大電導鈣激活鉀通道對心律失常的影響

錢玲玲 劉曉宇 王如興

心律失常是心血管疾病領域的常見病和多發(fā)病之一[1]，以房顫最為常見，可引起血栓栓塞、缺血性腦卒中和心力衰竭等并發(fā)癥，甚至導致患者死亡[2]，因此，研究心律失常的發(fā)生及其影響機制具有十分重要的意義。離子通道功能異?？捎绊懶募〖毎恼幼麟娢?，導致嚴重的心律失常性猝死，而鉀離子通道在心肌細胞電興奮過程中的作用是研究的熱點[3-4]。近年來，大電導鈣激活鉀通道(large-conductance Ca2+-activated K+channel,BKCa通道)對心律失常的影響成為一個新的研究方向，并受到廣泛關注[5-9]。本文就BKCa通道的生物學特性及其在心臟組織中的分布、影響心律失常的可能機制進行綜述。

1 BKCa通道的生物學特性

鈣激活鉀通道通過膜去極化和細胞內鈣離子濃度的增加被激活，對細胞興奮性調節(jié)起重要作用。根據(jù)電導大小的不同，鈣激活鉀通道可分為三大類[10]：大電導鈣激活鉀通道(BKCa，100～300 pS)、中電導鈣激活鉀通道(IKCa，25～100 pS)與小電導鈣激活鉀通道(SKCa，2～25 pS)。關于SKCa通道對心律失常影響的研究頗多[11]，而BKCa通道對心臟電生理的影響最近才被報道出來。

BKCa通道是由α亞單位與β亞單位組成的四聚體結構[12]。α亞單位由KCNMA1基因編碼，包括一個對膜電位敏感的跨膜域和一個對鈣離子敏感的胞漿域。α亞單位的跨膜域有7個跨膜片段(S0—S6)，分別參與電壓敏感(S1—S4)和離子通透的微孔形成(S5—S6)[13]；其胞漿域包含兩個鉀離子電導調節(jié)元件(RCK)，RCK上的高親和力鈣結合位點調控鈣敏感性。β亞單位有四種亞型(β1—β4)，分別由KCNMB1— 4編碼[14]。β亞單位由兩個跨膜域(TM1和TM2)以及一個胞外環(huán)狀結構組成。理論上，α亞單位與β亞單位按1 ∶1的比例結合，但在不同的生理或病理狀態(tài)下，其比例發(fā)生動態(tài)變化[15-16]。除β亞單位外，最近的研究發(fā)現(xiàn)BKCa通道的輔助亞單位還包括富含亮氨酸重復序列的γ亞單位等，參與調節(jié)BKCa通道的電壓依賴性和鈣敏感性[17]。

2 BKCa通道在心臟組織中的分布

BKCa通道在血管組織中廣泛表達，在調節(jié)血管張力方面發(fā)揮重要的作用[18]。在嚙齒類動物和人的心臟組織中，BKCa通道表達極低[19-21]。心臟冠狀動脈平滑肌細胞中的BKCa通道功能異?？赡軐μ悄虿⌒呐K病產生影響[22]。心臟內線粒體膜表達的BKCa通道具有缺血再灌注損傷后的心臟保護作用[23-25]。除此之外，在心臟交感神經(jīng)[26]、副交感神經(jīng)、浦肯野纖維、心房和心室肌細胞[27]中也發(fā)現(xiàn)了BKCa通道電流的存在。雞胚心室肌細胞[27]及小鼠心臟BKCa通道[28]基因分別被克隆。在大鼠心房和心室肌細胞中，證實存在帶有STREX序列的BKCa通道，盡管其表達水平非常低[29]。在小鼠心臟竇房結細胞中，采用RT-PCR以及免疫熒光實驗可以檢測到其中BKCa通道的表達[5]。因此，盡管表達水平低，但BKCa通道在心肌細胞中仍有一定的分布，這為其參與心臟電生理調控提供了可能。

3 BKCa通道影響心律失常的可能機制

3.1 BKCa通道對心率的影響

IMLACH等[6]發(fā)現(xiàn)，采用paxilline和lolitrem B特異性抑制BKCa通道活性后，野生型小鼠的心率分別減緩30%和42%；而BKCa通道敲除小鼠的心率不受這些抑制劑的影響，故該研究首次提出心率變化可能由BKCa通道活性介導。鑒于BKCa通道的功能異質性與其β亞單位差異性密切相關，因此該課題組又進一步研究β亞單位的不同亞型在其中的影響。結合前人的研究，作者猜測β1亞單位有可能通過影響血壓間接影響心率，而β4亞單位可能通過神經(jīng)元支配影響心率。但結果發(fā)現(xiàn)，β1亞單位敲除小鼠和β4亞單位敲除小鼠在paxilline給藥后，心率都明顯減緩，其表現(xiàn)與野生型小鼠一致，說明β1亞單位和β4亞單位并未參與BKCa通道的活性改變對心率的影響[6]。進一步采用BKCa通道抑制劑paxilline(1 μmol/L)、lolitrem B(1 μmol/L)和iberiotoxin(0.23 μmol/L)分別離體灌注大鼠心臟，離體心臟的心率均顯著降低，且paxilline的作用具有劑量依賴性，與該研究中體內實驗的結果完全一致[6]。PATEL等[8]也發(fā)現(xiàn)，使用paxilline可降低SD大鼠心率。上述研究結果為心臟BKCa通道直接參與心率調控提供了證據(jù)。

3.2 BKCa通道對動作電位的影響

LAI等[5]研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠注射paxilline后，心率降低(19±4)%，而BKCa通道敲除小鼠不受paxilline的影響。心電圖顯示，心率降低與竇間隔延長導致的心臟起搏減緩有關。BKCa通道敲除小鼠竇房結細胞的基礎起搏頻率比野生型小鼠低33%。當采用paxilline(3 μmol/L)和iberiotoxin(0.23 μmol/L)刺激竇房結細胞時，其動作電位的發(fā)放分別減少了(55±15)%和(28±9)%。BKCa通道活性抑制或基因缺失時起搏頻率的降低，與竇房結細胞動作電位去極化的舒張期延長有關。此外，BKCa通道對動作電位的影響在腦浦肯野細胞中也得到證實；當刺激頻率>100 Hz時，加入BKCa通道阻滯劑后，逆向動作電位傳導的失敗率較不加阻滯劑的對照組顯著升高，并降低了抑制軸突突觸反應[30]。STIMERS等[31]最近發(fā)現(xiàn)，在小鼠來源心肌細胞系中轉染人BKCa通道α亞單位后，可顯著縮短其動作電位時程，為BKCa通道參與動作電位調控提供了直接證據(jù)。

3.3 BKCa通道對心房纖維化的影響

房顫的發(fā)生與心臟的纖維化水平密切相關。在人的心肌成纖維細胞中可以檢測到BKCa通道電流[32]。WU等[7]發(fā)現(xiàn)，無論是正常心臟還是慢性心力衰竭患者的心臟，其心房成纖維細胞中BKCa通道的mRNA表達均明顯高于心室纖維細胞，心房纖維細胞BKCa通道電流也明顯高于心室成纖維細胞。使用濃度0.1 mmol/L的paxilline刺激心房成纖維細胞時，其增殖水平明顯升高，對心房具有促纖維化作用。由此可見，BKCa通道影響房顫的發(fā)生發(fā)展，BKCa通道電流有望成為檢測心房纖維化水平的指標。

4 結語

BKCa通道雖然在心臟組織中表達較少，但對心臟電生理的直接影響卻不容忽視，主要表現(xiàn)為通過調節(jié)心率影響動作電位，以及通過調控成纖維細胞增殖而有效預防房顫的發(fā)生，進而影響心律失常的發(fā)生發(fā)展過程。但目前對BKCa通道與心臟電生理的研究仍較少，進一步探討B(tài)KCa通道與心律失常發(fā)生機制之間的關系，可能會為臨床治療心律失常、降低患者死亡率提供新的思路。