微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙在心律失常中的作用研究進(jìn)展

張潔晗綜述 李紅蓉審校

心律失常是臨床常見病、多發(fā)病，但多數(shù)患者在常規(guī)心電圖檢查時(shí)往往難以捕捉到典型的心律失常發(fā)作，因而被診斷為功能性心律失?；蛏窠?jīng)官能癥，雖然此種類型的心律失常多預(yù)后良好且不影響日常生活，但某些惡性心律失常如持續(xù)性室性心動(dòng)過速和心室撲動(dòng)與顫動(dòng)等有時(shí)會(huì)誤診為功能性心律失常，有導(dǎo)致心臟性猝死的風(fēng)險(xiǎn)[1]。近些年來，猝死的發(fā)生率逐年升高，且有年輕化的趨勢(shì)，青少年運(yùn)動(dòng)猝死已經(jīng)引發(fā)了廣泛的關(guān)注[2]。因此，早期識(shí)別惡性心律失常對(duì)于防止病情進(jìn)展、向猝死轉(zhuǎn)歸具有重要意義。微血管分布于血管與組織間，在人體微循環(huán)當(dāng)中發(fā)揮重要作用，分布于心臟當(dāng)中的冠狀動(dòng)脈微血管為心肌內(nèi)血流提供通路，同時(shí)覆蓋于血管內(nèi)膜表面的內(nèi)皮細(xì)胞能夠?yàn)樾募〖?xì)胞提供血氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，控制微循環(huán)血流，完成正常的生理功能。當(dāng)微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能出現(xiàn)障礙時(shí)，心肌細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)來源被阻斷，同時(shí)受損的內(nèi)皮細(xì)胞還會(huì)分泌代謝產(chǎn)物進(jìn)一步影響心肌細(xì)胞功能，當(dāng)累及心肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)則可出現(xiàn)心律失常表現(xiàn)。因此，有效改善微血管功能，保護(hù)微血管內(nèi)皮細(xì)胞，對(duì)于防治心律失常具有重要的臨床意義。

1 微血管內(nèi)皮細(xì)胞生理功能及其功能障礙的病理機(jī)制

微血管網(wǎng)狀分布于全身各處，為人體的末梢循環(huán)提供血氧并輸布營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微血管管壁內(nèi)膜表面由內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋，是血液與血管壁之間的天然屏障，內(nèi)皮細(xì)胞在維持血管通透性、抑制細(xì)胞遷移和趨化進(jìn)程、調(diào)節(jié)血管舒縮、參與血液的促凝和抗凝等方面具有關(guān)鍵作用[3]。諸多外界影響因素能損害血管內(nèi)皮功能，如高血壓、高血糖、高血脂、吸煙、肥胖等，這些因素一方面破壞內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)不完整、屏障功能受損、血管通透性增加；另一方面影響內(nèi)皮細(xì)胞的分泌功能，并促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分泌炎性因子、募集外周炎性細(xì)胞黏附于受損部位，進(jìn)而影響微循環(huán)功能，成為各類微循環(huán)疾病的發(fā)病基礎(chǔ)。

2 微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的影響因素

微血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的活性因子時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)平衡中，以保持微血管處于穩(wěn)態(tài)環(huán)境。多種有害因素均能夠影響內(nèi)皮細(xì)胞功能，如腎素—血管緊張素(RAS)系統(tǒng)激活、缺血再灌注損傷、胰島素抵抗、游離脂肪酸水平升高、炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激等均可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[4]，破壞內(nèi)皮細(xì)胞的屏障作用，此時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞的分泌作用受到外界干預(yù)，生理平衡狀態(tài)被打破，在損害內(nèi)皮自身功能的同時(shí)，分泌的有害物質(zhì)還可進(jìn)入血液、組織、器官中，從而引發(fā)相關(guān)疾病。

2.1 RAS系統(tǒng)激活 RAS系統(tǒng)與體內(nèi)血管舒張及收縮關(guān)系密切，腎素是蛋白酶的一種，由腎小球入球動(dòng)脈的球旁細(xì)胞合成和分泌，經(jīng)過腎靜脈進(jìn)入血液循環(huán)[5]。血管緊張素原在腎素作用下水解產(chǎn)生Ang-Ⅰ，Ang-Ⅰ在血管緊張素轉(zhuǎn)換酶作用下水解產(chǎn)生Ang-Ⅱ，Ang-Ⅱ能收縮血管，增加外周阻力，激活交感神經(jīng)，使血管平滑肌細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和纖維化，誘發(fā)心臟血管重構(gòu)[6]。RAS系統(tǒng)對(duì)血管的效應(yīng)可直接反應(yīng)到內(nèi)皮細(xì)胞，造成氧化應(yīng)激產(chǎn)生，誘導(dǎo)內(nèi)皮功能損傷和炎性反應(yīng)。

2.2 缺血/再灌注(I/R)損傷 介入治療是目前心肌缺血、心肌梗死、腦梗死等心腦血管疾病的常用治療手段，通過外科介入技術(shù)恢復(fù)血運(yùn)、保證組織器官的血氧供應(yīng)能夠有效降低致殘率和病死率，然而I/R損傷是臨床中常見的棘手問題。以急性心肌梗死(AMI)為例，I/R后常見心律失常、心肌細(xì)胞凋亡、壞死等情況，造成氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，進(jìn)一步加重對(duì)心肌的損傷[7]。在心肌損傷中，內(nèi)皮細(xì)胞更容易發(fā)生損傷，引發(fā)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、微血栓形成等級(jí)聯(lián)效應(yīng)，加速心肌細(xì)胞的I/R損傷，導(dǎo)致心肌壞死[8]。心肌I/R損傷的病理特點(diǎn)之一是微循環(huán)損傷，其中氧自由基起主要作用，氧自由基的堆積破壞細(xì)胞膜及胞內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)、脂肪，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損，進(jìn)一步發(fā)生細(xì)胞凋亡或壞死[9]。

2.3 胰島素抵抗 胰島素抵抗指靶器官對(duì)胰島素的敏感性降低，在糖脂代謝中具有重要意義，胰島素抵抗破壞糖、脂質(zhì)代謝平衡，同時(shí)參與炎性反應(yīng)、內(nèi)皮損傷、氧化應(yīng)激等多個(gè)環(huán)節(jié)[10]。內(nèi)皮細(xì)胞表面表達(dá)胰島素受體，體內(nèi)諸多生長(zhǎng)因子如胰島素樣生長(zhǎng)因子-1、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、血小板源性生長(zhǎng)因子等受體均為胰島素受體。當(dāng)存在胰島素抵抗時(shí)，高胰島素血癥抑制內(nèi)皮細(xì)胞PI3K信號(hào)通路，激活Ras/MAPK信號(hào)通路，降低NO生物利用度[11]，增加ET-1分泌，引起內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙又進(jìn)一步加重胰島素抵抗，形成一個(gè)惡性循環(huán)。

2.4 游離脂肪酸水平升高 游離脂肪酸存在于血漿中，能夠維持脂類代謝平衡，并通過氧化作用為機(jī)體供能。當(dāng)體內(nèi)游離脂肪酸水平升高時(shí)，內(nèi)皮型一氧化氮合酶活性降低，從而導(dǎo)致具有保護(hù)內(nèi)皮作用的NO生成減少，同時(shí)高水平的游離脂肪酸還能增加促炎因子的活性，誘導(dǎo)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激，產(chǎn)生大量活性氧，造成內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[12]。

2.5 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)能合成、折疊和儲(chǔ)存蛋白質(zhì)，ER中未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的應(yīng)激反應(yīng)即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，可由氧化應(yīng)激、缺血缺氧、鈣超載等引起。血液在血管中流動(dòng)造成的機(jī)械力學(xué)刺激可通過內(nèi)皮細(xì)胞依賴機(jī)械力敏感蛋白——血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附蛋白1介導(dǎo)的信號(hào)通路，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生ER應(yīng)激，促進(jìn)炎性分子表達(dá)[13]，造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷。

2.6 炎性反應(yīng) 從解剖關(guān)系上來看，內(nèi)皮細(xì)胞通過細(xì)胞間緊密連接等維持血管通透性并參與物質(zhì)交換，以此保證血液正常循行于血管中。通常內(nèi)皮細(xì)胞間連接處于緊閉狀態(tài)，避免大分子物質(zhì)進(jìn)入組織間隙。當(dāng)炎性介質(zhì)等物質(zhì)干擾緊密連接時(shí),這種屏障作用便被破壞，此時(shí)血液中單核細(xì)胞、白細(xì)胞等可通過細(xì)胞旁途徑進(jìn)入組織間隙形成損傷。內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能正常與否還通過緊密連接蛋白(tight junctions,TJ)體現(xiàn)，其中閉鎖小帶蛋白1(zonula occludens-1,ZO-1)、閉合蛋白(Occludin)常作為評(píng)價(jià)細(xì)胞屏障功能的指標(biāo)。ZO-1構(gòu)成的蛋白質(zhì)復(fù)合體與胞質(zhì)內(nèi)骨架蛋白結(jié)合，在胞內(nèi)信號(hào)調(diào)節(jié)下決定小分子物質(zhì)是否可以通過細(xì)胞間隙，外界刺激條件如高糖環(huán)境能降低ZO-1表達(dá)，影響內(nèi)皮細(xì)胞的屏障功能[14-16]。

3 內(nèi)皮細(xì)胞的分泌功能

內(nèi)皮細(xì)胞通過旁分泌和/或自分泌途徑釋放多種血管活性物質(zhì)，這些物質(zhì)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，共同發(fā)揮調(diào)控血管舒張與收縮、血液抗凝與促凝、血管修復(fù)與重構(gòu)等功能。當(dāng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡或受到外界因素刺激時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞的分泌功能受到影響，造成某一種或多種活性物質(zhì)分泌不足或過剩，可引發(fā)微血管病變，影響微循環(huán)功能。

3.1 內(nèi)皮素 內(nèi)皮素(endothelin，ET)在內(nèi)皮細(xì)胞中廣泛存在，具有收縮血管、維持血管張力、維持心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的作用。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞受損時(shí)，分泌的舒血管因子減少，縮血管因子增多，可誘發(fā)高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、心律失常等多種疾病。ET-1是心血管系統(tǒng)中最常見亞型，主要由內(nèi)皮細(xì)胞、心內(nèi)膜和心肌合成并釋放，其受體主要是內(nèi)皮素A(ETA)和內(nèi)皮素B(ETB)。ETA受體在心肌細(xì)胞上表達(dá)，與ET-1結(jié)合引起心肌細(xì)胞收縮，增加細(xì)胞內(nèi)鈣濃度。ETB受體存在于內(nèi)皮細(xì)胞中，與ET-1結(jié)合可介導(dǎo)舒張血管小分子物質(zhì)釋放，擴(kuò)張血管[17]。內(nèi)皮細(xì)胞損傷后分泌的ET升高，對(duì)微血管產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮作用，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)造成不良影響。

3.2 一氧化氮 血液中的NO主要來源于內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)，eNOS在輔酶因子四氫生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)參與下通過催化L-精氨酸生成NO，BH4失活可導(dǎo)致eNOS 解離[18]，使NO生成減少，舒張血管的效應(yīng)降低，影響內(nèi)皮細(xì)胞功能。機(jī)體中的ET-1與NO維持動(dòng)態(tài)平衡，以保證血管的收縮和舒張功能平衡，當(dāng)內(nèi)皮功能損傷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致NO生物利用度降低，環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)含量降低，影響蛋白激酶G(PKG)活性。NO也可抑制白細(xì)胞黏附因子CD11、CD18的活性或抑制VACM-1、ICAM-1和MCP-1的表達(dá)而抑制白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附狀態(tài)，維持微血管功能完整[19]。

3.3 前列環(huán)素 前列環(huán)素(PGI2)主要在內(nèi)皮細(xì)胞中合成，能舒張血管平滑肌，抑制血小板聚集，外界刺激如血流剪切力、炎性因子、缺氧等均能促使內(nèi)皮細(xì)胞分泌PGI2，PGI2降解后形成穩(wěn)定的6-keto-PGF1α，其表達(dá)水平可反映PGI2的水平。PGI2與TXA2共同調(diào)節(jié)血管壁緊張度、維持血小板功能和血管壁細(xì)胞的遷移，內(nèi)皮功能障礙則影響二者分泌，引起血小板聚集、炎性介質(zhì)增加等病理反應(yīng)[20]。PGI2還能刺激NO的釋放，并增加冠狀動(dòng)脈血管對(duì)NO的敏感性，NO與PGI2的協(xié)同作用增強(qiáng)對(duì)血管的擴(kuò)張效應(yīng)，抑制血小板聚集，從而發(fā)揮保護(hù)血管的效應(yīng)[21]。

3.4 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)是一種血管內(nèi)皮細(xì)胞的特異性有絲分裂原，具有促進(jìn)內(nèi)皮有絲分裂、增殖、遷移、抗凋亡等作用[22]。在低氧條件下，VEGF與VEGF受體結(jié)合引起受體磷酸化，激活有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)，提高血漿酶原活化因子(PA)活性，促進(jìn)細(xì)胞外蛋白水解，使毛細(xì)血管新生。VEGF家族中的VEGF-A在血管生成中發(fā)揮主要作用，其受體VEGF-R1和VEGF-R2能夠協(xié)同人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中的基因表達(dá)[23]。同時(shí)，VEGF還具備增加血管通透性的作用，可通過活化磷脂酶Cγ促進(jìn)前列腺素的生成，提高血管通透性，也可作為eNOS的上游激活物，通過Akt促進(jìn)NO合成與內(nèi)皮細(xì)胞增生[24]。

3.5 血管緊張素Ⅱ 血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)主要由內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞分泌，同時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞中的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)也可合成AngⅡ，當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞中的ACE表達(dá)增高時(shí)，Ang Ⅱ含量也隨之增加，引起血管收縮并損傷內(nèi)皮細(xì)胞。AngⅡ可通過促進(jìn)ACE氧化降解，降低NO生物利用度，同時(shí)AngⅡ受體AT1可激活RAS系統(tǒng)，促進(jìn)Ca2+流入增加，引起血管收縮，減少NO產(chǎn)生，增加炎性因子表達(dá),造成內(nèi)皮功能障礙[25-26]。

4 內(nèi)皮細(xì)胞分泌物質(zhì)在心律失常中作用

內(nèi)皮細(xì)胞合成和釋放血管活性物質(zhì)在心臟中的作用可表現(xiàn)為影響心肌細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、舒縮功能、動(dòng)作電位變化等方面，這些功能的異?？蓪?dǎo)致心肌細(xì)胞的自律性及傳導(dǎo)異常，從而成為心律失常發(fā)病的一個(gè)重要因素。

4.1 ET與心律失常 室性心律失常是造成心源性猝死的主要原因，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，小鼠腹腔注射氯化鋇誘導(dǎo)室性心律失常，可在心肌組織中檢測(cè)到ET-1表達(dá)明顯增加，且與心律失常持續(xù)時(shí)間具有相關(guān)性，由此可以說明，心肌組織中ET-1水平可能為室性心律失常發(fā)作的一個(gè)相關(guān)指標(biāo)[27]。在治療上，針對(duì)ET導(dǎo)致心律失常的發(fā)病機(jī)制，選擇ETA受體拮抗劑atrasentan可有效改善心律失常發(fā)作，其機(jī)制在于減輕交感神經(jīng)激活，恢復(fù)大鼠PI3K/Akt/GSK-3β/ROS 信號(hào)通路，降低心律失常評(píng)分[28]。

4.2 NO與心律失常 內(nèi)皮細(xì)胞通過產(chǎn)生和釋放內(nèi)皮源性舒張因子和收縮因子實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)血管張力、細(xì)胞黏附、血栓抵抗、血管壁炎性反應(yīng)的重要作用，NO是內(nèi)皮源性舒張因子，在舒張血管的同時(shí)還能抑制白細(xì)胞、血小板黏附聚集于血管壁，保護(hù)平滑肌細(xì)胞免受血小板源性生長(zhǎng)因子的影響，防止血管病變[29]。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，合成代謝劑誘導(dǎo)的NO釋放可引起血管痙攣，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、膠原沉積增加和微循環(huán)改變，有引發(fā)心律失常導(dǎo)致猝死的風(fēng)險(xiǎn)[30]。

4.3 PGI2與心律失常 心臟內(nèi)皮細(xì)胞在各種體液、化學(xué)、免疫和機(jī)械刺激下合成和釋放前列腺素。環(huán)氧合酶(COX-1和COX-2)在前列腺素(PGE2、PGF2a，PGI2)合成中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，在心臟的所有內(nèi)皮細(xì)胞中均有表達(dá)，被認(rèn)為具有細(xì)胞保護(hù)作用[31]。在疾病狀態(tài)下，如肥胖和糖尿病，隨著細(xì)胞內(nèi)活性氧水平升高，氧化應(yīng)激增加，可促進(jìn)促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生，降低PGI2生物利用度，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙[32]，這可能是糖尿病患者易發(fā)心律失常的因素之一。

4.4 VEGF與心律失常 VEGF-A是VEGF家族成員，主要作用是參與血管生成及內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，并誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，增加血管通透性[33]。實(shí)驗(yàn)研究表明，VEGF-A基因選擇性外顯子剪接產(chǎn)生的VEGF165亞型能夠直接影響心肌細(xì)胞Iks通道，從而影響心肌細(xì)胞的電活動(dòng)[34]，這種心肌細(xì)胞電生理活動(dòng)的改變提示VEGF可能通過作用于離子通道的方式誘導(dǎo)心律失常的發(fā)生。

4.5 AngⅡ與心律失常 在心律失常中，鈣信號(hào)傳導(dǎo)通路相關(guān)蛋白表達(dá)及離子通道調(diào)節(jié)扮演著重要角色，細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)在以致死性心律失常為特征的心臟疾病中十分常見，Ca2+/CaM/CaMKⅡ信號(hào)通路在胞內(nèi)鈣調(diào)控作用的發(fā)揮中處于重要地位。如心房顫動(dòng)時(shí)可見心房組織RAAS系統(tǒng)表達(dá)增高、胞內(nèi)鈣濃度升高等病理反應(yīng)，影響離子通道和縫隙連接蛋白表達(dá)，加速心房重構(gòu)，導(dǎo)致心律失常[35]。

綜上所述，微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是引發(fā)心律失常的關(guān)鍵因素，保護(hù)微血管內(nèi)皮的結(jié)構(gòu)與功能對(duì)于改善血液灌流、能量代謝、調(diào)節(jié)心律失常具有重要意義。