性激素對藥物誘發(fā)的長QT綜合征離子通道的作用

王翠華，賈心樂，劉衍恭，鄭明奇△

長QT綜合征（long QT syndroms，LQTs）是指心電圖上QT間期延長，可導致尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動過速（TdP），臨床表現(xiàn)為心悸、暈厥及猝死。LQTs分為先天性和獲得性兩種，獲得性長QT綜合征（acquired Long QT syndrome，aLQTs）由藥物、心臟器質(zhì)性疾?。ㄐ募∪毖⑿膭舆^緩）、電解質(zhì)異常誘發(fā)，其中藥物是最常見的原因。已知某些心血管藥物如胺碘酮、索他洛爾、奎尼丁及非心血管藥物如大環(huán)內(nèi)酯類和氟喹諾酮類抗生素，均可延長QT間期［1］。在LQTs中，心臟電生理的性別差異在臨床心律失常的發(fā)生中起著重要的作用。女性更容易發(fā)生藥物性心律失常，特別是與長QTc間期（非心率依賴的校正值）有關(guān)的TdP［2］。雖然目前性別差異導致的TdP原因尚未完全闡明，但有臨床證據(jù)表明，性激素可能影響心肌復極電流，從而在影響心肌復極的性別差異中起重要作用［3］。雄激素具有更強的促進心臟復極化過程及縮短動作電位的持續(xù)時間（APD）的作用，而且動物模型（兔）實驗也證實了這些作用［3］。同時在女性的月經(jīng)周期中，雌激素水平的動態(tài)變化對QT間期有周期性影響，由此推測雌激素可能存在能夠影響心臟離子通道的功能。本文將就心臟復極化過程中受性激素調(diào)節(jié)相關(guān)研究的新進展情況做一綜述，以期探討性激素對藥物誘發(fā)LQTs發(fā)生的影響。

1 藥源性LQTs的性別差異

TdP是危及生命的室性快速心律失常，而有些藥物如多非利特可通過延長APD進而導致TdP［4］。aLQTs一般與藥物誘發(fā)的長QTc間期和心律失常有關(guān)，大部分是由于hERG通道受到抑制而造成心臟復極化延遲［4］，此外其他的外向電流（如緩慢激活的延遲整流鉀電流IKs）減弱或內(nèi)向電流（如L型鈣電流ICa-L）增強也可導致QTc間期延長。藥物對hERG通道的抑制或hERG的基因缺陷均可導致LQTs［5］。研究表明，凡是能夠誘導QT間期延長而引發(fā)TdP的藥物，均能夠在不同程度上阻斷IKr/hERG［5］。除此以外，藥物誘發(fā)心律失常也受其他因素影響，如其他通道的抑制、性別因素、交感神經(jīng)系統(tǒng)等［6］。因此，明確這些因素影響的分子基礎可能有助于提高對藥物引起的致命性心律失常的預測能力。

對心血管藥物以及非心血管藥物（如特非拉丁、紅霉素等）誘發(fā)TdP的研究也顯示，女性患TdP的風險均高于男性，女性發(fā)病率約為70%［7］。對紅霉素致心律失常作用的分析顯示，10歲前男女發(fā)生心律失常事件的比例相近；但10～60歲的患者中，女性的比例明顯高于男性；而60歲以上的人群中，這一差異消失，提示在育齡婦女中，藥物誘發(fā)TdP的風險明顯增加，女性性激素可能是重要的影響因素［8］。此外，QTc間期的性別差異可能與年齡相關(guān)，不同年齡階段的性激素血清水平也不一樣，在青春期前，男女之間的QTc間期差異無統(tǒng)計學意義；隨著青春期性激素的水平增加，男性QTc間期逐漸縮短，導致成年女性比男性有較長的QTc間期；青春期后，男性的QTc間期逐漸延長，直至接近于絕經(jīng)期的女性［9］。

2 性激素可調(diào)節(jié)心臟的離子通道

不同性別間藥源性LQTs的差異部分是基于心臟電生理差異，表現(xiàn)為幾個復極通道表達下降，包括hERG通道［10］。性激素對心臟離子通道有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用。性激素與性激素受體結(jié)合，進入細胞核，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。在心肌細胞中，睪酮可增加L型鈣通道以及鈉鈣交換體（sodium calcium exchanger，NCX）mRNA的表達［11］；雄激素增強超速激活延遲整流鉀電流（Ikur）和Kv1.5（編碼IKur）的表達，縮短心室復極時間［3］。除了由細胞內(nèi)雌激素受體（estrogen receptor，ER）介導的傳統(tǒng)基因組效應外，雌二醇（E2）還可以通過跨膜信號轉(zhuǎn)導機制產(chǎn)生非基因組效應，E2可增強非基因組效應中熱休克蛋白的作用來增加hERG膜轉(zhuǎn)運［12］。此外有研究顯示，長期應用孕激素既沒有改變心臟L型Ca2+通道蛋白表達，也沒有改變Kv4.3通道蛋白表達［13］。

性激素可快速抑制各種心臟離子通道電流，包括ICa-L、T型鈣電流（ICa-T）、緩慢和快速激活的延遲整流鉀電流（IKs和IKr）、瞬時外向電流（Ito）和內(nèi)向整流鉀電流（IK1）［3］。但為了抑制這些電流，所需的雌激素和雄激素要高于正常生理水平。高濃度的性激素可能與各種分子非特異性結(jié)合，但具體的信號通路尚不明確。

2.1 雌激素 雌激素和雄激素參與QTc間期和易感性TdP的性別差異，但雌激素的作用要比雄激素更復雜。在女性月經(jīng)周期和妊娠期間，女性性激素水平的波動可影響QT間期及TdP的易感性［14］，這可能與性激素水平變化有關(guān)。有研究評估激素替代療法（HRT）對絕經(jīng)后女性的QTc間期的潛在影響顯示，女性雌激素和孕激素水平的動態(tài)變化對APD有周期性影響［15］。

2.1.1 雌激素對心血管疾病的影響 生理情況下，雌激素對心血管系統(tǒng)具有保護作用，如雌激素可以改善心臟的氧化還原狀態(tài)及擴張冠狀動脈血管，防止心肌缺血，間接降低心律失常的發(fā)生風險［16］。雖然對雌激素在藥源性LQTs中的臨床作用仍有爭議，但長期使用E2可延長APD，增加患心律失常的風險已基本成為共識［6］；E2還能增加E4031（hERG阻滯劑）誘導的早期后除極（early afterdepolarizations，EADs）的發(fā)病率和嚴重程度［17］。雖然E2不影響心電圖的基線，但長期使用E2似乎可減少復極儲備［18］。目前有關(guān)雌激素對心肌復極的影響研究少見。

關(guān)于更年期女性的QTc間期，雌激素替代療法（ERT）或者HRT的效果有爭議，盡管有研究報道ERT沒有改變QTc間期［19］，但一項大規(guī)模的臨床研究顯示，單獨使用ERT時，絕經(jīng)后女性的QTc間期輕度延長（只有幾毫秒），與不使用者比較差異有統(tǒng)計學意義，外源性雌激素以可逆的方式延遲了心臟復極，這表明雌激素有急性效應的存在［7］。動物實驗顯示，生理濃度的E2可顯著延遲心臟復極化，并導致QTc間期和APD延長［20］，這與在大規(guī)模的臨床研究中ERT對心電圖的影響一致。

2.1.2 雌激素對心電活動的影響 E2對豚鼠心室電活動有雙重影響：生理濃度的E2抑制Ikr（解離常數(shù)Kd=1.3 nmol/L），延長QTc間期和APD時程，而較高濃度（非生理）的E2不僅可以抑制IKr，而且在非基因組調(diào)節(jié)中可增強IKs（Kd=39.4 nmol/L）及抑制ICa-L（Kd=29.5 nmol/L）［20］。E2以濃度依賴的方式抑制Ikr，不同濃度E2引起的Ikr抑制率差異有統(tǒng)計學意義，但比較?。ㄗ畲笠种坡蕿?7%）［20］。

一個從對hERG通道的常見藥物結(jié)合位點突變的研究表明，hERG通道具有特殊結(jié)構(gòu)，通道上有特定的芳香族氨基酸殘基，如苯丙氨酸位點Phe656，Phe656的芳香族化合物結(jié)構(gòu)對E2誘導hERG通道的抑制是非常重要的，這表明E2芳香族的核心可能僅在雌激素中存在，而在其他性激素中不存在，可能負責調(diào)節(jié)hERG通道［21］。E2增強E4031誘導的hERG抑制的機制［7］雖尚未闡明，但這一功能與在卵泡晚期增加伊布利特誘導的QTc間期延長一致［15］，這可能是女性容易患aLQTs的原因。

最近，有研究用芳香化酶基因敲除小鼠作為體內(nèi)雌激素無效模型來支持雌激素對心臟電生理的影響［21］，用E4031分別比較野生型小鼠（C57/BL6J）和芳香化酶基因敲除小鼠在心電圖參數(shù)上的差異，發(fā)現(xiàn)去除血液中的雌激素后，在芳香化酶基因敲除小鼠中發(fā)現(xiàn)E4031對小鼠心率和QT間期的影響明顯減弱，證實內(nèi)源性雌激素可增加心臟復極化對E4031誘導的hERG抑制的敏感性。

2.2 孕激素的非基因組效應 孕酮對心臟離子通道有很強的非基因組效應。孕酮增強Iks的最大有效濃度（體積分數(shù)）是140%，抑制ICa-L的最大有效濃度（體積分數(shù)）是60%，這兩種效應在非基因組通路中均可被NO清除劑或信號分子的抑制劑終止［7］。孕酮抑制ICa-L是通過環(huán)磷酸鳥苷（cGMP）通路，而增強IKs不依賴可溶性鳥苷酸環(huán)化酶（cGMP-sGC）途徑，可能與蛋白質(zhì)S-亞硝基化有關(guān)［22］。cGMP對ICa-L有拮抗效應，而環(huán)磷酸腺苷（cAMP）可激活I(lǐng)Ca-L。在無cAMP激活的基礎條件下，孕激素以劑量依賴性方式增強Iks，半數(shù)最大效應濃度（EC50）=2.7 nmol/L，黃體期孕酮水平最大40.6 nmol/L，而在這個劑量范圍內(nèi)ICa-L通道沒有變化［23］。對于LQTs誘發(fā)的TdP來說，交感神經(jīng)系統(tǒng)的刺激是關(guān)鍵的觸發(fā)因素，可改變目標離子通道的特性：在交感神經(jīng)系統(tǒng)的刺激下，孕酮以劑量依賴性方式部分抑制ICa-L（半數(shù)抑制濃度IC50=29.9 nmol/L），但在100 nmol/L時，孕酮對IKs沒有顯著的影響；女性孕酮水平在卵泡期是2.5 nmol/L，在黃體期是40.6 nmol/L［23］。所以有研究認為，在月經(jīng)周期中血清孕激素的周期性波動可能會影響ICa-L和 Iks［7］。

2.3 雄激素 男性的睪酮水平與QTc間期呈負相關(guān)，睪丸切除術(shù)后男性JT間期延長，提示雄激素可能是影響QTc間期性別差異的重要因素［8］。有研究顯示，睪酮可通過降低ICa-L和增加IKs而縮短豚鼠的APD［24］；但是最近的模擬研究表明，鈣通道參與睪酮對男性復極化的作用較大［10］。

研究顯示，QTc間期與睪酮濃度呈負相關(guān)，促同化雄激素類藥物濫用者的QTc間期較不用藥者短50～55 ms，而睪酮水平增高的女性（如多囊卵巢綜合征的患者）QTc間期較正常女性短66 ms［8］。這些結(jié)果提示，雄激素與男性QTc間期縮短可能有關(guān)。在細胞灌流液中加入睪酮（EC50:2.1～8.7 nmol/L）可濃度依賴性地縮短豚鼠心肌細胞APD，其作用可能與增加 IKs和抑制 ICa-L有關(guān)，但對 IKr幾乎無影響［8］。然而，另有研究發(fā)現(xiàn)，在人骨髓神經(jīng)母細胞瘤細胞（SH-SY5Y）中，睪酮也可上調(diào)IKr，其作用依賴雄激素受體和磷脂酰肌醇3激酶（phos-phatidylinositol 3 kinase，PI3K）的作用［24］。兩個研究結(jié)果不一致的原因可能是由于兩者所用的細胞模型不同。

2.4 生理水平的性激素對離子通道的調(diào)節(jié) 有關(guān)生理水平的性激素對離子通道影響的報道比較少。研究發(fā)現(xiàn)，在豚鼠心室肌細胞內(nèi)，快速給予生理濃度的睪酮和孕酮可抑制ICa-L，增強IKs，導致心室APD縮短［25］，因此，睪酮和孕酮可縮短QTc間期，可能具有抗心律失常作用。ICa-L和IKs的調(diào)節(jié)通常發(fā)生時間在10～15 min，通過非基因組途徑依次激活c-Src，PI3K，Akt和eNOS，最終導致NO釋放［25］；而非基因組途徑主要發(fā)生在小窩（脂筏的一種，由膽固醇、鞘脂及蛋白質(zhì)組成）［26］。與孕酮和睪酮相反，生理濃度的E2延長QTc間期和APD，但較高濃度的E2縮短心室APD，原因可能是E2在對ICa-L和IKs的調(diào)節(jié)上影響較?。?7］。孕激素與雌激素之間的這種差異可能歸因于月經(jīng)周期中APD動態(tài)變化的不同。因此，女性月經(jīng)周期中孕酮和雌激素的這種差異可能對APD的動態(tài)變化有不同的影響。

3 計算機建模和仿真方法

基于臨床和實驗研究表明，心律失常的易損性差異可能來源于性激素，現(xiàn)已開發(fā)了數(shù)學建模和仿真的方法來揭示性激素對與心律失常影響的易損性機制；雌激素和孕激素已被納入計算，并且它們在心臟多個亞細胞靶點的急性相互作用也被納入，可根據(jù)心臟離子通道來預測它們?nèi)绾胃淖冸嗍蟮募毎徒M織的應激電活動［7］。豚鼠的仿真再現(xiàn)模型可觀察到雌性豚鼠心臟復極化過程，此模型也可預測細胞和組織中孕酮對先天性和藥源性LQTs節(jié)律紊亂的保護作用［23］。這些研究結(jié)果表明，孕激素的非基因組調(diào)控可能影響女性月經(jīng)周期中QTc間期的基線波動。在使用豚鼠虛擬細胞的計算模型中，睪酮對心電參數(shù)的影響也可重復模擬；模型預測表明睪酮和孕酮對藥物引起的心律失常有保護作用，而雌激素可能在延長QT間期藥物存在的情況下加重正常心臟電活動的破壞［7］。

生理水平的性激素的性別差異是加重折返性心律失常的發(fā)生，還是會阻止心律失常的發(fā)生，利用計算機模型便可以知曉，在aLQTs患者中，已經(jīng)觀察到女性發(fā)生致命性心律失常的概率要比男性高［28］。

結(jié)合實驗測定的基因組差異與ORD（O’Hara-Rudy Dynamic）人體虛擬細胞模型模擬性激素的效果，用數(shù)學模型來模擬男女心室肌細胞的作用，這個數(shù)學模型包含了男女基因組尺度測量的差異，該模型納入了男性和女性基因組的測量，用“男性”和“女性”模型細胞和組織來預測性別差異對心律失常風險的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在心外膜和心內(nèi)膜細胞中“女性”APD比“男性”更長；而在模擬中加入性激素則加重了這些差異，睪酮被預測為進一步縮短APD，而雌激素和孕激素對APD產(chǎn)生完全不同的影響［28］。

在計算機模型的研究預測中發(fā)現(xiàn)［28］：當孕酮增加時，卵泡期（排卵前）的QT間期比黃體期（排卵后）長，此外，模型預測藥物引起的心律失常多發(fā)生在卵泡期的晚期，此時雌激素的水平是最高的；男性因為有睪酮和較多的縫隙連接蛋白Cx43，更有可能縮短QTc間期，給予雙氫睪酮（DHT）后再用hERG阻斷劑，也不會發(fā)生持續(xù)性折返；男性中，縫隙連接蛋白Cx43的增多是預防持續(xù)性折返的關(guān)鍵因素，當將雌激素和IKr阻滯劑的模擬因素添加到“男性”的“基因”細胞或組織模型中，男性仍然不易發(fā)生折返現(xiàn)象。這些模擬結(jié)果表明，性別導致的差異傳導差異在心律失常中發(fā)揮著重要作用。

在未來，應該進行建模和仿真的方法去判斷心律失常事件的機制，特別是在交感神經(jīng)的刺激下，去判斷獲得性與先天性長QT綜合征誘發(fā)TdP的機制。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，在女性中，除了卵巢類固醇的基因組效應以外，雌激素介導的非基因組效應可能更易引起藥源性LQTs，而睪酮和孕酮對藥物引起的心律失常有保護作用。在評估藥物引起的QT間期延長的風險時，尤其是女性，可以考慮雌激素的急性影響。當前亟待解決的主要問題是人類數(shù)據(jù)的搜集以及對眾多性激素急性反應及其交叉反應的整合分析。與此同時，新型的研究技術(shù)（如由人類多能干細胞誘導產(chǎn)生的心肌細胞模型，計算機數(shù)學模擬模型）可能會極好地將基礎研究與臨床毒理學研究連接起來，值得更多期待。

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