心肌細(xì)胞離子通道與心律失常

心肌細(xì)胞離子通道與心律失常

心臟離子通道的研究一直是心臟病領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。心肌細(xì)胞離子通道種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,與心臟密切相關(guān)的主要是鈉、鉀和鈣等通道,都與心律失常的發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系。文闡述近年來心肌離子通道研究現(xiàn)狀及進(jìn)展,為新藥研究開發(fā)和臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。1對(duì)心臟鈉離子通道的影響心臟Na+通道由一個(gè)α亞基和β1、β2亞基共同構(gòu)成的,α亞單位是其主要功能基團(tuán)。人類基因SCN5A編碼心臟鈉離子通道α亞單位。α亞單位在分子水平上是4個(gè)同源結(jié)構(gòu)域(DI-DIV)組成的含2016個(gè)氨基酸的跨膜蛋白,其中每一個(gè)同源結(jié)構(gòu)域包含6個(gè)跨膜螺旋片段(S1~S6)。心臟鈉離子通道的主要功能是激活導(dǎo)致Na+快速內(nèi)流,心肌細(xì)胞去極化,形成動(dòng)作電位的0相。因此,心臟鈉離子通道的改變直接影響心肌細(xì)胞的自律性、傳導(dǎo)性和動(dòng)作電位時(shí)程,導(dǎo)致心律失常的發(fā)生。基因SCN5A與原發(fā)性心電疾病有關(guān),它可誘發(fā)Brugada綜合征(BrS)、第三類長(zhǎng)QT間隔癥3型(LQT3)、進(jìn)行性心肌傳導(dǎo)缺陷(PCCD)和原發(fā)性心室纖顫(IVF)等疾病。2k-通道2.1抗心律失常藥的編碼和結(jié)構(gòu)整流K+通道(IK)電流是復(fù)極3期的主要離子流,這種通道電流包括IKr、IKs和IKur。(1)IKr:IKr具有明顯的內(nèi)向整流特性,激活快,失活也快,有內(nèi)向整流性,能被E-4031和Dofitilide選擇性阻滯。IKr的電導(dǎo)與[K+]0密切相關(guān),即[K+]0升高,IKr增大;[K+]0降低,IKr減小。IKr通道是由HERG和KCNE2共同編碼而成,分別編碼IKr通道的α亞基和β亞基。HERG鉀通道的基因和KCNE2基因變異分別導(dǎo)致長(zhǎng)QT間期綜合征2型(LQT2)和LQT6。(2)IKs:IKs在動(dòng)作電位2期緩慢激活,約需數(shù)秒鐘才能達(dá)到穩(wěn)態(tài),無明顯內(nèi)向整流,激活具有延遲的特點(diǎn),出現(xiàn)較遲,失活亦緩慢。IKs可被鑭(La)、胺碘酮阻斷,但不延長(zhǎng)QT間期。不被純Ⅲ類抗心律失常藥如Sotalol和E-4031等阻斷。KCNQ1和KCNE1基因分別編碼IKs通道的α亞基和β亞基。該通道受β受體的調(diào)節(jié),通過激活蛋白激酶A(PKA)增加IKs的幅度,抵消同時(shí)激活的ICa(L),維持動(dòng)作電位平臺(tái)期。(3)IKur:IKur是一種心房延遲整流電流,激活快而失活慢或幾乎無失活,主要是促進(jìn)動(dòng)作電位復(fù)極。其離子通道亞型為Kv1.5。由于IKur在只在人心房組織中存在,因此被認(rèn)為是在人心房的復(fù)極過程中發(fā)揮了重要的作用,使其成為治療心房顫動(dòng)(Af)的潛在治療靶點(diǎn)。有很多種類的抗心律失常藥都有一些IKur的阻滯作用。因此,IKur可為抗心律失常藥物的潛在靶位點(diǎn),IKur的選擇性阻斷劑是目前抗房性心律失常藥物的研究熱點(diǎn)。2.2ito的組成該通道主要在心房肌和心室肌的外膜側(cè),Ito電生理作用主要與動(dòng)作電位的快速?gòu)?fù)極初期(1相期)有關(guān),但也影響2期平臺(tái)和3相期。該通道激活迅速,失活快,但活性恢復(fù)較慢。Ito包括兩種電流成分:(1)[Ca2+]i非依賴性(Ito1):是典型的電壓門控鉀通道(激活電位為-50mV),形成鉀外向電流,可被4-胺基吡啶(4-AP)阻斷,也可被奎尼丁及其它一些藥物阻斷,可由Kv4.2和Kv4.3以及Kv1.4編碼,受神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)。(2)[Ca2+]i依賴性(Ito2):是鈣激活的氯通道,產(chǎn)生氯外向電流。可被Mn2+阻斷。替地沙米(tedisamil)是選擇性的Ito阻滯劑,可以對(duì)抗室性心律失常和房撲,并有正性肌力作用。2.3細(xì)胞外k/d該通道由4個(gè)α亞單位對(duì)稱排列而成,每個(gè)亞單位只有2個(gè)跨膜螺旋片段(M1和M2),兩者由H5連接,因沒有S4那樣的電壓敏感器,則對(duì)電壓的變化不敏感。Ik1在心房肌、心室肌分布密度高,Ik1的內(nèi)向整流特征主要是因其外向離子流被細(xì)胞內(nèi)正常的生理濃度Mg2+抑制。它參與心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的3相期復(fù)極及維持4相期的靜息電位。此通道激活依賴于電壓及鉀濃度,細(xì)胞外K+濃度的提高有助于解除Mg2+等對(duì)Ik1的抑制作用。Ik1受細(xì)胞內(nèi)Mg2+-ATP和能量代謝狀態(tài)的調(diào)節(jié),Mg2+-ATP水平降低或心肌缺血缺氧時(shí),Ik1迅速減小,同時(shí)激活I(lǐng)k1(ATP),使動(dòng)作電位時(shí)程(actionpotentialduration,APD)明顯縮短;在人心房肌Ik1通道可被蛋白激酶C(PKC)依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制,引起心律失常。在人心房肌中Ik1通道可被蛋白激酶C依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制,引起心律失常。RP58866為Ik1的選擇性阻滯劑,對(duì)豚鼠和犬的心室肌細(xì)胞Ik1有明顯的抑制作用,引起APD的延長(zhǎng)。2.4開放劑治療ca2+通道此通道對(duì)鉀具有高度選擇性,開放概率、時(shí)間都隨鉀濃度變化。目前認(rèn)為心臟中KATP通道結(jié)構(gòu)為SUR2A/Kir6.2。ATP通過與Kir6.2亞基結(jié)合抑制通道作用,而SUR亞基對(duì)磺酰脲、MgADP和KATP開放劑敏感。該通道是胞內(nèi)代謝狀態(tài)的感受器,受細(xì)胞內(nèi)ATP水平影響。正常情況下該通道處于關(guān)閉狀態(tài),當(dāng)發(fā)生心肌缺血時(shí),ATP減少及能量耗竭時(shí),釋放出腺苷(adenosine)和其它一些因子,才逐漸激活開放,使細(xì)胞趨于復(fù)極化或超極化,保護(hù)心肌細(xì)胞。由于該通道的內(nèi)向整流特性,在動(dòng)作電位平臺(tái)期有大量K+外流,使膜電位復(fù)極加速,Ca2+通道失活,APD縮短,阻止QT間期,尤其在缺血預(yù)適應(yīng)(ischemicpreconditioning)時(shí)。KATP通道的開放劑(PCOS)吡那地爾、克羅卡林、尼可地爾在缺血再灌注的動(dòng)物模型和人體試驗(yàn)中均具有非常有效的增強(qiáng)心臟的保護(hù)作用保護(hù)作用。離體實(shí)驗(yàn)中KATP通道的激動(dòng)可減少DAD的發(fā)生,而大量在體、離體實(shí)驗(yàn)說明,PCOS可減少EAD、DAD的發(fā)生。2.5乙酰膽堿代謝g該通道主要分布在竇房結(jié)、房室結(jié)和心房肌,是一種電導(dǎo)大、門控過程迅速的鉀通道,由5個(gè)α亞單位以梅花樣排列,中間為離子通道孔,每個(gè)亞單位內(nèi)4個(gè)跨膜片段組成有相應(yīng)的受體及調(diào)節(jié)單位。由兩種不同的基因控制,其中兩個(gè)單位為Kir3.1分子,兩個(gè)為Kir3.4分子。乙酰膽堿與心臟M2受體結(jié)合,激活Gi蛋白的GTP酶活性,使Gβi與Gαi亞單位分離,Gβi亞單位直接與KAch通道結(jié)合,而Gαi亞單位可能有抑制Gβγ的激活作用。KAch通道的開放增加了細(xì)胞膜的K+電導(dǎo),增加該通道的開放概率,引起細(xì)胞膜超極化,因此可以減慢竇房結(jié)起搏細(xì)胞的起搏速率,減慢房室結(jié)的傳導(dǎo)速度,縮短心房肌APD。長(zhǎng)期以來一直認(rèn)為只有M2受體是心肌唯一有功能的乙酰膽堿受體亞型,近期研究表明M3受體可以介導(dǎo)一種新型的延遲整流鉀電流(IkM3),而M受體激動(dòng)劑乙酰膽堿可以抑制M3受體阻斷劑4-DAMP所誘導(dǎo)的心律失常,M3-R/IkM3將成為抗心律失常研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。3超極化過程中,局部變質(zhì)分子呈熱If是一種心臟起搏電流,控制細(xì)胞的起搏活動(dòng)。目前公認(rèn),If電流(超極化激活的陽(yáng)離子電流)是蒲肯野細(xì)胞4期自動(dòng)除極的主要內(nèi)向電流,主要特點(diǎn)是在超極化過程中被激活。If的上調(diào)可以引起異位起搏的加速,造成心律失常的發(fā)生。目前在人心臟上已發(fā)現(xiàn)兩種起搏通道,hHCN2及hHCN4兩種亞型,它們分別作為If電流的快成分和慢成分存在。If的選擇性抑制劑為扎替雷定(zatebradine)、伊伐布雷定(ivabradine),If有可能成為起搏點(diǎn)離子通道的作用新靶點(diǎn)。4膜去極化相關(guān)心律失常事件心臟細(xì)胞至少有四種Ca2+通道,二種在細(xì)胞膜上,分別為L(zhǎng)型和T型;另外兩種是肌漿網(wǎng)膜上的Ca2+釋放通道,分別為雷諾定受體2(ryanodineR2,RyR2)和肌醇三磷酸受體(IP3)。L型Ca2+通道是由α1和α2、β、γ亞基及δ亞單位共同構(gòu)成的。細(xì)胞膜去極化引起L型Ca2+通道ICa(L)開放Ca2+內(nèi)流,并觸發(fā)肌漿網(wǎng)釋放Ca2+,為心肌細(xì)胞興奮收縮耦聯(lián)中調(diào)節(jié)心肌收縮力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),受腎上腺素能神經(jīng)的調(diào)節(jié)。ICa(L)是動(dòng)作電位平臺(tái)期的主要內(nèi)向電流,增加ICa(L)可延長(zhǎng)APD并提高平臺(tái)期電位水平,因此與EAD、延緩后去極化(DAD)等觸發(fā)性心律失常有關(guān)。T型Ca2+通道在心臟中主要分布于傳導(dǎo)和起搏細(xì)胞,而在心室肌細(xì)胞幾乎不存在。RyR2位于心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)上,在心肌興奮收縮耦聯(lián)中起著至關(guān)重要的作用。在伴有慢性Af的二尖瓣疾病的病人中,RyR2結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量在明顯減少,RyR2的mRNA表達(dá)水平也在下降,這可能是Af始發(fā)及傳播的重要因素。因此,RyR2功能紊亂不僅影響收縮,而且導(dǎo)致心律失常。5其他特殊通道在心肌細(xì)胞目前已發(fā)現(xiàn)四種氯離子通道的表達(dá),分別是囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)體(cysticfibrosistransmembraneconductanceregulator,CFTR)、容量調(diào)節(jié)性氯通道、鈣激活的氯通道以及電壓依賴性氯通道。(2)CFTR:為電壓非依賴性通道,由于跨膜Cl-的非對(duì)稱梯度,ICl﹒CFTR的激活會(huì)產(chǎn)生外向整流電流,這種電流可以縮短APD,以及調(diào)節(jié)自律性。(2)容量調(diào)節(jié)性氯通道:按其電流特性給與的命名較多,有容量激活的氯通道(volume-activatedchloridechannel,ICl﹒vol)、腫脹激活氯通道、容量調(diào)節(jié)陰離子通道以及容量敏感度有機(jī)滲透性陰離子通道等。ICl﹒vol的激活產(chǎn)生外向整流電流可以縮短APD,促進(jìn)折返性心律失常的發(fā)展,還可能為心肌缺血再灌注中心律失常發(fā)生、發(fā)展的重要因素。ICl﹒vol的持續(xù)激活可以限制APD的延長(zhǎng),并且APD的縮短在房性快速性心律失常和心房顫動(dòng)中也發(fā)揮重要作用。(3)鈣激活的氯通道:此通道電流(calcium-activatedchloridecurrents,ICl﹒Ca)為外向整流,主要受瞬間[Ca2+]i影響。在動(dòng)作電位快速除極時(shí),激活鈣通道,從而引起肌漿網(wǎng)鈣引發(fā)的鈣離子釋放,激活I(lǐng)Cl﹒Ca,形成外向復(fù)極化電流,參與心房和心室動(dòng)作電位1相復(fù)極化。在細(xì)胞[Ca2+]i超載的情況下,自發(fā)的Ca2+細(xì)胞內(nèi)釋放,這種釋放存在于動(dòng)作電位4相。形成的ICl﹒Ca為內(nèi)向除極電流,導(dǎo)致延遲后除極引起心律失常。(4)電壓依賴性氯通道又稱ClC家族氯通道(ClCgenefamilyofchloridechannels),為電壓依賴性開啟,但對(duì)其研究仍較少。6ncx抑制劑的作用機(jī)制Na+-Ca2+交換體(sodium-calciumexchanger,NCX)對(duì)維持正常的心臟動(dòng)作電位和興奮收縮耦聯(lián)都起著重要作用,受到膜電位和膜兩側(cè)Na+和Ca2+濃度的調(diào)節(jié)。NCX功能模式的改變可導(dǎo)致舒張期的內(nèi)鈣超載,導(dǎo)致早期后去極化(Earlyafterdepolarization,EAD)和遲緩后去極化(Delayedafterdepolarization,DAD),達(dá)到閾電位后導(dǎo)致觸發(fā)活性,產(chǎn)生心律失常。在心肌中,NCX的模式不同,對(duì)它的抑制效應(yīng)也不同。抑制交換體的前向模式使鈣外排減少,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)心效應(yīng)和高血壓效應(yīng);而抑制其反向模式則使鈣內(nèi)流減少,內(nèi)鈣超載減輕,就可以治療病理?xiàng)l件下的心律失常。近幾年,對(duì)NCX高選擇性的抑制劑得到長(zhǎng)足發(fā)展,這些抑制劑基于芐氧基苯基結(jié)構(gòu)。例如KB-R7943,已經(jīng)被廣泛作為研究NCX的工具藥,并且顯示出對(duì)缺血-再灌注和生物堿中毒中心律失常的療效,但由于其不太強(qiáng)的選擇性而受到質(zhì)疑。SEA0400具有更好的選擇性,也是有效的