鈣增敏劑對心肌鈣穩(wěn)態(tài)的影響

薛祚臣 綜述 單兆亮 審校

(解放軍總醫(yī)院心內(nèi)科，北京 100853)

盡管對缺血性心肌病、高血壓、瓣膜疾病等基礎(chǔ)病的檢出率逐漸增加以及治療方法逐漸改善，心力衰竭仍是目前主要的且發(fā)病率逐漸上升的公共健康問題［1］。失代償心力衰竭經(jīng)常見于慢性心力衰竭患者，誘發(fā)因素包括營養(yǎng)不良，用藥依從性差，頻發(fā)感染或者病程的自發(fā)進(jìn)展。目前治療失代償心力衰竭需要靜脈應(yīng)用包括利尿劑、硝酸酯類藥物和強心劑等藥物治療［2］。鈣增敏劑作為新一代治療失代償心力衰竭的強心劑，至今仍缺乏長期大規(guī)模臨床實驗對其藥效、安全性以及遠(yuǎn)期病死率的影響進(jìn)行評價，且目前臨床安全性以及遠(yuǎn)期預(yù)后的報道存在較大差異。如在Follath 等［3］對低心排血量患者靜脈應(yīng)用鈣離子增敏劑左西孟旦與多巴酚丁胺對比血流動力學(xué)效果與安全性的研究中，急性失代償心力衰竭入院患者，在右心導(dǎo)管和靜脈正性肌力藥物支持下，隨機分為左西孟旦組和多巴酚丁胺組治療24 h，應(yīng)用左西孟旦血流動力學(xué)得到顯著改善的患者顯著高于多巴酚丁胺組(28% vs 15%)，180 d 內(nèi)全因死亡率亦顯著低于多巴酚丁胺組［3］。而在REVIVE Ⅱ研究中，射血分?jǐn)?shù)＜35%、出現(xiàn)靜息時呼吸困難的失代償性心力衰竭患者，在接受靜脈應(yīng)用利尿劑的同時隨機接受左西孟旦和安慰劑治療，短期內(nèi)左西孟旦組超過33%患者癥狀得到改善，但90 d 后兩組的全因死亡率無明顯差異，且非持續(xù)性室性心動過速的發(fā)生率有增加趨勢［4］。究其原因，可能與增加心肌細(xì)胞肌絲對鈣離子的敏感性從而影響心肌細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的藥理作用有關(guān)?，F(xiàn)對鈣增敏劑藥理作用及對心肌鈣穩(wěn)態(tài)的影響做一綜述。

1 鈣離子增敏劑的作用機制

Blinks 等［5］把人將引起心肌細(xì)胞收縮的機制分類為:(1)上游機制:即通過提升內(nèi)環(huán)磷酸腺苷含量來提高細(xì)胞內(nèi)鈣濃度;(2)中央機制:即通過增加肌鈣蛋白C 與鈣離子的敏感性來增加細(xì)胞收縮力;(3)下游機制:作用于心肌細(xì)胞收縮系統(tǒng)，如細(xì)肌絲和橫橋，增加細(xì)胞收縮蛋白與鈣離子的反應(yīng)，從而增強收縮。與洋地黃、兒茶酚胺類藥物以及磷酸二酯酶抑制劑等作用于上游機制的通過增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度而增加與肌鈣蛋白C 結(jié)合的鈣離子量，從而達(dá)到增強心肌細(xì)胞收縮力的傳統(tǒng)正性肌力藥物不同，鈣離子增敏劑通過上述的“中央機制”以及“下游機制”來增加心肌細(xì)胞收縮，并不增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度或提高心肌細(xì)胞肌絲與鈣離子的最大結(jié)合能力［6］，例如匹莫苯，作用于肌鈣蛋白C，使與之結(jié)合的鈣離子數(shù)量增加，而并不增加細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子總量。至于目前唯一廣泛應(yīng)用于臨床的鈣增敏劑左西孟旦，是通過與肌鈣蛋白C 氨基端結(jié)合，增加肌鈣蛋白C 與鈣離子結(jié)合物構(gòu)象的穩(wěn)定性，并減少其從肌鈣蛋白上解離，肌鈣蛋白C 與鈣離子結(jié)合后，肌鈣蛋白構(gòu)象改變，暴露肌動蛋白結(jié)合位點，促進(jìn)心肌纖維收縮［7］。

2 心肌細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)

2.1 心肌細(xì)胞鈣循環(huán)

細(xì)胞外鈣內(nèi)流，肌漿網(wǎng)鈣釋放，鈣緩沖以及鈉鈣交換都是維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的機制［8］。鈣離子在興奮收縮耦聯(lián)機制和調(diào)節(jié)心臟收縮舒張功能中起重要作用。而位于橫管的L-型鈣離子通道與位于肌漿網(wǎng)的蘭尼堿受體(ryanodine receptor，RyR)所形成的耦聯(lián)單位是細(xì)胞收縮期胞內(nèi)鈣離子變化的基礎(chǔ)。當(dāng)心肌動作電位形成，細(xì)胞膜去極化時觸發(fā)由表達(dá)在橫管上的L-型鈣離子通道產(chǎn)生鈣電流。內(nèi)向鈣電流的產(chǎn)生不但參與了動作電位平臺期形成，而且鈣離子通過狹窄的交界區(qū)域擴(kuò)散到肌漿網(wǎng)上的RyR，激活鈣釋放通道，產(chǎn)生鈣火花，放大原始觸發(fā)的鈣信號。這個過程稱為鈣觸發(fā)、鈣釋放。細(xì)胞內(nèi)鈣濃度瞬時升高，即鈣瞬變。大量鈣離子從肌漿網(wǎng)流出，擴(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)，結(jié)合到肌原纖維上的肌鈣蛋白C，使肌鈣蛋白構(gòu)象改變，粗肌絲和細(xì)肌絲間相對滑動，開始細(xì)胞收縮。上述由動作電位觸發(fā)的細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增加進(jìn)而引起細(xì)胞收縮稱為興奮收縮耦聯(lián)［9］。

而細(xì)胞在舒張期通過質(zhì)膜上的鈣離子通道，調(diào)控鈣離子在肌漿網(wǎng)以及跨細(xì)胞膜的平衡，使細(xì)胞內(nèi)鈣濃度維持在原先水平，稱為鈣穩(wěn)態(tài)。舒張期鈣移除的機制是通過肌漿網(wǎng)鈣泵(sarcoplasmic reticulum Ca2+ATPase，SERCA)泵回肌漿網(wǎng)以及經(jīng)過鈉鈣交換體排出細(xì)胞。而受磷蛋白(phospholamba，PLB)作為SERCA 的抑制蛋白，PLB 位點磷酸化可減少對SRECA 的抑制，提升SERCA 活性，提高肌漿網(wǎng)鈣攝取，整個鈣循環(huán)過程維持心肌細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)［10］。

2.2 心肌細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)控蛋白

細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)取決于RyR、SERCA、PLB、L-型鈣離子通道等重要鈣調(diào)控蛋白的磷酸化及去磷酸化狀態(tài)。

鈣/鈣調(diào)素依賴蛋白酶Ⅱ(CaMKⅡ)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，主要通過鈣/鈣調(diào)素的復(fù)合物與之結(jié)合而激活［11］，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣濃度升高時，鈣與鈣調(diào)素結(jié)合形成鈣/鈣調(diào)素結(jié)合物，與CaMKⅡ調(diào)節(jié)域相結(jié)合，從而使CaMKⅡ活化?？梢粤姿峄?xì)胞內(nèi)RyR、PLB、L-型鈣離子通道等多種鈣調(diào)控蛋白。對鈣通道的磷酸化導(dǎo)致鈣通道活性上升，開放時間延長，導(dǎo)致細(xì)胞鈣內(nèi)流增加，從而增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度。蛋白FKBP12.6 是一種可與FK560 結(jié)合的蛋白質(zhì)，與RyR結(jié)合并對RyR 有穩(wěn)定作用，防止舒張期鈣滲漏，CaMKⅡ磷酸化RyR 使肌漿網(wǎng)在收縮期鈣釋放作用得以增強，并且在舒張期失去對FKBP12.6 的結(jié)合能力，導(dǎo)致舒張期鈣漏［12-13］。PLB 作為SERCA 的抑制蛋白，CaMKⅡ通過對PLB 的磷酸化減弱其抑制作用，增加肌漿網(wǎng)鈣攝取活性［14］。

3 鈣離子增敏對心肌鈣調(diào)控的影響

3.1 鈣離子增敏對細(xì)胞鈣緩沖及鈣瞬變的影響

當(dāng)大量鈣離子進(jìn)入胞漿時，鈣緩沖機制使游離鈣離子結(jié)合，降低鈣離子濃度至正常。細(xì)胞收縮期肌鈣蛋白C 與鈣離子結(jié)合，體現(xiàn)了鈣緩沖的作用，Schober等［14］研究表明，對于肌鈣蛋白發(fā)生突變，轉(zhuǎn)基因表達(dá)TnT179N 的對于鈣離子敏感性增加的鼠心肌細(xì)胞，應(yīng)用咖啡因誘導(dǎo)肌漿網(wǎng)鈣離子釋放入胞漿，根據(jù)鈉鈣交換體整合電流的大小作為細(xì)胞總體鈣含量(Total Ca2+)變化，應(yīng)用鈣熒光染料負(fù)載心肌細(xì)胞，根據(jù)熒光光強計算細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度(Free Ca2+)變化。用細(xì)胞內(nèi)總鈣的變化與細(xì)胞內(nèi)游離鈣變化的比值作為鈣緩沖能力的大小，結(jié)果表明，肌絲對鈣離子敏感性增高的心肌細(xì)胞與對照組相比，當(dāng)胞漿內(nèi)鈣總量變化相同時，游離鈣濃度顯著減小，證實了鈣增敏細(xì)胞鈣緩沖能力增強，且肌絲對鈣離子敏感性越高，解離常數(shù)越小，但鈣離子與肌絲的最大結(jié)合力不變。由于對鈣離子敏感性增高的細(xì)胞鈣緩沖能力上升，收縮期鈣離子與肌鈣蛋白結(jié)合，游離鈣濃度減小，加之鈣離子與肌鈣蛋白結(jié)合穩(wěn)定性增加，舒張期鈣解離同時減慢［15］。因此鈣離子增敏細(xì)胞的鈣瞬變表現(xiàn)為收縮期細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子峰濃度下降，舒張期鈣離子濃度減低緩慢，鈣衰減時程延長。同時國外學(xué)者應(yīng)用膜片鉗技術(shù)證實鈣增敏劑對細(xì)胞鈣電流無明顯影響，舒張末期游離鈣濃度與對照組無顯著差異，細(xì)胞內(nèi)CaMKⅡ的表達(dá)含量亦無明顯變化，由CaMKⅡ調(diào)控的RyR、PLB、SERCA 等蛋白表達(dá)含量亦未見差別［16-17］。

3.2 鈣離子增敏對動作電位時程的改變

Baudenbacher 等［17］研究表明，肌絲對鈣離子敏感的心室細(xì)胞應(yīng)用單向動作電位技術(shù)記錄到的動作電位時程的形態(tài)發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為復(fù)極化斜率減低，APD70減小，但APD50及APD90與對照組無顯著差異。整個動作電位時程呈現(xiàn)三角形改變。與動作電位時程縮短一致，鈣離子敏感細(xì)胞有效不應(yīng)期縮短，目前可能的機制是由于增加鈣離子與肌鈣蛋白結(jié)合的穩(wěn)定性導(dǎo)致鈣瞬變峰值減少，衰減時程減慢，收縮期細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度減低，于動作電位3 期鈣離子由鈉鈣交換體流出減少，內(nèi)向電流減少導(dǎo)致復(fù)極化速率加快，而在復(fù)極化末期(APD90)，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度與對照細(xì)胞無明顯差異，所以APD90無明顯變化。并且證實了鈣增敏細(xì)胞在快速起搏時等電壓線紊亂，時間、空間離散度及傳導(dǎo)速度離散度顯著增加，并出現(xiàn)傳導(dǎo)緩慢及阻止區(qū)域，為形成功能性折返環(huán)形成了條件［18］。

3.3 鈣離子增敏對心律失常的影響

3.3.1 快速心室率時室性心動過速

家族性肥厚型心肌病是由于染色體變異轉(zhuǎn)錄的心肌收縮蛋白異常引起的遺傳疾病，多數(shù)患者由于發(fā)生室性心律失常而發(fā)生心臟性猝死?；颊咝募〖?xì)胞肥大是心臟性猝死的重要危險因素，而部分因為肌鈣蛋白突變造成細(xì)胞肌絲對鈣離子敏感性增加的患者即使在沒有心肌肥大情況下也會出現(xiàn)心臟性猝死。實驗證明，肥厚型心肌病患者快心率時心律失常發(fā)生率高。在植入埋藏式心臟轉(zhuǎn)復(fù)除顫器的肥厚型心肌病患者中，竇性心動過速及快心室率心房顫動誘發(fā)了90%的惡性心律失常。而Flevari 等［18］對患者應(yīng)用左西孟旦前后的動態(tài)心電圖比較發(fā)現(xiàn)鈣離子增敏對心率變異性、QT 離散度并不產(chǎn)生明顯影響，但是增加非持續(xù)性室性心動過速的發(fā)生率［1］。目前解釋該現(xiàn)象的機制是與快心室率時有效不應(yīng)期縮短，增加了心肌跨膜復(fù)極離散度，延長了單向傳導(dǎo)阻滯的易損期，成為了折返性心動過速發(fā)生的基礎(chǔ)，而期前收縮或早期后除極造成的短聯(lián)律間期則成為誘發(fā)室性心動過速的必要條件。

3.3.2 停搏依賴性室性心律失常

Schober 等［14］還證明了增加鈣敏感性導(dǎo)致停搏后動作電位延長以及早期后除極發(fā)生率提高，其原因是鈣增敏細(xì)胞更明顯的停搏后增強作用。所謂停搏后增強是心肌的生理現(xiàn)象即正常的起搏頻率下(S1)給于長配對間期的刺激(S2)后心臟產(chǎn)生的更大地收縮。主要機制是短時間的停搏有利于游離鈣從胞漿向肌漿網(wǎng)移動導(dǎo)致更大的肌漿網(wǎng)容量還有更完全L-型鈣離子通道和RyR 恢復(fù)，導(dǎo)致停搏后起搏時肌漿網(wǎng)鈣釋放增加，鈣離子通過L-型鈣離子通道內(nèi)流增加，收縮期細(xì)胞內(nèi)鈣濃度更高，心肌收縮力增強。鈣增敏心肌由于鈣緩沖能力上升，解離常數(shù)減低，鈣瞬變衰減緩慢，連續(xù)起搏時肌鈣蛋白C 上蓄積的鈣離子較正常心肌更高，短暫的停搏有利于大量與肌鈣蛋白C 結(jié)合的鈣離子解離，使更多的鈣離子被肌漿網(wǎng)攝取，增大了肌漿網(wǎng)儲備，使停搏后增強效應(yīng)增強。停搏后S2刺激導(dǎo)致巨大的鈣瞬變使內(nèi)向鈉鈣交換體電流開放，導(dǎo)致顯著動作電位延長，增加早期后除極的發(fā)生，通過觸發(fā)活動導(dǎo)致室性心律失常［16］。

3.4 鈣離子增敏對收縮力-鈣離子濃度曲線的影響

Hajjar 等［1］對鈣敏感性的概念做了闡述，即肌纖維產(chǎn)生相當(dāng)于最大收縮力50%的收縮力時細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度。并分別描繪了應(yīng)用鈣增敏劑組與正常組的收縮力-鈣濃度曲線。實驗證明用鈣離子增敏劑灌流的去膜肌纖維的收縮力-鈣離子濃度曲線較正常肌纖維曲線向左移動，即靜息心肌細(xì)胞內(nèi)相同鈣濃度會導(dǎo)致更高的收縮力，而心肌最大收縮力不變。在正常心肌細(xì)胞中，細(xì)胞靜息狀態(tài)鈣濃度很低，鈣增敏劑的影響不會顯著增加心肌收縮力，但在心力衰竭細(xì)胞中，由于RyR 磷酸化，穩(wěn)定性下降，鈣滲漏增加，靜息細(xì)胞鈣濃度顯著增高，因此應(yīng)用鈣離子增敏劑會較對照組顯著增強舒張末期心肌收縮力，減少收縮儲備及損害舒張功能，對終末期心力衰竭患者產(chǎn)生嚴(yán)重致命威脅。因此大部分鈣增敏劑并未獲得臨床應(yīng)用。值得一提的是，作為目前應(yīng)用最廣泛的鈣增敏劑左西孟旦，與肌鈣蛋白C 的結(jié)合呈現(xiàn)鈣濃度依賴性，心肌舒張期由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度較低，鈣增敏的藥效較弱，因此對心力衰竭心肌舒張功能影響較小［1］。

以左西孟旦為代表的鈣增敏劑作為新一代強心藥物與傳統(tǒng)正性肌力藥物相比具有不增加鈣離子內(nèi)流、不增加舒張末細(xì)胞鈣濃度、不增加心肌耗氧等優(yōu)點，短期內(nèi)顯著改善失代償心力衰竭患者血流動力學(xué)以及臨床癥狀，但其對患者遠(yuǎn)期生存率的影響仍缺乏大規(guī)模臨床試驗進(jìn)行驗證。目前的臨床報道爭議較大，多數(shù)報道未見其與傳統(tǒng)正性肌力藥物對患者遠(yuǎn)期生存率的差異，究其原因，可能與其增加鈣離子與肌絲結(jié)合的穩(wěn)定性，減少鈣瞬變峰值，增加鈣瞬變衰減時程，從而導(dǎo)致快心室率時室性心律失常以及停搏依賴性室性心律失常有關(guān)。

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