心肌L型鈣通道電流及其在心肌肥大和心力衰竭時的變化

1、    心肌L型鈣通道/電流及其在心肌肥大 和心力衰竭時的變化        主題詞鈣通道； 心肌病， 肥大性； 心力衰竭， 充血性中分類號1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1000-4718(2000)09-0861-04 Cardiac L-type calcium channel and its alterations incardiac hypertrophy and heart failureLIN Ji-jin(Department of Medicine, the

2、 First Teaching HospitalShantou University Medical College, Shantou 515031， China)HUO Xia, DING Bao-chun(Department of Medicine,Central Laboratory, Shantou University Medical College, Shantou 515031， China)A Review There are two type of cardiac calcium channel current, both are inward current: (1) L

3、-type Ca2+channel current(Ica-L),plays a major role in determining myocyte action potential plateau characteristics as well as initiating the myocyte excitation-contraction coupling; (2) T-type Ca2+ channel current(Ica-T), probably plays an important role in pacemaker activity. The alterations of L-

4、type calcium channel abundance and function in cardiac hypertrophy and heart failure are determined by the the species difference, especially by the stage of the disease process and the degree of the disease. Both abundance and function of L-type calcium channel decrease in severe hypertrophy and he

5、art failure.MeSHCalcium channels; Cardiomyopathy hypertrophic; Heart failure, congestive心肌細(xì)胞電活動的基礎(chǔ)就是各種通道的離子流。有兩類離子流左右心肌細(xì)胞的電活動：一類是內(nèi)向離子流，包括Ina、Ina-b、If 、Ica-L、Ica-T；另一類是外向離子流，包括Ito(Ito1、Ito2)、IK(IKr、IKs、Ikp)、IK1、IK-ATP、IK-Ach等。心肌細(xì)胞的鈣通道/電流屬內(nèi)向電流，可分為兩大類：(1) L型Ca2+通道/電流(ICa-L)，它在決定心肌細(xì)胞動作電位平臺期的內(nèi)向電流和啟動心肌細(xì)胞興

6、奮-收縮耦聯(lián)都發(fā)揮極其重要的作用。(2) T型Ca2+通道/電流(Ica-T)，它可能在心臟起搏細(xì)胞的起搏活動中發(fā)揮重要的作用。探明心肌肥大和心力衰竭時， ICa-L 的豐度和功能有何變化,及此種變化在心肌肥大和心力衰竭發(fā)生中的作用，對揭示其發(fā)生機(jī)制并指導(dǎo)治療有重要價值。一、正常心肌細(xì)胞的兩種鈣通道/電流心肌細(xì)胞膜上主要存在兩種電壓依賴性鈣通道/電流：(1) L型鈣通道/電流(簡寫為ICa-L)：L為長久、持續(xù)(long lasting)或大電導(dǎo)(large conductance)之意，是30年前在心臟制備中首次發(fā)現(xiàn)的鈣通道/電流，它存在于所有心肌細(xì)胞。ICa-L失活速率快和衰減慢、持久，表

7、現(xiàn)為持續(xù)性的Ca2+內(nèi)流(長程型)，命名為“慢內(nèi)向電流”。ICa-L被強(qiáng)去極化激活，通常于-40 mV-30 mV時激活，于0 mV-10 mV時產(chǎn)生最大內(nèi)向電流(峰電流)。ICa-L傳導(dǎo)Ba2比Ca2+更好，流入的Ba2量多于Ca2+量。異丙腎上腺素增加通道開放，且被有機(jī)化合物(雙氫吡啶類、苯烷胺類和硫苯(艸)/(卓)類)和無機(jī)化合物(Cd2+、La3+、Mn3+)阻滯。心肌細(xì)胞動作電位平臺期進(jìn)入心肌細(xì)胞的大部分Ca2+就是通過L型鈣通道內(nèi)流。L型鈣通道的開放使Ca2+順著電化學(xué)梯度流入心肌細(xì)胞，這種電化學(xué)梯度是由心肌細(xì)胞內(nèi)的電負(fù)性和心肌細(xì)胞膜內(nèi)外相差約1000倍的不同Ca2+濃度所造成的。

8、Ca2+ 經(jīng)L型鈣通道進(jìn)入胞漿內(nèi)后觸發(fā)肌漿網(wǎng)釋放大量的Ca2+，這一過程稱為鈣誘發(fā)鈣釋放，這在心肌的興奮收縮耦聯(lián)過程中起著重要作用。因此，ICa-L在決定心肌細(xì)胞動作電位平臺期內(nèi)向電流和啟動心肌細(xì)胞興奮-收縮耦聯(lián)都發(fā)揮重要作用。 (2) T型Ca2+通道/電流(簡寫為Ica-T)：T為瞬時(transient)或小電導(dǎo)(tiny conductance)之意，是近年由于膜片鉗技術(shù)的發(fā)展而被發(fā)現(xiàn)的鈣通道/電流。Ica-T快速失活和迅速衰減，表現(xiàn)為開放時間短暫，瞬時Ca2+內(nèi)流(瞬時型)。ICa-T被低電壓激活，通常于-70 mV-60 mV時激活，在靜息電位-50 mV時激活充分有效。T型鈣通道

9、傳導(dǎo)Ba2與Ca2+相當(dāng)好，流入的Ca2+量與Ba2相等或略高。 T型鈣通道可被選擇性T型鈣通道阻滯劑mibefradil等阻滯，還可被Ni2+阻滯，而對阻滯L型鈣通道的有機(jī)與無機(jī)化合物相對不敏感。盡管所有的哺乳動物的心臟細(xì)胞均可發(fā)現(xiàn)T型鈣通道,但在大鼠和貓的心房細(xì)胞、家兔的竇房結(jié)細(xì)胞和犬的蒲肯野纖維細(xì)胞上分布著更多的T型鈣通道。Ica-T的性質(zhì)及分布特點提示它可能在心臟的起搏活動中發(fā)揮著重要作用。此外，Ca2+經(jīng)T型鈣通道內(nèi)流也可引起心肌收縮，盡管其動力學(xué)比ICa-L慢得多。二、 L型鈣通道的組成和結(jié)構(gòu)L型鈣通道是鑲鉗在細(xì)胞膜雙脂質(zhì)層中的糖蛋白復(fù)合體，是一種multimeric蛋白質(zhì)，由1、

10、2、和 5個亞單位組成。其中亞單位只在骨胳肌細(xì)胞中表達(dá)，而心肌細(xì)胞上的L型鈣通道則含有1、2、和 4種亞單位。心肌細(xì)胞上的1亞單位是被C基因編碼的。故命名為1c亞單位，1和2通過二硫鍵結(jié)合在一起，亞單位附著于2亞單位上，而亞單位則附著于1亞單位上。1c亞單位包括了通道小孔和一些可以結(jié)合鈣通道拮抗劑和激活劑的結(jié)合受體。1c亞單位可獨立行使一些功能，單獨表達(dá)的1c亞單位具有功能活性，足以完成電壓依賴性的Ca2+通道功能。單獨表達(dá)的1c亞單位產(chǎn)生的鈣通道電流較弱，而與和2/亞單位共同表達(dá)時，鈣通道電流量可以增加幾倍。所以說，雖然鈣通道的活性主要是由1c亞單位決定的，但和2 /亞單位則起到調(diào)節(jié)通道功能

11、的作用。1c亞單位由一條分子量為170kD,含有1873個氨基酸的多肽鏈穿膜卷曲而成，包含鈣通道的激活、失活、電壓感受和選擇位點，也包含了鈣通道拮抗劑和激動劑受體。拮抗劑受體主要包括3類，即雙氫吡啶類( dihydropyridines, DHP)、苯烷胺類( phenylalkylamines, PAA)和硫苯(艸)/(卓)類(benzothiazepines, BTZ)受體。1c亞單位肽鏈的羧基末端上的一些氨基酸殘端則作為磷酸化的位點。三、 L型鈣通道的調(diào)節(jié)L型鈣通道的調(diào)節(jié)有兩種途徑，即環(huán)磷酸腺苷(cAMP)途徑和藥物作用途徑。一些藥物，即鈣通道的拮抗劑和激動劑，通過與L型鈣通道1亞單位的

12、特異受體結(jié)合而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。至今發(fā)現(xiàn)的鈣通道拮抗劑至少有3類：(1) DHP，如硝苯地平；(2) PAA，如異搏定；(3) BTZ，如地爾硫(艸)/(卓)。環(huán)磷酸腺苷(cAMP)調(diào)節(jié)途徑主要是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度而進(jìn)一步調(diào)節(jié)L型鈣通道的功能。腎上腺素能受體被激活后可以直接激活腺苷酸環(huán)化酶，也可以通過G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶，后者則使細(xì)胞內(nèi)cAMP水平升高，并激活cAMP依賴性的蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)。PKA的催化亞單位可使鈣通道的1和亞單位磷酸化而延長了通道的開放時程，最終導(dǎo)致通過L型鈣通道的鈣電流量增加。所以，腎上腺素能受體激動劑和磷酸二酯酶抑制劑均可以

13、通過升高細(xì)胞內(nèi)cAMP水平的機(jī)制增大L型鈣通道的電流量。近幾年研究表明蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)和鈣調(diào)素激酶也可通過使L型鈣通道磷酸化而起調(diào)節(jié)作用。另外，頻率刺激也可調(diào)節(jié)L型鈣通道的功能，生理范圍內(nèi)的一定頻率刺激可以增加L型鈣通道的鈣電流量。四、L型鈣通道在心肌肥大時的變化一般來說，檢測結(jié)合到細(xì)胞膜上的雙氫吡啶數(shù)量可以反映細(xì)胞膜上L型鈣通道的數(shù)量。所以，每單位膜表面積結(jié)合的雙氫吡啶數(shù)正反映了每單位膜表面積上L型鈣通道的數(shù)量，稱之為L型鈣通道豐度(abundance)。而腎上腺素能受體受刺激時，L型鈣通道電流增加量的變化則可以反映L型鈣通道的功能。關(guān)于心肌肥大時L型

14、鈣通道的變化的研究較多，結(jié)果不一。盡管有一些研究表明左心室肥大時，L型鈣通道的基礎(chǔ)鈣電流量沒有變化,但Bouron等1報道輕度的右心室肥大的發(fā)展與L型鈣通道的峰電流量減少有密切聯(lián)系。Nuss和Houser2報道在嚴(yán)重的右心室肥大（心臟重量與體重比率約增加46%）時，L型鈣通道峰電流量較對照組明顯減少。較一致的是，這些研究表明，在心肌肥大的情況下，腎上腺素能受體受刺激時，L型鈣通道電流增加量會明顯減少。Rannou等3報道，與對照組比較，在動物心肌輕度肥大時，L型鈣通道豐度無改變。而Nakanishi等4則報道隨著心室心肌嚴(yán)重肥大的發(fā)展，L型鈣通道的豐度減少約33%，這與Nuss和Houser5

15、所報道的在嚴(yán)重豚鼠和貓左心室心肌肥大和心力衰竭時L型鈣通道峰電流減少約22%的實驗結(jié)果較為符合。因此，總的來說，輕度的心肌肥大不影響L型鈣通道的豐度和功能，而嚴(yán)重心肌肥大的發(fā)展則和L型鈣通道豐度和功能的減少有密切聯(lián)系。五、 L型鈣通道在充血性心力衰竭時的變化以前曾有大量的研究表明，隨著心肌的病理發(fā)展，L型鈣通道峰電流減少。另有對充血性心力衰竭倉鼠的心肌的研究則表明L型鈣通道豐度增加或無改變。這些研究之所以得出不同結(jié)論，可能與所應(yīng)用的動物模型的心肌病理改變處于不同時期有關(guān)。因此，充血性心力衰竭時，心功能代償期與失代償期心肌病理改變的不同對L型鈣通道的改變有著決定性的影響。也就是說ICa-L的豐度

16、與功能變化取決于動物種類和疾病的時程與嚴(yán)重程度。在通過結(jié)扎冠狀動脈的方法建造的慢性心肌梗塞和心力衰竭的大鼠模型上，研究發(fā)現(xiàn)L型鈣通道的雙氫吡啶受體數(shù)量是減少6。Santos等7利用梗塞心肌細(xì)胞作研究，發(fā)現(xiàn)與對照組比較，L型鈣通道的基礎(chǔ)電流密度約減少45%。Zhang等6則報道利用梗塞心肌細(xì)胞作實驗，發(fā)現(xiàn)腎上腺素能受體受刺激時，L型鈣通道的電流增加量明顯減少。因此，總的來說，隨著嚴(yán)重心力衰竭的發(fā)展，L型鈣通道的豐度和/或功能減少。利用超速起搏可以引發(fā)心力衰竭，并可以用此法建立心力衰竭的動物模型。Colston等8利用超速起搏引發(fā)心衰的兔作研究，發(fā)現(xiàn)L型鈣通道的豐度約減少48%。新近，Mukher

17、jee等9利用超速起搏引發(fā)心衰的豬作實驗，發(fā)現(xiàn)L型鈣通道峰電流減少39%，并發(fā)現(xiàn)引發(fā)心衰1周后，腎上腺素能受體受刺激時L型鈣通道電流增加量減少，而引發(fā)心衰持續(xù)23周后，則發(fā)現(xiàn)L型鈣通道豐度和功能呈平行性減低。因此，在超速起搏引發(fā)心衰的動物模型上，與其他方法引發(fā)心衰的動物模型一樣，隨著心衰的嚴(yán)重發(fā)展，L型鈣通道豐度和功能均減低。對人體心肌肥大和心衰時L型鈣通道變化的研究開展較晚，為近10多年的事。以前的臨床研究曾表明心衰的發(fā)展與心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+自身平衡過程失調(diào)有關(guān)。Beuckelmann等10對心衰心肌細(xì)胞進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞內(nèi)靜息Ca2+濃度升高，而Ca2+瞬變的峰濃度卻減低。Piot等1

18、1應(yīng)用心衰病人的心肌細(xì)胞作研究，發(fā)現(xiàn)增加刺激頻率時，L型鈣通道電流增加量較對照組減少。Takahashi 等12報道了心衰病人心肌細(xì)胞L型鈣通道1亞單位的mRNA表達(dá)約減少48%。另外，大部分臨床的研究表明，隨著心衰的發(fā)展，腎上腺素能受體受刺激時，L型鈣通道電流增加量減少。因此，人與動物模型一樣，隨著心衰的嚴(yán)重發(fā)展，L型鈣通道豐度和功能均減低。六、 小結(jié)心肌細(xì)胞的肌管系統(tǒng)是以二聯(lián)管為主，貯鈣量較少，因而主要靠細(xì)胞外Ca2+通過L型鈣通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并通過鈣誘發(fā)鈣釋放機(jī)制引發(fā)肌漿網(wǎng)釋放大量的Ca2+進(jìn)入胞漿內(nèi)，從而啟動心肌的興奮收縮耦聯(lián)。所以，L型鈣通道在心肌的興奮收縮耦聯(lián)過程中起著極其重要的作

19、用。心肌肥大和心力衰竭時L型鈣通道的豐度和功能均有變化，輕度心肌肥大時，L型鈣通道的豐度和功能可以沒有變化，而嚴(yán)重心肌肥大時，L型鈣通道的豐度和功能均降低。嚴(yán)重心力衰竭時，L型鈣通道的豐度和功能呈平行性降低。目前，大多數(shù)研究僅局限于L型鈣通道的豐度和功能的變化，未來的研究應(yīng)進(jìn)入到分子生物學(xué)的水平，進(jìn)一步研究闡明心肌肥大和心力衰竭時L型鈣通道本身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，如1亞單位和其他亞單位的結(jié)構(gòu)、時間-電壓依賴特性以及磷酸化的敏感性等的變化。林吉進(jìn)（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院內(nèi)三科， 廣東 汕頭 515031)霍霞（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，中心實驗室， 廣東 汕頭 515031)丁報春（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，中心

20、實驗室， 廣東 汕頭 515031)參考文獻(xiàn)1Bouron A, Potreau D, Raymond G. The L-type calcium current in single hypertrophied cardiomyocytes isolated from the right ventricle of the ferret heartJ.Cardiovasc Res, 1992,26:662-670.2Nuss HB, Houser SR. Voltage dependence of contraction and calcium current in severely hyper

21、trophied feline ventricular myocytesJ. J Mol Cell Cardiol, 1991,23:717-726.3Rannou F, Sainte-Beuve C, Oliviero P, et al.The effects of compensated cardiac hypertrophy on dihydropyridine and ryanodine recepters in rat,ferret,and guinea-pig heartsJ. J Mol Cell Cardiol, 1995,27:1225-1234.4Nakanishi H,

22、Makino N, Hata T,et al. Sarcolemmal Ca2+ transport ativities in cardiac hypertrophy caused by pressure overloadJ. Am J Physiol, 1989,257:H349-H356.5Nuss HB, Houser SR. T-type Ca2+current is expressed in hypertrophied adult feline left ventricular myocytesJ. Circ Res, 1993,73:777-782.6Zhang X-Q, Moor

23、e RL, Tillotson DL.Calcium currents in postinfarction rat cardiac myocytesJ. Am J Physiol, 1995, 269: C1464-C1473.7Santos PE, Barcellos LC, Mill JG,et al. Ventricular action potential and L-type calcium channel in infarct-induced hypertrophy in ratsJ. J Cardiovasc Electrophysiol, 1995,6:1004-1014.8Colston JT, Kumar P, Chambers JP, et al. Altered sarcolemmal calcium channel density and Ca2+ -pump ATPase activity in tachycard