κ-阿片受體信號通路介導針刺抗缺血性心律失常的機制*

陳安莉，王圓圓，周 晨，陸風燕，辛娟娟，劉 群，趙玉雪，張雯晰，高俊虹，喻曉春

(中國中醫科學院針灸研究所，北京 100700)

缺血性心臟病一直是全球范圍內致死的第一位原因，同時也是導致長期致殘的最主要原因[1]，在中國該病的患病率和死亡率仍處于上升階段[2]。臨床上心肌缺血因個體化差異多表現為不同程度的心前區疼痛、不適、心律失常和心功能不全，而缺血性心律失常尤其是心室顫動，是引發大多數心源性猝死的主要原因[3]。目前治療心律失常的藥物、電復律以及各種消融方法均不能收到理想效果，為此亟待尋找一種預防此類疾病發生與降低不良愈后損害的新治療策略。

心律失常屬于中醫學“心悸”“怔忡”范疇。針刺治療本病由來已久，在我國古代文獻中即有關于針刺改善心律失常的記載。如《針灸大成 · 卷二玉龍賦》云：“心悸虛煩刺三里，時疫痎瘧尋后溪。[4]”《針灸甲乙經 · 卷九足厥陰脈動喜怒不時發疝遺溺癃第十一》言：“狐疝驚悸少氣，巨闕主之。[5]”近年來，大量臨床研究及動物實驗同樣證實，針刺具有改善心律失常的作用[6-7]。另一方面，現代醫學研究表明，κ-阿片受體(kappa opoid receptor，κ-OR)系統在心臟疾病的發生發展中具有重要的病理生理學意義，為臨床治療心臟疾病提供了新的靶點[8]。大量的針刺鎮痛研究表明，針刺可以調節阿片受體表達、激活阿片受體系統[9-10]，然而阿片受體系統在針刺改善缺血性心律失常效應機制中是否存在特異性的介導作用尚不清楚。隨著對阿片受體以及針刺作用機制的深入研究，提示針刺極有可能通過作用于κ-OR系統，再經 κ-OR 及其受體后信號傳導通路，參與介導改善缺血性心律失常的保護作用。本文從缺血性心律失常的病理機制、κ-OR信號傳導通路在心律失常病理機制中的作用、κ-OR信號傳導通路介導針刺改善缺血性心律失常的可能及其研究意義等方面，探討κ-OR信號傳導系統介導針刺抗缺血性心律失常的作用機制，試圖為κ-OR介導針刺改善缺血性心律失常提供研究思路。

1 缺血性心律失常病理機制及κ-OR信號傳導通路在其中的作用

1.1 鈣超載與缺血性心律失常

Ca2+在維持心臟的正常節律中起著重要作用。生理情況下，細胞外游離Ca2+是細胞內游離Ca2+的5000倍[11]。心肌缺血再灌注時，一方面引起心肌肌膜損傷，Na+/Ca2+交換逆轉，細胞內流入大量Ca2+造成心肌細胞內鈣超載；另一方面肌質網鈣泵功能受損，肌質網對Ca2+的攝取減少或加重細胞內鈣超載[12]。當鈣離子超載時，會出現鈣蛋白酶活化、心肌細胞間鈣離子動蕩、線粒體鈣超載、ATP耗竭等一系列變化[13-14]，使心肌細胞功能障礙最終細胞死亡。另有研究表明，通過升高心肌細胞內鈣離子濃度能模擬心肌缺血預處理保護心肌的作用，同時L-型鈣離子阻滯劑能減弱心肌缺血預處理保護心臟的作用[15]，進而表明鈣離子在激活細胞內途徑產生保護作用中的重要地位。可見，細胞內鈣濃度異常變化是導致心肌功能障礙的關鍵因素之一，控制鈣超載對心肌的保護至關重要。

當細胞鈣穩態失衡時會引發心律失常，其機制可能有以下幾個方面。一是在心缺血再灌注早期，缺血心肌有短暫的鈣超載，細胞內的PH值降低，H+/Na+交換增強，進入細胞的Na+增多；心肌缺血時ATP減少使得Na+//Κ+泵功能的降低，細胞內Na+超負荷，短暫地抑制Na+/Ca2+交換。由于再灌注時期ATP的恢復，Na+/Ca2+交換也被激活。再灌注引代謝使細胞內H+進一步增多，通過Na+/H+交換，細胞內Na+增多，通過Na+/Ca2+交換最終造成心肌細胞內鈣超載[16]，鈣超載致使心肌細胞除極化加速，心肌自律性增高；二是心肌細胞內Ca2+的增加可影響Κ+濃度，使心臟有效不應期縮短，從而引起室性心律失常；三是肌漿網對鈣離子的釋放和回攝異常會使膜電位發生震蕩除極，產生一連串的異位搏動，形成觸發性心動過速。由此可見，鈣超載與缺血性心律失常的發生密切相關。

1.2 κ-OR信號傳導通路與缺血性心律失常

阿片受體廣泛存在于中樞神經系統及外周組織[17]中。其有3種亞型即κ-阿片受體、 δ 阿片受體和μ 阿片受體，這3種受體均為G蛋白偶聯受體[18]，是由α、β、γ 3種多肽亞基組成的一種三聚體。其中α亞基為最大亞單位，包含Gi/o 家族、Gq/11家族、Gs 家族[19]、G12/13 四大家族。在心血管系統中κ-OR為主要亞型[20-21]；κ-OR 活化后，細胞內G蛋白偶聯受體和下游效應器被激活，而后通過第二信使調節細胞的離子通道進行細胞內信號傳導。κ-OR可通過直接[22]和間接兩條路徑介導參與心肌細胞內鈣調節及心肌功能保護。研究表明，κ-OR激動劑能通過調節心肌細胞內鈣離子來穩定間隙連接蛋白-43，從而起到抗心律失常的作用[23-24]；另有研究顯示，κ-OR對心肌缺血大鼠不僅能發揮抗心律失常[25]、減小心肌梗死面積[26]、改善心功能、抗凋亡作用，而且κ-OR激動劑能耗竭細胞內儲存鈣離子[27]，同時其抗心律失常的作用亦可被選擇性κ-OR體阻滯劑Nor-BNI所拮抗[28]，提示κ-OR與心肌保護密切相關。

1.2.1 κ-OR 參與心肌細胞內鈣調節的直接介導途徑 當κ-OR與G蛋白偶聯，進而活化磷脂酶C(phospholipase C，PLC)，使4,5-雙磷酸磷脂酰肌醇水解為三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)和二酰甘油(diacyl glycerol，DAG)；另一方面，κ-OR-Gq 蛋白-PLC-DAG途徑可激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，啟動信號傳導。其中PLC是一種水解磷脂的酶類，迄今為止在哺乳動物身上發現了6種亞型13種PLC同工酶，在心臟組織中發現了高表達量的PLC-ε mRNA。研究顯示，PLC-ε對于心臟功能發揮有影響[29]。PLC發揮作用的主要方式是調控IP3與DAG。 IP3分子與IP3受體結合后，IP3受體的化學結構發生變化，鈣離子通道開放，細胞主動轉運鈣離子，并促進心肌細胞內肌漿網和線粒體鈣離子的釋放，其與鈣離子濃度變化以及心律失常的發生密切相關；DAG可以激活的主要靶蛋白是PKC，經κ-OR-Gq 蛋白-PLC-DAG途徑可刺激PKC活性。PKC由1組鈣/磷依賴的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶組成，是細胞內信號傳導通路的主要介質，能調節細胞內鈣離子回攝。目前根據PKC的分子結構和功能差異將其分為多種亞型，即PΚC-α、PΚC-β1、PΚC-β2、PΚC-ε、PΚC-η、PΚC-θ、PΚC-δ、PΚC-ζ、PΚC-ι/λ、PΚC-γ。研究表明，PΚC-α、PΚC-β、PΚC-δ、 PΚC-ε、PΚC-ι/λ和PΚC-ζ存在于心臟組織中[30]。在缺血時PKC表達量增加，PKC異常活動時即會導致心律失常的發生。

1.2.2 κ-OR 參與心肌細胞內鈣調節的間接介導途徑 眾所周知，心肌組織中存在多個受體調控系統，其中β1-腎上腺受體是調節心臟活動的主要受體。Gs-腺苷酸環化酶-環磷酸腺苷-蛋白激酶A-L-型鈣離子通道是β1-腎上腺受體調節心臟活動的經典途徑。當交感神經遞質與β1-腎上腺受體結合后，G蛋白將信號傳導到腺苷酸環化酶，進而影響第二信使環磷酸腺苷以及心肌細胞反應。其中，腺苷酸環化酶位于心肌細胞膜上，它可以將ATP轉變為環磷酸腺苷進而使細胞產生信號應答。環磷酸腺苷是體內常見的第二信使，具有擴張血管、調節細胞生長分化、離子通道傳遞等作用。環磷酸腺苷對細胞的主要調節方式是通過激活蛋白激酶A來實現。研究表明，心肌細胞內的環磷酸腺苷/蛋白激酶A信號途徑參與調節心率并與心律失常相關[31]。此外，蛋白激酶A能影響L-型鈣離子通道的磷酸化[32]。在L-型鈣離子通道的磷酸化后，將增大心肌細胞膜對鈣離子的通透性，使鈣離子內流增加, 肌漿網上鈣離子釋放增多，使第三信使-胞質溶液中鈣的水平發生變化，從而完成細胞信號傳導進而調節心臟功能[33]。研究表明，κ-OR的選擇性激動劑U50488在生理狀態下能抑制β1-腎上腺受體帶來的正性肌力作用，此種作用隨著心臟狀態變化而變化。心肌缺血時引起交感神經緊張性活動的過度增加，進一步使得交感-腎上腺髓質系統激活，心肌細胞內鈣超載。而激活心肌細胞κ-OR可以對心肌細胞β1-腎上腺受體帶來正性頻率、正性肌力作用進行負性調節，達到保護心肌組織的目的。這種調節作用通過降低鈣瞬變幅度得以實現[34]。因此當心肌缺血、心肌β1-腎上腺受體過度激動引發鈣超載、導致心功能損害時，κ-OR的負性調節尤為重要。

心肌缺血時引起的心肌細胞鈣超載與缺血性心律失常的發生關系密切，因此防止鈣超載是減輕心律失常的有效舉措。κ-OR信號傳導的直接通路或者間接通路可能是通過調節心肌細胞內鈣，從而介導缺血性心律失常發生及參與抗心律失常的保護。

2 κ-OR信號傳導通路介導針刺改善缺血性心律失常機制研究的新思路

以往關于針刺對阿片受體調節的研究主要集中在針刺鎮痛效應及機制研究方面。相關研究表明，針刺可以增加阿片類物質[35]，改變阿片受體的表達，激活體內的阿片受體[8,36]；對于κ-OR而言，針刺可以促進κ-OR表達，并明顯增強其mRNA的表達[38]；另有研究顯示，針刺對于κ-OR信號傳導的直接通路相關站點，如IP3、DAG、PLC、PKC等均有調節作用[37，39]。如前所述，κ-OR對于心肌功能的調節越來越受到關注。綜合針刺鎮痛及κ-OR對細胞內鈣調節的相關研究，提示針刺極有可能通過調節心臟κ-OR，經由其直接信號傳導通路調整心肌細胞內鈣，從而改善缺血性心律失常。

綜上所述，心律失常的發生與細胞內鈣超載和κ-OR后信號傳導系統的調節密切相關。目前缺血性心律失常的治療主要采用藥物治療如阿托品、異丙腎上腺素等和非藥物治療如電除顫、心臟起搏器、電消融等，均不能收到滿意療效。如上所述，以往諸多研究顯示，針刺能改善缺血性心律失常；而針刺鎮痛的研究表明，阿片受體可被針刺激活，且阿片系統的激活被證明可以直接和間接作用介導參與對心肌缺血性損傷的保護作用。因此針刺極有可能通過作用于心臟阿片受體系統而起到改善缺血性心律失常的作用。

有鑒于此，通過結扎大鼠冠狀動脈左前降支法制備心肌缺血/再灌注造成的心律失常模型，采用電生理學、分子生物學、單個細胞內鈣瞬變和單個細胞收縮同步檢測等技術方法，深入闡明心臟中主要的阿片受體之一 κ-OR 及其受體后信號傳導通路在介導電針預處理改善缺血性心律失常中的作用，詳細分析該信號傳導系統中哪個或哪些信號成分在介導上述針效中發揮作用(包括直接作用和間接作用機制)。闡明上述機制，不僅有助于為今后臨床針刺防治缺血性心律失常提供治療思路，還將為缺血性心律失常提供科學證據。