小電導(dǎo)鈣激活鉀通道與房顫心房重構(gòu)相關(guān)性的研究進(jìn)展

李芳綜述，李妙齡，曾曉榮審校

（瀘州醫(yī)學(xué)院心血管醫(yī)學(xué)研究所、醫(yī)學(xué)電生理實(shí)驗(yàn)室，四川瀘州646000）

小電導(dǎo)鈣激活鉀通道與房顫心房重構(gòu)相關(guān)性的研究進(jìn)展

李芳綜述，李妙齡，曾曉榮審校

（瀘州醫(yī)學(xué)院心血管醫(yī)學(xué)研究所、醫(yī)學(xué)電生理實(shí)驗(yàn)室，四川瀘州646000）

心房顫動(dòng)（Atrial fibrillation AF）是臨床上發(fā)病率和致死率較高的快速性心律失常[1]。治療效果欠佳，發(fā)病機(jī)制仍不清楚。對(duì)AF發(fā)病機(jī)制和治療措施的研究仍然是目前心律失常領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。大量研究發(fā)現(xiàn)心房重構(gòu)是AF重要的病理生理基礎(chǔ)[2-3]，心房肌細(xì)胞相關(guān)離子通道變化在心房電重構(gòu)中起重要作用。小電導(dǎo)鈣激活鉀通道（Small conductance Ca2+-activated K+channels,SK）是新近發(fā)現(xiàn)的一類對(duì)電壓不敏感而對(duì)鈣離子敏感的鉀離子通道,有研究發(fā)現(xiàn)SK通道與心房重構(gòu)密切相關(guān)。因此本文就AF心房重構(gòu)與SK通道的相關(guān)性的研究進(jìn)展予以綜述。

1 小電導(dǎo)鈣激活鉀通道的基本結(jié)構(gòu)和功能

SK可見于心臟、平滑肌和神經(jīng)等有興奮能力組織的細(xì)胞中[4-5]。SK具有四種亞型：SK1、SK2、SK3和SK4，其各亞型在各組織中分布和對(duì)蜜蜂神經(jīng)毒素（apamin）敏感程度各不同，其中apamin對(duì)SK2阻斷作用最強(qiáng)[6]。

SK以四聚體的形式存在，其各亞型結(jié)構(gòu)具有高度的同源性，只是兩末端區(qū)域氨基酸殘基有差異，這種差異決定了各亞基的特性不同。SK是由核心部分α亞單位及調(diào)控部分的鈣調(diào)蛋白(CaM)、蛋白激酶(CK2)、蛋白磷酸酶2(PP2A)組成的功能復(fù)合體[7]。

α亞單位可獨(dú)立表達(dá)通道功能[8]。每個(gè)α亞單位均含有6個(gè)跨膜區(qū)(S1-S6)，其中S5和S6之間是鉀通道的孔道區(qū)域，對(duì)K+能否溢出胞外起決定作用；S4區(qū)僅有2個(gè)排列紊亂正電荷氨基酸殘基，此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了SK對(duì)膜電位變化不敏感；α亞單位上與CaM結(jié)合的部位稱為鈣調(diào)蛋白結(jié)合區(qū)(CaMBD)，位于通道羧基末端，是一段由92個(gè)氨基酸殘基組成高度保守的序列。將CaMBD的結(jié)構(gòu)區(qū)破壞后，SK就失去了鈣離子門控特性。

CaM對(duì)鈣離子濃度變化非常敏感，在通道激活、功能發(fā)揮過程中起重要的作用[8-9]。CaM包括四個(gè)對(duì)鈣都具有親和力的E-F手型結(jié)構(gòu)。位于N-端E-F手型結(jié)構(gòu)是CaM與鈣離子結(jié)合點(diǎn)，與鈣離子結(jié)合使SK激活；c-端E-F手型結(jié)構(gòu)區(qū)同α亞單位上CaMBD連接。缺鈣時(shí)，CaM和CaMBD呈單體形式存在；當(dāng)胞內(nèi)鈣超載時(shí)，鈣離子和CaMN端EF手形結(jié)構(gòu)結(jié)合，兩個(gè)CaM-CaMBD復(fù)合物相連結(jié)形成二聚體，使SK的門控區(qū)域打開，引起CaM-SK通道蛋白復(fù)合物的構(gòu)象發(fā)生變化，SK通道開放，鉀離子外流[9]。因此E-F手型是SK對(duì)Ca2+敏感的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，CaM是內(nèi)在的Ca2+門控亞基。

CK2和PP2A分別通過磷酸化和去磷酸化CaM對(duì)SK2進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)SK2通道關(guān)閉或無鈣存在時(shí)，CK2通過磷酸化CaM減弱SK對(duì)Ca2+的敏感性，加速SK2通道的失活；當(dāng)SK2通道開放時(shí)或有Ca2+存在時(shí)，PP2A通過對(duì)CaM的去磷酸化作用，增加通道對(duì)Ca2+敏感性，加速SK2通道的激活。因此，CK2和PP2A對(duì)SK2調(diào)控是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，通道對(duì)Ca2+敏感性是隨Ca2+及通道的活動(dòng)狀態(tài)變化[10]。

研究報(bào)道，SK和a-Actinin2共定位在分離的小鼠的心肌細(xì)胞上[10]，a-Actinin2骨架蛋白包含一個(gè)肌動(dòng)蛋白結(jié)合域、四個(gè)重復(fù)序列和兩個(gè)EF手型結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，a-Actinin2與SK2相互作用位點(diǎn)分別是其EF手型結(jié)構(gòu)與SK2的CaMBD，由于CaMBD也是CaM在SK2通道蛋白上的作用位點(diǎn)，所以CaM和a-Actinin2有相互競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)。多數(shù)研究表明SK2膜蛋白的運(yùn)輸和分布受a-Actinin2的影響。

在不同的組織，SK各亞型的分布也有差異。SK2在心肌組織的研究近年來才開始。Xu、Tuteja等[11-12]分別研究證明了在人類及小鼠心肌細(xì)胞上存在著重要的SK2，且主要在心房選擇性分布這一現(xiàn)象。

2 小電導(dǎo)鈣激活鉀通道與房顫心房重構(gòu)

近年來對(duì)AF基礎(chǔ)和臨床的深入研究，發(fā)現(xiàn)心房重構(gòu)是AF觸發(fā)和維持的重要基礎(chǔ)。Wijflels等[3]首次提出了“心房電重構(gòu)（Atrial electrial remodeling,AER）”及“AF致AF”理論。所謂“AF致AF”理論即心房重構(gòu)的后果使心房顫動(dòng)趨向于一種自我維持的狀態(tài)。心房電重構(gòu)主要表現(xiàn)為動(dòng)作電位(AP)、心房有效不應(yīng)期(AERP)縮短、AERP頻率適應(yīng)性降低。這些電活動(dòng)異常是由心肌細(xì)胞上各種離子通道開放與關(guān)閉決定的。其中SK2介導(dǎo)動(dòng)作電位后超極化電位的產(chǎn)生與慢后超極化過程，調(diào)節(jié)動(dòng)作電位重復(fù)的頻率。由此，可以認(rèn)為AF心房電重構(gòu)的基礎(chǔ)是包括SK2在內(nèi)離子通道改變，這可能也為AF的預(yù)防及治療提供重要作用靶點(diǎn)。

現(xiàn)已有大量證據(jù)表明AF患者心房肌細(xì)胞胞內(nèi)鈣濃度升高[13]，且細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載對(duì)AF發(fā)生中AERP的縮短起到了關(guān)鍵作用。心肌細(xì)胞在AP復(fù)極過程中對(duì)Ca2+特別敏感，因此受Ca2+調(diào)控的SK2通道將影響復(fù)極的正常電活動(dòng)。

2007年0zgen等首次對(duì)SK2通道與AF的關(guān)系進(jìn)行研究[14]，即對(duì)兔肺靜脈肌袖進(jìn)行短時(shí)間快速起搏后，肺靜脈肌袖細(xì)胞SK2功能上調(diào)，動(dòng)作電位復(fù)極時(shí)程縮短引起AF。在免疫熒光染色試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，起搏使SK2通道蛋白從細(xì)胞核向胞質(zhì)或胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)造成SK2的上調(diào)。這說明SK2參與心肌細(xì)胞電重構(gòu)，為研究快速心律失常發(fā)病因素提供了基礎(chǔ)。2014年于濤等對(duì)犬持續(xù)起搏4 h后，觀察到SK2電流密度增強(qiáng)[15]，這與先前研究結(jié)果一致。綜上所述，SK2功能上調(diào)可能是AF初始階段的重要分子機(jī)制之一。

Diness等研究NS8593和UCL1684可以阻滯SK，降低SK2通道對(duì)鈣離子的敏感性，從而延長(zhǎng)心房的有效不應(yīng)期，但對(duì)QT間期無影響。并且對(duì)離體和在體的AF模型也有預(yù)防和終止作用。其中NS8593除了對(duì)房肌細(xì)胞中SK2阻滯外，對(duì)其他亞型也有阻滯作用，是通道特異性的阻滯劑。因此，對(duì)NS8593研究為未來AF等心血管疾病藥物的開發(fā)提供新的方向[16-17]。

但是，Li等在完全敲除SK2基因的小鼠模型上發(fā)現(xiàn)，小鼠心房肌細(xì)胞的動(dòng)作電位末期明顯延長(zhǎng)，對(duì)異常興奮增加，容易誘發(fā)早后除極從而導(dǎo)致AF的發(fā)生[18]。這提示，SK2不僅參與AF的發(fā)生，而且SK表達(dá)量也與AF密切相關(guān)，即：SK2過低下調(diào)能使動(dòng)作電位延長(zhǎng)而發(fā)生早期后除極電位，導(dǎo)致AF的發(fā)生；SK2過高上調(diào)使動(dòng)作電位縮短，易產(chǎn)生折返，也能促進(jìn)房性心律失常。以上的實(shí)驗(yàn)都是在快速起搏動(dòng)物模型上研究的。

近年，國(guó)內(nèi)對(duì)人類SK2與AF相關(guān)性也進(jìn)行了研究。本實(shí)驗(yàn)室通過全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)和ELISA方法分別對(duì)持續(xù)性、慢性AF患者研究發(fā)現(xiàn)：持續(xù)性AF患者心房肌細(xì)胞的SK2電流密度比竇性心律患者明顯增加[19]、慢性AF患者心房肌組織SK2蛋白的表達(dá)水平明顯高于竇性心律患者[20]。以上研究顯示，AF時(shí)SK2功能是上調(diào)的。這符合AF的電重構(gòu)“AF促AF”現(xiàn)象。但Yu等[21]報(bào)道，持續(xù)性房顫時(shí)SK2下調(diào)且在動(dòng)作電位復(fù)極化中的作用減弱；同時(shí)SK1和SK2蛋白及mRNA表達(dá)水平也是下降的；且左、右心房SK1-3的電流密度、mRNA表達(dá)水平無明顯不同。這與先前國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果存在矛盾。

以往的研究發(fā)現(xiàn)，不倫在AF動(dòng)物模型，還是AF患者細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載，對(duì)AF發(fā)生過程中ERP的縮短起到了關(guān)鍵作用，從而參與心房重構(gòu)的發(fā)生和維持。SK2通道主要在復(fù)極晚期發(fā)揮作用，它對(duì)胞內(nèi)Ca2+非常敏感，胞內(nèi)Ca2+輕微改變能明顯調(diào)控該電流的活性。那么可推測(cè)心房重構(gòu)時(shí)SK2的變化機(jī)制。一方面，AF發(fā)生后胞內(nèi)鈣離子的增加，這會(huì)激活SK2，引起鉀離子外流增加，加速晚期復(fù)極過程，使動(dòng)作電位時(shí)程縮短，參與電重構(gòu)過程。另一方面，多數(shù)實(shí)驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)快速激動(dòng)可以引起鈣超載，當(dāng)鈣超載時(shí)，機(jī)體為了保持胞內(nèi)Ca2+的相對(duì)穩(wěn)態(tài)，通過負(fù)反饋機(jī)制降低L型鈣通道電流密度[22]。有實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明小鼠心肌細(xì)胞上SK2是通過a-Actinin2與L型鈣通道相互作用共同定位在細(xì)胞膜上[11]。敲除小鼠心房肌細(xì)胞L-型鈣通道可使SK2通道蛋白表達(dá)、電流密度降低[11-23]。那么可以推測(cè)AF患者的SK2電流密度會(huì)受到L型鈣電流的影響而降低，導(dǎo)致心肌有效不應(yīng)期的延長(zhǎng)。這些僅是推測(cè)，目前對(duì)心房重構(gòu)早期階段研究，傾向于SK2電流上調(diào)，而對(duì)心房重構(gòu)的后期階段現(xiàn)有的研究結(jié)果還存在對(duì)立。對(duì)心房重構(gòu)的各階段離子通道變化基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制研究還較少，SK2電流離子通道在不同階段心房重構(gòu)中的變化還不明確,尚需進(jìn)一步的深入研究。

3 展望

目前關(guān)于SK2與AF心房重構(gòu)的相關(guān)性國(guó)內(nèi)外的觀點(diǎn)略有不同，其主要原因大概有：①動(dòng)物AF模型與人類AF發(fā)展過程不同；②各實(shí)驗(yàn)動(dòng)物存在種族特異性；③對(duì)于人類AF心房肌細(xì)胞的研究，所獲得的標(biāo)本均從心臟外科手術(shù)中獲取，個(gè)體差異大，先天性基因的影響，并且AF的持續(xù)時(shí)間、AF的類型（陣發(fā)性或者持續(xù)性）、是否合并瓣膜病、以及是否應(yīng)用藥物治療、何種藥物及治療期長(zhǎng)短等多方面，可能影響對(duì)離子通道電流變化的檢測(cè)。

本文探討了一些關(guān)于AF心房重構(gòu)和SK2關(guān)系，初步認(rèn)為在心房重構(gòu)早期SK2通道的功能上調(diào)，但SK2和AF后期的關(guān)系還存在爭(zhēng)議，進(jìn)一步研究在不同起搏時(shí)間（AF各階段的發(fā)展）SK2的功能變化，以及SK2通道蛋白與基因的表達(dá)變化,可能為AF的預(yù)防和治療奠定基礎(chǔ)。

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（2014-09-23收稿）

作者投稿系統(tǒng)http∶//xb.lzmc.edu.cn/

R699.8

A

10.3969/j.issn.1000-2669.2015.02.028

李芳(1976-)，女，主治醫(yī)師，在讀研究生，E-mail：1693196144@qq.com