鈣激活鉀通道在瓣膜性房顫發(fā)生發(fā)展中的作用及其與血流切應(yīng)力關(guān)系的研究進(jìn)展

沈品，謝芹，程祥，楊恩澤，孫毅

1 昆明醫(yī)科大學(xué)附屬心血管病醫(yī)院心外科，昆明650000；2 昆明醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究中心暨云南省干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

房顫（AF）是最常見(jiàn)的持續(xù)性心律失常，其特征為規(guī)律的心房電活動(dòng)和機(jī)械功能喪失，表現(xiàn)為心房快而無(wú)序的搏動(dòng)。瓣膜性AF 一般指在二尖瓣病變基礎(chǔ)上或心臟瓣膜置換術(shù)后發(fā)生的AF，其發(fā)生血栓栓塞的風(fēng)險(xiǎn)較其他類型AF更高。在瓣膜性AF發(fā)病率快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，迫切需要對(duì)瓣膜性AF有效的干預(yù)和治療。目前臨床上對(duì)瓣膜性AF 伴隨的血栓形成主要通過(guò)抗凝藥物預(yù)防，但同時(shí)有抗凝不夠及過(guò)度抗凝引起的出血問(wèn)題。有研究顯示，使用內(nèi)皮細(xì)胞鈣激活鉀通道（KCa）阻斷劑可有效減少AF 的發(fā) 生［1］。KCa 主 要 包 括KCa2.3 和KCa3.1 兩個(gè) 通道，其可在心房中表達(dá)并在心房復(fù)極中起重要作用［2］。血流切應(yīng)力指血流作用于血管壁單位面積的力，研究發(fā)現(xiàn)KCa2.3 受血流切應(yīng)力調(diào)控，并可通過(guò)KCa3.1作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，使其產(chǎn)生病理生理學(xué)改變。本文就KCa 在瓣膜性AF 發(fā)生發(fā)展中的作用及其與血流切應(yīng)力的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期為瓣膜性AF的治療提供新的方向。

1 瓣膜性AF及血栓形成概述

流行病學(xué)研究顯示，我國(guó)AF 發(fā)病率約為0.9%，且隨著年齡增大而增加，女性發(fā)病率高于男性［3］。AF 的發(fā)作需要一定的觸發(fā)因素，其維持需要相應(yīng)的機(jī)制，這種機(jī)制包括電重構(gòu)和結(jié)構(gòu)重塑。電重構(gòu)指心肌離子通道的改變；結(jié)構(gòu)重塑指組織結(jié)構(gòu)的改變，既有微觀的（如纖維化），也有宏觀的（如心房擴(kuò)張）。在所有引起缺血性卒中的因素中，AF 約占20%［4］。AF 引起的血栓形成一般位于左心房，左心房血栓又有約90%發(fā)生在左心耳內(nèi)。瓣膜性AF更加容易形成血栓，除了引起心房?jī)?nèi)血流速度減慢及渦流形成外，瓣膜病變對(duì)左心房?jī)?nèi)血流動(dòng)力學(xué)的破壞可導(dǎo)致心房?jī)?nèi)流場(chǎng)均勻性改變，因而相對(duì)于其他類型的AF，瓣膜性AF左心房?jī)?nèi)流場(chǎng)均勻性更差，血流切應(yīng)力増高更明顯，從而更易導(dǎo)致心臟泵血功能下降，心房?jī)?nèi)附壁血栓形成，引起卒中［5］。

2 KCa在瓣膜性AF發(fā)生發(fā)展中的作用

Ca2+是無(wú)處不在的第二信使，心臟收縮受Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)序列的控制，其中包括肌質(zhì)網(wǎng)中Ca2+釋放通道的L 型電壓門(mén)控Ca2+通道開(kāi)放［6］。研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈切應(yīng)力增加可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞胞質(zhì)中的Ca2+升高，從而觸發(fā)KCa 開(kāi)放［7］。KCa 家族根據(jù)其單通道電導(dǎo)分為3 類，大電導(dǎo)Ca2+活化鉀通道（BK）、中電導(dǎo)Ca2+活化鉀通道（IK）和小電導(dǎo)Ca2+活化鉀通道（SK）。蜂毒明肽（Apamine）是在蜂毒素中發(fā)現(xiàn)的一種18個(gè)氨基酸的肽類神經(jīng)毒素，是SK的特異性和選擇性阻斷劑，具有抗炎和抗纖維化的作用。在SK家族成員中，根據(jù)對(duì)Apamin 敏感度的不同又可分為3 種亞型，低敏感度的SK1（KCa2.1，由KCNN1基因編碼）、中敏感度的SK3（KCa2.3，由KCNN 基因編碼）、高敏感度的SK2（KCa2.2，由KCNN2 基因編碼）［8］。其中，KCa3.1 與KCa2.3 被認(rèn)為是心腦血管疾病的潛在藥物靶點(diǎn)。SK 的3個(gè)亞型通道中均有1個(gè)單通道電導(dǎo)受細(xì)胞內(nèi)Ca2+調(diào)控，其鈣離子門(mén)控特性由鈣離子通道與鈣調(diào)蛋白（CaM）聯(lián)合完成，即鈣離子和CaM相結(jié)合激活SK通道，使鉀離子外流［9］。

2.1 KCa2.3 KCa2.3 在人的心房、心室均有表達(dá)，但其在心房表達(dá)水平更高，功能也更重要，故臨床上以心房為目標(biāo)進(jìn)行靶向治療［10］。LI 等［11］研究發(fā)現(xiàn)，KCa2.3 在AF 和瓣膜性AF 患者中表達(dá)均上調(diào)。ELLINOR 等［12］在全基因組關(guān)聯(lián)研究分析中鑒定出編碼KCa2.3 的基因KCNN3，并提出KCNN3 是與AF直接相關(guān)的少數(shù)基因之一，其單核苷酸多態(tài)性與AF高度相關(guān)。KCa2.3參與了心房動(dòng)作電位的形成，其過(guò)度表達(dá)可引起心房肌細(xì)胞動(dòng)作電位尤其是復(fù)極末期時(shí)程縮短，但對(duì)靜息電位影響不大［13］。SIMó-VICENS 等［14］也發(fā)現(xiàn)，在使用KCa2.3 阻滯劑后，人的心房肌細(xì)胞動(dòng)作電位顯著延長(zhǎng)。

2.2 KCa3.1 KCa3.1 在人的心房中表達(dá)，在心室中不表達(dá)，可被克霉唑、TRAM-34 阻斷。TRAM-34是一種高特異性KCa3.1 選擇性阻斷劑，可延長(zhǎng)PR間期，減慢心率［15］。體外應(yīng)用KCa3.1阻斷劑能夠抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖，也能顯著降低心臟纖維化，提示KCa3.1 通道在心房重構(gòu)中發(fā)揮作用［16］。KCa3.1是內(nèi)皮細(xì)胞超極化的基礎(chǔ)，也是影響慢性心臟重構(gòu)的決定因素［17］。通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位和鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，KCa3.1 在炎性細(xì)胞的激活、遷移和轉(zhuǎn)移中起重要作用。KCa3.1 通道可調(diào)控Ca2+內(nèi)流，從而調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞的活化、遷移和黏附等功能，參與血栓的形成［18］。YANG 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，TRAM-34可完全抑制快速心房起搏犬AF的發(fā)作，延長(zhǎng)AF 有效不應(yīng)期，提示KCa3.1 在AF 的誘導(dǎo)過(guò)程中起重要作用，其表達(dá)的增加與心房快速起搏時(shí)交感神經(jīng)活動(dòng)增加有關(guān)。HE 等［20］發(fā)現(xiàn)，KCa3.1 阻斷劑可能通過(guò)抑制p38 MAPK/AP-1/NFκB 信號(hào)通路減少促炎癥巨噬細(xì)胞的極化和相關(guān)炎癥因子的分泌，從而減少長(zhǎng)時(shí)間快速心房起搏后AF的發(fā)作。另有研究指出，KCa3.1的表達(dá)增加與急性腦卒中后3 d 交感神經(jīng)活動(dòng)的增加密切相關(guān)，心房KCa3.1抑制可能對(duì)急性卒中患者有影響［21］。

3 KCa與血流切應(yīng)力在瓣膜性AF中的關(guān)系

在心臟舒張、收縮的過(guò)程中，心肌會(huì)受到各種力的作用，例如拉伸、切應(yīng)力和后負(fù)荷等。隨著心血管流體力學(xué)研究的不斷深入，切應(yīng)力在心血管系統(tǒng)病理和生理過(guò)程中的作用逐漸被認(rèn)識(shí)。切應(yīng)力可導(dǎo)致細(xì)胞骨架及功能的改變，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞重構(gòu)。外周動(dòng)脈狹窄相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈狹窄處血流所產(chǎn)生的切應(yīng)力可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞纖維化及血小板聚集，從而致使血栓形成［22］。心臟內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)十分復(fù)雜，而左心房?jī)?nèi)力學(xué)信號(hào)通過(guò)何種途徑轉(zhuǎn)變?yōu)樯飳W(xué)行為，是目前研究的熱點(diǎn)。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加是響應(yīng)切應(yīng)力增加的最早事件之一，Ca2+的增加隨后激活KCa通道［23］。血流切應(yīng)力能增加血管內(nèi)皮細(xì)胞線粒體ATP 生成，觸發(fā)ATP 釋放和細(xì)胞內(nèi)嘌呤受體介導(dǎo)的Ca2+信號(hào)傳遞。內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械刺激反應(yīng)對(duì)循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)也很重要，其損傷會(huì)增加心力衰竭、高血壓和瓣膜性心臟病的發(fā)生，在臨床上與AF和卒中有關(guān)［6］。研究顯示，心臟內(nèi)湍流切應(yīng)力的增加是導(dǎo)致患者心臟瓣膜病變進(jìn)行性加重的重要原因，而KCa3.1 及KCa2.3 在這個(gè)過(guò)程中具有不同的功能，KCa2.3 可被血流切應(yīng)力優(yōu)先激活，而KCa3.1 可被KCa2.3 影響，進(jìn)而參與到血栓形成的過(guò)程中［24］。BRAKEMEIER 等［25］對(duì)人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞的研究顯示，在層流切應(yīng)力刺激并激活MEK/ERK 途徑后，KCa3.1 基因表達(dá)增強(qiáng)。TAKAI 等［26］發(fā)現(xiàn)，切應(yīng)力可以調(diào)節(jié)冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中KCa2.3的表達(dá)，并通過(guò)乙?；D(zhuǎn)移酶p300、蛋白激酶B（Akt）影響KCa3.1 的表達(dá)，該過(guò)程還涉及CaMKK/Akt/p300 級(jí)聯(lián)的激活。切應(yīng)力刺激可引起血管擴(kuò)張，而KCa2.3在調(diào)節(jié)動(dòng)脈張力中起著重要的作用。單基因敲除實(shí)驗(yàn)顯示，內(nèi)皮KCa2.3 缺陷可明顯降低血管擴(kuò)張［24］。LI 等［11］研究發(fā)現(xiàn)，層流切應(yīng)力可以誘導(dǎo)大鼠心肌細(xì)胞H9c2 中KCa2.3 mRNA 和蛋白表達(dá)上調(diào)，并介導(dǎo)磷脂酰肌醇3 激酶的表達(dá)。在瓣膜性AF 合并血栓患者中，KCa2.3及KCa3.1表達(dá)均增高，左心房組織纖維化程度增高。TRIGGLE 等［27］對(duì)外周血管的研究中發(fā)現(xiàn)，切應(yīng)力可引起血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，導(dǎo)致KCa3.1激活血小板，這可能是血栓形成的誘因之一。由上可見(jiàn)，血流切應(yīng)力的變化構(gòu)成了心血管病變的始動(dòng)環(huán)節(jié)，KCa2.3 受血流切應(yīng)力調(diào)控，通過(guò)KCa3.1作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞并產(chǎn)生病理生理改變，提示KCa可以作為瓣膜性AF潛在的治療靶點(diǎn)。

綜上所述，在瓣膜性AF 患者中，左心房?jī)?nèi)切應(yīng)力的升高促進(jìn)了KCa2.3 及KCa3.1 的激活，導(dǎo)致左心房、左心耳血管內(nèi)皮細(xì)胞重構(gòu)、血小板激活，進(jìn)而導(dǎo)致血栓形成。KCa2.3及KCa3.1在這個(gè)過(guò)程中起到紐帶作用，其可能是瓣膜性AF血栓形成的信號(hào)傳導(dǎo)通路之一，但具體的作用機(jī)制仍不明確。希望今后可以有更多臨床實(shí)驗(yàn)得出循證醫(yī)學(xué)證據(jù)來(lái)指導(dǎo)臨床，為瓣膜性AF血栓防治提供理論基礎(chǔ)。