秦 魏,康秉濤,張 潔,郭 蒙,孫曉瑩,田姝薇,曹慧玲,△

1.西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所(陜西省缺血性心血管疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)(西安 710021);2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院(咸陽(yáng) 712046)

心腦血管疾病是全球人類首大死因，每年約有1700多萬(wàn)人死于心腦血管疾病，占全球死亡人數(shù)的1/3[1]，心律失常是一類嚴(yán)重的心血管疾病，可分為快速型和慢速型，前者包括心房纖顫(Atrial fibrillation,AF)、心房撲動(dòng)、心室纖顫、心室撲動(dòng)、早搏、心動(dòng)過(guò)速等，后者包括竇性心動(dòng)過(guò)緩、房室傳導(dǎo)阻滯等。AF是常見(jiàn)的室上性快速心律失常，包括陣發(fā)性、持續(xù)性和永久性三種類型，可單獨(dú)發(fā)病，亦可與其他心血管疾病伴發(fā)，如心力衰竭、急性心肌梗死、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病等。AF發(fā)生的主要原因是心房電重構(gòu)，其基本特征是心房肌動(dòng)作電位時(shí)程(Action potential duration,APD)與心房有效不應(yīng)期(Effective refractory period,ERP)縮短。AF治療包括導(dǎo)管消融術(shù)、外科消融術(shù)、電復(fù)律與藥物治療。目前臨床通過(guò)控制心率、心搏節(jié)律、抗凝等藥物治療AF，僅能減少AF發(fā)作次數(shù)與發(fā)作時(shí)間，很難使其恢復(fù)正常竇性節(jié)律，治療效果不理想[2-4]。常用藥物胺碘酮、心律平、多非利特因選擇性差，存在嚴(yán)重不良反應(yīng)，可引起更嚴(yán)重的室性心律失常。因此，研發(fā)新型抗AF藥物十分迫切。Kv1.5鉀離子通道主要在心房肌表達(dá)，選擇性強(qiáng)，可望成為抗AF藥物設(shè)計(jì)的新型高選擇性靶標(biāo)[4]。本文系統(tǒng)綜述了Kv1.5鉀離子通道在AF發(fā)生中的作用、Kv1.5鉀離子通道抑制劑在抗AF中的應(yīng)用與作用機(jī)制，以期為抗AF藥物研發(fā)與臨床應(yīng)用提供參考。

1 Kv1.5鉀離子通道與心房纖顫

鉀離子通道是生物進(jìn)化上出現(xiàn)最早的細(xì)胞膜離子通道之一，其電流是心肌細(xì)胞動(dòng)作電位形成中除0相去極化外的動(dòng)作電位復(fù)極過(guò)程的主要電流。根據(jù)分子特點(diǎn)，該離子通道又可分為二次、六次跨膜單孔通道及四次跨膜雙孔通道。Kv鉀離子通道包括Kv1、Kv2、Kv3、Kv4等亞家族，Kv1.5鉀離子通道是一種跨膜糖蛋白，是Kv1亞家族中的一個(gè)亞型，由4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的α亞基組裝成同源四聚體，而每一個(gè)亞基包含3部分，除去蛋白質(zhì)C-末端和N-末端，其主體部分是由6個(gè)跨膜蛋白分子片段(S1～S6)形成的通道。同一家族的不同亞家族成員也能自組裝形成異源四聚體，導(dǎo)致Kv鉀離子通道結(jié)構(gòu)和功能的多樣性。Kv1.5鉀離子通道主要分布在心房，尚未發(fā)現(xiàn)在心室中表達(dá)，在心房復(fù)極與動(dòng)作電位時(shí)程中發(fā)揮重要作用[5-8]。

AF是一種室上性快速心律失常，心房無(wú)節(jié)律的快速折返沖動(dòng)替代了正常的竇性節(jié)律，導(dǎo)致心房過(guò)速且不規(guī)律的異位搏動(dòng)。心房電重構(gòu)是其發(fā)生的主要原因，其主要特征是心房肌APD與ERP縮短。參與人類心房肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極的外向鉀離子電流主要包括四種：瞬時(shí)外向鉀電流(ITo)、內(nèi)向整流鉀電流(IK1)、乙酰膽堿敏感鉀電流(IKACh)與延遲整流鉀電流(IK),IK依據(jù)通道動(dòng)力學(xué)不同分為慢激活(IKs)、快激活(IKr)與超速激活(IKur)外向整流鉀電流。IKur特點(diǎn)是激活很快，去極化激活后立刻出現(xiàn)外向電流，失活緩慢，具有電壓依賴性，與心房肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極的Ⅰ相與Ⅱ相密切相關(guān)。IKur的分子基礎(chǔ)是Kv1.5鉀離子通道，受KCNA5基因調(diào)控，目前發(fā)現(xiàn)Kv1.5鉀離子通道只在心房肌表達(dá)，尚未發(fā)現(xiàn)在心室肌表達(dá)，具有高選擇性，Kv1.5鉀離子通道介導(dǎo)的快速?gòu)?fù)極是陣發(fā)性與持續(xù)性AF的病理生理基礎(chǔ)，在AF發(fā)生中發(fā)揮重要作用。Kv1.5鉀離子通道可通過(guò)調(diào)控IKur，延遲鉀離子電流，縮短心房肌APD與ERP，引發(fā)AF[8-10]。丁紹祥等[2]發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，AF組大鼠中Kv1.5 mRNA含量與Kv1.5蛋白質(zhì)光密度值均顯著上調(diào)。提示Kv1.5鉀離子通道電流變化，鉀通道蛋白與mRNA表達(dá)變化均與心房電重構(gòu)聯(lián)系密切。因此，抑制Kv1.5鉀離子通道可延長(zhǎng)心房肌APD與ERP，改善AF。

研究表明，TGF-β1/Smad/α-actinin-2/Kv1.5通路參與風(fēng)濕性心臟病AF的發(fā)生與進(jìn)程。其中，α-actinin-2與CVF、TGF-β1、Kv1.5鉀離子通道表達(dá)呈正相關(guān)，提示α-actinin-2調(diào)控Kv1.5鉀離子通道參與心肌電重構(gòu)，可調(diào)控TGF-β1/Smad介導(dǎo)與纖維化相關(guān)的結(jié)構(gòu)重構(gòu)、調(diào)控AF[11]。研究[12]發(fā)現(xiàn)，阻斷Kv1.5鉀離子通道會(huì)影響縫隙連接蛋白40(Cx40)表達(dá)水平。張珂等[13]發(fā)現(xiàn)特異性阻斷Kv1.5鉀離子通道，AF組心房肌細(xì)胞中Cx40表達(dá)水平顯著上調(diào)(P<0.01)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)濕性心臟瓣膜病合并AF患者的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A(DNMT3A)與Kv1.5蛋白表達(dá)呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)，揭示DNMT3A可能參與調(diào)控Kv1.5鉀離子通道的表達(dá)，影響AF[14]。

2 Kv1.5鉀離子通道抑制劑的抗AF作用

AF包括陣發(fā)性、持續(xù)性、永久性三種類型。陣發(fā)性AF，特點(diǎn)為AF持續(xù)時(shí)間低于48 h，7 d 內(nèi)或可自行轉(zhuǎn)復(fù)為竇性心律，可反復(fù)發(fā)作；持續(xù)性AF，特點(diǎn)為AF持續(xù)時(shí)間超過(guò)48 h，需藥物轉(zhuǎn)復(fù)，或電轉(zhuǎn)復(fù)；永久性AF，特點(diǎn)是AF不能轉(zhuǎn)復(fù)或轉(zhuǎn)復(fù)后24 h內(nèi)即復(fù)發(fā)[8-10]。Kv1.5鉀離子通道抑制劑可特異性地作用于心房肌細(xì)胞上的Kv1.5鉀離子通道，從而導(dǎo)致類似于Ⅲ類抗心律失常藥物的效果。Kv1.5鉀離子通道抑制劑對(duì)三種不同類型AF均有一定治療作用，其作用機(jī)制包括延長(zhǎng)心肌APD和ERP[5-8]。

2.1 維納卡蘭：維納卡蘭是由Cardiome和Astellas合作研發(fā)的新型抗AF藥物，2009年，維納卡蘭完成了AVRO試驗(yàn)，歐洲藥品管理局于2011年批準(zhǔn)維納卡蘭可用于早期AF轉(zhuǎn)復(fù)，是首個(gè)批準(zhǔn)上市的用于治療AF的Kv1.5鉀離子通道抑制劑類藥物，臨床上可用于7 d內(nèi)非外科新發(fā)AF或3 d內(nèi)外科手術(shù)后新發(fā)AF的治療[15]。維納卡蘭對(duì)陣發(fā)性AF轉(zhuǎn)復(fù)率較高，而對(duì)持續(xù)性或永久性AF的治療效果尚不理想。納卡蘭終止48 h內(nèi)新發(fā)AF有效率可達(dá)52.2%，對(duì)持續(xù)AF轉(zhuǎn)復(fù)有效率為8.2%，其終止AF所需平均時(shí)間為11 min[8]。該藥物作為Kv1.5鉀離子通道抑制劑，可延長(zhǎng)心房肌ERP與心房肌電傳導(dǎo)，但不會(huì)造成心房肌電生理特性改變，從而避免了致命性心律失常發(fā)生，安全性優(yōu)于胺碘酮[8,15]。

2.2 8-羥基松脂醇苷：8-羥基松脂醇苷是從纈草中提取的單體化合物，方穎等[16]發(fā)現(xiàn)在人胚胎腎上皮細(xì)胞(HEK293)中表達(dá)Kv1.5鉀離子通道蛋白，采用膜片鉗檢測(cè)8-羥基松脂醇苷對(duì)Kv1.5鉀離子通道電流的影響。研究表明，該化合物對(duì)HEK293細(xì)胞Kv1.5鉀離子通道電流具有濃度依賴性抑制作用，10 μmol/L與30 μmol/L化合物抑制率分別為28.5%與37.1%。且此抑制作用具有可逆性，即該化合物對(duì)HEK細(xì)胞Kv1.5鉀離子通道電流的抑制作用，洗脫后細(xì)胞電流基本恢復(fù)正常，表明在一定濃度范圍內(nèi)，該藥物具有較好安全性。8-羥基松脂醇苷可通過(guò)抑制Kv1.5鉀離子通道電流，延長(zhǎng)心肌ERP，發(fā)揮抗AF作用。

2.3 丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉：丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉可影響大鼠心房肌細(xì)胞中Kv1.5鉀離子通道表達(dá)。劉維琴等[17]采用氯化鈣-乙酰膽堿混合液，構(gòu)建大鼠AF模型，測(cè)定丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉對(duì)心房肌細(xì)胞中Kv1.5鉀離子通道表達(dá)與心房肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，模型組大鼠心房肌細(xì)胞中 Kv1.5基因表達(dá)顯著下調(diào)(P<0.05)，且伴隨心房肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)損傷。丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉治療組可顯著上調(diào)Kv1.5基因表達(dá)水平(P<0.05)，改善心肌細(xì)胞形態(tài)，改善心房肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)損傷，影響心房電重構(gòu)，延長(zhǎng)APD與ERP，預(yù)防和治療AF。同時(shí)，在臨床治療中，丹參酮Ⅱ-A磺酸鈉與胺碘酮協(xié)同使用，可顯著改善AF，也可減輕胺碘酮單一治療房顫所造成的毒副作用[17-18]。

2.4 烏頭堿：烏頭堿是一種強(qiáng)效非選擇性鉀通道抑制劑，常用于心律失常動(dòng)物造模。李宜富[19]利用雙電級(jí)電壓鉗技術(shù)，測(cè)量了表達(dá)在非洲爪蟾卵母細(xì)胞上Kv1.5鉀離子通道的電流，同時(shí)利用丙氨酸突變技術(shù)，構(gòu)建了hERG和Kv1.5鉀離子通道蛋白基因突變型，研究比較了烏頭堿對(duì)野生型和突變型Kv1.5鉀離子通道抑制作用。結(jié)果表明，烏頭堿可以時(shí)間依賴性和電壓依賴性的雙重方式實(shí)現(xiàn)卵母細(xì)胞上Kv1.5鉀離子通道的阻斷作用[IC50(0.796±0.123) μmol/L;Hill系數(shù)(0.280±0.020)]，且抑制效應(yīng)亦呈現(xiàn)濃度依賴性。但烏頭堿對(duì)突變型Kv1.5鉀離子通道蛋白(V505A、I508A、V512A)的抑制作用明顯下降(與野生型相比，IC50值分別增加21，1199和1150倍)。

2.5 其他Kv1.5鉀離子通道抑制劑：一些新型Kv1.5鉀離子通道抑制劑有望成為治療持續(xù)性或永久性AF的優(yōu)選藥物：①Kv1.5鉀離子通道抑制劑S9947可顯著抑制Kv1.5鉀離子通道和心房IKur，其半效抑制濃度分別為0.42 μmol/L和0.07 μmol/L，通過(guò)抑制Kv1.5鉀離子通道，延長(zhǎng)APD與ERP，改善AF。②Kv1.5鉀離子通道抑制劑AVE0118是IKur與ITo電流早期復(fù)極的抑制劑，可抑制Kv1.5鉀離子通道電流，延長(zhǎng)APD與ERP，增強(qiáng)心房收縮，促使AF轉(zhuǎn)復(fù)；AVE0118可延長(zhǎng)山羊心房APD與ERP，增強(qiáng)心肌收縮力，可使山羊持續(xù)性AF轉(zhuǎn)復(fù)率提高至63%，且不引發(fā)嚴(yán)重室性心律失常。③Kv1.5鉀離子通道抑制劑AZD7009可延長(zhǎng)APD90和ERP，可用于持續(xù)性AF轉(zhuǎn)復(fù)。④對(duì)于永久性AF治療主要以控制心室頻率為主，Kv1.5鉀離子通道抑制劑MK-0448、XEN-Do103可使永久性AF患者右心房小梁APD90與ERP延長(zhǎng)，對(duì)永久性AF有一定治療作用[4,8-10,15]。

3 結(jié) 語(yǔ)

AF是嚴(yán)重的心血管疾病，臨床已有藥物因缺乏選擇性，導(dǎo)致治療效果不理想，不良反應(yīng)較大，易誘發(fā)更為嚴(yán)重的室性心律失常。Kv1.5鉀離子通道主要在心房肌細(xì)胞表達(dá)，具有較高選擇性，Kv1.5鉀離子通道抑制劑可望成為理想的抗AF藥物，通過(guò)延長(zhǎng)APD與ERP，治療AF，降低發(fā)生嚴(yán)重室性心律失常的概率。因此，Kv1.5鉀離子通道抑制劑研究一直倍受關(guān)注。鉀離子通道檢測(cè)主要依靠熒光技術(shù)，包括了小分子熒光探針、量子點(diǎn)技術(shù)和熒光蛋白技術(shù)。與傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比，小分子熒光探針具有體積小、設(shè)備簡(jiǎn)單以及膜透過(guò)性好等優(yōu)勢(shì)，其不僅可以檢測(cè)活體生物靶點(diǎn)而且還能提供相關(guān)靶點(diǎn)的動(dòng)態(tài)信息[20]。但是，目前Kv1.5鉀離子通道的晶體結(jié)構(gòu)尚未解析，阻礙了Kv1.5鉀離子通道抑制劑設(shè)計(jì)與進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時(shí)Kv1.5鉀離子通道抑制劑抗AF的分子作用機(jī)制有待進(jìn)一步探究。相信隨著Kv1.5鉀離子通道晶體結(jié)構(gòu)的解析，Kv1.5鉀離子通道抑制劑抗AF分子作用機(jī)制的深入闡釋，Kv1.5鉀離子通道抑制劑必將在AF治療領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。