晚鈉電流在心力衰竭及其相關(guān)心律失常中的作用

張恩圓，李 旻(綜述)，李廣平(審校)

(1.天津醫(yī)科大學(xué)，天津 300070； 2.天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院心臟內(nèi)科，天津300211)

生理?xiàng)l件下，少數(shù)的鈉通道激活后不會(huì)完全失活，引起鈉通道關(guān)閉不全而出現(xiàn)持續(xù)的鈉電流，這種峰鈉電流之后的持續(xù)性內(nèi)向鈉流稱為晚鈉電流(Late sodium current，INaL)，也可以將其看做是鈉內(nèi)流的慢失活成分，近年來研究表明，多種病理狀態(tài)下心律失常的發(fā)生與INaL的異常增加密切相關(guān)，深入認(rèn)識晚鈉電流異常的形成機(jī)制對于心力衰竭及其相關(guān)心律失常的防治具有非常重要的意義。

1 INaL與缺氧

心力衰竭可導(dǎo)致心肌組織缺氧，造成低灌注狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)液酸化，氫離子通過鈉-氫交換體移出細(xì)胞，以維持細(xì)胞酸堿平衡。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)以1 Hz電刺激缺氧狀態(tài)的兔心室肌細(xì)胞時(shí)，鈉-氫交換體導(dǎo)致的鈉離子內(nèi)流占據(jù)總鈉內(nèi)流量的39%，而非缺氧狀態(tài)下僅占5%[1]。當(dāng)缺血發(fā)作時(shí)，抑制鈉-氫交換體可以有效地減少鈉離子內(nèi)流從而阻止一系列異常離子流[2]。

另外，缺氧狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)線粒體氧化磷酸化直接影響能量生成，鈉離子主動(dòng)外排受到抑制。還有些學(xué)者認(rèn)為，心力衰竭時(shí)心型鈉通道異構(gòu)體的出現(xiàn)可能是INaL出現(xiàn)的主要原因[3]。所以，通道外轉(zhuǎn)運(yùn)體或泵的調(diào)節(jié)以及鈉離子通道自身的改變對異常INaL的出現(xiàn)都有一定作用。INaL增加一方面會(huì)直接降低心肌細(xì)胞復(fù)極儲備能力，使早后除極易于發(fā)生，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)額外的心肌收縮，另一方面復(fù)極化離散會(huì)引起動(dòng)作電位時(shí)程波動(dòng)，造成每搏間較大的差異，最終可導(dǎo)致尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動(dòng)過速。

Trenor等[4]建立心力衰竭模型，證明了INaL在誘導(dǎo)心臟電生理重構(gòu)中的作用。心力衰竭時(shí)細(xì)胞內(nèi)高負(fù)荷鈉離子可激活反向型鈉鈣交換體(Na+/Ca2+exchanger,NCX)，NCX的上調(diào)降低肌質(zhì)網(wǎng)-鈣泵數(shù)量，減少鈣離子釋放通道數(shù)目，增加持續(xù)舒張期鈣離子的聚集[5-7],從而啟動(dòng)遲后除極并觸發(fā)各種心律失常，鈣超載的出現(xiàn)不但延長了動(dòng)作電位時(shí)程，還會(huì)使肌質(zhì)網(wǎng)自發(fā)地釋放鈣離子，形成鈣“火花”，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞的電-機(jī)械紊亂，心肌的持續(xù)被迫工作進(jìn)一步惡化心功能，加重缺血缺氧狀態(tài)，形成病理性正反饋環(huán)路[8]。拮抗NCX或者抑制其敏感性均可以顯著降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，減少心律失常的發(fā)生。

2 INaL與鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ

心力衰竭發(fā)生時(shí)，鈣離子代謝紊亂，細(xì)胞內(nèi)鈣離子聚集，鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ(Ca/Calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)表達(dá)上調(diào)。鈉離子通道的C端EF手型模序可以直接作為鈣離子結(jié)合位點(diǎn)，C端IQ結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合鈣調(diào)蛋白，激活CaMKⅡ信號通路，通過與鈉離子通道共免疫沉淀使其磷酸化，通道的快失活過程放緩，INaL增強(qiáng)[9]。

Ashpole等[10]和Wagner等[11]均發(fā)現(xiàn)心力衰竭時(shí)CaMKⅡ上調(diào)會(huì)磷酸化Thr-594和Ser-516等多個(gè)位點(diǎn)，引起心肌鈉通道持續(xù)開放，形成INaL，延長QRS間期和QT間期，縮短有效不應(yīng)期，從而增加室性心動(dòng)過速風(fēng)險(xiǎn)。而增加的INaL又可以病理性的激活NCX，胞質(zhì)中升高的鈣離子濃度使受磷蛋白上Ser-16和Thr-17位點(diǎn)磷酸化下降，肌質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶2a攝取鈣離子功能減弱，心肌型蘭尼定受體2(ryanodine receptor 2,RyR2)磷酸化增加，自發(fā)性釋放鈣離子，導(dǎo)致肌質(zhì)網(wǎng)鈣離子儲備不足，瞬變峰值降低，并且重新攝取受阻引起鈣離子下降速率減慢，心肌收縮所需的“以鈣釋鈣”出現(xiàn)障礙，每次動(dòng)作電位興奮只能產(chǎn)生很少的鈣離子釋放和不足以維持血流動(dòng)力學(xué)的偶聯(lián)張力，而代償性的L型鈣離子通道衰減變慢，反而導(dǎo)致平臺期鈣離子內(nèi)流增多，進(jìn)一步加重胞質(zhì)鈣超載，收縮功能及舒張功能幾乎同步下降。

另外，心力衰竭發(fā)展過程中INaL的異常增加和CaMKⅡ信號通路的異常激活在致心律失常方面有著協(xié)同作用：增高的INaL會(huì)通過NCX使胞質(zhì)鈣離子內(nèi)流與動(dòng)作電位形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，造成鈣超載的同時(shí)使動(dòng)作電位時(shí)程長短不一，而且鈣離子紊亂會(huì)加大動(dòng)作電位的波動(dòng)，CaMKⅡ的激活又會(huì)反過來影響鈉通道，進(jìn)一步增強(qiáng)INaL，這樣的惡性循環(huán)一旦形成，電-機(jī)械脫偶聯(lián)以及一系列惡性心律失常就會(huì)相繼發(fā)生[12]。Hashambhoy等[13]和Sossalla等[14]發(fā)現(xiàn)，抑制INaL可以逆轉(zhuǎn)由CaMKⅡδC過度表達(dá)引起的舒張功能障礙和心律失常。

3 INaL與氧自由基

心力衰竭時(shí)氧化應(yīng)激產(chǎn)生的大量自由基不僅可以直接作用于鈉通道，導(dǎo)致INaL增強(qiáng)，也可以激活CaMKⅡ通路。自動(dòng)鈣調(diào)蛋白肽2相關(guān)性抑制肽可以使鈣-鈣調(diào)蛋白復(fù)合物不能與CaMKⅡ的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而不能暴露CaMKⅡ上催化結(jié)構(gòu)域的氧化還原與自身磷酸化位點(diǎn)，選擇性阻斷CaMKⅡ信號通路的開啟。

心力衰竭時(shí)INaL的增強(qiáng)易化了早后除極和遲后除極的發(fā)生，兩者均為各種復(fù)雜心律失常的觸發(fā)因素。Song等[15]發(fā)現(xiàn)，海葵毒素Ⅱ誘導(dǎo)的早后除極與遲后除極相關(guān)聯(lián)，可能與早后除極導(dǎo)致動(dòng)作電位時(shí)程延長，氧化應(yīng)激直接影響鈣離子循環(huán)蛋白增強(qiáng)肌質(zhì)網(wǎng)敏感性，使鈣離子自發(fā)性釋放有關(guān)。在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)INaL形成而發(fā)生細(xì)胞內(nèi)鈉-鈣超載的過程中，也依賴著CaMKⅡδC的參與，它的激活可以加強(qiáng)INaL。

有學(xué)者就自由基產(chǎn)生對動(dòng)作電位的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，H2O2可降低心肌細(xì)胞瞬時(shí)鈉電流，而提高持續(xù)鈉電流，延長動(dòng)作電位時(shí)程，降低峰電位幅度和最大除極速率，這種改變既遵循濃度依賴關(guān)系又遵循時(shí)間依賴關(guān)系，瞬時(shí)(峰)鈉電流與持續(xù)(晚)鈉電流間總是負(fù)相關(guān)的[16-17]。而心力衰竭過程多伴隨著氧化應(yīng)激狀態(tài)，相對抬高的INaL使得動(dòng)作電位失去了原有的電生理特性，持續(xù)的鈉離子內(nèi)流破壞了正常的動(dòng)作電位形態(tài)，誘發(fā)各種心律失常的發(fā)生。

一氧化氮作為重要的信號分子，對心肌的鈣穩(wěn)態(tài)、松弛與擴(kuò)張有重要作用。心力衰竭時(shí)，亞硝基氧化還原平衡失調(diào)，一氧化氮可以直接與膜上蛋白結(jié)合，使除極膜電位下電壓相關(guān)的鈉離子通道不能完全失活，INaL形成，而這一過程可以被N-乙馬來酰亞胺阻斷，提示通過靶向調(diào)節(jié)一氧化氮合成以及效應(yīng)通路的幾個(gè)關(guān)鍵步驟，可能會(huì)達(dá)到控制心力衰竭發(fā)展的目的。缺血心肌中，卵磷脂代謝的中間產(chǎn)物溶血磷酯酰膽堿聚集，使紅細(xì)胞膜溶解。在卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶催化下，溶血磷酯酰膽堿可將血漿中卵磷脂變成溶血卵磷脂，增強(qiáng)重組INaL通道，引發(fā)心律失常，這一過程有過氧亞硝基的參與，并且可以被抗氧化劑維生素C及還原型輔酶Ⅱ氧化酶抑制劑所抑制，一氧化氮合酶抑制劑7-硝基吲唑能削弱INaL的增強(qiáng)，四卟啉鐵作為過氧亞硝基的清除劑也可以阻斷這一過程[18]，證明氧自由基產(chǎn)生在缺血心臟或者心力衰竭發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用。

心力衰竭時(shí)，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)被激活，一方面血管緊張素Ⅱ會(huì)通過磷脂肌醇信號途徑的活化，減慢鈉離子通道的失活，使鈉離子持續(xù)內(nèi)流[19]，另一方面會(huì)通過氧化應(yīng)激使核因子κB的p50亞基結(jié)合到鈉離子通道基因序列的SCN5A啟動(dòng)子上，降低DNA的轉(zhuǎn)錄，鈉離子通道數(shù)目下調(diào)[20]，以上兩者共同作用下，INaL仍然增強(qiáng)，這也為血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑以及血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑類藥物在延緩心力衰竭和減少相關(guān)心律失常中的應(yīng)用提供了新的理論依據(jù)。

4 治療進(jìn)展

近些年心力衰竭的治療策略發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，特異性阻滯INaL會(huì)減少鈉與鈣超載，改善心力衰竭誘導(dǎo)的復(fù)極化異常，因而雷諾嗪(ranolazine,RAN)，一種最初用于抗心絞痛的藥物被應(yīng)用到心力衰竭的治療中。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，在微血栓誘導(dǎo)心力衰竭后立即靜脈應(yīng)用RAN可以在不影響心率、血壓和心肌耗氧的情況下改善左心室收縮功能及機(jī)械效能[21]，它可以通過識別不同狀態(tài)及門控的方式優(yōu)先阻斷INaL通道(是阻斷峰鈉電流通道效應(yīng)的38倍)[22]，而另一些鈉通道阻滯劑(氟卡尼、利多卡因、奎尼丁、美西律、胺碘酮、河豚毒素、石房蛤毒素、二價(jià)鎘離子等)選擇性抑制則不明顯。在<10 μmol/L的范圍內(nèi)增加RAN劑量可以降低離體犬衰竭心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極至90%的時(shí)間，有效地縮小每搏間差異和動(dòng)作電位時(shí)程異質(zhì)性，從而抑制早后除極，并且可以逆轉(zhuǎn)收縮功能障礙，減少期前收縮和強(qiáng)直收縮的發(fā)生，這與其抑制了INaL，減少鈣聚集及鈣的自發(fā)釋放有關(guān)[23]。但是，胺碘酮、氟卡尼及RAN在抑制INaL的同時(shí)，也會(huì)對快速激活的延遲型整合電流+起抑制作用，這嚴(yán)重影響動(dòng)作電位的復(fù)極，延長了動(dòng)作電位時(shí)程。RALI-DHF(ranolazine for the treatment of diastolic heart failure)是目前正在進(jìn)行中的臨床試驗(yàn)，以RAN治療射血分?jǐn)?shù)正常的舒張性心力衰竭患者，它的結(jié)果將告訴大家保留射血分?jǐn)?shù)的心力衰竭患者是否真的能從RAN的治療中獲益，來改善心室舒張功能[24]。

新近的研究又發(fā)現(xiàn)GS967也是一種選擇性INaL抑制劑，Belardinelli等[25]通過對兔心室肌離體細(xì)胞水平和器官水平的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)GS967可以選擇性抑制INaL的增強(qiáng)，維持動(dòng)作電位時(shí)程，并有效防止室性心律失常的發(fā)生，而且比氟卡尼和RAN更加有效。

另外，Mishra等[26]通過RNA干擾，沉默電壓門控鈉離子通道β1亞單位基因，導(dǎo)致鈉通道β1亞單位基因的信使RNA和蛋白表達(dá)的減少，發(fā)現(xiàn)INaL通道密度下降，并且加速衰減；然而對電壓門控鈉離子通道β2亞單位基因的沉默呈相反表現(xiàn)，而且心力衰竭時(shí)NaV1.5通道下調(diào)，β1亞單位基因卻保持不變，既證明了心力衰竭時(shí)β1亞單位基因?qū)NaL的增強(qiáng)作用，也為今后在基因水平定向阻滯異常INaL提供了理論依據(jù)[27]。代謝水平的干預(yù)也可以部分避免心律失常，Zhao等[28]發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激狀態(tài)下的離體兔心臟應(yīng)用二十二碳六烯酸可以通過調(diào)節(jié)膜離子通道功能，降低INaL，減少L型鈣離子流，減少早后除極的發(fā)生，這得益于ω3-多不飽和脂肪酸的抗氧化應(yīng)激效應(yīng)對心肌的保護(hù)。

5 結(jié) 語

心力衰竭的發(fā)生總是伴隨著INaL的異常增加，整個(gè)復(fù)極期鈉離子外流增加，延長了動(dòng)作電位時(shí)程，這些反過來又參與了心力衰竭的發(fā)展，并誘發(fā)心力衰竭相關(guān)心律失常的發(fā)生，異常增高的INaL作為心力衰竭發(fā)生、發(fā)展的重要一環(huán)，在終末期心力衰竭患者的病情發(fā)展中形成了惡性循環(huán)。鑒于此，對于INaL的形成機(jī)制仍需要進(jìn)一步地深入探討，而抑制INaL的靶向治療技術(shù)將逐步成為今后心力衰竭治療的一部分，更加確切的療效有待大規(guī)模臨床試驗(yàn)的證實(shí)。

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