心肌細(xì)胞電生理學(xué)中藥研究進(jìn)展

高 原,王幼平,宋 歌,李 彬,劉紅軍,朱明軍

心肌細(xì)胞電生理學(xué)中藥研究進(jìn)展

高 原1,王幼平1,宋 歌2,李 彬1,劉紅軍1,朱明軍1

對(duì)心肌細(xì)胞電生理學(xué)的研究進(jìn)展,包括研究方法、研究?jī)?nèi)容及其研究意義展開(kāi)介紹,并就心肌細(xì)胞電生理技術(shù)在中藥研究方面的進(jìn)展,包括抗心律失常中藥研究的必然和必要以及現(xiàn)狀和展望進(jìn)行探討。

心肌細(xì)胞電生理學(xué);抗心律失常中藥;膜片鉗技術(shù);離子通道;離子流

1 心肌細(xì)胞電生理學(xué)的研究進(jìn)展

心肌細(xì)胞電生理學(xué)作為心臟電學(xué)的重要組成部分,它是研究心肌細(xì)胞在正常與異常情況下的興奮發(fā)生與傳播機(jī)制的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科[1]。主要用于揭示心肌細(xì)胞本身的電生理過(guò)程和規(guī)律、細(xì)胞間信號(hào)的傳導(dǎo)及其影響因素等等。主要研究?jī)?nèi)容是心肌細(xì)胞的離子通道、離子載體和離子流。

心肌細(xì)胞電生理學(xué)起始于1949年—1950年。1949年Ling發(fā)明了微電極細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù);Hodgkin和Huxley創(chuàng)造的電壓鉗制技術(shù)問(wèn)世,電生理研究從此深入到細(xì)胞水平。20世紀(jì)60年代到80年代,闡明了心肌細(xì)胞各主要離子流(如INa,ISi,Ik1,Ik,ITo,ITi,INa-Ca, Ipump等)的基本特性;鈣離子的研究熱潮成為用心肌細(xì)胞電生理學(xué)研究心律失常發(fā)生機(jī)制的開(kāi)端。

1976年,德國(guó)生理學(xué)家Neher和Sakmann建立膜片鉗技術(shù)[2],這是一種以記錄通過(guò)離子通道的離子電流來(lái)反映細(xì)胞膜上單一的(或多個(gè)的)離子通道分子活動(dòng)的技術(shù)。這一偉大成就獲得1991年度的諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)80年代,單個(gè)細(xì)胞分離的成功,使人們不斷地發(fā)現(xiàn)了一些新的離子流和離子通道。目前在心肌細(xì)胞膜上已知的離子流及載體電流有以下幾種:INa,ICa,IK1,IK,ITo,IK(Ach),IK(ATP),IKP,IK(Na), IK(Ca),IF,ICl,INaCa,Ipump和IJ等。20世紀(jì)90年代是研究心肌電生理學(xué)鉀離子流的熱潮時(shí)期,這成為闡明某種心律失常發(fā)生的機(jī)制或?qū)ふ夷撤N抗心律失常藥的重要途徑。目前,膜片鉗技術(shù)已成為研究細(xì)胞膜離子通道和藥物作用機(jī)制必不可少的重要手段,它和分子生物學(xué)的結(jié)合應(yīng)用呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

2 心肌細(xì)胞電生理技術(shù)在中藥研究方面的進(jìn)展

2.1 抗心律失常中藥研究的必然和必要 20世紀(jì)80年代末,著名的心臟心律失常抑制試驗(yàn)(cardiac arrhythmia suppression test,CAST)的結(jié)果對(duì)抗心律失常西藥治療的安全性提出了質(zhì)疑和挑戰(zhàn)?？剐穆墒СＮ魉幎酁閱我煌ǖ雷钄鄤?作用靶點(diǎn)單一,抗心律失常譜窄,故致心律失常作用大,而多離子通道阻滯劑具有更好的調(diào)控作用,可使失調(diào)的離子通道功能恢復(fù)平衡,致心律失常副反應(yīng)較低[3]?，F(xiàn)有的研究提示許多中藥包括單體、單味藥及中藥復(fù)方等均有多離子通道機(jī)制,中醫(yī)整體觀念指導(dǎo)下的中藥治療更具有理論上的超前性,在心律失常治療領(lǐng)域有廣闊前景。

2.2 應(yīng)用膜片鉗技術(shù)對(duì)抗心律失常中藥的研究現(xiàn)狀

劉紅軍等[4-6]應(yīng)用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)發(fā)現(xiàn),環(huán)維黃楊星D(CVB-D)溶液低濃度組和高濃度組均能夠引起豚鼠和大鼠單個(gè)心室肌靜息電位(RP)減小、動(dòng)作電位0相除極幅度(APA)下降、動(dòng)作電位時(shí)程(APD)延長(zhǎng)、動(dòng)作電位3相復(fù)極速率(V3)減慢,對(duì)內(nèi)向整流鉀電流(IK1)具有抑制效應(yīng),與Ⅲ類抗快速心律失常藥物存在類似藥理效應(yīng),這可能是其在臨床上有抗心律失常作用的藥理機(jī)制之一。并在研究過(guò)程中意外發(fā)現(xiàn)2例致室性心律失常現(xiàn)象,這種現(xiàn)象值得關(guān)注,有待毒理實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。張玉瑤等[79]研究發(fā)現(xiàn)苦參堿可縮短豚鼠、家兔心室肌細(xì)胞APD,抑制快速延遲整流鉀電流(IKr),在酸化的缺血微環(huán)境下,對(duì)心肌細(xì)胞IKr電流仍表現(xiàn)明顯的抑制作用,可用于缺血后心律失常的治療。與傳統(tǒng)的抗心律失常西藥相比[10],苦參堿對(duì)IKr電流的抑制作用較奎尼丁和胺碘酮為弱,表明苦參堿致QT延長(zhǎng)(long QT,LQT)和致心律失常作用低于胺碘酮,更具有安全性、有效性等特點(diǎn)。孟紅旭等[11-14]研究表明從中藥丹參中分離提取的單體成分丹參酮ⅡA、丹酚酸B和丹參素均能夠起到抑制L型鈣電流(ICa-L)的作用,不同的是丹參酮ⅡA還可抑制肥厚心肌細(xì)胞上增大的IKr、IKs及其尾電流,明顯縮短肥大心肌細(xì)胞APD的延長(zhǎng),從而降低心室復(fù)極離散度,防止折返的形成,發(fā)揮預(yù)防肥厚心肌心律失常的功效;丹酚酸B[15]阻滯瞬時(shí)外向鉀電流(ITo)的同時(shí)不影響IK1,因此有效地保證了心肌細(xì)胞膜的穩(wěn)定性,起到抗心律失常的療效。此外丹酚酸B與延胡索乙素[15]對(duì)L型鈣通道均有抑制作用,兩者之間能夠產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),并且這兩種有效成分調(diào)控L型鈣通道的作用機(jī)制不同,為探討中藥復(fù)方中部分有效成分配伍使用的合理性提供了有力證據(jù);丹參素[16]通過(guò)抑制ICa-L和激活三磷酸腺苷(ATP)敏感性鉀電流(IKATP)發(fā)揮著其對(duì)心肌缺血-再灌注的保護(hù)作用。張銘慧等[17]在研究中發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷抑制INa,電流-電壓曲線明顯上移,具有減輕鈣超載,保護(hù)缺血再灌注損傷心肌的作用,劉靜等[18]報(bào)道稱薯蕷皂苷含藥血清能激活I(lǐng)Na,這種對(duì)鈉離子通道的促進(jìn)作用可能通過(guò)鈉-鈣交換體間接影響細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度,因此推測(cè)薯蕷皂苷可能具有正性肌力作用。石含秀等[19]應(yīng)用膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)觀察到細(xì)辛含藥血清對(duì)心肌細(xì)胞的鈉通道具有激活的功效,能夠降低心肌興奮的閾電位,增加鈉通道在相同電壓下的開(kāi)放數(shù)量,細(xì)辛、附子二者配伍后對(duì)心肌細(xì)胞鈉離子通道具有增強(qiáng)激活的功效,這可能是其配伍后治療緩慢型心律失常的電生理基礎(chǔ)[20]。李翔宇等[21-24]研究證實(shí),甘松揮發(fā)油具有抑制IK、IK1、ITo、INa及ICa-L的作用,說(shuō)明甘松揮發(fā)油是通過(guò)作用于不同的離子通道適當(dāng)延長(zhǎng)大鼠心室肌細(xì)胞的APD及有效不應(yīng)期(ERP),從而影響大鼠心室肌細(xì)胞的興奮性、不應(yīng)性及傳導(dǎo)性,繼而產(chǎn)生抗心律失常的作用。

除了單味、單體中藥研究外,復(fù)方制劑也被證實(shí)對(duì)心肌細(xì)胞具有多離子通道作用機(jī)制,成為其抗心律失常的電生理基礎(chǔ)。參松養(yǎng)心膠囊[25,26]作為應(yīng)用中醫(yī)絡(luò)病理論指導(dǎo)組方的創(chuàng)新中成藥,對(duì)ICa-L、INa、ITo、IKs和IK1多種心室肌離子通道均具有不同程度的阻滯作用,參松養(yǎng)心膠囊的室性心律失常效應(yīng),與其改善心功能,縮短心室動(dòng)作電位時(shí)程和有效不應(yīng)期,降低心房室間不同部位動(dòng)作電位時(shí)程的離散,增加室顫閾值有關(guān)。穩(wěn)心顆粒是中國(guó)第一個(gè)調(diào)節(jié)多離子通道的抗心律失常專利中成藥,兼有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ類抗心律失常藥物的作用,對(duì)多種離子通道有抑制作用,并能顯著縮短心室跨壁復(fù)極離散度,表明穩(wěn)心顆粒具有抗心律失常的作用,且安全性高[27]。炙甘草湯[28]、心悸寧膠囊[29]、交泰丸[30]等復(fù)方制劑也均已被膜片鉗技術(shù)證實(shí)其對(duì)心室肌細(xì)胞膜電位、各離子通道有不同程度的影響。復(fù)方研究盡管復(fù)雜,但意義重大。結(jié)合先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行多角度、多層次和多方面研究,可望將君臣佐使組方理念的中藥復(fù)方更具科學(xué)性和系統(tǒng)性,在抗心律失常領(lǐng)域有所建樹(shù)。

3 心肌細(xì)胞電生理技術(shù)在中藥研究方面存在的問(wèn)題

心肌細(xì)胞電生理學(xué)的發(fā)展為中藥研究開(kāi)辟了新途徑,特別是細(xì)胞膜片鉗技術(shù)的應(yīng)用,使中藥藥理研究從器官水平深入到細(xì)胞和分子水平,但目前的研究中仍存在一些問(wèn)題:中藥尤其是復(fù)方制劑成分復(fù)雜,體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要分析的影響因素眾多,缺乏嚴(yán)格對(duì)照,其結(jié)論一直很難得到全世界范圍的關(guān)注和認(rèn)可,近年發(fā)展起來(lái)的中藥血清藥理學(xué),即通過(guò)研究給藥動(dòng)物血清的生物學(xué)活性來(lái)揭示藥物作用機(jī)制的方法與膜片鉗技術(shù)的結(jié)合[31],有望解決這一難題;在中藥的抗心律失常作用及機(jī)制的研究中,還未從心肌細(xì)胞水平將中醫(yī)心悸的病癥病機(jī)和心律失常的發(fā)病機(jī)制聯(lián)系起來(lái),而這方面的研究是有針對(duì)地進(jìn)行藥理研究的前提條件;實(shí)驗(yàn)動(dòng)物離體單個(gè)心肌細(xì)胞在生理狀態(tài)和病理狀態(tài)的藥理研究與人體整體心臟心律失常之間的相關(guān)性也有許多問(wèn)題有待探討,這方面的問(wèn)題決定了實(shí)驗(yàn)藥物是否真正具有臨床實(shí)用意義。采用心肌細(xì)胞電生理技術(shù)進(jìn)行中藥研究是中醫(yī)走向現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一,這對(duì)傳統(tǒng)中藥的篩選和新藥的開(kāi)發(fā)具有前瞻性意義。

[1] 劉泰摓.心肌細(xì)胞電生理學(xué)[J].北京:人民衛(wèi)生出版社,2005:2-48.

[2] Neher E,Sakanma B.Single channel currents recorded from membrane of denervate frog muscle fabers[J].Nature,1976, 260:799-802.

[3] Johnson DM,de Jong MM,Crijns HJ,et al.Reduced ventricular proarrhythmic potential of the novel combined ion-channel blocker AZD1305 versus dofetilide in dogs with remodeled hearts [J].Circ Arrhythm Electrophysiol,2012,5(1):201-209.

[4] 劉紅軍,余海濱,高原,等.環(huán)維黃楊星D返針晶結(jié)晶體對(duì)豚鼠心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位的影響[J].實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志,2010,16(2):96-99.

[5] 劉紅軍,余海濱,朱明軍,等.環(huán)維黃楊星D對(duì)豚鼠心室肌細(xì)胞膜電位的影響[J].中藥藥理與臨床,2009,25(6):39-42.

[6] 余海濱,劉紅軍,沈俊嶺,等.環(huán)維黃楊星D-甲醇結(jié)晶體對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞內(nèi)向整流鉀電流的影響[J].中藥藥理與臨床,2013,29 (3):32-35.

[7] 張玉瑤,王吉錫,劉洋,等.氧化苦參堿對(duì)豚鼠心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位的影響[J].黑龍江醫(yī)學(xué),2014,38(6):620-621.

[8] 張婉,潘振偉,馮鐵明,等.苦參堿對(duì)缺血性心室肌細(xì)胞快速延遲整流鉀電流的作用[J].中國(guó)藥理學(xué)通報(bào),2008,24(3):322-326.

[9] 牛淑冬,趙堃,肖宇,等.苦參堿對(duì)心室肌細(xì)胞快速延遲整流鉀電流的影響及致長(zhǎng)QT綜合征危險(xiǎn)性探討[J].齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,31(10):1513-1515.

[10] 牛淑冬,黃澤林,張英慧,等.傳統(tǒng)抗心律失常藥物及苦參堿對(duì)家兔心室肌細(xì)胞快速延遲整流鉀電流作用的比較[J].中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志,2010,20(11):1609-1613.

[11] 孟紅旭,王寶,劉建勛,等.丹酚酸B和延胡索乙素對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞L-型鈣通道的影響[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合雜志,2011,31 (11):1514-1517.

[12] 黃健,裴娟慧,滕思勇,等.丹參酮Ⅱ-A對(duì)大鼠心肌細(xì)胞L-型鈣通道的影響[J].中國(guó)分子心臟病學(xué)雜志,2012,12(2):106-109.

[13] 唐昱,葛郁芝,盛國(guó)太,等.丹參酮ⅡA對(duì)腹主動(dòng)脈縮窄高血壓豚鼠電生理異常的干預(yù)研究[J].中華高血壓雜志,2012,20(4):378-382.

[14] 唐昱,盛國(guó)太,葛郁芝,等.丹參酮ⅡA對(duì)豚鼠肥厚心肌延遲整流鉀通道的影響[J].中國(guó)病理生理雜志,2012,28(2):234-238.

[15] 冉玉琴,李寧,王蓉蓉,等.丹酚酸B對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞瞬時(shí)外向鉀電流和L型鈣電流的阻滯作用[J].中國(guó)心臟起搏與心電生理雜志,2010,24(4):344-348.

[16] 顧明,吳興文,李芳萍,等.丹參素對(duì)大鼠心室肌動(dòng)作電位、L-型鈣電流和ATP敏感性鉀電流的作用[J].中國(guó)臨床藥學(xué)雜志, 2010,19(1):1-5.

[17] 張銘慧,尹永強(qiáng),何海燕,等.薯蕷皂苷對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞鈣離子通道的影響[J].中藥藥理與臨床,2011,27(1):23-26.

[18] 劉靜,吳紅,叢恬駪,等.薯蕷皂苷含藥血清對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞鈉離子通道的影響[J].中草藥,2014,45(16):2370-2374.

[19] 石含秀,賈波,韓林,等.細(xì)辛含藥血清對(duì)大鼠心肌細(xì)胞鈉通道的影響[J].福建中醫(yī)藥,2009,40(4):42-45.

[20] 賈波,石含秀,韓林,等.細(xì)辛配伍附子含藥血清對(duì)大鼠心肌細(xì)胞鈉通道的影響[J].中國(guó)現(xiàn)代中藥,2009,11(10):30-33.

[21] 李翔宇,羅駿,葛郁芝,等.甘松揮發(fā)油對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞Ik和Ik1的影響[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2013,24(8):1814-1817.

[22] 胡朗吉,葛郁芝,羅駿,等.甘松揮發(fā)油對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞瞬時(shí)外向鉀電流的影響[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2009,20(8):1843-1845.

[23] 楊濤,葛郁芝,羅駿,等.甘松揮發(fā)油對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞膜鈉通道的影響[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2010,21(2):284-286.

[24] 曹明,葛郁芝,羅駿,等.中藥甘松揮發(fā)油對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞膜L型鈣通道的影響[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2010,21(9):2264-2266.

[25] 王晞,段慧楠,胡娟,等.參松養(yǎng)心膠囊對(duì)心功能及心臟電生理影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華心律失常學(xué)雜志,2012,6(6):417.

[26] 高慧燕,李學(xué)文.參松養(yǎng)心膠囊對(duì)大鼠心室肌細(xì)胞L型鈣電流和瞬時(shí)外向鉀電流的抑制作用[J].中國(guó)藥房,2014,25(23):2128-2130.

[27] 孫小霞,周筠,蘭燕平,等.穩(wěn)心顆粒對(duì)家兔3層心室肌細(xì)胞瞬時(shí)外向鉀電流的影響[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2011,32 (5):561-564.

[28] 高原,朱明軍,朱初麟,等.炙甘草湯浸膏粉溶液對(duì)豚鼠心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位的影響[J].中華中醫(yī)藥雜志,2014,29(4):1248-1250.

[29] Zhu Mingjun,Wang Guojuan,Wang Yongxia,et al.Effects of Xinjining extract on lnward rectifier potassium current in ventricular myocytes of guinea pig[J].Chin J Integr Med,2010,16(1):61-65.

[30] 王永霞,鄒志暖,劉紅軍,等.交泰丸浸膏粉溶液對(duì)豚鼠心室肌細(xì)胞膜電位的影響[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志,2010,16(8):157-160.

[31] 王永霞,鄒志暖,朱初麟,等.膜片鉗技術(shù)結(jié)合血清藥理學(xué)方法揭示中藥作用機(jī)理[J].中醫(yī)學(xué)報(bào),2010,25(149):691-694.

R329.2R256

:A

10.3969/j.issn.1672-1349.2015.02.005

:1672-1349(2015)02-0141-03

2015-01-20)

(本文編輯郭懷印)

1.河南中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院(鄭州450000);2.河南省中醫(yī)院

朱明軍,E-mail:zhumingjun317@163.com