Apelin調(diào)控心臟電生理特性的研究

陳蘭蘭 鄧 琳 周宇宏

哈爾濱醫(yī)科大學藥理教研室，黑龍江哈爾濱150081

Apelin調(diào)控心臟電生理特性的研究

陳蘭蘭 鄧 琳 周宇宏▲

哈爾濱醫(yī)科大學藥理教研室，黑龍江哈爾濱150081

Apelin是血管緊張素Ⅱ1型受體相關(guān)蛋白（APJ）的內(nèi)源性配體，是由心肌細胞、血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞等合成一種血管內(nèi)皮源性肽，廣泛參與高血壓、冠心病、心力衰竭、房顫等心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過程。心肌細胞的電活動是心臟工作的基礎(chǔ)，Apelin可通過調(diào)控Na+、K+和Ca2+離子通道而增加心肌細胞興奮性和傳導性，改變心臟的電生理功能。本文將針對Apelin對心肌細胞的電生理特性的調(diào)控作以綜述。

Apelin；心肌細胞；離子通道；鈣調(diào)系統(tǒng)

Apelin是血管緊張素Ⅱ1型受體相關(guān)蛋白（APJ）的內(nèi)源性配體，最初是由國外學者從牛胃中提取出來[1-2]，它是一種生物多性肽，廣泛分布于體內(nèi)多種組織，如中樞神經(jīng)、心臟、肺、腎等[3-7]。Apelin的前體是由77個氨基酸組成，現(xiàn)已純化的Apelin有Apelin-10、Apelin-12、Apelin-13和Apelin-36等多種形式，且不同肽段具有不同的生物學效應，Apelin-13和Apelin-36是最主要的具有內(nèi)分泌功能的剪切產(chǎn)物。Apelin對心血管系統(tǒng)、免疫功能和胃腸道及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)等生理功能具有調(diào)控作用[8-10]。近年其在心血管疾病方面的研究較為突出。

Apelin廣泛參與心臟生理活動的調(diào)控。Apelin與APJ的結(jié)合能夠引起內(nèi)皮細胞釋放一氧化氮（NO）合酶，使血管平滑肌舒張，具有降壓作用[11]；Apelin具有正性肌力作用，其收縮效果緩慢持久，與典型的β腎上腺素收縮效應不同（通常在幾秒鐘內(nèi)迅速發(fā)生）[12]；且Apelin的正性肌力作用不僅只限于正常心肌細胞中，還可增強長期缺血后的心肌細胞的收縮力，其與Apelin增強心肌細胞對Ca2+的敏感性有關(guān)[13]；Apelin在心臟缺血再灌注損傷方面也有一定保護作用，Zeng等[14]發(fā)現(xiàn)缺血再灌注損傷的大鼠心臟功能與對照組比顯著下降，且APJ在mRNA與蛋白水平高度表達，Apelin預處理后可減弱心臟功能的衰退。此外Pisarenko等[15]發(fā)現(xiàn)Apelin-12可通過增強抗氧化酶活性，降低氧自由基對缺血再灌心臟的損傷，從而起到保護受損心肌細胞作用。

心肌組織具有興奮性、自律性、傳導性和收縮性四種生理特性。收縮性屬于心肌的一種機械特性。興奮性、自律性和傳導性是以肌膜的生物電活動為基礎(chǔ)的，故又稱為電生理特性，這些生理特性共同決定著心臟的活動。本文主要針對Apelin對心臟電生理功能的調(diào)控作一綜述。

1 Apelin對心肌興奮性的影響

心肌細胞的興奮性是指心肌細胞在受到刺激時能夠產(chǎn)生動作電位的能力與特性。影響心肌細胞興奮性的因素主要有膜電位與閾電位的距離以及Na+通道的激活水平。靜息電位的絕對值增大，其與閾電位的差值增加，興奮則不易產(chǎn)生；鈉通道的激活是心肌細胞產(chǎn)生興奮的前提，給予心肌細胞刺激后，膜去極化達到閾電位，此時Na+通道激活導致大量Na+內(nèi)流產(chǎn)生動作電位，細胞興奮。Chamberland等[16]利用犬急性分離的心室肌細胞進行膜片鉗實驗，加TEA、CoCl2、4-AP、BaCl2分別阻斷ICa-L，ITo和IK1，與對照組相比，灌流100 nmol的Apelin-13、Apelin-17 20min后的INa分別增加了39%與61%；記錄Apelin對犬心室肌動作電位的影響，發(fā)現(xiàn)100 nmol的Apelin可顯著增高最大去極化速度Vmax[對照組：（137±23）V/s；Apelin組：（166±20）V/s]。Cheng等[17]通過膜片鉗技術(shù)發(fā)現(xiàn)Apelin-13同樣可增加兔左心房細胞INa的密度，峰值上升9%，其與犬心室肌細胞結(jié)果一致。因此推測Apelin通過增加Na+電流增強心肌的興奮性。

晚Na+電流是少部分快速激活后仍不失活的Na+通道持續(xù)開放產(chǎn)生的峰Na+電流之后的Na+電流，對人其電流幅度是心室肌細胞INa峰值的1%，持續(xù)時間可達幾百毫秒。在動作電位平臺期，持續(xù)內(nèi)流的Na+使動作電位時程延長以及NCX活性增強，細胞內(nèi)鈣超載，造成動作電位4期膜電位振蕩，可誘發(fā)DAD，最終導致心律失常的發(fā)生。在心肌缺血缺氧、高甲狀腺素血癥等病理條件或CaMKII、PKC的激活或過氧化氫應激刺激下INa-Late都將增加；烏頭堿、藜蘆定、ATX-Ⅱ、青蛙毒素、箭毒苷等藥物或毒素都能誘發(fā)晚鈉電流的增加出現(xiàn)心臟毒性反應。抑制INa-Late已經(jīng)成為心律失常的新型治療靶點。Cheng等[17]報道Apelin-13可顯著降低200～250 ms內(nèi)測定的INa-Late，抑制率高達55%。晚鈉電流的下降可能參與Apelin誘導的APD的縮短。

2 Apelin對心肌自律性的影響

心肌自律性是指心肌細胞在沒有任何外在的刺激下能夠自動產(chǎn)生節(jié)律性興奮的特性。4期自動去極化速度是決定和影響心肌細胞自律性的重要因素，4期自動去極化速度快則達到閾電位的時間就縮短，一定時間內(nèi)產(chǎn)生興奮的次數(shù)增多，自律性則增高；反之，則自律性降低。動作電位3期復極化后膜電位穩(wěn)定于靜息電位水平，此時Na+-K+泵轉(zhuǎn)運使K+內(nèi)流，Na+外流，恢復動作電位之前內(nèi)K+外Na+的狀態(tài)，參與4期的主要電流是起搏電流If和內(nèi)向整流鉀電流IK1。

If又稱超極化激活的內(nèi)向離子流，是竇房結(jié)細胞產(chǎn)生自律性的重要離子流。動作電位結(jié)束起搏電流If被激活，膜電位去極化達到閾電位產(chǎn)生新的動作電位。If通道對Na+、K+、Ca2+均具有通透性，當細胞外K+濃度增高時，伴隨著內(nèi)向離子流動的驅(qū)動力增加，最終引起If的增大。杜以梅等[18]在急性缺血的家兔中發(fā)現(xiàn)竇房結(jié)起搏細胞的If增大約22%，引起工作肌細胞產(chǎn)生異位心律，該結(jié)果提示If的變化與缺血性心律失常之間有密切聯(lián)系，目前關(guān)于Apelin對起搏電流If的調(diào)控作用至今尚無報道。

IK1在形成靜息膜電位及動作電位3期復極化中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)Ik1電流增強可導致APD、有效不應期縮短，較易發(fā)生快速性室性心律失常；Ik1電流降低可延長APD，導致LQT綜合征，因此Ik1與心律失常的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Yue等[19]研究發(fā)現(xiàn)相比正常組，犬房顫模型組的Ik1和Kir2.1的mRNA未改變。Wagoner等[20]以及張瑜等[21]均發(fā)現(xiàn)持續(xù)性房顫患者的Ik1電流密度增高明顯，Kir2.1 mRNA提高了47.81%。Giles等[22]發(fā)現(xiàn)家兔心室細胞的IK1比心房肌大，Ik1在心臟分布存在差異性。Cheng等[17]對急性分離的兔左心房細胞給予1 nmol的Apelin后發(fā)現(xiàn)與對照組相比，IK1無明顯變化，且靜息膜電位也未改變。動物種屬與人體的差異性以及心房與心室Ik1表達的差異性提示Apelin對 IK1是否具有抑制作用還有待于進一步研究。

3 Apelin對心肌傳導性的影響

心肌細胞某處發(fā)生的興奮能沿細胞膜擴散到整個細胞，并通過閏盤傳布到相鄰的心肌細胞，從而引起整塊心肌的興奮，這種具有興奮傳導的能力即為傳導性。Na+通道去極化開放的速度和數(shù)量對心肌傳導性起關(guān)鍵作用。0期去極化的速度越快，局部電流的形成也就越快，鄰近未興奮心肌細胞去極化達到閾值所需的時間縮短，故傳導速度加快。0期去極化的速度主要取決于Na+通道開放的速度和數(shù)量，因此推測Apelin誘導的INa的升高不僅可以增強心肌細胞的興奮性，同時也能加快心肌細胞的傳導性。Farkasfalvi等[23]針對單層培養(yǎng)的乳鼠原代心肌細胞利用MEA（Multi-electrode array）所記錄的場電位表明Apelin明顯地加快了心肌細胞的傳導速度[control：（18.34±1.4）cm/s；Apelin：（24.1±2.2）cm/s）]，并降低了場勢持續(xù)時間。運用共聚焦免疫熒光反應發(fā)現(xiàn)Apelin的受體APJ在心臟組織中及閏盤間均有表達，這就更進一步地支持了Apelin在心肌細胞傳導中發(fā)揮重要作用這一假設(shè)。

縫隙連接蛋白43（Cx43）在心肌傳導中發(fā)揮重要作用。目前研究縫隙連接蛋白至少有20多種，在心臟中表達最高的是Cx43。Desplantez等[24]對過表達、正常以及敲減Cx43基因的鼠心房肌細胞運用雙細胞電壓鉗檢測縫隙間傳導，發(fā)現(xiàn)3種鼠縫隙間傳導gj呈現(xiàn)逐漸遞減的現(xiàn)象，Cx43+/+：（80+9）ns（n=17）；Cx43+/-：（53+7）ns（n=32）；Cx43-/-：（23+2）ns（n=35）（P＜0.05），說明敲減Cx43后能明顯抑制心肌細胞間的傳導速度。且Cx43敲減后Na+電流減少了50%，Jansen等[25]敲減大鼠心室肌細胞Cx43后同樣發(fā)現(xiàn)Na+電流幅度有所降低。Morley等[26]運用光標法測定心室的傳導性，發(fā)現(xiàn)與正常心肌細胞相比，純合子Cx43缺陷鼠心肌細胞間連接的傳導性下降了60%。心肌細胞間傳導性的下降易導致縫隙連接間電脫耦聯(lián)，傳導受阻最終導致心律失常的發(fā)生。Apelin對Cx43的作用至今尚未有報道，這也將成為今后探索的方向。

4 Apelin對鈣調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

心肌細胞的收縮起源于ICa-L的激活，ICa-L開放使Ca2+內(nèi)流，從而誘導受RyRs調(diào)控的肌漿網(wǎng)鈣釋放系統(tǒng)（CICR）激活，當RyR激活之后使得Ca2+從肌漿網(wǎng)內(nèi)大量釋放瞬時細胞內(nèi)游離鈣濃度增加，進而與鈣受體的肌鈣蛋白結(jié)合后促進心肌收縮，整個的過程稱為興奮-收縮耦聯(lián)。眾所周知，Apelin是目前發(fā)現(xiàn)最具有內(nèi)源性增強收縮力的肽類物質(zhì)，這種收縮效果是間接和直接作用于心肌細胞水平的結(jié)果。有報道Apelin可通過促進Na+-H+交換，提高胞漿內(nèi)的PH增強肌絲對Ca2+的敏感性從而增加心肌收縮力；Apelin也可通過促進Na+-Ca2+交換，增加細胞內(nèi)的Ca2+濃度，從而增加心肌收縮功能。但Dai等[27]發(fā)現(xiàn)Apelin對肌絲無作用，但能增加受損心肌細胞內(nèi)Ca2+濃度，同時也增加Na+-Ca2+交換以及激活Ca2+-ATP酶的活性，從而增加細胞內(nèi)Ca2+濃度，起到正性肌力作用。而Wang等[28]報道Apelin并不是通過激活I(lǐng)Ca發(fā)揮正性肌力作用，而是通過增加鈣瞬變幅度以及降低SR的Ca2+容量以及增加肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣三磷酸腺苷酶的活性。

5 Apelin與疾病關(guān)系

近年對Apelin在房顫的發(fā)生發(fā)展中的作用研究較多。Ellinor等[29]用酶聯(lián)免疫測定法檢測73位孤立性心房顫動患者血漿中Apelin水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與正常組相比房顫組Apelin水平顯著降低（307 pg/mL比648 pg/mL，P＜0.05）。此外，F(xiàn)alcone等[30]對93例患持續(xù)性房顫患者進行6個月的術(shù)后跟蹤發(fā)現(xiàn)，有26位患者房顫復發(fā)，復發(fā)患者的血漿Apelin水平與其他患者對比顯著降低[（590±170）pg/mL比（730±150）pg/mL，P＜0.01]且BNP水平呈現(xiàn)明顯升高的趨勢（188 pg/m L比91 pg/mL，P＜0.01），這說明Apelin在房顫的發(fā)生發(fā)展中可能起著預保護的作用。Na+、K+、Ca2+等離子通道的病理性重構(gòu)與心房纖顫的發(fā)生有著密切聯(lián)系，那么Apelin對房顫的保護作用是否是通過對某種離子通道的調(diào)控來發(fā)揮作用就有待于我們進行進一步研究。

段麗軍等[31]對26例男性和22例女性心力衰竭患者分為HF早期組、晚期組測定血漿中Apelin水平，發(fā)現(xiàn)HF早期心臟結(jié)構(gòu)無明顯變化，血漿Apelin水平升高；HF晚期心臟結(jié)構(gòu)改變，血漿Apelin水平降低。Chen等[32]對80例HF患者檢測Apelin水平發(fā)現(xiàn)HF早期Apelin水平升高，中期升高更多，而晚期Apelin水平顯著降低。11例患者植入左心室輔助裝置（LVAD）后發(fā)現(xiàn)APJ受體表達顯著增高，同時伴有Apelin水平明顯升高植入前[（0.967±0.260）ng/mL，植入后（2.246±0.410）ng/mL，P＜0.01]。Chong等[33]檢測202例慢性心力衰竭的患者發(fā)現(xiàn)其血漿Apelin水平低于正常人；隨后對植入起搏器的14例CHF患者進行術(shù)后隨訪發(fā)現(xiàn)（9±2）個月后患者心衰癥狀明顯改善且Apelin水平有所增高。因此推測Apelin的表達水平與心臟功能密切相關(guān)，Apelin有望成為心臟衰竭的臨床預警因子。

綜上所述，Apelin對心肌電生理的調(diào)控主要是通過影響膜表面各種離子通道實現(xiàn)的，Apelin有望成為治療心律失常、房顫及心力衰竭等疾病的又一新藥物。

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M odulation of electrical properties on cardiom yocytes by Apelin

CHEN Lanlan DENG Lin ZHOU Yuhong▲
Pharmacology Teaching and Research Section,Harbin Medical University,Heilongjiang Province,Harbin 150081, China

Apelin is an endogenous ligand associated with angiotensinⅡtype 1 receptor protein in cardiomyocytes, vascular smooth muscle cells and endothelial cells.It is involved in the occurrence and development of hypertension, coronary heart disease,heart failure,atrial fibrillation and other cardiovascular diseases.Electricalactivity of cardiomyocytes is the foundation to myocardial function.Apelin increases the excitability and conduction tomodulates cardiac function through Na+,K+and Ca2+channel.This paper focus on themodulation of apelin on electrophysiological properties of cardiomyocytes.

Apelin;Cardiomyocytes;Ionic channel;Calcium regulating system

R541.6

A

1673-7210（2014）08（b）-0148-04

2014-04-22本文編輯：李繼翔）

國家自然科學基金資助項目（編號81202525）；黑龍江省衛(wèi)生廳科研課題（編號2009-240）。

▲通訊作者