心房重構(gòu)與心房顫動新進展

1、心房重構(gòu)與心房顫動新進展首都醫(yī)科大學附屬世紀壇醫(yī)院 作者： 楊水祥 崔淯夏心房顫動（ AF ）是引起心血管發(fā)病和死亡的重要原因。房顫是常見的由一系列心臟疾病 引起心房重構(gòu)的終點事件， 其本身也能引起心房重構(gòu)從而促進心律失常的發(fā)展。 隨著人們對 心房重構(gòu)的機制及其在房顫進展中作用的逐漸認識， 對離子通道調(diào)控機制和作用靶點的研究 也有了較深入的發(fā)展。本文將重點綜述這方面的進展。 對房顫重構(gòu)的新認識 導致房顫的 4 個重要病理生理機制包括：電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)、自主神經(jīng)調(diào)節(jié)改變和 Ca2+ 處理異常。房顫 引起的心房重構(gòu)增加了心臟對房顫的易感性和房顫的持續(xù)性。心房顫動（ AF ）是引起心血管發(fā)病和死亡的

2、重要原因。房顫是常見的由一系列心臟疾病 引起心房重構(gòu)的終點事件， 其本身也能引起心房重構(gòu)從而促進心律失常的發(fā)展。 隨著人們對 心房重構(gòu)的機制及其在房顫進展中作用的逐漸認識， 對離子通道調(diào)控機制和作用靶點的研究 也有了較深入的發(fā)展。本文將重點綜述這方面的進展。對房顫重構(gòu)的新認識導致房顫的 4 個重要病理生理機制包括：電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)、自主神經(jīng)調(diào)節(jié)改變和Ca2+處理異常。 房顫引起的心房重構(gòu)增加了心臟對房顫的易感性和房顫的持續(xù)性。 房顫的這種自 我增強的特性就是我們經(jīng)常所說的 “房顫產(chǎn)生房顫 ”。心房局部的異位沖動能夠通過基質(zhì)折返 來觸發(fā)或維持房顫的發(fā)展， 該基質(zhì)有適宜折返和誘發(fā)并維持房顫的條件。

3、 房顫為不規(guī)則的心 房節(jié)律，奇怪的是，它可以通過規(guī)律的激動源（有時也叫驅(qū)動源）來維持。無論是快速的異 位沖動或單個快速旋轉(zhuǎn)的折返環(huán)路， 都可因為心房的空間異質(zhì)性 “顫動傳導 ”而引發(fā)房顫。 這 種 “顫動傳導 ”的持續(xù)性和傳導性之間的平衡決定了房顫的誘導和維持的基礎(chǔ)。下面將重點 討論心房重構(gòu)促進房顫發(fā)生的機制進展。電重構(gòu)心房的電生理特性是由離子通道、 離子泵和離子交換決定的， 均可因重構(gòu)而發(fā)生改變。 目 前認為，電重構(gòu)的重要組成部分包括下調(diào)的L型Ca2+電流（ICaL ,由Ca2+通道轉(zhuǎn)運LTCCs）、整流K+電流（IK1、和結(jié)構(gòu)性乙酰膽堿調(diào)節(jié)的K+電流（IKAch ）,以及可連接心肌細胞電活

4、動的縫隙連接蛋白半通道的異常表達與分布。電重構(gòu)是容易折返的基質(zhì)。ICaL 通道的下調(diào)心房肌細胞中的 Ca2+處理包括，Ca2+通過動作電位（AP、的去極化進入LTCCs，觸發(fā)肌 漿網(wǎng)（SR）中大量Ca2+的二次釋放，Ca2+儲存則通過肌漿網(wǎng)中的Ca2+釋放通道，即蘭尼堿受體（RyR2s）。這種Ca2+誘導Ca2+釋放可導致肌絲運動/細胞收縮。肌漿網(wǎng)中的 Ca2+釋 放通過RyR2s通道進入細胞質(zhì)，Ca2+攝取通過肌漿網(wǎng) Ca2+-三磷酸腺苷（SERCA2a、進入 肌漿網(wǎng)，兩者的平衡可調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)中Ca2+的儲存。在基本條件下，受磷蛋白（ PLB、亞基可抑制SERCA2a的功能。大部分肌漿網(wǎng)中的C

5、a2+綁定于緩沖隱鈣素，當腎上腺素刺激或細胞的Ca2+負荷時，Ca2+/鈣調(diào)蛋白2 （CaMKII、和蛋白激酶 A被激活，使 RyR2s （增加 它們的開放概率）和 PLB （使它脫離SERCA2a且不再抑制其功能）磷酸化。該系統(tǒng)在急性 應(yīng)激增加了心臟做功的情況下發(fā)揮作用，持續(xù)的Ca2+負荷和CaMKII的激活引起異常舒張的RyR2 Ca2+釋放。釋放的Ca2+需經(jīng)過跨膜的擠壓，通過 Na+/Ca2+交換（NCX ）, NCX攜 帶的內(nèi)向電流可導致復極 4期膜去極化，即延遲后除極（ DADs ）。房顫時，快速的心房率導致細胞內(nèi) Ca2+的積聚，使穩(wěn)態(tài)防御機制對抗慢性 Ca2+超載。Ca2+ 依

6、賴磷酸酶/活化的T細胞核因子（NFAT、系統(tǒng)緊接著被激活。NFAT轉(zhuǎn)位進入核內(nèi)，抑制基因編碼 Cav1.2 LTCCs （ CACNA1C、的轉(zhuǎn)錄，減少 ICaL。減少的ICaL降低內(nèi)向 Ca2+電 流，縮短了 AP平臺期及 AP時限（APD）,從而易于促進折返。IK1 通道的上調(diào)IK1 是心臟重要的內(nèi)向整流電流， 決定膜靜息電位和終末 3期復極， 主要是由 Kir2.1 亞基 組成。內(nèi)向整流鉀電流如 IK1 是維持房顫折返的重要決定因素； IK1 在房顫中上調(diào)。另一個 重要的內(nèi)向整流電流， IKAch ，可調(diào)節(jié)乙酰膽堿的作用，加強迷走神經(jīng)激活，通過空間異源 性增加內(nèi)向整流電流，縮短 APD

7、，促進房顫的發(fā)作和維持。 IKAch 激活是通過改變蛋白激 酶C對IKAch功能的調(diào)節(jié)，由房顫誘導的心房心動過速和Ca2+負荷所致。小電導Ca2+-活化K+通道的上調(diào)小電導Ca2+-活化K+通道由基因KCNN1/KCNN2/KCNN3 編碼，可被增加的細胞內(nèi) Ca2+ 水平激活。 KCNN3 單一核苷酸多態(tài)性與房顫的發(fā)病率相關(guān)聯(lián)。最近研究表明，快速心房激 動如房顫，可以上調(diào)小電導Ca2+-活化K+通道的表達，從而有利于房顫的維持，并通過縮短 APD 保持房顫的易感性。 此外，非心肌細胞如成纖維細胞 （通過纖維化） 、平滑肌細胞（心 臟血管的改變和/或高血壓）和神經(jīng)元（改變自主調(diào)節(jié)）的小電導Ca

8、2+-活化K+通道，對促進房顫的發(fā)生也發(fā)揮著重要作用?？p隙連接重構(gòu)縫隙連接離子通道如連接蛋白 40 和連接蛋白 43，可介導心肌細胞和心肌細胞間的電耦合。 連接蛋白 43，由 GJA1 編碼，在所有心肌組織中均表達；連接蛋白 40，由 GJA5 編碼，主 要在心房和傳導系統(tǒng)中表達。縫隙連接功能的改變可引起房顫誘導的重構(gòu)。GJA5 的錯義突變可引起特發(fā)性房顫， CJA5 啟動子序列的突變與房顫的易感性相關(guān)。結(jié)構(gòu)重構(gòu) 結(jié)構(gòu)重構(gòu)的特點是心房擴大和組織纖維化。 在一般功能性條件下， 心房大小是維持房顫折 返持久性的重要決定因素。纖維化促進房顫是因為纖維束連續(xù)性的中斷和干擾局部傳導所 致。此外， 成纖維

9、心肌細胞的相互作用可導致心肌細胞生物電活動致心律失常。心房纖維化是大部分房顫發(fā)展的常見終點， 并且可以預測復發(fā)。而且，房顫可以導致心房纖維化， 對于 持久心律失常的患者可引起治療抵抗。自主神經(jīng)系統(tǒng)的改變自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制心房的生物電活動， 并可啟動和維持房顫。 通過 CaMKII 和蛋白激 酶 A 的磷酸化，腎上腺素能神經(jīng)的激活可增加 ICaL， RyR2 的開放概率和肌漿網(wǎng)中的 Ca2+ 負荷，最終增加了 DADs 的風險。腎上腺素的激活在由各種各樣重構(gòu)引起的異位活動所致 的房顫中發(fā)揮著重要的作用。 房顫相關(guān)的重構(gòu)導致自主神經(jīng)活性增高， 從而導致房顫基質(zhì)的 易感性增加。Ca2+處理異常Ca

10、2+處理異常引起心房纖維化最嚴重的直接后果是DAD相關(guān)的自發(fā)性心房異位電活動增加。持久性房顫患者發(fā)生致心律失常性DADs/觸發(fā)活動的風險更大。它們表現(xiàn)為CaMKII活動增強、高度磷酸化，RyR2的開放概率增加，從而導致 CaMKII依賴的肌漿網(wǎng) Ca2+泄露增加。此外，NCX上調(diào)，引起Ca2+釋放異常而致 DAD產(chǎn)生的內(nèi)向電流增加。房顫重構(gòu)引 起的上述異常，及持續(xù)的快速心房電活動可引起Ca2+超負荷，從而導致CaMKII活動異常。持續(xù)性房顫由多種復雜的折返環(huán)路維持其發(fā)作； 陣發(fā)性房顫導致的異位活動可自發(fā)終止或通 過醫(yī)學干預終止。最近的研究表明對陣發(fā)性房顫患者DADs 的預處理在心律失常治療中發(fā)

11、揮重要的作用，其潛在機制包括PLB高度磷酸化和RyR2異常導致的肌漿網(wǎng) Ca2+超負荷，及高度磷酸化導致的 RyR2 表達和開放頻率增加。心房重構(gòu)中的信號系統(tǒng) 過去幾年中，對導致心房重構(gòu)信號系統(tǒng)的理解已取得了重大進展。Ca2+信號和電重構(gòu)最近的研究表明，心房重構(gòu)中Ca2+信號發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 現(xiàn)已明確了細胞內(nèi) Ca2+在誘發(fā) 房顫相關(guān)重構(gòu)中的突出作用。除了下調(diào)Cav1.2亞基的轉(zhuǎn)錄和下調(diào)ICaL，房顫導致的NFAT 核轉(zhuǎn)位同樣可以下調(diào) microRNA 。 Mir-26 的靶基因是 KCNJ2 ，該基因編碼 Kir2.1 亞基，下 調(diào) miR-26 ，導致 IK1 的上調(diào)，從而有利于房顫的維持

12、?？焖傩姆柯屎头款澱T導的活性氧形成可導致持續(xù)的Ca2+ 超負荷，從而導致 CaMKII 在房顫中被激活。CaMKII可調(diào)節(jié)LTCC、RyR2和PLB等關(guān)鍵Ca2+調(diào)蛋白的活性，促進 DADs/ 觸發(fā)活動。 CaMKII 磷酸化能激活下游的重構(gòu)效應(yīng)器，如在心房重構(gòu)中發(fā)揮著重要作用的II型組蛋白去乙酰基酶和調(diào)節(jié)與房顫相關(guān)的促炎基因的核因子kB。血管緊張素II （AT-II ）和其它纖維化介質(zhì)能夠增加甘油二酯的產(chǎn)量，而甘油二酯可激活蛋白激酶C。一般而言，蛋白激酶 C 受細胞內(nèi)增加的 Ca2 +刺激，誘導下游信號瀑布反應(yīng)，例如絲裂原激活的蛋白激酶和 核因子kB,同時控制不同細胞功能，例如成纖維細胞活化

13、、心肌細胞肥大和炎癥反應(yīng)，從 而影響整個心房的電功能。Ca2+信號和結(jié)構(gòu)重構(gòu)成纖維細胞在心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。 與興奮性細胞相比, 成纖維細胞缺乏電壓 門控Ca2+通道，相反，它們擁有 2個重要的細胞內(nèi) Ca2+調(diào)控機制，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）中三磷 酸肌醇（IP3）介導的Ca2+釋放（非興奮性細胞中的Ca2+儲存細胞器，類似于心肌細胞中的肌漿網(wǎng)）和Ca2+通過非電壓依賴的 Ca2+滲透性細胞膜通道進入，如按照功能性分類的牽 張激活通道，受體操縱通道，和Ca2+儲存消耗-操縱通道。這些通道的結(jié)構(gòu)和功能目前仍不清楚。纖維化介質(zhì)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放和Ca2+進入成纖維細胞內(nèi)。如 AT-II受體結(jié)

14、合激活磷脂酶C，裂解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸鹽進入甘油二酯和 IP3，IP3擴散到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，和IP3受體結(jié) 合，導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中 Ca2+釋放。甘油二酯可直接激活特定的Ca2+-可滲透的短暫受體-潛在的TRP通道（TRPC3/6/7），使Ca2+進入細胞。胞內(nèi) Ca2+水平的增加（無論是因為進入細胞膜 的Ca2+增加還是從肌漿網(wǎng)釋放的Ca2+增加），導致成纖維細胞的增殖并分化為肌成纖維細胞,從而促進纖維化。TRP通道是成纖維細胞中重要的Ca2+進入通道。與竇性心律患者相比，持續(xù)性房顫患者右心房成纖維細胞的 TRPM7通道上調(diào)。體外TRPM7的敲除可減少成纖維細胞 Ca2+進入并 防止由轉(zhuǎn)化生長因子

15、 TGF- B引起的成纖維細胞分化。 TGF- 3由成纖維細胞和心肌細胞產(chǎn)生， 是由一系列刺激導致心房纖維化的關(guān)鍵介質(zhì),包括 AT-II。 AT-II 可促進心肌細胞和成纖維細 胞TGF- 3基因/蛋白的合成。自分泌和旁分泌TGF- 3 /ATI的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)可放大纖維化反應(yīng)。TGF- 3激活Smad2/3信號，增強纖維化活化。心房的心肌細胞快速起搏引起AT-II信號旁分泌，使相鄰心房的成纖維細胞分泌TGF- 3,最終可能引起持續(xù)房顫所致的纖維化。因此，TRPM7的敲除抑制TGF- 3信號表明成纖維細胞的 Ca2+在調(diào)節(jié)纖維化反應(yīng)中發(fā)揮著重要作 用。心房的TRPC3通道同樣能調(diào)節(jié)成纖維細胞Ca2+

16、的進入。TRPC3介導的Ca2+進入增強了細胞外信號調(diào)控激酶（ERK）的磷酸化，激活成纖維細胞。TRPC3在持續(xù)房顫的患者和房顫的動物模型中表達上調(diào)。 抑制 TRPC3 可抑制體外成纖維細胞增殖和成肌纖維細胞分化。 將持續(xù)房顫 1 周的狗體內(nèi)的 TRPC3 阻斷可防止房顫誘導的纖維化激活,抑制房顫的發(fā)展。最近的證據(jù)表明 Ca2+在心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。小鼠過度表達環(huán)磷酸腺苷反應(yīng) 元件調(diào)節(jié)器（ CREM ）有利于形成年齡依賴的房性心律失常,主要表現(xiàn)在年輕時（3個月）出現(xiàn)心房異位搏動,隨后則形成自發(fā)房顫。 CREM 的轉(zhuǎn)基因小鼠表現(xiàn)為心房擴大、纖維化 和傳導緩慢，同時伴有肌漿網(wǎng)中Ca2+泄

17、漏增加。Ca2+泄漏是RyR2的CaMKII高度磷酸化導致，因為通過器質(zhì)性阻礙或遺傳性阻礙非磷酸化RyR2的突變可抑制CaMKII高度磷酸化，從而抑制Ca2+泄漏。通過將 CREM-TG和RyR2-S2814A-TG 的小鼠雜交可長期預防RyR2Ca2+泄漏，延遲心房異位電活動，防止心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)，消除房顫的自然進展。這些結(jié)果表 明細胞內(nèi)的Ca2+聚集不僅能導致 DADs/觸發(fā)活動，而且可以引起長期的心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)。這 些結(jié)果為許多患者房顫進展的機制提供了新的見解。MicroRNAs 和房顫房顫的病理生理學中迅速崛起的領(lǐng)域是MicroRNAs （ miRNAs或miRs）,它是小的非編碼 RNAs

18、 （ 22 個核苷酸） ，可以負性調(diào)控靶基因。心臟 miRNA 的表達改變是病理條件下 的反應(yīng)，其在很多方面發(fā)揮了病理生理作用。miRNAs 的原理RNA 聚合酶 II 在標準轉(zhuǎn)錄因子的控制下，介導初級 miRNAs （ 100-1000 個堿基對）的轉(zhuǎn) 錄。初級miRNAs被酶Drosha切割成前體miRNAs （短莖環(huán)結(jié)構(gòu)的70個核苷酸），通過Exportin 5 運送到細胞質(zhì)。 Dicer 從前體 miRNAs 除去莖環(huán)，生成雙鏈成熟的 miRNA 。雙鏈 miRNA 解離成 “客”鏈和“主”鏈，被并入 RNA 誘導的沉默復合體中。 miRNA/RNA 誘導的沉默復合 體結(jié)合目標信使 R

19、NAs （ mRNAs ）的3,非翻譯區(qū)，阻礙目標蛋白的核糖體加工 /翻譯（降 低蛋白表達及主要 miRNA 效應(yīng)）。miRNAs 參與心房重構(gòu)miRNAs 參與一系列心房重構(gòu)過程,其具體參與的證據(jù)將在下文敘述。miR-1心肌細胞中大量表達 miR-1 （但不是成纖維細胞）。心肌梗死時，miR-1表達上調(diào)、從而 抑制KCNJ2 （編碼IK1 ）和GJA1 （編碼連接蛋白 43）的表達。有證據(jù)表明房顫中 miR-1 的表達下調(diào)可導致 IK1 的表達上調(diào)。 miR-1 目標蛋白磷酸酶和心衰中 miR-1 的表達上調(diào)是 Ca2+依賴性心律失常的基礎(chǔ)。miR-21miR-21 的靶基因 Sprouty

20、1 ,負調(diào)節(jié)成纖維細胞 ERK 信號。心梗后房顫大鼠表現(xiàn)為房顫導 致的纖維化重構(gòu),伴隨 miR-21 表達上調(diào), Sprouty1 表達降低, ERK 磷酸化增加； miR-21 敲除抑制左房纖維化和房顫的進展。房顫患者的左房組織表現(xiàn)為miR-21 表達上調(diào)和Sprouty1 表達下調(diào), 在鼠科動物房顫模型中表現(xiàn)為 miR-21 表達上調(diào), 心梗小鼠 miR-21 敲除 可抑制心房纖維化。miR-26miR-26的靶基因KCNJ2編碼Kir2.1 （IK1 ）。小鼠miR-26敲除導致IK1表達上調(diào)和房顫 進展。宿主編碼 miR-26 的基因有多種 NFAT 結(jié)合位點。在房顫患者和犬類房顫模型

21、中 miR-26 表達下降；因此, miR-26NFAT 依賴的表達下調(diào)可能構(gòu)成了房顫患者 IK1 表達上調(diào)的基礎(chǔ)。 有證據(jù)表明 miR-26 導致心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)。如上文所述,房顫相關(guān)的 TRPC3 表達上調(diào)是重要 的纖維化催化劑。 miR-26 目標基因編碼 TRPC3 通道, miR-26 的敲除增加犬類心房成纖維 細胞 TRPC3 的表達。模擬房顫的效應(yīng),在房顫狗的左房成纖維細胞中可觀察到NFAT 核移位。犬類心房成纖維細胞的 NFAT 藥物封鎖可增加 miR-26 的表達,降低 TRPC3 蛋白水平, 加強 TRPC3 的 NFAT/miR-26 調(diào)節(jié)。miR-29TGF- B負性調(diào)節(jié)m

22、iR-29的表達，miR-29靶向調(diào)節(jié)膠原蛋白1、纖維蛋白1等細胞外基質(zhì)（ ECM ）基因。房顫狗的左房中 miR-29 表達下降, 形成維持房顫的纖維化基質(zhì), 而 miR-29 靶向 ECM 基因（膠原蛋白 1 和膠原蛋白 3）的表達增加。小鼠中 miR-29 敲除,模擬房顫 誘導的 miR-29 表達減少, 增加心房膠原蛋白生成。 此外,房顫患者血漿和心房組織 miR-29 水平下降提示其作為生物標記的潛在價值。miR-133 和 miR-590TGF- B和TGF- B受體是miR-133和miR-590的靶標。長期給狗喂食尼古丁， 模擬持續(xù)的 吸煙狀態(tài),可以誘發(fā)心房顫動纖維化重構(gòu)。尼古

23、丁可降低心房成纖維細胞中miR-133 和miR-590的表達，上調(diào) TGF- B和TGF- B受體，增加膠原蛋白的生成。 miR-133還靶向調(diào) 節(jié)膠原蛋白 1,它的下調(diào)可直接增加心臟成纖維細胞中 ECM 生成。miR-328miR-328靶向基因編碼 LTCC亞基基因 CACNA1C （編碼LTCCa亞基）和CACNB1 （編 碼B1亞基）。房顫狗心房 miR-328表達上調(diào)。心臟特異性miR-328過度表達小鼠對房顫易感，敲除 miR-328可恢復Cav1.2和Cavl,降低對房顫的易感性?；|(zhì)纖維化與房顫自從 15 年前開始對纖維結(jié)構(gòu)重構(gòu)在房顫中的作用進行第一次描述，人們對心房纖維化 在房顫病理生理中的重要性認識越來越多。 現(xiàn)代的成像方法已經(jīng)可以探測、 定位和量化心 房纖維化， 其已被發(fā)現(xiàn)與中風和房顫的復發(fā)有關(guān)。 生物標志物伴隨著房顫中各種各樣有趣 的