甘草次酸抗實(shí)驗(yàn)性心律失常及機(jī)制的研究1)

楊繼媛,吳紅金

心律失常是臨床常見的復(fù)雜而危險(xiǎn)的心血管疾病或并發(fā)癥,是造成患者死亡的重要原因之一,尤其在心肌缺血、心肌梗死或心力衰竭時(shí),心律失常的發(fā)生率、死亡率更高。因此心律失常仍然是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

東漢張仲景在《傷寒論》中提出:“傷寒脈結(jié)代,心動(dòng)悸,炙甘草湯主之”。多年來,炙甘草湯廣泛用于治療心律失常,并有一定的臨床療效[1,2]。甘草次酸是炙甘草湯君藥炙甘草的有效活性成分,近年來,國內(nèi)外學(xué)者在動(dòng)物和細(xì)胞水平進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究表明,甘草次酸具有抗炎[3,4]、調(diào)節(jié)免疫、抗肝毒[5]、抗?jié)僛6]、抗病毒[7]、抗心律失常[8,9]、抗癌[10]等多方面的藥理作用。本文就甘草次酸的抗心律失常作用及其機(jī)制做一綜述。

1 在動(dòng)物整體水平,甘草次酸抗心律失常作用的研究

1.1 甘草次酸可對(duì)抗烏頭堿等引起的心律失常 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,甘草次酸[9]對(duì)烏頭堿、氯化鋇、氯仿、冠狀動(dòng)脈結(jié)扎等多種原因引起的心律失常均有治療作用。

謝世榮等[8]通過靜脈注射烏頭堿20 μ g/kg、氯化鋇2 mg/kg,結(jié)扎冠狀動(dòng)脈制作大鼠心律失常模型,同時(shí)使用氯化鈣-乙酰膽堿誘發(fā)小鼠心律失常[8]。以奎尼丁為陽性對(duì)照藥物,觀察甘草次酸的抗心律失常作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),甘草次酸可使以上四種模型引起的心律失常持續(xù)時(shí)間縮短,且治療效果優(yōu)于奎尼丁。

烏頭堿是制作動(dòng)物心律失常模型的經(jīng)典藥物,它誘發(fā)心律失常的機(jī)制是復(fù)雜的。基礎(chǔ)研究表明,烏頭堿可改變鈉離子通道的生物物理學(xué)特性[11],阻斷該離子通道的失活態(tài),使鈉離子通道持續(xù)開放[12],INa+增大,心肌細(xì)胞持久去極化,細(xì)胞內(nèi)Na+濃度增加,激活鈉鈣交換體,Ca2+內(nèi)流增加;其次,烏頭堿可使心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)鈣釋放通道(RyR2)基因和蛋白表達(dá)上升,增加細(xì)胞的肌漿網(wǎng)鈣釋放,使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加[13],打破細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動(dòng)態(tài)平衡,引起心律失常及心肌的收縮、舒張功能障礙。另外,電生理實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),烏頭堿可使大鼠心肌細(xì)胞ICa-L增加,動(dòng)作電位時(shí)程(APD)延長[14]。由此可見,甘草次酸可對(duì)抗 INa+、ICa-L增大和心肌細(xì)胞RyR2基因和蛋白表達(dá)增多,從而縮短烏頭堿引發(fā)心律失常的持續(xù)時(shí)間。

BaCl2誘發(fā)心律失常的機(jī)制目前尚不明確,可能是通過增加心肌細(xì)胞Na+內(nèi)流,提高最大舒張期去極化速率,同時(shí)增加心肌細(xì)胞Ca2+內(nèi)流而誘發(fā)后除極和觸發(fā)活動(dòng),從而引起心律失常[15,16]。甘草次酸可減少BaCl2誘發(fā)的心律失常持續(xù)時(shí)間,因此推測(cè)其可能對(duì)心肌細(xì)胞Na+離子通道和Ca2+離子通道有抑制作用。

冠狀動(dòng)脈結(jié)扎誘發(fā)缺血性心律失常,主要由于心肌缺血缺氧時(shí),心肌細(xì)胞能量代謝障礙,三磷腺苷(AT P)合成減少,ATP依賴的鈉鉀泵功能減弱,細(xì)胞內(nèi)失鉀,心肌細(xì)胞膜電位降低,自律性增強(qiáng)。其次,心肌缺血缺氧時(shí),細(xì)胞內(nèi)酸性代謝產(chǎn)物增加,細(xì)胞內(nèi)H+濃度升高,Na+/H+交換體活性增強(qiáng),使細(xì)胞內(nèi)Na+濃度增高,激活逆向Na+/Ca2+交換體,引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載,誘發(fā)晚期后除極,進(jìn)而引發(fā)心律失常。另外,心肌細(xì)胞膜電位降低,可被激活的鈉離子通道減少,在動(dòng)作電位0位相,鈉離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的速率降低,動(dòng)作電位幅值減小,沖動(dòng)傳導(dǎo)減慢,甚至發(fā)生單向阻滯,進(jìn)而引起折返性心律失常[14]。甘草次酸可減少冠狀動(dòng)脈結(jié)扎誘發(fā)的缺血性心律失常,可推測(cè)其可能通過阻斷鈉通道、鈣通道、Na+/H+交換體、Na+/Ca2+交換體或其他心肌保護(hù)作用機(jī)制起到抗心律失常的作用。

1.2 甘草次酸抗缺血再灌注性心律失常作用 甘草次酸可治療缺血和再灌注引起的各種心律失常,其機(jī)制可能與其心肌保護(hù)作用有關(guān)。朱曉衛(wèi)[16]使用缺糖缺氧和缺氧再給氧方法制備心肌細(xì)胞損傷模型,比較甘草次酸鈉對(duì)損傷組和正常組心肌細(xì)胞的作用。結(jié)果提示,甘草次酸鈉可減少缺糖缺氧和缺氧再給氧損傷造成的心肌細(xì)胞乳酸脫氫酶(LDH)外漏。蘇德淳等[17]使用缺血再灌注的大鼠模型,研究甘草次酸對(duì)大鼠缺血再灌注損傷心肌的保護(hù)作用。結(jié)果顯示,甘草次酸能降低心肌梗死面積,減少心律失常發(fā)生率,認(rèn)為甘草次酸的抗心律失常作用可能與其抑制化學(xué)轉(zhuǎn)運(yùn)的同時(shí)能保持心肌電耦聯(lián)有關(guān)。葛明珠[18]研究表明,18β-甘草次酸鈉可使低壓缺氧小鼠的存活時(shí)間由12.0 min延長至15.8 min;整體耗氧率從 6.8%降至3.6%;血液pH值從7.18升至7.36(P＜0.01),改善代謝性酸中毒,血氧分壓從 6.59 kPa降至5.52 kPa,增強(qiáng)組織用氧能力。Ruiz-Meana等[19]研究結(jié)果提示,缺血與再灌注期間,縫隙連接(gap junction,GJ)處于持續(xù)開放狀態(tài),可引起受損細(xì)胞內(nèi)的損傷物質(zhì)如鈣離子等擴(kuò)散至相鄰細(xì)胞,導(dǎo)致過收縮的擴(kuò)展,使心肌梗死范圍擴(kuò)大。而作為GJ解耦聯(lián)劑的甘草次酸可抑制損傷物質(zhì)通過GJ傳導(dǎo),減少鄰近細(xì)胞的壞死,縮小梗死范圍[20]。Rita Papp等[21]研究發(fā)現(xiàn),甘珀酸預(yù)處理可明顯減少缺血20 min或60 min引起的室性早搏的發(fā)生次數(shù)。甘珀酸預(yù)處理組縫隙連接滲透性和非磷酸化的Cx43水平明顯降低。缺血前縫隙連接的解耦聯(lián)是甘珀酸發(fā)揮抗心律失常作用的關(guān)鍵因素。范書英等[22]也研究發(fā)現(xiàn),甘草次酸對(duì)大鼠心肌致死性再灌注損傷具有保護(hù)作用。缺血前給予甘草次酸可明顯減輕心肌致死性再灌注損傷,表現(xiàn)為縮小心肌梗死面積、減少心肌細(xì)胞凋亡數(shù)目,但對(duì)心律失常的發(fā)生無影響。該學(xué)者隨后的研究發(fā)現(xiàn)[23],甘草次酸可明顯抑制心肌缺血30 min末GJ的開放功能,通過抑制缺血期間GJ開放,阻斷受損物質(zhì)的傳遞,減少了缺血性損傷,進(jìn)而縮小了心肌梗死面積和凋亡細(xì)胞數(shù)目,可見甘草次酸通過抑制心肌細(xì)胞GJ的開放功能發(fā)揮心肌保護(hù)作用。另外,心肌細(xì)胞缺血缺氧時(shí),線粒體 ATP的產(chǎn)生和貯存減少,鈉泵、鈣泵功能降低,排鈣能力下降,胞內(nèi)鈣離子增加,同時(shí)激活脂解酶造成細(xì)胞膜分解,膜結(jié)構(gòu)破壞,胞內(nèi)酶外漏。以上研究可見,心肌缺血再灌注損傷時(shí),細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高及GJ持續(xù)開放,甘草次酸可能通過對(duì)抗這些機(jī)制保護(hù)心肌進(jìn)而發(fā)揮抗心律失常作用。

2 在細(xì)胞水平,甘草次酸對(duì)心肌細(xì)胞離子通道的影響

2.1 甘草次酸對(duì)心肌細(xì)胞L型鈣離子通道的影響 甘草次酸對(duì)心肌細(xì)胞L型鈣離子通道的影響呈現(xiàn)出相互矛盾的研究結(jié)果,這可能與動(dòng)物種屬不同或藥物濃度差異有關(guān)。

謝世榮等[24]觀察不同濃度甘草次酸對(duì)單一大鼠心室肌細(xì)胞L型鈣通道的影響。結(jié)果顯示:甘草次酸濃度分別為0.1 μ mol/L,1.0 μ mol/L、10.0 μ mo1/L 時(shí)可 劑量依賴性降低 ICa-L,使ICa-L從加入甘草次酸前的(2.30±0.29)nA分別降至(1.96±0.34)nA,(1.37±0.24)nA,(0.66±0.20)nA,與加入甘草次酸前比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01);0.1 μ mol/L、1.0 μ mol/L、10.0 μ mo1/L 的 甘草次酸可使 ICa-L 的 I-V 曲線上移,但峰值電壓不變。說明甘草次酸可阻滯 L型鈣通道,抑制鈣離子內(nèi)流。但仰禮真等[25]觀察甘草次酸對(duì)單個(gè)豚鼠心室肌細(xì)胞L型鈣通道的影響,研究結(jié)果提示,甘草次酸10-6mol/L可使ICa-L峰值增加22.51%,加入甘草次酸后,心肌細(xì)胞ICa-L由加藥前的(0.76±0.29)nA增加到(0.97±0.31)nA,使心肌細(xì)胞膜上L型鈣通道開放增加。周承志[26]采用血清藥理學(xué)的方法,研究炙甘草湯含藥血清對(duì)兔心肌細(xì)胞 L型鈣離子通道的影響,結(jié)果表明炙甘草湯含藥血清可抑制兔心室肌細(xì)胞ICa-L,且抑制作用呈濃度依賴性增強(qiáng)。含藥血清可使ICa-L I/V曲線明顯上移,但未改變其激活電位、峰值電位和反轉(zhuǎn)電位。

2.2 甘草次酸對(duì)鈉離子通道的影響 Du等[27]將人類鈉通道基因Nav1.5和突變基因Nav1.5-△KPQ表達(dá)于爪蟾卵母細(xì)胞,觀察甘草次酸對(duì)Nav1.5和Nav1.5-△KPQ基因編碼的鈉電流(Peak INa)和晚鈉電流(Late INa)及通道動(dòng)力學(xué)的影響。研究結(jié)果表明,甘草次酸可使Peak INa和Late INa顯著減小,且呈濃度依賴性作用增強(qiáng)。甘草次酸可使激活曲線向去極化方向移動(dòng)+8 mV,使失活曲線向超級(jí)化方向移動(dòng)-7 mV,從而減小Na+的窗電流。此外,還可延長鈉離子通道的失活后恢復(fù)時(shí)間?？梢?甘草次酸通過改變鈉離子通道的動(dòng)力學(xué)特征來減小Peak INa和Late INa,可治療細(xì)胞內(nèi)各種原因?qū)е骡c離子濃度增加而引起的心律失常。

2.3 甘草次酸對(duì)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的影響 陳蘭英等[28]以豚鼠離體乳頭肌細(xì)胞為研究對(duì)象,采用玻璃微電極技術(shù)觀察甘草酸單銨鹽對(duì)組胺誘發(fā)的觸發(fā)活動(dòng)和動(dòng)作電位的影響。結(jié)果顯示,甘草酸單銨鹽能防治組胺(200 μ mol/L)對(duì)豚鼠離體乳頭肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程(action potential duration,APD50和APD90)的縮短,并能防治組胺誘發(fā)的觸發(fā)活動(dòng)。周承志[26]采用血清藥理學(xué)的方法,研究炙甘草湯含藥血清對(duì)兔心肌細(xì)胞電生理的影響,研究結(jié)果顯示,炙甘草湯含藥血清可延長兔心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程,且呈濃度依賴性作用增強(qiáng)。

動(dòng)作電位是細(xì)胞膜上各種離子流綜合作用的結(jié)果,是心電活動(dòng)的基本單位。動(dòng)作電位的去極化(0位相)由鈉離子內(nèi)流形成,復(fù)極化過程(1,2,3相)與鈣離子內(nèi)流和鉀離子外流有關(guān)。甘草次酸可降低心肌細(xì)胞 APA和它可以抑制鈉離子內(nèi)流有關(guān)。而內(nèi)向電流增加和外向電流的減少均可以導(dǎo)致心肌細(xì)胞APD的延長,以上研究表明,甘草次酸可延長心肌細(xì)胞APD,抑制ICa-L,推斷能抑制與復(fù)極化相關(guān)的鉀離子通道電流,包括瞬時(shí)外向鉀電流(Ito)、延遲整流鉀電流(Ik)和內(nèi)向整流鉀電流(Ik1),其具體作用尚需進(jìn)一步研究加以證實(shí)。

甘草次酸可使心肌細(xì)胞APD延長,可治療由于APD縮短引起的心律失常,但單純的APD延長也可引起折返、觸發(fā)活動(dòng)等誘發(fā)的心律失常,因此,甘草次酸可能在治療心律失常的同時(shí),存在致心律失常的副反應(yīng),如何尋找甘草次酸的有效劑量及其適應(yīng)證仍然是需要研究的重要課題。

3 結(jié)語

目前研究表明甘草次酸可對(duì)抗烏頭堿、氯化鋇、冠狀動(dòng)脈結(jié)扎、缺血再灌注等多種原因引起的心律失常;甘草次酸對(duì)心肌細(xì)胞L型鈣離子通道電流,鈉離子通道電流都有抑制作用,可以延長心肌細(xì)胞APD,抑制動(dòng)作電位幅度(APA)。這些研究結(jié)果為揭示甘草次酸的抗心律失常作用機(jī)制提供了依據(jù),但關(guān)于甘草次酸對(duì)鉀離子通道電流的影響以及甘草次酸的致心律失常作用未見報(bào)道,如何發(fā)揮甘草次酸多靶點(diǎn)的抗心律失常作用又避免其副反應(yīng),尚需進(jìn)一步研究。

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