鈣離子穩(wěn)態(tài)的調(diào)控在糖尿病相關(guān)心房顫動(dòng)中的作用

高婧晗 劉飛 楊曉蕾 夏云龍

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 大連 116011)

糖尿病是最常見(jiàn)的慢性病并且是心血管疾病的主要危險(xiǎn)因素[1]，可明確增加心房顫動(dòng)(房顫)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，研究表明糖尿病患者比非糖尿病患者發(fā)生房顫的風(fēng)險(xiǎn)高約40%[2]，并且糖尿病與房顫患者癥狀的嚴(yán)重程度和遠(yuǎn)期生存質(zhì)量密切相關(guān)[1]。同時(shí)，糖尿病患者合并房顫發(fā)生腦卒中和心力衰竭等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)顯著高于未罹患糖尿病的患者[3]。另一方面，糖尿病合并房顫的患者大約有1/3預(yù)后不良，且死亡率明顯高于不合并糖尿病的患者[4]。

糖尿病誘發(fā)房顫的機(jī)制包括心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)及心房電重構(gòu)，且兩者之間相輔相成，相互影響[5]。心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的主要表現(xiàn)包括心房擴(kuò)大和心房間質(zhì)纖維化[6]。其中，心房間質(zhì)纖維化可導(dǎo)致心房傳導(dǎo)延遲和折返環(huán)路的形成[7]。另一方面，心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的發(fā)生往往伴隨著電學(xué)特征的改變[8]。主要表現(xiàn)為快速心房搏動(dòng)引起心房肌動(dòng)作電位時(shí)程(action potential duration，APD)及心房有效不應(yīng)期(atrial effective refractory period，AERP)的縮短、AERP頻率適應(yīng)性下降等[9]，進(jìn)而導(dǎo)致一系列心律失常的發(fā)生。研究表明，細(xì)胞內(nèi)外鈣離子穩(wěn)態(tài)的失衡是導(dǎo)致房顫發(fā)生和發(fā)展的重要原因[10]。近些年越來(lái)越多的研究表明，鈣離子穩(wěn)態(tài)的異常在糖尿病相關(guān)房顫的發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵作用[11]。現(xiàn)綜述鈣離子穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)失衡在糖尿病患者發(fā)生房顫的發(fā)病機(jī)制方面的相關(guān)進(jìn)展(見(jiàn)圖1)。

注：RyR2：雷諾丁受體2；PLN：受磷蛋白；SERCA2a：肌漿網(wǎng)鈣離子ATP酶2a。圖1 鈣離子在調(diào)控糖尿病相關(guān)房顫中的作用機(jī)制

1 鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ在糖尿病患者中誘發(fā)房顫的發(fā)生機(jī)制

鈣離子主要來(lái)源于肌漿網(wǎng)鈣離子的釋放和經(jīng)細(xì)胞膜L型鈣通道對(duì)細(xì)胞外鈣離子的攝取[10]。鈣離子濃度主要受鈣調(diào)蛋白信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，研究表明，高血糖可引發(fā)心肌細(xì)胞內(nèi)鈣泵功能的降低，導(dǎo)致心肌細(xì)胞內(nèi)鈉鈣交換增加和鈣通道的激活，進(jìn)而使得細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，從而增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子和鈣調(diào)蛋白(calmodulin，CaM)結(jié)合的概率，激活CaM和Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase，CaMK)，導(dǎo)致鈣調(diào)蛋白信號(hào)通路的過(guò)度激活[12]。同時(shí)研究表明，急性高血糖可引起N-乙酰氨基葡萄糖對(duì)CaMKⅡ進(jìn)行共價(jià)修飾，從而自動(dòng)激活CaMKⅡ，進(jìn)一步促進(jìn)鈣調(diào)蛋白信號(hào)通路的激活[13]。因此，CaMKⅡ在糖尿病患者發(fā)生房顫的作用機(jī)制中起重要作用。

1.1 CaMKⅡ?qū)字Z丁受體的調(diào)控作用

鈣離子與CaMKⅡ結(jié)合后，可激活肌漿網(wǎng)上的雷諾丁受體(ryanodine receptor，RyR)，從而促進(jìn)鈣離子進(jìn)一步從肌漿網(wǎng)上釋放，引發(fā)鈣誘導(dǎo)鈣釋放的發(fā)生[14]。研究表明，CaMKⅡ的過(guò)度激活，增加了RyR的開(kāi)放頻率，從而使得房顫中肌漿網(wǎng)自發(fā)性鈣釋放增加，引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載[15]。有實(shí)驗(yàn)證明，在糖尿病大鼠的心肌細(xì)胞中可觀察到RyR2激活增強(qiáng)導(dǎo)致的自發(fā)性的鈣釋放[16]。同時(shí)高糖飲食的大鼠，CaMKⅡ誘導(dǎo)的RyR2磷酸化程度相比于正常飲食的大鼠明顯增加，而RyR2磷酸化會(huì)增加肌漿網(wǎng)鈣離子泄漏，使得細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增高，促進(jìn)房顫的發(fā)生[17]。因此，CaMKⅡ抑制劑成為糖尿病患者治療房顫等心律失常的潛在治療策略[18]。

1.2 CaMKⅡ?qū){網(wǎng)鈣離子ATP酶2a的調(diào)控作用

研究表明，CaMKⅡ通過(guò)特異性調(diào)控受磷蛋白(phospholamban，PLN)磷酸化進(jìn)而影響肌漿網(wǎng)鈣離子ATP酶2a(sarcoplasmic reticulum Ca2+ATPase，SERCA2a)的活性，因此，PLN是CaMKⅡ的特異性磷酸化位點(diǎn)[18]。PLN可與SERCA2a相互作用并抑制其活性，從而抑制鈣離子通過(guò)SERCA2a進(jìn)入肌漿網(wǎng)，同時(shí)研究表明PLN的磷酸化狀態(tài)會(huì)影響SERCA2a的活性[19]。實(shí)驗(yàn)表明磷酸化的PLN通過(guò)與心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子結(jié)合，進(jìn)一步觸發(fā)了自發(fā)性鈣離子釋放，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，引發(fā)鈣超載，從而引起房顫等心律失常的發(fā)生[18]。研究表明，SERCA2a在糖尿病小鼠模型的心肌內(nèi)表達(dá)明顯降低[20]，這與肌漿網(wǎng)對(duì)鈣離子的攝取減少密切相關(guān)[21]。同時(shí)，也有研究表明在糖尿病心肌細(xì)胞中，總體上SERCA2a水解ATP和轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子的能力相比于正常心肌細(xì)胞顯著降低[22]，從而引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度異常，引發(fā)房顫等一系列心律失常。

2 L型鈣通道在糖尿病心肌病中對(duì)鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)控

心房電重構(gòu)主要涉及L型鈣通道功能改變以及電壓依賴(lài)性L(fǎng)型鈣通道蛋白的失活[10]。研究表明，糖尿病導(dǎo)致的病理?yè)p傷可引起離子通道發(fā)生改變[11]。有實(shí)驗(yàn)研究表明，高糖狀態(tài)可引起L型鈣通道表達(dá)減少[23]，引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度異常，使得APD縮短，導(dǎo)致異常的心房電沖動(dòng)和糖尿病相關(guān)性房顫的發(fā)生。另一方面，糖尿病大鼠心肌細(xì)胞在舒張期肌質(zhì)網(wǎng)鈣離子儲(chǔ)存減少[23]，而房顫發(fā)作時(shí)出現(xiàn)的快速心房收縮，使得肌漿網(wǎng)鈣離子攝取異常，進(jìn)一步促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)鈣超載的發(fā)生[24]。由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子的升高，心房肌細(xì)胞進(jìn)一步下調(diào)L型鈣通道蛋白的表達(dá)[25]，引起鈣電流密度進(jìn)一步降低[23]，導(dǎo)致APD和AERP縮短，進(jìn)而導(dǎo)致心房傳導(dǎo)速度降低和折返激動(dòng)得以維持，促進(jìn)了房顫的發(fā)生和發(fā)展[10，26]。此外，房顫發(fā)作時(shí)不僅下調(diào)L型鈣通道蛋白的表達(dá)，還可通過(guò)蛋白的去磷酸化、促進(jìn)通道蛋白降解等途徑來(lái)降低L型鈣通道的功能和活性，進(jìn)一步抑制了鈣離子內(nèi)流[27]。

3 小分子核糖核酸在糖尿病心肌病中對(duì)鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)控作用

小分子核糖核酸(microRNA，miRNA)參與了包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖等在內(nèi)的生命活動(dòng)。近些年，研究表明miRNA的表達(dá)失調(diào)可導(dǎo)致多種離子通道表達(dá)異常，最終導(dǎo)致心房重構(gòu)[10]。而糖尿病對(duì)于miRNA的表達(dá)具有重要調(diào)控作用。miRNA通過(guò)與Argonaute蛋白家族結(jié)合形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體[28]，使得目標(biāo)mRNA的翻譯水平下降，從而抑制目的基因的表達(dá)。

miRNA-1是心臟中表達(dá)量最高的miRNA。miRNA-1的過(guò)度表達(dá)可抑制細(xì)胞L型鈣通道的表達(dá)，促進(jìn)房顫的發(fā)生[29]。研究表明，糖尿病的細(xì)胞高糖狀態(tài)導(dǎo)致的細(xì)胞毒性作用，可引起心肌細(xì)胞miRNA-1過(guò)度表達(dá)[30]。miRNA-1過(guò)度表達(dá)會(huì)促進(jìn)RyR2的磷酸化，使得細(xì)胞內(nèi)鈣離子釋放增加，引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度異常，引起房顫等心律失常的發(fā)生[28]。同時(shí)研究表明，在糖尿病兔心臟中miRNA-133水平顯著上調(diào)[30]，miRNA-133過(guò)度表達(dá)可抑制蛋白磷酸酶的活性，導(dǎo)致RyR2過(guò)度磷酸化，引起肌漿網(wǎng)鈣離子釋放增加和鈣超載的發(fā)生，增加發(fā)生房顫等心律失常的風(fēng)險(xiǎn)[29]。另一方面，miRNA-133的過(guò)度表達(dá)能降低心肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4水平，降低胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖水平，導(dǎo)致心肌細(xì)胞中葡萄糖攝取減少[30]。故而miRNA-1和miRNA-133的過(guò)度表達(dá)，可引起RyR2過(guò)度磷酸化，進(jìn)而細(xì)胞內(nèi)鈣釋放增加，導(dǎo)致房顫的發(fā)生與發(fā)展[31]。

因此miRNA可能參與了糖尿病患者房顫誘導(dǎo)的心房電重構(gòu)，引起細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)異常，導(dǎo)致持續(xù)性房顫的發(fā)生[32]。故而針對(duì)miRNA的特異性治療成為了抗心律失常治療的潛在靶點(diǎn)。有研究證明，在轉(zhuǎn)基因小鼠中磷酸化向去磷酸化的轉(zhuǎn)化可能具有抗心律失常的作用，這些結(jié)果表明，心律失常事件的增加可能是由于miRNA-1和miRNA-133介導(dǎo)的RyR2磷酸化的結(jié)果，這為建立特異性miRNA-1和miRNA-133治療靶點(diǎn)提供了理論基礎(chǔ)[31]。

4 展望

糖尿病是目前最常見(jiàn)的慢性疾病之一，可明顯增加房顫的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并且兩者常常合并存在，嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生命健康。糖尿病不僅會(huì)增加房顫患者的死亡率，并且會(huì)降低患者遠(yuǎn)期生存率，降低長(zhǎng)期生存質(zhì)量。糖尿病通過(guò)調(diào)控離子通道異常和CaMKⅡ的過(guò)度激活，引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子穩(wěn)態(tài)異常，進(jìn)而導(dǎo)致房顫的發(fā)生。另一方面miRNA介導(dǎo)的鈣離子通道表達(dá)異常和CaMKⅡ介導(dǎo)的SERCA2a表達(dá)的減少，也在細(xì)胞內(nèi)鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡中發(fā)揮了重要作用。但關(guān)于具體的分子調(diào)控機(jī)制以及潛在的治療靶點(diǎn)仍需進(jìn)一步的研究。