縫隙連接重塑與心律失常上游治療

陳濟明，潘大彬

（皖南醫(yī)學院心血管疾病研究所/弋磯山醫(yī)院心內(nèi)科，安徽蕪湖　241001）

縫隙連接重塑與心律失常上游治療

陳濟明，潘大彬△

（皖南醫(yī)學院心血管疾病研究所/弋磯山醫(yī)院心內(nèi)科，安徽蕪湖241001）

心律失常；連接蛋白；縫隙連接；上游治療

心律失常是心臟疾病最主要的臨床表現(xiàn)之一，其危害不僅在于心律失常本身，還可加重原有的基礎(chǔ)心臟疾病，如心功能不全、心肌缺血等，甚至引發(fā)心源性猝死（SCD）。據(jù)統(tǒng)計，中國每年約有54.4萬人死于心源性猝死，其中90%以上由惡性心律失常所致［1］。心肌重塑可導(dǎo)致心臟擴大和心功能不全，也可導(dǎo)致心臟的電重構(gòu)，后者反過來促進心肌的重塑，形成惡性循環(huán)。在心肌重塑的過程中，縫隙連接重塑對心律失常的產(chǎn)生和維持起到關(guān)鍵性的作用?？p隙連接重塑導(dǎo)致心肌間解偶聯(lián)，影響心肌電流的傳導(dǎo)，形成心律失常。本文將從縫隙連接、縫隙連接蛋白、縫隙連接重塑、縫隙連接重塑與心律失常及心律失常上游治療等方面進行綜述，以了解縫隙連接重塑在心律失常產(chǎn)生和維持中的作用機制。

1　心肌閏盤與縫隙連接

心肌細胞呈短柱狀，多數(shù)有分支，其空間排列有多種方式，常見的有端對端連接和側(cè)對側(cè)連接。相鄰的兩個心肌細胞間相連的結(jié)構(gòu)稱為閏盤，這一結(jié)構(gòu)，有利于心肌細胞間的電傳導(dǎo)和細胞信號的傳導(dǎo)，使得心肌細胞能協(xié)調(diào)的收縮和舒張［2］。閏盤處細胞膜凹凸相連，并特殊分化成橋粒，彼此間的緊密連接即是縫隙連接（GJ），在細胞間起到橋梁作用?？p隙連接呈簇狀分布，大小、數(shù)量差異較大，一般在閏盤周邊的縫隙連接簇中，縫隙連接的數(shù)量較多?？p隙連接是相鄰心肌細胞間電、化學偶聯(lián)的通道，具有低電阻和延擱時間短的特點。電信號沿縫隙連接在相鄰的心肌細胞間有序的傳導(dǎo)，使心肌細胞在電活動中形成一個統(tǒng)一的、同步的及相互關(guān)聯(lián)的整體，以滿足機體的生理需要。

2　縫隙連接蛋白

閏盤縫隙連接中的連接蛋白（connexin，Cx）在細胞偶聯(lián)中發(fā)揮著重要的作用。目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)21種Cx［3］。Cx半衰期較短，尤其是Cx43，約2h-3h。心肌的縫隙連接主要有3種連接蛋白：Cx43、Cx40和Cx45。此外，在小鼠和人的房室結(jié)細胞分別發(fā)現(xiàn)第4種連接蛋白—Cx30.2和Cx31.9，可能與保護心房和心室有序收縮有關(guān)［4］。Cx在心肌細胞的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，再運輸至高爾基體折疊，組裝形成六聚體連接子，又稱半通道。所有心肌的縫隙連接通道均是由相對的兩個并列連接子以非共價連接構(gòu)成。Cx受到體內(nèi)各種因素的調(diào)節(jié)，其表達也受到轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控，血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）、血管內(nèi)皮生長因子、cAMP、c-Jun氨基末端激酶下調(diào)等均可調(diào)控Cx的表達。免疫染色發(fā)現(xiàn)，心室肌間主要分布的是Cx43和Cx40，Cx40最先發(fā)現(xiàn)在心房表達，而后亦在雙側(cè)心室中發(fā)現(xiàn)Cx40的表達［5］；竇房結(jié)和房室結(jié)細胞間主要是分布的是Cx45，此外，Cx45還可見于心臟發(fā)育的早期和心肌與纖維組織間［6］。

3　縫隙連接蛋白與心肌電傳導(dǎo)

1952年，Weidmann分析單個浦肯野氏細胞的導(dǎo)電性時發(fā)現(xiàn)，電流傳導(dǎo)距離遠大于單個細胞本身，提示心肌細胞間存在低電阻通路。單通道記錄結(jié)果顯示，縫隙連接處的電阻僅為細胞其它部位的1/5-1/10，閏盤縫隙連接中的Cx在細胞偶聯(lián)中發(fā)揮著重要的作用。由Cx43或Cx40構(gòu)成的同源連接子具有快速的導(dǎo)電性，Cx45構(gòu)成的連接子導(dǎo)電速率相較而言要慢很多［7］。由于在心室肌中主要是Cx43，在心房中主要是Cx40表達，因而心房肌、心室肌的傳導(dǎo)速度快；在房室結(jié)中主要是Cx45，因此導(dǎo)致傳導(dǎo)延遲。心室肌內(nèi)可同時存在Cx43和Cx45的異源連接子，心房肌內(nèi)可同時存在Cx40、Cx43、Cx45異源連接子，因此導(dǎo)致一些復(fù)雜的協(xié)同作用。例如，在心房肌中存在Cx40/Cx43異源連接子，傳導(dǎo)速度可進一步增加［8］。相對于Cx43，高水平的Cx40和電傳導(dǎo)速率呈負相關(guān)；相對于Cx40，高水平的Cx43和局部電傳導(dǎo)速率呈正相關(guān)［9］。但目前關(guān)于Cx43和Cx40的相互作用及其在心律失常中的作用仍未明確。

4　心肌纖維化與縫隙連接

在心肌重塑中，心肌纖維化十分常見，凋亡和壞死的心肌主要由纖維組織和細胞替代，以維持心臟的形態(tài)和血壓的穩(wěn)定。纖維組織無興奮性和收縮性，并且比正常的心肌質(zhì)地要硬。纖維束常分布于正常心肌間，與心肌細胞的長軸平行，使得心肌細胞間橫向的電流受阻。心肌纖維化降低了心臟橫向電傳導(dǎo)速率，但對沿心肌細胞長軸傳導(dǎo)的電流影響較小。纖維細胞也可能通過縫隙連接和心肌細胞偶聯(lián)，推測可能是通過Cx45或Cx43連接纖維細胞與心肌細胞，形成低電阻連接。而當纖維組織大部分由膠原構(gòu)成，不太可能形成縫隙連接偶聯(lián)時，細胞外電阻就會升高，從而導(dǎo)致電傳導(dǎo)的失敗。但是否存在纖維-心肌偶聯(lián)，目前仍未完全明確［10］。只有Camelliti等［11］的研究證實竇房結(jié)內(nèi)可能存在這種纖維-心肌偶聯(lián)，而大多研究均表明心室內(nèi)未見這種連接［12］。除了纖維組織，心肌重塑時還有一些其它的非興奮組織，如脂肪組織、血管等，也可降低心臟的電傳導(dǎo)速率，產(chǎn)生單向的傳導(dǎo)阻滯。

5　縫隙連接重塑

縫隙連接重塑涉及Cx表達量的降低、磷酸化水平降低、分布不均勻化或側(cè)面化分布。分布于細胞側(cè)面的連接蛋白是否可以組成完整而有功能的縫隙連接通道，一直以來都存在爭議。有研究［13］認為，側(cè)面分布的連接蛋白以半通道的形式存在，生理狀態(tài)下，這些半通道處于關(guān)閉狀態(tài)，或在細胞膜上以連接蛋白池/半通道池的形式游離存在，直到與相鄰的半通道結(jié)合形成完整的縫隙連接通道。研究顯示，在慢性房顫病人的心房組織中，發(fā)現(xiàn)連接蛋白的側(cè)面分布和心肌橫向傳導(dǎo)速率增加。美托洛爾治療房顫病人，能有效降低這種連接蛋白側(cè)面的分布水平，并降低心肌橫向的傳導(dǎo)速率［14］。這表明側(cè)面分布的連接蛋白至少部分形成了有功能的、完整的縫隙連接，同時也表明連接蛋白的側(cè)面分布影響了心臟正常的電傳導(dǎo)，并且是心律失常的發(fā)病機制之一。連接蛋白的側(cè)面分布越高，側(cè)面電偶聯(lián)越高，可能導(dǎo)致心臟傳導(dǎo)阻滯［15］。

6　縫隙連接重塑與心律失常

研究證實［16-17］，細胞間的解偶聯(lián)能減慢心肌細胞的電傳導(dǎo)速率，并且降低其興奮性。心肌細胞的電偶聯(lián)通過縫隙連接完成，心肌細胞解偶聯(lián)的原因主要是縫隙連接重塑，與心律失常的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。Cx表達量及磷酸化水平的降低，降低了心肌縱向電傳導(dǎo)速率［18］。Cx分布不均勻化及側(cè)面化分布可使Cx形成的半通道增多，一方面增加ATP外流與Na+內(nèi)流，引發(fā)心肌細胞水腫及去極化延遲，另一方面增加了橫向的電傳導(dǎo)速率，極易形成折返而導(dǎo)致快速性心律失常的發(fā)生，或由于傳導(dǎo)阻滯而出現(xiàn)緩慢性心律失常。抗心律失常肽AAP10可通過增加縫隙連接電導(dǎo)保護心肌細胞，能有效預(yù)防特發(fā)性室性心律失常［19］。因此，縫隙連接重塑是心律失常發(fā)生和持續(xù)的重要原因。

6.1高血壓心肌縫隙連接重塑高血壓所致的心肌肥大增加了心律失常的風險，原因包括：（1）細胞離子通道的改變，如鉀離子通道重構(gòu)，增加了動作電位的時程，并使QT間期延長。（2）心肌肥大使心肌閏盤處Cx43表達降低，而在心肌的側(cè)面表達卻明顯增加，導(dǎo)致細胞間解偶聯(lián)的發(fā)生，降低縫隙連接的傳導(dǎo)速率，增加了傳導(dǎo)阻滯的風險［15，20-21］。（3）心肌肥大增加了心肌細胞的長度和直徑，影響了心肌細胞的有效傳導(dǎo)。Bastide等［22］研究發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠心室肌中存在Cx40/Cx43表達異常，Cx40表達量增加3倍，可能與心肌肥大后電傳導(dǎo)的補償機制有關(guān)，同時，Cx43表達量減少，分布亦呈不均勻化及側(cè)面化分布。邵素霞等［23］電鏡觀察高血壓大鼠心肌時也發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠心肌閏盤平臺消失，呈山峰狀，并且Cx40、Cx43分布不均勻，側(cè)面化分布增加。Cx的這種表達和分布異常，可能導(dǎo)致高血壓病患者心肌出現(xiàn)室內(nèi)阻滯等室性心律失常。

6.2缺血性心臟病縫隙連接重塑心肌缺血時，心肌細胞可通過降低Cx43表達水平和磷酸化水平及大量縫隙連接的側(cè)面分布，緊急關(guān)閉細胞間的縫隙連接，使得損傷（酸中毒、鈣超載）局限化［24］。但同時縫隙重塑也使心肌間解偶聯(lián)，影響電傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致心律失［25-26］，縫隙連接阻滯劑庚醇和一種縫隙連接改造劑ZPI能降低心肌缺血后的梗塞面積。

6.3心力衰竭縫隙連接重塑心力衰竭是多種心臟疾病的終末表現(xiàn)，但心衰患者多非死于心衰本身，而是死于各種類型的心律失常。慢性心衰由于機械因素引起心肌細胞肥大、壞死和纖維化，心室工作細胞的主要連接蛋白Cx43在心力衰竭發(fā)生、發(fā)展過程中可出現(xiàn)表達量及磷酸化水平下降、分布側(cè)面化［27］。這可能導(dǎo)致電傳導(dǎo)及心肌收縮不同步，是心力衰竭合并心律失常的一個重要原因。

6.4糖尿病心肌病縫隙連接重塑糖尿病心肌病是有別于冠心病、高血壓性心臟病的一種獨立的疾病，心律失常是導(dǎo)致糖尿病心肌病患者死亡的主要原因之一。在糖尿病心肌病心肌重塑中，心肌纖維化十分常見，心肌纖維化干擾心臟電傳導(dǎo)速率，使動作電位時程離散度增加［13］。陳章強等［28］對糖尿病大鼠不同階段心肌Cx43的研究發(fā)現(xiàn)，心室肌Cx43表達水平明顯下降，并且空間分布異常，提示糖尿病大鼠也存在著心肌電重構(gòu)。這可能是糖尿病心肌病導(dǎo)致心律失常的原因之一。

7　心律失常上游治療

傳統(tǒng)的抗心律失常藥物往往是針對離子通道的活動，雖然有效，但并不理想，且很多不良反應(yīng)和并發(fā)癥讓人難以接受。而ACEI/ARB、美托洛爾等藥物可使心肌連接蛋白表達增加，并且抑制縫隙連接的重塑，改善心肌電傳導(dǎo)的有序性，從而有效減少心律失常的發(fā)生。為此，人們把這種針對心律失常病因的治療稱為心律失?！吧嫌沃委煛保?9］。1999年，依那普利預(yù)防和治療左室功能不全的SOLVD 試驗發(fā)現(xiàn)，依那普利可顯著降低心律失常的發(fā)生率［30］。張衛(wèi)澤等［31］研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ能降低Cx40和Cx43的含量，并且使它們的分布呈側(cè)面化，應(yīng)用貝那普利能有效抑制這種縫隙連接重塑，降低心律失常的發(fā)生。美托洛爾能有效阻斷β-腎上腺素受體的神經(jīng)內(nèi)分泌作用，能有效抑制心肌重塑、心肌細胞凋亡，并且調(diào)控Cx表達及磷酸化水平。臨床上應(yīng)用美托洛爾能降低心肌梗塞后室性心律失常的發(fā)生率，降低室顫閾值［32］。Salameh等［33］研究發(fā)現(xiàn)，美托洛爾可能通過MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來阻止Cx43的降解，上調(diào)心肌細胞縫隙連接通道Cx43的表達，從而改善心肌細胞間的偶聯(lián)，降低心律失常的發(fā)生。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)［34］，他汀類藥物、ω-3多不飽和脂肪酸（ω-3PUFA）及一些中藥等，同樣可上調(diào)Cx表達，改善Cx分布，抑制心肌縫隙連接重塑，從而降低心律失常的發(fā)生。

總之，連接蛋白表達數(shù)量和分布異常及磷酸化水平下降等因素所致的縫隙連接重塑，可導(dǎo)致心肌間解偶聯(lián)，影響心肌電流的傳導(dǎo)，是引發(fā)心律失常發(fā)生的原因之一。心律失常的上游治療能抑制縫隙連接重塑，改善心電傳導(dǎo)，并使之穩(wěn)定、有效，且相對副作用較小，為臨床治療心律失常提供了新的思路。

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（2015-12-13）