兒茶酚胺敏感性多形性室速與心肌復(fù)極異常

楊曉云

兒茶酚胺敏感性多形性室性心動(dòng)過(guò)速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia，CPVT)是一種惡性程度較高的原發(fā)性心臟離子通道疾病，臨床主要特征為出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或情緒激動(dòng)誘發(fā)(腎上腺素介導(dǎo))的雙向性和/或多形性室性心動(dòng)過(guò)速(室速)、暈厥和猝死，臨床上比較少見。患者發(fā)病無(wú)明顯性別差異，多于兒童和/或青少年期發(fā)病，經(jīng)心臟檢查多無(wú)器質(zhì)性病變。

1 遺傳學(xué)因素

CPVT為一種家族遺傳性心律失常性疾病，目前研究發(fā)現(xiàn)，CPVT 的致病基因主要為RyR2 和CASQ2。這兩種基因突變引起的CPVT 分別呈顯性和隱性遺傳。

1.1 RyR2基因突變

CPVT患者中常染色體顯性表型占55%～60%，由編碼心臟的蘭尼堿受體(ryanodine receptor，RyR)基因突變引起。根據(jù)編碼基因的不同，RyR可分為RyR1、RyR2和RyR3三種亞型。其中，RyR2主要分布在心肌細(xì)胞肌質(zhì)網(wǎng)上，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)水平，維持細(xì)胞正常的生理功能。RyR2基因突變可使RyR2通道過(guò)度開放，導(dǎo)致舒張期肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+外漏到胞質(zhì)內(nèi)，引起細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超負(fù)載，引起延遲后除極(delayed after depolarization，DAD)，除極達(dá)到一定閾值即可引起觸發(fā)活動(dòng)，進(jìn)而誘發(fā)惡性心律失常。

1.2 CASQ2基因突變

CPVT患者中屬常染色體隱性遺傳的占3%～5%，由儲(chǔ)鈣蛋白(calsequestrin 2，CASQ2)基因突變引起。CASQ2蛋白位于心肌細(xì)胞肌質(zhì)網(wǎng)終末池內(nèi)，是一種緩沖鈣蛋白，對(duì)肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)鈣的儲(chǔ)存、游離鈣的調(diào)控、易化Ca2+-AT酶向肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)鈣過(guò)程發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，CASQ2 基因突變可使CASQ2蛋白結(jié)合鈣的能力降低，肌質(zhì)網(wǎng)儲(chǔ)存和釋放Ca2+的能力減弱，肌質(zhì)網(wǎng)中有效Ca2+濃度降低，鈣-耦聯(lián)蛋白復(fù)合物對(duì)肌質(zhì)網(wǎng)中鈣的反應(yīng)發(fā)生異常，進(jìn)而影響鈣介導(dǎo)的鈣釋放，導(dǎo)致CPVT的發(fā)生。CASQ2基因突變除了會(huì)導(dǎo)致隱性遺傳CPVT外，也可以直接調(diào)節(jié)RyR2通道的活性，與CPVT常染色體顯性表型或非血緣家族雙雜合表型CPVT的發(fā)生有關(guān)。

1.3 其他基因突變

Priori等[1]研究發(fā)現(xiàn)，KCNJ2基因也可誘發(fā)CPVT的相關(guān)臨床表現(xiàn)。離體實(shí)驗(yàn)顯示，KCNJ2基因突變體發(fā)生心律失常的細(xì)胞學(xué)機(jī)制與RyR2基因及CASQ2基因突變相似。研究指出，臨床上表現(xiàn)為周期性癱瘓、室性心律失常和QT間期延長(zhǎng)、機(jī)體畸形三聯(lián)征的Andersen-Tawil綜合征患者，也存在KCNJ2基因突變。

2 發(fā)生機(jī)制

2.1 鈣瞬變

心肌細(xì)胞除極時(shí)，心肌細(xì)胞膜上電壓依賴性L型Ca2+通道開放，Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并誘導(dǎo)肌質(zhì)網(wǎng)的RyR2通道開放，繼而觸發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)瞬間釋放出大量的Ca2+。當(dāng)心肌細(xì)胞膜上沖動(dòng)到達(dá)時(shí)，除極電活動(dòng)所誘發(fā)的瞬間鈣增高，被稱作“鈣瞬變”(calcium transient)，這一機(jī)制被稱作“鈣觸發(fā)鈣釋放”[2]。鈣瞬變是心肌細(xì)胞內(nèi)的正常鈣信號(hào)只在興奮-收縮耦聯(lián)時(shí)出現(xiàn)。每一次心動(dòng)周期中，參與鈣瞬變的鈣釋放單位數(shù)量是影響心臟興奮-收縮時(shí)鈣瞬變程度的一個(gè)重要因素。心肌細(xì)胞復(fù)極時(shí)，RyR2通道關(guān)閉，肌質(zhì)網(wǎng)中Ca2+-ATP酶活化并將胞質(zhì)內(nèi)Ca2+泵回肌質(zhì)網(wǎng)庫(kù)中。這一過(guò)程可以清除細(xì)胞內(nèi)約63%的Ca2+。此時(shí)位于細(xì)胞膜上的鈉-鈣交換體(Na+/Ca2+exchanger，NCX)也被激活，并將Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，同時(shí)將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，其交換比例為1 ∶3，其凈效應(yīng)是產(chǎn)生瞬時(shí)內(nèi)向電流(transient inward current，Iti)，Iti產(chǎn)生正向Na+/Ca2+交換。這一過(guò)程可以清除細(xì)胞內(nèi)約37%的Ca2+[3]。

Paavola等[4]研究發(fā)現(xiàn)，CPVT患者心肌細(xì)胞的鈣瞬變時(shí)程縮短。他們對(duì)連續(xù)30個(gè)鈣瞬變的上升期、衰減期、50%振幅、全振幅及全面積的短期變異性分別進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)使用異丙腎上腺素對(duì)正常對(duì)照組心肌細(xì)胞鈣瞬變的短期變異性無(wú)影響，卻使CPVT組心肌細(xì)胞鈣瞬變的50%振幅、全振幅和全面積的短期變異性指標(biāo)升至原來(lái)的3倍。CPVT組與正常對(duì)照組心肌細(xì)胞鈣瞬變的交替性變化較為罕見，但應(yīng)用異丙腎上腺素后，兩組的心肌細(xì)胞鈣瞬變分別交替4.8%和3.2%。結(jié)果表明，腎上腺素刺激加劇了CPVT患者心肌細(xì)胞鈣瞬變的不規(guī)則性變化。

2.2 延遲后除極

RyR2通道功能障礙造成的鈣釋放異常是引起CPVT的主要病理基礎(chǔ)。當(dāng)RyR2通道發(fā)生功能異常或被過(guò)度磷酸化時(shí)，可引起舒張期Ca2+滲漏，導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，NCX對(duì)Ca2+的清除作用增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致Iti增大、心肌細(xì)胞復(fù)極儲(chǔ)備降低及不規(guī)則復(fù)極儲(chǔ)備升高，引起心肌細(xì)胞DAD[5]。DAD是一次動(dòng)作電位(action potential，AP)復(fù)極完成后(4相)接著出現(xiàn)的震蕩電位。當(dāng)震蕩電位達(dá)到激活Na+通道的電壓幅值，即閾電位值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“觸發(fā)”動(dòng)作電位并向整個(gè)心臟傳導(dǎo)，在心電圖上相應(yīng)地形成一次早搏。這一過(guò)程若反復(fù)發(fā)生，多個(gè)幅度不一的DAD達(dá)到激活Na+通道的閾電位值時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生多個(gè)“觸發(fā)”動(dòng)作電位并向整個(gè)心臟傳導(dǎo)，心電圖上則相應(yīng)地會(huì)連續(xù)出現(xiàn)多次室性早搏，從而形成多形性室速。

2.3 復(fù)極不規(guī)則性

Paavola等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)狀態(tài)下，CPVT組(8例)與對(duì)照組(4例)心肌細(xì)胞復(fù)極90%時(shí)的動(dòng)作電位時(shí)程APD90平均值的短期變異性類似;應(yīng)用腎上腺素灌注后，其結(jié)果不受影響。兩組動(dòng)作電位時(shí)程的交替性變化也與之類似。應(yīng)用腎上腺素灌注后，對(duì)照組中1例、CPVT組中2例患者的誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells，iPSC)心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位時(shí)程出現(xiàn)交替性變化。腎上腺素顯著降低了CPVT患者IPSC心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的最大上升速度。

Paavola 等[4]記錄了13例RyR2-p2328s突變CPVT患者與4例健康對(duì)照者的單相動(dòng)作電位時(shí)程(monophasic action potential duration，MAPD)，測(cè)定其MAPD90短期變異性與交替性變化。當(dāng)心動(dòng)周期穩(wěn)定時(shí)，對(duì)3例CPVT患者與3例健康對(duì)照者長(zhǎng)時(shí)間記錄MAPD。在基礎(chǔ)狀態(tài)下與應(yīng)用腎上腺素灌注后，CPVT組與對(duì)照組心肌細(xì)胞MAPD90平均值的短期變異性相近，腎上腺素誘導(dǎo)的MAPD交替性變化可在所有3例健康對(duì)照者和其中2例CPVT患者中出現(xiàn)。從iPSC細(xì)胞模型中可一致發(fā)現(xiàn)，腎上腺素灌注可減慢CPVT患者M(jìn)APD的最大上升速度，而對(duì)照組的MAPD最大上升速度則無(wú)顯著變化。

在CPVT心肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，β-腎上腺素刺激可導(dǎo)致逐搏心跳鈣瞬變變異性增大，而鈣瞬變電交替較為罕見。與對(duì)照組相比，CPVT組的QRS波起點(diǎn)至T波波峰(QTapex )變異性增大，T波電交替(TWA)降低，而QT間期變異指數(shù)(QTVI)相似。研究確定逐搏心跳的變異是短期變異，非常適用于捕捉快速不規(guī)則的事件。相比之下，QTVI雖有變異但不是逐搏心跳的變化，因此更適合于測(cè)定緩慢的變化。研究結(jié)果表明，快速不規(guī)則復(fù)極是CPVT患者出現(xiàn)QT間期變異的基礎(chǔ)。研究還證實(shí)，快速起搏引起的QT間期瞬時(shí)變化與CPVT患者心律失常的發(fā)生相關(guān)[6]。

3 離體與在體實(shí)驗(yàn)

當(dāng)腎上腺素刺激健康人的心肌細(xì)胞時(shí)，除極速度基本保持不變。而β-腎上腺素刺激能減慢CPVT患者心肌細(xì)胞的除極速度；在RyR2-p2328s突變體CPVT實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，同樣出現(xiàn)了除極速度降低，這與純合子RyR2突變引發(fā)心律失常相關(guān)。RyR2突變時(shí)，心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高，高鈣抑制電壓門控鈉通道，降低單細(xì)胞動(dòng)作電位0期的最大上升速度，促使縫隙連接關(guān)閉，導(dǎo)致逐搏心跳鈣瞬變的變異和細(xì)胞間傳導(dǎo)延遲。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高可構(gòu)成致心律失常基質(zhì)，形成功能性阻滯與折返，誘發(fā)典型的多形性室速并進(jìn)而演變?yōu)槭翌潯?/p>

單細(xì)胞動(dòng)作電位緩慢除極在心電圖上可通過(guò)24 h心電圖QRS波時(shí)限、 R波最大上升速度得以表征。CPVT患者的R波最大上升速度，很大程度上取決于心室傳導(dǎo)，而不能看作與動(dòng)作電位上升速度直接相關(guān)。CPVT患者R波最大上升速度的下降，與動(dòng)作電位及單相動(dòng)作電位0期最大上升速度的降低相一致。然而，這種變化趨勢(shì)并不能從QRS間期中反映出來(lái)。表明患者R波最大上升速度的顯著降低，表明患者病情較重。 Chen等[7]研究發(fā)現(xiàn)，β-腎上腺素刺激使CPVT患者離體或在體心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的最大上升速度均減小。這在CPVT病史較長(zhǎng)者的24 h動(dòng)態(tài)心電圖記錄中，表現(xiàn)為R波最大上升速度的下降。

4 臨床與心電圖

應(yīng)用腎上腺素激動(dòng)劑刺激后，與正常對(duì)照組相比，CPVT患者細(xì)胞內(nèi)鈣瞬變不規(guī)則性與交替性變化程度加深。這在24 h動(dòng)態(tài)心電圖記錄中，表現(xiàn)為QT間期短期變異程度增大，而TWA變異程度降低(表1)。研究還發(fā)現(xiàn)，QT間期短期變異增大與CPVT患者心律失常的嚴(yán)重程度相關(guān)。QT間期變異性增大、除極速度降低，可能是引起CPVT患者發(fā)生惡性心律失常的主要機(jī)制。

表1 應(yīng)用腎上腺素激動(dòng)劑后CPVT組和正常對(duì)照組24 h動(dòng)態(tài)心電圖參數(shù)比較

表1(續(xù))

CPVT:兒茶酚胺敏感性多形性室速;QTend：QRS波起點(diǎn)至T波終末部；QTapex：QRS波起點(diǎn)至T波波峰；Tp-Te：T波峰末間期；STV：短時(shí)程變異；QTVI：QT變異指數(shù)；TWA：T波電交替； MMA：移動(dòng)平均修正法；CDM：解調(diào)法；UWA：U波電交替

Viitasalo 等[8]對(duì)13例CPVT患者的臨床及心電圖特點(diǎn)進(jìn)行研究，其中，9例發(fā)生運(yùn)動(dòng)相關(guān)性暈厥，4例發(fā)生室顫/猝死。隨訪中，1例有暈厥病史的CPVT患者發(fā)生猝死。深入分析各種與復(fù)極相關(guān)的心電圖參數(shù)，采用移動(dòng)平均算法(MMA)對(duì)兩種RyR2基因突變攜帶者進(jìn)行T波電交替(TWA)分析，并測(cè)定QTapex短期變異性和R波最大升速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種RyR2基因突變攜帶者上述指標(biāo)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此可將這些患者都看作CPVT組。

4.1 QRS波時(shí)限與R波最大上升斜率

關(guān)于除極化率降低能否反映在心電圖QRS波中，Paavola等[4]開展了深入研究。當(dāng)RR間期從500 ms升至1200 ms時(shí)，CPVT患者R波最大上升斜率的平均值比對(duì)照組降低了4～7 mV/s [(91±11)mV/svs.(95±14 )mV/s]，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。當(dāng)RR間期從500 ms提高到1200 ms時(shí)，兩組的QRS間期相似，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以30歲為界將CPVT患者分為兩組，30歲以上CPVT患者的R波最大上升斜率明顯小于30歲以下者，而R波最大上升斜率的短時(shí)程變異與交替性比較，差異亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4.2 QT間期變異性

研究表明，當(dāng)RR間期從400 ms升至600 ms時(shí)，CPVT患者與對(duì)照組的QT間期差值明顯縮小[4]。在自動(dòng)檢測(cè)中，QTapex較QTend間期更可靠。當(dāng)RR間期從510 ms升到1180 ms時(shí)， CPVT患者的QTapex 間期短時(shí)程變異、平均24 h的QTapex短時(shí)程變異均大于正常對(duì)照組。有室顫或猝死病史的CPVT患者，其QTapex短時(shí)程變異較對(duì)照組增大。有心律失常事件(暈厥、室顫或猝死)病史的CPVT患者，隨著心率的增快，QTapex短時(shí)程變異呈增大的趨勢(shì)。CPVT患者與正常對(duì)照組的QT變異指數(shù)值相近。

4.3 T波電交替

T波電交替(T-wave alternans，TWA)主要用于在不同的患者群體中評(píng)估室性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)其臨床實(shí)用性仍有爭(zhēng)議[9]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)CPVT患者TWA的研究尚未見報(bào)道。TWA是由于細(xì)胞內(nèi)Ca2+循環(huán)不平衡，即Ca2+釋放和/或再攝取異常造成的。RyR2-p2328s突變可使鈣循環(huán)加快，誘發(fā)CPVT。大量研究表明，RyR2抑制劑可導(dǎo)致鈣交替。心率較快時(shí)，CPVT患者TWA低于正常對(duì)照組。RyR2減少可以引起心肌細(xì)胞鈣瞬變明顯延長(zhǎng)并發(fā)生交替性變化。這與我們?cè)赗yR2突變心肌細(xì)胞中觀察到的鈣瞬變有關(guān)。鈣瞬變交替引起CPVT患者TWA降低的原因，可能是增加了逐搏心跳復(fù)極的不規(guī)則性，干擾了交替模式。

采用移動(dòng)平均修正法(MMA)測(cè)定TWA，發(fā)現(xiàn)CPVT患者的TWA與對(duì)照組相比明顯降低。在TWA-RR間期相關(guān)曲線中，當(dāng)RR間期從510 ms到680 ms時(shí)，CPVT患者的TWA降低；當(dāng)RR間期從550 ms到670 ms時(shí)，隨著CPVT患者病情的加重，TWA呈降低趨勢(shì)。當(dāng)RR間期從500 ms到600 ms時(shí)，MMA 方法測(cè)得的CPVT患者的U波電交替(U-wave alternans，UWA)也降低。

CPVT患者表現(xiàn)出與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)的明顯的復(fù)極不規(guī)則，以及腎上腺素刺激時(shí)除極速度的下降。CPVT患者還存在逐搏心跳的復(fù)極不規(guī)則。腎上腺素刺激能引起鈣瞬變電流的不規(guī)則變化和RyR2突變體單相動(dòng)作電位形態(tài)的相應(yīng)變化。APD能獨(dú)立增加逐搏心跳的復(fù)極不規(guī)則性，主要是由于腎上腺素刺激RyR2誘導(dǎo)的Ca2+釋放。 Oosterhoff等[10]研究指出，不規(guī)則的鈣瞬變所引起的緩慢除極和不規(guī)則復(fù)極，均與CPVT患者發(fā)生嚴(yán)重心律失常事件密切相關(guān)。臨床上可將心電圖QT間期變異作為判斷CPVT患者是否有潛在心律失常風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)，但其具體機(jī)制還需要進(jìn)行更深入的研究。