲基轉移酶3A(DNMT3A)與Kv1.5蛋白表達呈現明顯負相關，揭示DNMT3A可能參與調控Kv1.5鉀離子通道的表達，影響AF[14]。

2 Kv1.5鉀離子通道抑制劑的抗AF作用

AF包括陣發性、持續性、永久性三種類型。陣發性AF，特點為AF持續時間低于48 h，7 d 內或可自行轉復為竇性心律，可反復發作；持續性AF，特點為AF持續時間超過48 h，需藥物轉復，或電轉復；永久性AF，特點是AF不能轉復或轉復后24 h內即復發[8-10]。Kv1.5鉀離子通道抑制劑可特異性地作用于心房肌細胞上的Kv1.5鉀離子通道，從而導致類似于Ⅲ類抗心律失常藥物的效果。Kv1.5鉀離子通道抑制劑對三種不同類型AF均有一定治療作用，其作用機制包括延長心肌APD和ERP[5-8]。

2.1 維納卡蘭：維納卡蘭是由Cardiome和Astellas合作研發的新型抗AF藥物，2009年，維納卡蘭完成了AVRO試驗，歐洲藥品管理局于2011年批準維納卡蘭可用于早期AF轉復，是首個批準上市的用于治療AF的Kv1.5鉀離子通道抑制劑類藥物，臨床上可用于7 d內非外科新發AF或3 d內外科手術后新發AF的治療[15]。維納卡蘭對陣發性AF轉復率較高，而對持續性或永久性AF的治療效果尚不理想。納卡蘭終止48 h內新發AF有效率可達52.2%，對持續AF轉復有效率為8.2%，其終止AF所需平均時間為11 min[8]。該藥物作為Kv1.5鉀離子通道抑制劑，可延長心房肌ERP與心房肌電傳導，但不會造成心房肌電生理特性改變，從而避免了致命性心律失常發生，安全性優于胺碘酮[8,15]。

2.2 8-羥基松脂醇苷：8-羥基松脂醇苷是從纈草中提取的單體化合物，方穎等[16]發現在人胚胎腎上皮細胞(HEK293)中表達Kv1.5鉀離子通道蛋白，采用膜片鉗檢測8-羥基松脂醇苷對Kv1.5鉀離子通道電流的影響。研究表明，該化合物對HEK293細胞Kv1.5鉀離子通道電流具有濃度依賴性抑制作用，10 μmol/L與30 μmol/L化合物抑制率分別為28.5%與37.1%。且此抑制作用具有可逆性，即該化合物對HEK細胞Kv1.5鉀離子通道電流的抑制作用，洗脫后細胞電流基本恢復正常，表明在一定濃度范圍內，該藥物具有較好安全性。8-羥基松脂醇苷可通過抑制Kv1.5鉀離子通道電流，延長心肌ERP，發揮抗AF作用。

2.3 丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉：丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉可影響大鼠心房肌細胞中Kv1.5鉀離子通道表達。劉維琴等[17]采用氯化鈣-乙酰膽堿混合液，構建大鼠AF模型，測定丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉對心房肌細胞中Kv1.5鉀離子通道表達與心房肌細胞超微結構的影響。結果表明，模型組大鼠心房肌細胞中 Kv1.5基因表達顯著下調(P<0.05)，且伴隨心房肌細胞超微結構損傷。丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉治療組可顯著上調Kv1.5基因表達水平(P<0.05)，改善心肌細胞形態，改善心房肌細胞超微結構損傷，影響心房電重構，延長APD與ERP，預防和治療AF。同時，在臨床治療中，丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉與胺碘酮協同使用，可顯著改善AF，也可減輕胺碘酮單一治療房顫所造成的毒副作用[17-18]。

2.4 烏頭堿：烏頭堿是一種強效非選擇性鉀通道抑制劑，常用于心律失常動物造模。李宜富[19]利用雙電級電壓鉗技術，測量了表達在非洲爪蟾卵母細胞上Kv1.5鉀離子通道的電流，同時利用丙氨酸突變技術，構建了hERG和Kv1.5鉀離子通道蛋白基因突變型，研究比較了烏頭堿對野生型和突變型Kv1.5鉀離子通道抑制作用。結果表明，烏頭堿可以時間依賴性和電壓依賴性的雙重方式實現卵母細胞上Kv1.5鉀離子通道的阻斷作用[IC50(0.796±0.123) μmol/L;Hill系數(0.280±0.020)]，且抑制效應亦呈現濃度依賴性。但烏頭堿對突變型Kv1.5鉀離子通道蛋白(V505A、I508A、V512A)的抑制作用明顯下降(與野生型相比，IC50值分別增加21，1199和1150倍)。

2.5 其他Kv1.5鉀離子通道抑制劑：一些新型Kv1.5鉀離子通道抑制劑有望成為治療持續性或永久性AF的優選藥物：①Kv1.5鉀離子通道抑制劑S9947可顯著抑制Kv1.5鉀離子通道和心房IKur，其半效抑制濃度分別為0.42 μmol/L和0.07 μmol/L，通過抑制Kv1.5鉀離子通道，延長APD與ERP，改善AF。②Kv1.5鉀離子通道抑制劑AVE0118是IKur與ITo電流早期復極的抑制劑，可抑制Kv1.5鉀離子通道電流，延長APD與ERP，增強心房收縮，促使AF轉復；AVE0118可延長山羊心房APD與ERP，增強心肌收縮力，可使山羊持續性AF轉復率提高至63%，且不引發嚴重室性心律失常。③Kv1.5鉀離子通道抑制劑AZD7009可延長APD90和ERP，可用于持續性AF轉復。④對于永久性AF治療主要以控制心室頻率為主，Kv1.5鉀離子通道抑制劑MK-0448、XEN-Do103可使永久性AF患者右心房小梁APD90與ERP延長，對永久性AF有一定治療作用[4,8-10,15]。

3 結 語

AF是嚴重的心血管疾病，臨床已有藥物因缺乏選擇性，導致治療效果不理想，不良反應較大，易誘發更為嚴重的室性心律失常。Kv1.5鉀離子通道主要在心房肌細胞表達，具有較高選擇性，Kv1.5鉀離子通道抑制劑可望成為理想的抗AF藥物，通過延長APD與ERP，治療AF，降低發生嚴重室性心律失常的概率。因此，Kv1.5鉀離子通道抑制劑研究一直倍受關注。鉀離子通道檢測主要依靠熒光技術，包括了小分子熒光探針、量子點技術和熒光蛋白技術。與傳統檢測手段相比，小分子熒光探針具有體積小、設備簡單以及膜透過性好等優勢，其不僅可以檢測活體生物靶點而且還能提供相關靶點的動態信息[20]。但是，目前Kv1.5鉀離子通道的晶體結構尚未解析，阻礙了Kv1.5鉀離子通道抑制劑設計與進一步結構優化，同時Kv1.5鉀離子通道抑制劑抗AF的分子作用機制有待進一步探究。相信隨著Kv1.5鉀離子通道晶體結構的解析，Kv1.5鉀離子通道抑制劑抗AF分子作用機制的深入闡釋，Kv1.5鉀離子通道抑制劑必將在AF治療領域具有更廣闊的應用前景。