鈉離子通道與慢性心力衰竭

李 麗，李 泱，甘方良，何細(xì)珍*

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鈉離子通道與慢性心力衰竭

李 麗1，李 泱2*，甘方良3，何細(xì)珍3*

（咸寧市中心醫(yī)院：1藥學(xué)部，3科教部，咸寧 437100；2解放軍總醫(yī)院心內(nèi)科，北京 100853）

鈉離子通道能產(chǎn)生對(duì)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位發(fā)生和傳播起重要作用的快鈉電流，還能產(chǎn)生影響動(dòng)作電位時(shí)程的晚鈉電流（INaL）。鈉離子通道功能的改變是多種心血管疾病的發(fā)病基礎(chǔ)，心血管疾病發(fā)生后也會(huì)產(chǎn)生鈉離子通道重構(gòu)。慢性心力衰竭（HF）是臨床常見(jiàn)的心血管病綜合征，鈉離子通道，特別是INaL與慢性HF的研究已成為近期的熱點(diǎn)，本文就鈉離子通道與慢性HF的相互關(guān)系進(jìn)行了綜述。

鈉離子通道；晚鈉電流；慢性心力衰竭

慢性心力衰竭（heart failure，HF）是臨床常見(jiàn)的心血管綜合征，因其發(fā)生時(shí)伴隨的離子通道功能異常，常會(huì)引起心肌細(xì)胞電機(jī)械活動(dòng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致室性心律失常和心臟猝死。鈉離子通道在心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的產(chǎn)生和傳播中起重要作用，鈉離子通道表達(dá)和功能的變化是慢性HF時(shí)心肌節(jié)律異常、收縮功能障礙以及引起猝死的重要原因。本文對(duì)近年來(lái)HF時(shí)鈉離子通道重構(gòu)及晚鈉電流抑制劑對(duì)HF治療作用的研究進(jìn)展作簡(jiǎn)單綜述。

1 鈉離子通道及其調(diào)控蛋白

鈉離子通道是位于細(xì)胞膜的一種跨膜糖蛋白，通常由1個(gè)α亞單位、1～2個(gè)β亞單位及其調(diào)控蛋白形成的多分子鈉離子通道復(fù)合物[1,2]。在哺乳動(dòng)物中，已經(jīng)克隆的鈉離子通道α亞單位有9種亞型，根據(jù)其對(duì)河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）的敏感性不同可以分為T(mén)TX敏感型和TTX抵抗型兩種鈉離子通道[3,4]。心肌細(xì)胞最主要的鈉離子通道是TTX不敏感的Nav1.5，通過(guò)免疫細(xì)胞化學(xué)定量分析成年鼠心室肌細(xì)胞不同鈉離子通道亞型的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，Nav1.5占整個(gè)鈉離子通道蛋白總量的77%；其他TTX敏感的神經(jīng)型鈉離子通道（包括Nav1.1、Nav1.2、Nav1.3、Nav1.6及骨骼肌鈉離子通道Nav1.4）在成年鼠心室肌細(xì)胞表面也有分布，并占整個(gè)鈉離子通道蛋白總量的23%[5]。全細(xì)胞膜片鉗分析發(fā)現(xiàn)Nav1.5可貢獻(xiàn)正常心室肌細(xì)胞約90%的快鈉離子電流，而其他鈉離子通道亞型僅貢獻(xiàn)正常心室肌細(xì)胞約10%的快鈉離子電流[6,7]。鈉離子通道β亞單位有5個(gè)亞型（β1a，β1b，β2，β3和β4），分別由4種不同的β亞單位基因（Scn1b～Scn4b）編碼，β2和β4亞單位與Nav1.5以二硫鍵結(jié)合，位于成年心室肌細(xì)胞閏盤(pán)，β1和β3亞單位與其他鈉離子通道α亞單位（Nav1.1，Nav1.3和Nav1.6）以非共價(jià)鍵結(jié)合，主要位于成年心室肌細(xì)胞膜[4,8]。酪氨酸磷酸化的β1亞單位也可位于心室肌細(xì)胞閏盤(pán)[9]。這些不同的鈉離子通道β亞單位可參與調(diào)節(jié)鈉離子通道α亞單位的表達(dá)、轉(zhuǎn)運(yùn)、分布并影響其生物物理特征，包括鈉離子通道的激活、失活等，鈉離子通道β亞單位還可參與調(diào)節(jié)鉀離子通道、細(xì)胞粘附及基因調(diào)節(jié)等[10]。

除了鈉離子通道β亞單位，現(xiàn)已知有＞20種不同蛋白能與心肌細(xì)胞鈉離子通道α亞單位（Nav1.5）相互作用或互相結(jié)合形成鈉離子通道復(fù)合物。這些調(diào)控蛋白與Nav1.5結(jié)合后，或調(diào)節(jié)Nav1.5的轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞膜定位過(guò)程，或參與Nav1.5的轉(zhuǎn)錄后修飾如磷酸化、乙?；喯趸?，或改變Nav1.5通道的生物物理學(xué)特性、改變鈉離子通道的單通道大小等[11]。鈉離子通道復(fù)合物已成為心血管疾病研究的新靶點(diǎn)。

2 晚鈉電流

心肌細(xì)胞鈉離子通道除了快速激活、快速失活（幾毫秒）外，還能產(chǎn)生幅度較小但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（幾百毫秒）的晚鈉電流（late sodium current，INaL）。在生理?xiàng)l件下，正常心肌細(xì)胞INaL較小，Nav1.5可貢獻(xiàn)INaL的大約60%，而其他的各種鈉離子通道亞型可貢獻(xiàn)INaL的約40%[12]。由于INaL持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，增加INaL可有以下幾方面作用：（1）延長(zhǎng)心肌動(dòng)作電位時(shí)程（action potential duration，APD）或致APD的不均一性，從而導(dǎo)致早后除極；（2）增加心肌細(xì)胞胞內(nèi)鈉離子濃度，導(dǎo)致鈉鈣交換體發(fā)生逆向鈉鈣交換，胞內(nèi)鈣增加，促發(fā)遲后除極；（3）增加心肌細(xì)胞自發(fā)活動(dòng)（automaticity）和折返（re-entry）。這些心肌細(xì)胞電活動(dòng)的改變均能引起心律失常，因此INaL已作為一些心血管疾病新的作用靶點(diǎn)，而INaL抑制劑也成為新的心血管藥物研究熱點(diǎn)[13,14]。

一些病理?xiàng)l件（基因突變或獲得性心肌?。┫?，由于鈉離子通道Nav1.5蛋白表達(dá)或電壓門(mén)控特性的改變，或鈉離子通道調(diào)控蛋白異常，改變了INaL的大小。關(guān)于Nav1.5功能獲得性突變體增加INaL的報(bào)道較多，現(xiàn)已知有＞80種Nav1.5突變體能增加心肌細(xì)胞INaL，其中大部分是錯(cuò)義突變。這些突變體中，一些突變能改變鈉離子Navl.5通道動(dòng)力學(xué)，特別是延緩其失活，或使其處于不穩(wěn)定的失活狀態(tài)而增加重新開(kāi)放（reactivation），包括發(fā)生無(wú)序開(kāi)放或爆發(fā)，增加INaL，如：導(dǎo)致鈉離子通道不能快速失活而增加INaL的?KPQ突變體（位于DⅢ和DⅣ區(qū)的1505～1507氨基酸缺失）；影響非平衡開(kāi)關(guān)的突變體I1768V；增加鈉離子通道窗電流的突變體N1325S和R1644H；影響蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）對(duì)鈉離子通道調(diào)控的突變體D1790G；能導(dǎo)致pH依賴(lài)的INaL增加，導(dǎo)致新生兒猝死的突變體S1103Y。這些突變體增加INaL、延緩心肌動(dòng)作電位復(fù)極，導(dǎo)致3型長(zhǎng)Q-T綜合征（long QT-3，LQT3），因此常稱(chēng)為L(zhǎng)QT3突變體[15]。

關(guān)于鈉離子通道調(diào)控蛋白異常增加INaL并導(dǎo)致心血管疾病的報(bào)道也較多。比如在小鼠模型中，敲除鈉離子通道β1亞單位能增加SCN3B的表達(dá)，增加INaL，增加細(xì)胞內(nèi)鈣的濃度，引發(fā)遲后除極[16,17]。鈉離子通道亞單位β3或β4、或任何鈉離子通道調(diào)控蛋白（caveolin-3、ankyrin-B或βⅣspectrin）的突變均能影響Nav1.5的功能，增加INaL，引發(fā)LQT3；鈉離子通道調(diào)控蛋白alpha-1 sytrophin突變能增加快鈉電流和INaL，導(dǎo)致新生兒猝死[18]。

一些獲得性心血管疾?。ㄈ鏗F、心肌肥厚）、糖尿病、心肌缺血/缺氧或炎癥等也可繼發(fā)性引起心肌細(xì)胞INaL增加?，F(xiàn)已證實(shí)，這些心血管疾病引起的心肌細(xì)胞受損而增加的氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和氮化物，可以延緩鈉離子通道的失活，增加INaL；在這些疾病條件下，鈣調(diào)素依賴(lài)的蛋白激酶（calmodulin-dependent protein kinases，CaMK）活性增加，從而可以通過(guò)磷酸化鈉離子通道而增加INaL[13]。另有報(bào)道顯示[17,19]，一些心血管疾病也可使神經(jīng)型鈉離子通道亞型（如Nav1.1，1.3或1.6）的表達(dá)增加，從而增加INaL。

3 HF與鈉離子通道

HF過(guò)程中，鈉離子通道（包括基因轉(zhuǎn)錄水平、蛋白表達(dá)水平，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控水平）及通道功能均會(huì)發(fā)生變化，但由于HF的復(fù)雜性及各病例之間的差異性，不同病例研究結(jié)果不一樣。2007年，Shang等[20]發(fā)現(xiàn)HF患者的SCN5A野生型基因mRNA表達(dá)水平降低，但其C末端剪切突變體mRNA表達(dá)水平增加，這些剪切突變體可以增加鈉離子通道蛋白的降解，引起全細(xì)胞快鈉電流降低。Partemi等[21]發(fā)現(xiàn)在HF患者的左心室和右心室，運(yùn)用引物SCN5A E4-5（位于SCN5A基因第4和第5外顯子，可檢測(cè)SCN5A基因的4種不同形式）檢測(cè)的SCN5A mRNA表達(dá)水平增加，運(yùn)用引物SCN5A E11-12（位于第11和第12外顯子，也可檢測(cè)SCN5A基因的4種不同形式）和引物E28（可檢測(cè)SCN5A基因全長(zhǎng)和截短體EF092293，但不能檢測(cè)截短體EF092292和EF092294）檢測(cè)的SCN5A mRNA表達(dá)水平與正常人相當(dāng)。Mishra等[19]發(fā)現(xiàn)在HF患者中，SCN5A，SCN2A，SCN3A基因mRNA表達(dá)水平與正常人沒(méi)有差別，但SCN1A基因mRNA表達(dá)水平增加，SCN6A基因mRNA表達(dá)水平降低；且在犬HF模型中得到了同樣的結(jié)果。除了鈉離子通道基因表達(dá)發(fā)生改變外，HF時(shí)鈉離子通道還會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)錄后蛋白調(diào)控異常，如HF時(shí)鈣離子/鈣調(diào)素依賴(lài)的蛋白激酶Ⅱ（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinasesⅡ，Ca/CaMKⅡ）活性增加，會(huì)增加NaV1.5的磷酸化（特別是516位絲氨酸和594位蘇氨酸），改變鈉離子通道的電壓門(mén)控特性，降低鈉離子通道的窗電流，增加INaL[22,23]。另外，鈉離子通道NaV1.5 R526甲基化及N?末端乙?；贖F末期也會(huì)發(fā)生，這些均會(huì)改變鈉離子通道NaV1.5的生物物理特性而增加INaL[24]。

在不同HF動(dòng)物模型中，鈉離子通道也會(huì)發(fā)生不同的改變。2005年，Valdivia等[25]發(fā)現(xiàn)在犬HF模型中，鈉離子通道不同α亞型基因（SCN5A、SCN1A，SCN3A）和β亞型基因（SCN1b、SCN2b）mRNA表達(dá)水平?jīng)]有改變，但全細(xì)胞鈉電流密度降低，穩(wěn)態(tài)激活曲線(xiàn)和穩(wěn)態(tài)失活曲線(xiàn)沒(méi)有改變。羅等[26]在經(jīng)結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈的HF的新西蘭大白兔中發(fā)現(xiàn)，其心房肌細(xì)胞的鈉通道電流密度明顯下降，通道α亞單位mRNA表達(dá)減少。Xi等[27]在大鼠HF模型中發(fā)現(xiàn)：SCN5A基因和蛋白水平下降60%，SCN3A表達(dá)不變，SCN1A和SCN8A基因蛋白表達(dá)水平增加；全細(xì)胞鈉電流降低并伴隨穩(wěn)態(tài)失活曲線(xiàn)左移，失活恢復(fù)曲線(xiàn)減慢。盡管鈉離子通道在不同HF動(dòng)物模型中各有差異，但I(xiàn)NaL增加是各個(gè)模型的共同點(diǎn)。鈉離子通道，特別是INaL與HF的關(guān)系使INaL抑制劑治療HF成為可能，代表藥物雷諾嗪（ranolazine）已成為FDA批準(zhǔn)的抗心絞痛藥，新的臨床試驗(yàn)也證明雷諾嗪能夠改善HF患者的血流動(dòng)力學(xué)。

反之，鈉離子通道突變也可能導(dǎo)致心血管疾病。早在2004年，McNair等[28]就發(fā)現(xiàn)SCN5A基因突變體D1275N與擴(kuò)張型心肌病及室上性心律失常相關(guān)。Olson等[29]發(fā)現(xiàn)5種心臟鈉離子通道SCN5A基因突變（包括1個(gè)新的突變體R814W）與早發(fā)的擴(kuò)張型心肌病及多種心律失常相關(guān)。不僅SCNSA基因突變可導(dǎo)致心律失常等心血管疾病，SCNSA基因單個(gè)核苷酸變異引起的DNA序列單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphism，SNP）也與心臟疾病的危險(xiǎn)因素及藥物敏感性等相關(guān)[30]。但鈉離子通道基因異常導(dǎo)致心律失常及HF的病理機(jī)制還需要更多的研究證明。

總之，關(guān)于鈉離子通道與心血管疾病關(guān)系的研究，特別是鈉離子通道與不同調(diào)控蛋白所形成的多分子復(fù)合物及INaL的研究，使得特異性INaL抑制劑成為新的心血管藥物研究方向，為心律失?；騂F的治療提供了新的選擇。

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（編輯: 呂青遠(yuǎn)）

Sodium channel and chronic heart failure

LI Li1, LI Yang2*, GAN Fang-Liang3, HE Xi-Zhen3*

(1Deparment of Pharmacy,3Deparment of Scientific Research and Medical Training, Xianning Central Hospital, Xianning 437100, China;2Department of Cardiology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China)

Sodium channel can produce fast sodium current which is important for the occurrence and propagation of cardiac action potential, and also produce late sodium current (INaL) which contributes to action potential duration. Functional changes of sodium channel act as substrate for many cardiac diseases, and sodium channel may be remodeled in response to cardiac disease. Chronic heart failure (HF) is a common cardiac syndrome clinically. Sodium channel, especially concerning INaL and chronic HF, has become a hotspot in recent studies. We reviewed the relationship between the sodium channel and chronic HF in this article.

sodium channel; late sodium current; chronic heart failure

(7152129)(2012FC-TSYS-3043).

R541.6; R331.3+8

A

10.11915/j.issn.1671-5403.2016.02.036

2015?08?06;

2015?09?01

北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（7152129）；解放軍總醫(yī)院臨床扶持基金（2012FC-TSYS-3043）

何細(xì)珍, E-mail: 409405957@qq.com; 李 泱, E-mail: liyangbsh@163.com