細(xì)胞生物起搏器的研究新進(jìn)展

劉一然

摘要：現(xiàn)階段，電子起搏器在病態(tài)竇房結(jié)綜合征、房室傳導(dǎo)阻滯等病癥治療領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，但其電池壽命、機(jī)體神經(jīng)—體液調(diào)節(jié)、抗電磁干擾等方面處于劣勢(shì)。伴隨分子生物學(xué)及其有關(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，心臟生物起搏實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)受損組織的修復(fù)與替代，主要包括基因轉(zhuǎn)染、細(xì)胞移植和激素治療三種方法。本文歸納現(xiàn)存方法各自存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，作出綜述研究與分析，以期對(duì)拓展細(xì)胞生物起搏器應(yīng)用范疇有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞生物起搏器;基因轉(zhuǎn)染、細(xì)胞移植;激素治療;綜述研究

心臟生物起搏器是指在細(xì)胞分子生物學(xué)及有關(guān)技術(shù)的支撐下，針對(duì)受損的自律性節(jié)律點(diǎn)或出現(xiàn)傳導(dǎo)異常的特別傳導(dǎo)系統(tǒng)組織進(jìn)行修復(fù)與替換，促進(jìn)心臟起搏與傳導(dǎo)功能的恢復(fù)進(jìn)程，對(duì)心臟生理功能與機(jī)體適應(yīng)性整體分析后，發(fā)現(xiàn)生物起搏器在重塑竇房結(jié)細(xì)胞起搏功能等方面體現(xiàn)出良好效能，本文結(jié)合最近幾年中國(guó)內(nèi)外最新研究成果，對(duì)細(xì)胞生物起搏器的應(yīng)用情況作出綜述研究。

1心臟起搏細(xì)胞的分子機(jī)制

1.1電生理機(jī)制

心臟是機(jī)體中一類(lèi)特殊的傳導(dǎo)系統(tǒng)，自律性是其典型特征之一，但該系統(tǒng)不同部位心肌細(xì)胞的自律性存在差異。竇房結(jié)細(xì)胞（SAN）自動(dòng)節(jié)律性興奮的頻率最高，被定義為正常起搏點(diǎn)，在心臟興奮與搏動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮主導(dǎo)作用。其自律性的機(jī)制可以作出如下表述：SAN為鈣鐘與膜鐘相互作用，兩者共同調(diào)節(jié)SAN的自律性。膜離子通道的循環(huán)激活和失活、肌漿網(wǎng)有節(jié)奏、自發(fā)性的釋放Ca2+進(jìn)而協(xié)同調(diào)整SAN，進(jìn)而維持SAN自律性與起搏性的相對(duì)穩(wěn)定性。

1.2HCN通道

在上個(gè)世紀(jì)70年代中期，Noma與Irisawa在兔SAN上發(fā)現(xiàn)了一種超極化激活內(nèi)向電流，并將其定義為“起搏電流（If）”。后續(xù)有研究指出^[1] ，If是是影響SAN舒張期自動(dòng)去極化的主要因素，且參與心率控制及神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)心率指標(biāo)等過(guò)程。超極化激活的環(huán)核苷酸門(mén)控陽(yáng)離子通道（HCN）基因家族是促進(jìn)If 形成的分子機(jī)制，該基因家族共包括4個(gè)成員，即HCN 1-4。HCN通道功能以調(diào)控起搏活動(dòng)、細(xì)胞靜息電位、細(xì)胞膜電阻水平與樹(shù)突結(jié)合、突觸傳導(dǎo)過(guò)程等為主。

HCN1、HCN2、HCN4在心臟上可表達(dá)，HCN2與HCN4占主導(dǎo)地位。在人類(lèi)心室肌中HCN2的表達(dá)較多，其能促進(jìn)離子流內(nèi)流過(guò)程。HCN4在不同物種上的表達(dá)部位存在差異，在兔、小鼠與人體的SAN內(nèi)高度表達(dá)高表，且有研究已證實(shí)，HCN4基因突變會(huì)造成SAN功能異常。

2生物起搏器的移植方式

當(dāng)下，國(guó)內(nèi)外臨床中生物起搏器的移植方式以心肌內(nèi)注射、冠脈內(nèi)注射及靜脈內(nèi)注射三種為主，前兩種更為常用。不管采用哪種移植方法，均力爭(zhēng)操作過(guò)程簡(jiǎn)單、安全可靠、效果優(yōu)良、并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)低等。有研究指出^[2] ，和靜脈移植組比較，心肌內(nèi)注射更有益于改善心臟收縮功能、抑制心室結(jié)構(gòu)拓展重塑過(guò)程，且能在實(shí)驗(yàn)初期體現(xiàn)出較好安全性與可執(zhí)行性。如果在后續(xù)的研究中能應(yīng)用導(dǎo)管微創(chuàng)植入法，一方面能解除機(jī)械起搏器誘發(fā)的多種并發(fā)癥，其在重復(fù)操作方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，感染概率低，其有待為再生醫(yī)學(xué)的細(xì)胞替代療法創(chuàng)造嶄新的渠道。

3細(xì)胞生物起搏器應(yīng)用的研究綜述

3.1基因治療

該種治療手段是采用基因功能技術(shù)把功能正常的目標(biāo)基因整合至受損的自律性節(jié)律點(diǎn)或特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)組織內(nèi)，利用傳導(dǎo)起搏基因表達(dá)的形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺如或喪失正常功能蛋白質(zhì)的有效補(bǔ)充，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體中某種離子通道基因表達(dá)過(guò)程的有效抑制，進(jìn)而促使心臟內(nèi)非起搏細(xì)胞具備自律性，促進(jìn)心臟起搏與傳導(dǎo)功能的有效恢復(fù)。當(dāng)下，采用基因形成心臟起搏活動(dòng)的研究主要囊括如下幾種形式：

3.1.1 HCN基因轉(zhuǎn)染：在限定的電壓區(qū)間內(nèi)，HCN和cAMP兩者的整合產(chǎn)物有益于增強(qiáng)內(nèi)向電流，HCN2、HCN4對(duì)cAMP反應(yīng)明顯，但和HCN4相比較，HCN2在動(dòng)力學(xué)方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這也是HCN2在當(dāng)下醫(yī)學(xué)研究中廣泛應(yīng)用的內(nèi)在原因之一。Qu等^[3] 在研究中對(duì)一組動(dòng)物的左心房注射了HCN2+綠色熒光蛋白（GFP）的腺病毒，3～4d后，刺激迷走神經(jīng)并抑制竇房結(jié)，接受了HCN2+GFP 的動(dòng)物形成了始源于注射位置周邊的房性心律，該心律對(duì)腎上腺素和毒蕈堿拮抗劑都能形成反應(yīng)，但對(duì)照組未能形成以上現(xiàn)象。

3.1.2 內(nèi)向整流鉀電流（Ik1）的抑制：成人群體心肌細(xì)胞內(nèi)也存在起搏活性，但在Ik1的抑制下而處于負(fù)的膜電位狀態(tài)，故而可以通過(guò)抑制Ik1的方法促進(jìn)心臟自發(fā)性搏動(dòng)過(guò)程的形成過(guò)程。

3.2細(xì)胞治療

主要包括兩種方法，一是把供體具有較高自律性的心臟細(xì)胞移植到受體的心肌細(xì)胞層，作為受體細(xì)胞新的起搏點(diǎn)替代功能已異常的初有節(jié)律點(diǎn)，且開(kāi)啟心臟的電與機(jī)械性活動(dòng);二是干細(xì)胞治療，經(jīng)誘導(dǎo)分化后干細(xì)胞將會(huì)成為同時(shí)具備起搏與傳導(dǎo)功能的細(xì)胞類(lèi)型，其能代替或修復(fù)功能受損組織細(xì)胞，促進(jìn)心臟起搏與傳導(dǎo)功能的恢復(fù)過(guò)程。

3.2.1起搏細(xì)胞移植

（1）自體細(xì)胞移植：張浩等^[4] 分離未成年豬SAN并將其移植到自體右室近心尖處，其能明顯提升完全性房室傳導(dǎo)阻滯后幼豬的心室率，移植組室性自主心律明顯高于對(duì)照組。

（2）異種細(xì)胞移植：林國(guó)生等^[5] 分離引產(chǎn)男嬰右房組織，制成細(xì)胞懸液并將其灌注至幼年豬左室游離壁以后可能促進(jìn)起搏豬心室。免疫組織化學(xué)提示，胚胎心肌細(xì)胞能夠在移植區(qū)段存活，進(jìn)而可能形成具備具備頻率應(yīng)答式功能的“生物起搏器”。

3.2.2 干細(xì)胞移植

（1）胚胎干細(xì)胞（ESCs）：ESCs具備全能性，其能分化程各種細(xì)胞，包括SAN。Kehat等是將ESCs用于生物起搏的初始者。其在研究中發(fā)現(xiàn)人體胚胎干細(xì)胞分化的心肌細(xì)胞能成功起搏房室傳導(dǎo)阻滯的豬心室。

（2）間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）：是一類(lèi)具備多分化強(qiáng)能的成體肝細(xì)胞，在脂肪、骨膜、滑膜、滑液等組織中廣泛存在。最近幾年中有研究指出，MSCs間高度表達(dá)兩種特異性縫隙連接蛋 白 Cx43與Cx45，具備強(qiáng)大的電傳導(dǎo)功能。當(dāng)下，臨床上多采用MSCs分化特殊心肌細(xì)胞去治療緩慢型心律失常。

3.3激素治療

Rentschler 等^[6] 對(duì)小鼠心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)采用lacZ基因標(biāo)識(shí)后發(fā)現(xiàn)，lacZ表達(dá)能呈現(xiàn)出心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)育與成熟進(jìn)程，心內(nèi)膜衍生的旁分泌因子對(duì)心臟收縮能力體征有明顯的促進(jìn)作用，進(jìn)而使心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)換為具備傳導(dǎo)功能的細(xì)胞。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下，細(xì)胞生物起搏在疾病臨床治療中的優(yōu)勢(shì)已被肯定，但不可否認(rèn)的是其在臨床應(yīng)用過(guò)程中依然存在很多問(wèn)題噬待處理，例如生物起搏在機(jī)體中的有效期那一確定、長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)不會(huì)出現(xiàn)感染或排斥反應(yīng)等，這均是有需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。和電子起搏器相比較，細(xì)胞生物起搏技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中無(wú)需導(dǎo)線、電池及植入硬件等，這是其典型優(yōu)勢(shì)，故而具有廣袤的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

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[6] Rentschler S，Zander J，Meyers K，et al.Neuregulin-1 promotes formation of the murine cardiac conduction system.Proc Natl Acad Sci U S A.2002;99（16）：10464-10469.

（作者單位：廊坊師范學(xué)院）