蛋白激酶C與心肌肥厚及室性心律失常間的關(guān)系

劉 韜 秦 牧 黃從新

心肌肥厚是心臟本身對(duì)與各種心血管疾病的一種適應(yīng)性反應(yīng)，為臨床上許多心血管疾病共有的病理過程。流行病學(xué)研究表明，心肌肥厚患者中心源性猝死的發(fā)生率遠(yuǎn)高于正常人群，而心源性猝死又與室性心律失常的發(fā)生密切相關(guān)［1］。心肌肥厚在臨床上不僅表現(xiàn)為心臟形態(tài)及心功能方面的改變，同時(shí)尚伴有電重構(gòu)，在這些電重構(gòu)條件下常導(dǎo)致心臟早后除極(early after－depolarization，EAD)和延遲后除極(delayed afterdepolariz－ation，DAD)的發(fā)生率明顯增加，并通過觸發(fā)活動(dòng)誘發(fā)室性心律失常。最近的一些研究發(fā)現(xiàn)蛋白激酶C(protein kisase C，PKC)參與了心臟多種離子通道活動(dòng)的調(diào)控及心肌肥厚發(fā)生發(fā)展的過程［2］。這些研究均表明PKC、心肌肥厚及室性心律失常三者之間存在著密切聯(lián)系，因此對(duì)三者之間關(guān)系的研究有助于闡明心律失常的發(fā)生機(jī)制，開拓心律失常治療的新途徑。

一、心肌肥厚與室性心律失常

心肌肥厚導(dǎo)致心肌組織學(xué)重構(gòu)變化的同時(shí)，心肌細(xì)胞的電生理特性亦發(fā)生重性改變，主要表現(xiàn)為復(fù)極化過程延遲而致動(dòng)作電位時(shí)程(action potential duration APD)、心室跨膜復(fù)極離散度(transmural repolarization dispersion TRD)增大及QT間期延長。近年實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，APD延長、TDR增大及QT間期延長在室性心律失常的發(fā)生和維持中起重要作用。

心肌細(xì)胞離子流改變導(dǎo)致APD延長和TDR增加是引起室性心律失常的基礎(chǔ)，既往許多研究就心肌細(xì)胞離子流改變、APD延長和TDR增加及室性心律失常發(fā)生三者間關(guān)系進(jìn)行了探討。Kowey等［3］的研究觀察到電壓依賴性K+通道阻滯劑可通過減小心肌肥厚心臟的APD和TDR使室性心律失常的發(fā)生減少，進(jìn)而認(rèn)為室性心律失常的發(fā)生與電壓依賴性K+通道有關(guān);楊向軍等［4］的研究表明L型Ca2+電流(ICaL)與APD延長有關(guān)。在心肌細(xì)胞出現(xiàn)APD延長和TDR增加的條件下，一旦出現(xiàn)EAD，心臟就極易發(fā)生多型性室性心動(dòng)過速，而TDR增加又可使室性心動(dòng)過速產(chǎn)生透壁折返而持續(xù)存在［5］。有研究表明EAD產(chǎn)生可能與緩慢型延遲整流K+電流(Iks)及快速型延遲整流 K+電流(Iks)的減弱有關(guān)［6］。此外，DAD導(dǎo)致的觸發(fā)活動(dòng)是心律失常發(fā)生的另一個(gè)重要機(jī)制。心肌肥厚時(shí)心肌細(xì)胞的Na+泵活性下降以及Na+－Ca2+交換體的功能受到抑制，使肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+濃度升高甚至超載，而DAD的發(fā)生則是為了將肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)多余的 Ca2+排出［7］。

以往的臨床研究發(fā)現(xiàn)QRS增寬與心血管疾病病死率上升獨(dú)立相關(guān)，而QT間期延長則與左室重量的增加呈正相關(guān)［8］。LIFE的研究發(fā)現(xiàn)QRS波寬度和QT間期是心血管事件的獨(dú)立預(yù)測因子［9］。QRS寬度增加和QT間期延長反映了心室細(xì)胞電傳導(dǎo)的減慢、APD延長、TRD增加以及心室復(fù)極化不均一，導(dǎo)致室性心律失常發(fā)生增多?？傊?，心肌肥厚不僅表現(xiàn)為心臟形態(tài)及心功能方面的改變，同時(shí)尚存在心肌細(xì)胞離子通道、離子流的變化，即電重構(gòu)。這些電生理異常主要表現(xiàn)為鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)、APD和QT間期的延長以及TRD增加，在這些電重構(gòu)條件下心臟EAD和DAD的發(fā)生率明顯增加，并通過觸發(fā)活動(dòng)誘發(fā)室性心律失常。

二、PKC的生物學(xué)特性、分布及其作用機(jī)制

PKC屬于多功能絲氨酸和蘇氨酸激酶，是G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中的效應(yīng)物。PKC主要作用是激活細(xì)胞質(zhì)中的靶酶參與生化反應(yīng)的調(diào)控，同時(shí)也能作用于細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄因子，參與基因表達(dá)的調(diào)控，其所調(diào)控的基因多與細(xì)胞的生長和分化相關(guān)。PKC包括多種亞家族，常分為:①經(jīng)典型PKC亞家族:包括α、βⅠ、βⅡ、γ4個(gè)亞型，為甘油二酯和Ca2+依賴性激活PKC;②新型PKC亞家族:包括δ、ε、θ、η4個(gè)亞型，為二脂酰甘油依賴性激活PKC;③非經(jīng)典型PKC亞家族:包括ζ、λ兩個(gè)亞型，為其他脂源性第二信使依賴性激活PKC［10］。

PKC廣泛存在于哺乳動(dòng)物的各個(gè)組織器官，但仍存在種屬異質(zhì)性。不同動(dòng)物、不同器官甚至同一器官的不同部位，PKC的亞型也不盡相同。就心臟而言，PKC的亞型分布同樣存在差異。心室以α、βⅠ和βⅡ亞型PKC同工酶為主，心房則為δ和ζ型PKC同工酶。此外，ε和λ兩個(gè)亞型PKC同工酶則同時(shí)分布于心房和心室［11］。

PKC通過對(duì)下游質(zhì)膜受體、膜蛋白、多種酶和轉(zhuǎn)錄因子等靶蛋白的磷酸化修飾，參與各種生理功能的調(diào)節(jié)。其發(fā)揮作用的機(jī)制主要有以下3個(gè)步驟:①細(xì)胞內(nèi)第二信使甘油二酯(DAG)或PKC的特異性激動(dòng)劑佛波醇酯(PMA)濃度升高導(dǎo)致PKC發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，暴露出RACK蛋白結(jié)合位點(diǎn)和激動(dòng)位點(diǎn)被激活;②激活的PKC與胞膜上的RACK蛋白結(jié)合，并同時(shí)與要作用的底物靶蛋白靠近;③激活的PKC與底物靶蛋白結(jié)合發(fā)生磷酸化修飾，調(diào)節(jié)生理功能。

三、PKC對(duì)心肌肥厚和心臟電生理的影響

心肌肥厚以心臟的重量和室壁厚度增加為特點(diǎn)，是一種適應(yīng)性反應(yīng)。當(dāng)這種適應(yīng)性反應(yīng)無法代償正常的心功能時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉沁m應(yīng)性心肌肥厚，出現(xiàn)左室心腔擴(kuò)大、心臟收縮功能減低、心排出量減少。PKC與心肌肥厚的關(guān)系很密切，以往的研究表明多種PKC亞家族參與心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展。Vijayan等［12］發(fā)現(xiàn)α型PKC通過促進(jìn)細(xì)胞蛋白質(zhì)合成、增加細(xì)胞表面積的途徑導(dǎo)致心肌肥厚。Stebbins等［13］觀察到，PMA誘導(dǎo)的心肌肥厚細(xì)胞模型主要是通過激活βⅠ型和βⅡ型PKC來實(shí)現(xiàn)的。Sil通過抑制ε型PKC使重組胰島素樣細(xì)胞因子誘導(dǎo)的心肌肥厚模型細(xì)胞蛋白質(zhì)合成減少，從反面證明ε型PKC參與了心肌肥厚細(xì)胞的形成［14］。以上的幾個(gè)研究均是在細(xì)胞水平上研究PKC與心肌肥厚的關(guān)系，說明在細(xì)胞水平至少有α型、βⅠ型、βⅡ型和ε型PKC參與了心肌肥厚的過程。

有關(guān)PKC與心臟電生理研究并不多，以往的研究都未得出明確的結(jié)論。就PKC對(duì)L－Ca2+通道而言，既往的研究存在很大的分歧。有的研究認(rèn)為激動(dòng)PKC可以增加ICa2+，有的研究認(rèn)為激動(dòng) PKC減少ICa2+，而有的研究則發(fā)現(xiàn)PKC對(duì)L－Ca2+通道成先激動(dòng)后抑制的雙向性作用［15～20］。Timothy猜測 PKC對(duì)L－Ca2+調(diào)節(jié)作用與不同種屬PKC的亞型有關(guān)［21］。最近Puglisi等人的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)激活PKC導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大可以使一過性外向鉀電流(transient outward current Ito)、延遲整流鉀電流(delayed rectifier current Ik)和內(nèi)向整流鉀電流(inward rectifier current Ik1)減少，而使Na+－Ca2+交換電流增加，最終使外向電流減少而內(nèi)向電流增多導(dǎo)致動(dòng)作電位時(shí)程(action potential duration APD)延長［22］。而 Oezguer的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用PKC特異性激動(dòng)劑PMA灌流正常離體兔心，出現(xiàn)了心臟的APD縮短和給予固定頻率刺激心室部位可以誘發(fā)非持續(xù)性快速型心室心律失?，F(xiàn)象。而當(dāng)用PKC特異性抑制劑bisindolylmaleimide(BIS)與PMA同時(shí)灌流時(shí)，EPR縮短和發(fā)生非持續(xù)性快速型心室心律失?，F(xiàn)象則未再出現(xiàn)，Oezguer猜測激動(dòng)PKC抑制了L－Ca2+通道從而產(chǎn)生上述現(xiàn)象［23］。

綜上可知，PKC通過不同的亞型作用參與了心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展，它的激活又影響了各種離子通道的活動(dòng)參與室性心律失常的發(fā)生。

四、展 望

抑制心肌重構(gòu)對(duì)于各種心血管疾病患者的治療都具有極其重要的意義［24］。既往的文獻(xiàn)說明各種PKC亞型的激活與心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展有關(guān)?，F(xiàn)已有PKC抑制劑用于非ST段抬高型心肌梗死和糖尿病并發(fā)癥治療的研究，在不久的將來PKC抑制劑有可能會(huì)應(yīng)用于抑制心肌肥厚的發(fā)生，從而使心血管疾病患者心臟重構(gòu)的發(fā)生減少［25，26］。

對(duì)于室性心律失常的治療，以往研究表明針對(duì)單一離子通道的Ⅰ、Ⅲ類抗心律失常藥物雖有抗心律失常的作用但并不能降低患者的總病死率，有的抗心律失常藥物由于藥物本身導(dǎo)致的心律失常而增加患者的病死率。而近些年的研究表明一些以往認(rèn)為是非抗心律失常藥物卻有抗心律失常的作用且能降低患者的總病死率，如ACEI/ARB類藥物。此外，β受體阻滯劑被循證醫(yī)學(xué)證實(shí)是目前唯一能降低心律失?；颊呖偛∷缆实目剐穆墒СＫ幬铩CEI/ARB類藥物和β受體阻滯劑并未針對(duì)單一的離子通道卻有抗心律失常和降低總病死率的作用，這一現(xiàn)象提示心律失常的產(chǎn)生可能并不單純是單一離子通道的異?；顒?dòng)引起的，僅把抗心律失常的研究和治療的目光集中在單一離子通道可能存在局限性。離子通道的作用受到多個(gè)層面的調(diào)節(jié)，其中就包括離子通道上游G蛋白偶聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的一些關(guān)鍵酶。PKC作為G蛋白偶聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵酶與多種離子通道的活動(dòng)具有密切的關(guān)系。基于這一點(diǎn)，抑制PKC激活或許是抗心律失常藥物作用的新靶點(diǎn)。

盡管對(duì)PKC與心肌肥厚及室性心律失常的關(guān)系和機(jī)制有了些了解，但PKC激活與許多離子通道的具體關(guān)系及PKC導(dǎo)致心肌肥厚和室性心律失常的明確分子機(jī)制尚不清楚，需要大量的實(shí)驗(yàn)研究。此外，不同的PKC亞型在心肌肥厚時(shí)的表達(dá)數(shù)量及功能有無改變?nèi)孕柽M(jìn)一步研究。只有掌握了PKC、心肌肥厚和室性心律失常三者之間相互影響相互作用的具體機(jī)制才能為開發(fā)新的抗心律失常藥物提供新的思路。

1 Podrid PJ，Myerburg RJ．Epidemiology and stratication of risk for sudden cardiac death［J］．Clin Cardiol，2005，28(11):I3－I11

2 Rockman HA，Koch WJ，Lefkowitz RJ．Seven－transmembranespanning receptors and heart function［J］．Nature，2002，415(6868):206－212

3 Kowey PR，F(xiàn)riechling TD，Sewter J，et al．Electrophysiological effects of left ventric－ ular hypertrophy．Effect of calcium and potassium channel blockade［J］．Circulation，1991，6:2067 －2075

4 Xiangjun Y，Jie H，Tingbo J，et al．Characteristics of single Ca2+channel kinetics in feline hypertrophied ventricular myocytes［J］．Chin Med J，2002，115(4):502 －508

5 Yan GX，Rials SJ，Wu Y，et al．Ventricular hypertrophy amplifies transmural repolariz－ation dispersion and induces early afterdepolarization［J］．Am JPhysiol Heart Circ Physiol，2001，281(5):H1968－1975

6 Kozhevnikov DO，Yamamoto K，Robotis D，et al．Electrophysiological mechanism of enhanced susceptibility of hypertrophied heart to acquired torsade de pointes arrhythmias:tridimensional mapping of activation and recovery patterns［J］．Circulation，2002，105(9):1128 －1134

7 Janos M，Daniel K，Geoge H．Mechanisms underlying delayed afterdepolarizations in hypertrophied left ventricular myocytes of rats［J］．Am JPhsio1，2001，281(2):903 －914

8 Karin M，Thomas K，Magnus E，et al．Comparison of actions of irbesartan versus atenol－ol on cardiac repolarization in hypertensive left ventricular hypertrophy:results from the Swedish Irbesartan Left Ventricular Hypertrophy Investigation Versus Atenolol［J］．Am J Ca －rdiol，2002，90(10):1107 －1112

9 Lasse O，Markku SN，Matti V，et a1．QRSduration and QT interval predict mortality in hypertensive patients with left ventricular hypertrophy．The losartan intervention for endpo－ int reduction in hypertension study［J］．Hypertension，2004，43(5):1029 －1034

10 Palaniyandi SS，Sun L，F(xiàn)erreira JC，et al．Protein kinase C in heart failure:a therapeut－ ic target?［J］．Cardiovasc Res，2009，82(2):229－239

11 Simonis G，Briem SK，Schoen SP，et al．Protein kinase C in the human heart:different－tial regulation of the isoforms in aortic stenosis or dilated cardiomyopathy［J］．Mol Cell Bi－ ochem，2007，305(1－2):103－111

12 Vijayan K，Szotek EL，Martin JL，et al．Protein kinase C － alphainduced hypertrophy of neoatal rat ventricular myocytes［J］．AmJ Physiol Heart Circ Physiol，2004，287(6):H2777－H2789

13 Stebbins EG，Mochly－Rosen D．Binding specicity for RACK1 resides in the V5 region of beta IIprotein kinase C［J］．JBiol Chem，2001，276(32):29644－29650

14 Sil P，Kandaswamy V，Sen S．Increased protein kinase C activity in myotrophin － induced myocyte growth［J］．Circ Res，1998，82(11):1173－1188

15 Bkaily G，Wang S，Bui M，et al．ET－1 stimulates Ca2+currents in cardiac cells［J］．J Cardiovasc Pharmacol，1995，26(3):S293 －S296

16 He JQ，Pi YQ，Walker JW，et al．Endothelin－1 and photoreleased diacylglycerol increase L－type Ca2+current by activation of protein kinase Cin rat ventricular myocytes［J］．J Physiol，2000，524(3):807－820

17 Cheng TH，Chang CY，Wei J，et al．Effects of endothelin－1 on calcium and sodium cur－ rents in isolated human cardiac myocytes［J］．Can J Physiol Pharmacol，1995，73(12):1774－1783

18 Woo SH，Lee CO．Effects of endothelin－1 on Ca2+signaling in guineapig ventricular myocytes:role of protein kinase C［J］．J Mol Cell Cardiol，1999，31(3):631 －643

19 Liu SJ，Kennedy RH．α1－Adrenergic activation of L－type Ca2+current in rat ventricul－ ar myocytes:perforated patch－clamp recordings［J］．Am J Physiol，1998，274(6):H2203 － H2207

20 Watanabe T，Endoh M．Characterization of the endothelin－1－induced regulation of L－type Ca2+current in rabbit ventricular myocytes［J］．Arch Pharmacol，1999，360(6):61 －64

21 Timothy J，Johannes W．Regulation of cardiac L－type calcium channels by protein kinase A and protein kinase C［J］．Circ Res，2000，87(12):1095－1102

22 Puglisi JL，Yuan W，Timofeyev V，et al．Phorbol ester and endothelin－1 alter functional expression of Na+/Ca2+exchange，K+，and Ca2+currents in cultured neon atal rat myocytes［J］．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2011，300(2):H617 －H626

23 Aydin O，Becker R，Kraft P，et al．Effects of protein kinase C activation on cardiac repolarization and arrhythmogenesis in Langendorff－ perfused rabbit hearts［J］．Europace，2006(9):1094 －1098

24 Cohn JN，F(xiàn)errari R，Sharpe N．Cardiac remodeling－concepts and clinical implications:a consensus paper from an international forum on cardiac remodeling．Behalf of an international Forum on Cardiac Remodeling［J］．J Am Coll Cardiol，2000，35(3):569 －582

25 Bates E，Bode C，Costa M，et al．Intracoronary KAI－ 9803 as an adjunct to primary percutaneous coronary intervention for acute ST－segment elevation myocardial infarction［J］．Circulation，2008，117(7):886－896

26 The PKC－DRSStudy Group．Effect of ruboxistaurin in patients with diabetic macular edema:thirty－month results of the randomized PKC－DMESclinical trial［J］．Arch Ophthal－ mol，2007，125(3):318－324