微血管內皮細胞功能障礙在心律失常中的作用研究進展

張潔晗綜述 李紅蓉審校

心律失常是臨床常見病、多發病，但多數患者在常規心電圖檢查時往往難以捕捉到典型的心律失常發作，因而被診斷為功能性心律失常或神經官能癥，雖然此種類型的心律失常多預后良好且不影響日常生活，但某些惡性心律失常如持續性室性心動過速和心室撲動與顫動等有時會誤診為功能性心律失常，有導致心臟性猝死的風險[1]。近些年來，猝死的發生率逐年升高，且有年輕化的趨勢，青少年運動猝死已經引發了廣泛的關注[2]。因此，早期識別惡性心律失常對于防止病情進展、向猝死轉歸具有重要意義。微血管分布于血管與組織間，在人體微循環當中發揮重要作用，分布于心臟當中的冠狀動脈微血管為心肌內血流提供通路，同時覆蓋于血管內膜表面的內皮細胞能夠為心肌細胞提供血氧和營養物質，控制微循環血流，完成正常的生理功能。當微血管內皮細胞功能出現障礙時，心肌細胞的營養來源被阻斷，同時受損的內皮細胞還會分泌代謝產物進一步影響心肌細胞功能，當累及心肌細胞動作電位時則可出現心律失常表現。因此，有效改善微血管功能，保護微血管內皮細胞，對于防治心律失常具有重要的臨床意義。

1 微血管內皮細胞生理功能及其功能障礙的病理機制

微血管網狀分布于全身各處，為人體的末梢循環提供血氧并輸布營養物質。微血管管壁內膜表面由內皮細胞覆蓋，是血液與血管壁之間的天然屏障，內皮細胞在維持血管通透性、抑制細胞遷移和趨化進程、調節血管舒縮、參與血液的促凝和抗凝等方面具有關鍵作用[3]。諸多外界影響因素能損害血管內皮功能，如高血壓、高血糖、高血脂、吸煙、肥胖等，這些因素一方面破壞內皮細胞的結構，導致內皮細胞結構不完整、屏障功能受損、血管通透性增加；另一方面影響內皮細胞的分泌功能，并促進內皮細胞分泌炎性因子、募集外周炎性細胞黏附于受損部位，進而影響微循環功能，成為各類微循環疾病的發病基礎。

2 微血管內皮細胞功能障礙的影響因素

微血管內皮細胞分泌的活性因子時刻處于動態平衡中，以保持微血管處于穩態環境。多種有害因素均能夠影響內皮細胞功能，如腎素—血管緊張素(RAS)系統激活、缺血再灌注損傷、胰島素抵抗、游離脂肪酸水平升高、炎性反應、氧化應激等均可導致內皮細胞功能障礙[4]，破壞內皮細胞的屏障作用，此時內皮細胞的分泌作用受到外界干預，生理平衡狀態被打破，在損害內皮自身功能的同時，分泌的有害物質還可進入血液、組織、器官中，從而引發相關疾病。

2.1 RAS系統激活 RAS系統與體內血管舒張及收縮關系密切，腎素是蛋白酶的一種，由腎小球入球動脈的球旁細胞合成和分泌，經過腎靜脈進入血液循環[5]。血管緊張素原在腎素作用下水解產生Ang-Ⅰ，Ang-Ⅰ在血管緊張素轉換酶作用下水解產生Ang-Ⅱ，Ang-Ⅱ能收縮血管，增加外周阻力，激活交感神經，使血管平滑肌細胞增殖，促進細胞生長和纖維化，誘發心臟血管重構[6]。RAS系統對血管的效應可直接反應到內皮細胞，造成氧化應激產生，誘導內皮功能損傷和炎性反應。

2.2 缺血/再灌注(I/R)損傷 介入治療是目前心肌缺血、心肌梗死、腦梗死等心腦血管疾病的常用治療手段，通過外科介入技術恢復血運、保證組織器官的血氧供應能夠有效降低致殘率和病死率，然而I/R損傷是臨床中常見的棘手問題。以急性心肌梗死(AMI)為例，I/R后常見心律失常、心肌細胞凋亡、壞死等情況，造成氧化應激的產生，進一步加重對心肌的損傷[7]。在心肌損傷中，內皮細胞更容易發生損傷，引發炎性細胞浸潤、微血栓形成等級聯效應，加速心肌細胞的I/R損傷，導致心肌壞死[8]。心肌I/R損傷的病理特點之一是微循環損傷，其中氧自由基起主要作用，氧自由基的堆積破壞細胞膜及胞內DNA、蛋白質、脂肪，導致內皮細胞結構和功能受損，進一步發生細胞凋亡或壞死[9]。

2.3 胰島素抵抗 胰島素抵抗指靶器官對胰島素的敏感性降低，在糖脂代謝中具有重要意義，胰島素抵抗破壞糖、脂質代謝平衡，同時參與炎性反應、內皮損傷、氧化應激等多個環節[10]。內皮細胞表面表達胰島素受體，體內諸多生長因子如胰島素樣生長因子-1、血管內皮生長因子、血小板源性生長因子等受體均為胰島素受體。當存在胰島素抵抗時，高胰島素血癥抑制內皮細胞PI3K信號通路，激活Ras/MAPK信號通路，降低NO生物利用度[11]，增加ET-1分泌，引起內皮細胞功能障礙，內皮細胞功能障礙又進一步加重胰島素抵抗，形成一個惡性循環。

2.4 游離脂肪酸水平升高 游離脂肪酸存在于血漿中，能夠維持脂類代謝平衡，并通過氧化作用為機體供能。當體內游離脂肪酸水平升高時，內皮型一氧化氮合酶活性降低，從而導致具有保護內皮作用的NO生成減少，同時高水平的游離脂肪酸還能增加促炎因子的活性，誘導炎性反應和氧化應激，產生大量活性氧，造成內皮細胞的損傷[12]。

2.5 內質網應激 內質網(ER)能合成、折疊和儲存蛋白質，ER中未折疊或錯誤折疊的蛋白質的應激反應即內質網應激，可由氧化應激、缺血缺氧、鈣超載等引起。血液在血管中流動造成的機械力學刺激可通過內皮細胞依賴機械力敏感蛋白——血小板內皮細胞黏附蛋白1介導的信號通路，誘導血管內皮細胞發生ER應激，促進炎性分子表達[13]，造成內皮細胞損傷。

2.6 炎性反應 從解剖關系上來看，內皮細胞通過細胞間緊密連接等維持血管通透性并參與物質交換，以此保證血液正常循行于血管中。通常內皮細胞間連接處于緊閉狀態，避免大分子物質進入組織間隙。當炎性介質等物質干擾緊密連接時,這種屏障作用便被破壞，此時血液中單核細胞、白細胞等可通過細胞旁途徑進入組織間隙形成損傷。內皮細胞屏障功能正常與否還通過緊密連接蛋白(tight junctions,TJ)體現，其中閉鎖小帶蛋白1(zonula occludens-1,ZO-1)、閉合蛋白(Occludin)常作為評價細胞屏障功能的指標。ZO-1構成的蛋白質復合體與胞質內骨架蛋白結合，在胞內信號調節下決定小分子物質是否可以通過細胞間隙，外界刺激條件如高糖環境能降低ZO-1表達，影響內皮細胞的屏障功能[14-16]。

3 內皮細胞的分泌功能

內皮細胞通過旁分泌和/或自分泌途徑釋放多種血管活性物質，這些物質處于動態平衡狀態，共同發揮調控血管舒張與收縮、血液抗凝與促凝、血管修復與重構等功能。當內環境穩態失衡或受到外界因素刺激時，內皮細胞的分泌功能受到影響，造成某一種或多種活性物質分泌不足或過剩，可引發微血管病變，影響微循環功能。

3.1 內皮素 內皮素(endothelin，ET)在內皮細胞中廣泛存在，具有收縮血管、維持血管張力、維持心血管系統穩態的作用。當內皮細胞受損時，分泌的舒血管因子減少，縮血管因子增多，可誘發高血壓、動脈粥樣硬化、心律失常等多種疾病。ET-1是心血管系統中最常見亞型，主要由內皮細胞、心內膜和心肌合成并釋放，其受體主要是內皮素A(ETA)和內皮素B(ETB)。ETA受體在心肌細胞上表達，與ET-1結合引起心肌細胞收縮，增加細胞內鈣濃度。ETB受體存在于內皮細胞中，與ET-1結合可介導舒張血管小分子物質釋放，擴張血管[17]。內皮細胞損傷后分泌的ET升高，對微血管產生強烈的收縮作用，對內皮細胞的穩態造成不良影響。

3.2 一氧化氮 血液中的NO主要來源于內皮型一氧化氮合酶(eNOS)，eNOS在輔酶因子四氫生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)參與下通過催化L-精氨酸生成NO，BH4失活可導致eNOS 解離[18]，使NO生成減少，舒張血管的效應降低，影響內皮細胞功能。機體中的ET-1與NO維持動態平衡，以保證血管的收縮和舒張功能平衡，當內皮功能損傷時，會導致NO生物利用度降低，環磷酸鳥苷(cGMP)含量降低，影響蛋白激酶G(PKG)活性。NO也可抑制白細胞黏附因子CD11、CD18的活性或抑制VACM-1、ICAM-1和MCP-1的表達而抑制白細胞與內皮細胞的黏附狀態，維持微血管功能完整[19]。

3.3 前列環素 前列環素(PGI2)主要在內皮細胞中合成，能舒張血管平滑肌，抑制血小板聚集，外界刺激如血流剪切力、炎性因子、缺氧等均能促使內皮細胞分泌PGI2，PGI2降解后形成穩定的6-keto-PGF1α，其表達水平可反映PGI2的水平。PGI2與TXA2共同調節血管壁緊張度、維持血小板功能和血管壁細胞的遷移，內皮功能障礙則影響二者分泌，引起血小板聚集、炎性介質增加等病理反應[20]。PGI2還能刺激NO的釋放，并增加冠狀動脈血管對NO的敏感性，NO與PGI2的協同作用增強對血管的擴張效應，抑制血小板聚集，從而發揮保護血管的效應[21]。

3.4 血管內皮生長因子 血管內皮生長因子(VEGF)是一種血管內皮細胞的特異性有絲分裂原，具有促進內皮有絲分裂、增殖、遷移、抗凋亡等作用[22]。在低氧條件下，VEGF與VEGF受體結合引起受體磷酸化，激活有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)，提高血漿酶原活化因子(PA)活性，促進細胞外蛋白水解，使毛細血管新生。VEGF家族中的VEGF-A在血管生成中發揮主要作用，其受體VEGF-R1和VEGF-R2能夠協同人臍靜脈內皮細胞中的基因表達[23]。同時，VEGF還具備增加血管通透性的作用，可通過活化磷脂酶Cγ促進前列腺素的生成，提高血管通透性，也可作為eNOS的上游激活物，通過Akt促進NO合成與內皮細胞增生[24]。

3.5 血管緊張素Ⅱ 血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)主要由內皮細胞及平滑肌細胞分泌，同時內皮細胞中的血管緊張素轉化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)也可合成AngⅡ，當內皮細胞中的ACE表達增高時，Ang Ⅱ含量也隨之增加，引起血管收縮并損傷內皮細胞。AngⅡ可通過促進ACE氧化降解，降低NO生物利用度，同時AngⅡ受體AT1可激活RAS系統，促進Ca2+流入增加，引起血管收縮，減少NO產生，增加炎性因子表達,造成內皮功能障礙[25-26]。

4 內皮細胞分泌物質在心律失常中作用

內皮細胞合成和釋放血管活性物質在心臟中的作用可表現為影響心肌細胞的生長發育、舒縮功能、動作電位變化等方面，這些功能的異常可導致心肌細胞的自律性及傳導異常，從而成為心律失常發病的一個重要因素。

4.1 ET與心律失常 室性心律失常是造成心源性猝死的主要原因，動物實驗證實，小鼠腹腔注射氯化鋇誘導室性心律失常，可在心肌組織中檢測到ET-1表達明顯增加，且與心律失常持續時間具有相關性，由此可以說明，心肌組織中ET-1水平可能為室性心律失常發作的一個相關指標[27]。在治療上，針對ET導致心律失常的發病機制，選擇ETA受體拮抗劑atrasentan可有效改善心律失常發作，其機制在于減輕交感神經激活，恢復大鼠PI3K/Akt/GSK-3β/ROS 信號通路，降低心律失常評分[28]。

4.2 NO與心律失常 內皮細胞通過產生和釋放內皮源性舒張因子和收縮因子實現調節血管張力、細胞黏附、血栓抵抗、血管壁炎性反應的重要作用，NO是內皮源性舒張因子，在舒張血管的同時還能抑制白細胞、血小板黏附聚集于血管壁，保護平滑肌細胞免受血小板源性生長因子的影響，防止血管病變[29]。實驗研究證實，合成代謝劑誘導的NO釋放可引起血管痙攣，導致細胞凋亡、膠原沉積增加和微循環改變，有引發心律失常導致猝死的風險[30]。

4.3 PGI2與心律失常 心臟內皮細胞在各種體液、化學、免疫和機械刺激下合成和釋放前列腺素。環氧合酶(COX-1和COX-2)在前列腺素(PGE2、PGF2a，PGI2)合成中起著關鍵的調節作用，在心臟的所有內皮細胞中均有表達，被認為具有細胞保護作用[31]。在疾病狀態下，如肥胖和糖尿病，隨著細胞內活性氧水平升高，氧化應激增加，可促進促炎細胞因子產生，降低PGI2生物利用度，誘導內皮細胞凋亡，導致內皮功能障礙[32]，這可能是糖尿病患者易發心律失常的因素之一。

4.4 VEGF與心律失常 VEGF-A是VEGF家族成員，主要作用是參與血管生成及內皮細胞生長，并誘導內皮細胞增殖，增加血管通透性[33]。實驗研究表明，VEGF-A基因選擇性外顯子剪接產生的VEGF165亞型能夠直接影響心肌細胞Iks通道，從而影響心肌細胞的電活動[34]，這種心肌細胞電生理活動的改變提示VEGF可能通過作用于離子通道的方式誘導心律失常的發生。

4.5 AngⅡ與心律失常 在心律失常中，鈣信號傳導通路相關蛋白表達及離子通道調節扮演著重要角色，細胞內鈣穩態失調在以致死性心律失常為特征的心臟疾病中十分常見，Ca2+/CaM/CaMKⅡ信號通路在胞內鈣調控作用的發揮中處于重要地位。如心房顫動時可見心房組織RAAS系統表達增高、胞內鈣濃度升高等病理反應，影響離子通道和縫隙連接蛋白表達，加速心房重構，導致心律失常[35]。

綜上所述，微血管內皮細胞功能障礙是引發心律失常的關鍵因素，保護微血管內皮的結構與功能對于改善血液灌流、能量代謝、調節心律失常具有重要意義。