中電導(dǎo)鈣激活鉀通道在心房顫動發(fā)生中的機(jī)制

王友成 趙慶彥

中電導(dǎo)鈣激活鉀通道（Intermediate conductance Ca2+-activated K+channel，KCa3.1）是一種非電壓門控通道，主要由細(xì)胞內(nèi)Ca2+激活引起K+外流，從而影響膜電位水平。近來研究表明，KCa3.1通道可能在心房顫動（簡稱房顫）的發(fā)生甚至維持中發(fā)揮重要的作用，筆者就KCa3.1通道與房顫的密切關(guān)系作一綜述。

1 KCa3.1概述

KCa3.1又稱SK4，屬于鈣激活鉀通道（KCa）家族的一員。根據(jù)單通道電導(dǎo)特性，KCa可劃分為大電導(dǎo)KCa（BK），中電導(dǎo)KCa和小電導(dǎo)KCa（SK1-3）。KCa3.1 蛋白由KCNN4基因編碼，由4個α亞基組成，每個亞基含有6個可能的跨膜結(jié)構(gòu)域和一個決定K+外流的成孔區(qū)域，其N 端和C端都位于胞內(nèi)，鈣調(diào)蛋白與每個α亞基的C-末端構(gòu)成聯(lián)系，是鈣敏感性調(diào)節(jié)的重要結(jié)構(gòu)[1]。KCa3.1是一種非電壓依賴型通道，其開放完全由細(xì)胞內(nèi)Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合來控制，這種高度的Ca2+敏感性受到密切相關(guān)的激酶和磷酸酶的生理調(diào)控。KCa3.1 通道在體內(nèi)廣泛表達(dá)，包括紅細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞等，其在調(diào)節(jié)細(xì)胞活化和增殖過程中起主要作用[2]。這些復(fù)雜過程的控制是通過KCa3.1通道調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)中Ca2+內(nèi)流的驅(qū)動力，以及通過介導(dǎo)細(xì)胞體積控制所需的K+外流來實(shí)現(xiàn)的[3]。

近來研究顯示，在胚胎干細(xì)胞衍生心肌細(xì)胞（ESCCM）、小鼠竇房結(jié)、成人右房和心室活檢組織中均發(fā)現(xiàn)KCa3.1表達(dá)[4]。此外，KCa3.1通道在犬和兔的心臟中也有表達(dá)[5—6]。在房室結(jié)發(fā)育過程中，KCa3.1通道明顯上調(diào)，其表達(dá)約為小電導(dǎo)KCa的9倍[7]。同時，ESC-CM 中KCa3.1通道的表達(dá)在心臟自律性形成方面發(fā)揮重要作用，高表達(dá)KCa3.1通道的心肌細(xì)胞搏動頻率明顯快于低表達(dá)的心肌細(xì)胞[8]。

KCa3.1通道的藥理學(xué)近年來有顯著進(jìn)步，目前有幾個有效的和選擇性的小分子可用，特別是在體內(nèi)調(diào)節(jié)KCa3.1通道的功能。在體內(nèi)研究KCa3.1通道的經(jīng)典小分子有孔隙阻斷劑TRAM-34和Senicapoc（ICA-17043），這兩種藥物都是在不具選擇性的抗真菌藥物克霉唑的基礎(chǔ)上開發(fā)的[9—10]。Senicapoc具有良好的藥理特性，對KCa3.1通道有更高的親和力，口服利用度高是其一大優(yōu)勢。Senicapoc最初是用于治療鐮狀細(xì)胞性貧血，并且已經(jīng)完成了有效性和安全性的Ⅰ期和Ⅱ期臨床研究，特別是在血壓和心臟功能方面[11]。近來還有研究者發(fā)現(xiàn)Senicapoc在動物阿茲海默模型中顯示出良好的腦組織滲透性和口服可行性，并提出將Senicapoc用于阿茲海默病的臨床研究[12]。TRAM-34尚未應(yīng)用于人類，但已成為廣泛使用的動物實(shí)驗(yàn)工具，用于研究KCa3.1通道在炎癥性疾病、器官纖維化重塑或癌癥中的作用。在大多數(shù)研究中，Senicapoc和TRAM-34 被證明能減少神經(jīng)炎癥并提供神經(jīng)保護(hù)[13]，還能抑制多種惡性腫瘤細(xì)胞的增殖[14]。然而，到目前為止，Senicapoc和TRAM-34都沒有在臨床試驗(yàn)中對心血管疾病進(jìn)行評估。除了以上兩個特異性抑制劑外，KCa3.1通道還可以被蝎子毒素、梭毒素、蛋白質(zhì)組氨酸磷酸酶-1等藥物阻斷[15]。

2 KCa3.1與心肌細(xì)胞電生理

Zhao等[16]在研究中發(fā)現(xiàn)，KCa3.1在小鼠的心房、心室、房室結(jié)也有表達(dá)，并且在心室的表達(dá)程度最高。KCa3.1在ESC-CM 中過表達(dá)或激活可顯著延長動作電位時程（APD），提高觸發(fā)頻率，增加類胚體搏動面積；而應(yīng)用KCa3.1抑制劑可顯著降低甚至停止人ESC-CM 的自律性[4，17]。在體實(shí)驗(yàn)也證實(shí)KCa3.1與竇房結(jié)的起搏功能密切相關(guān)。數(shù)學(xué)模型預(yù)測隨著KCa3.1電流的增加，竇房結(jié)細(xì)胞的觸發(fā)頻率顯著增加，當(dāng)應(yīng)用KCa3.1特異性抑制劑TRAM-34后，竇房結(jié)的觸發(fā)頻率明顯降低[18—19]。影響心肌細(xì)胞自律性的關(guān)鍵是自動去極化速度，而足夠強(qiáng)大的內(nèi)向電流依賴于最大舒張期電位（MDP）的水平，KCa3.1對MDP的形成至關(guān)重要，在KCa3.1被特異性抑制后，心肌細(xì)胞的MDP 降低，但APD50的持續(xù)時間沒有改變，表明KCa3.1電流對動作電位復(fù)極持續(xù)時間沒有顯著影響，只作用于復(fù)極的晚期[8]。這些證據(jù)提示KCa3.1對心肌自律性和心律失常的發(fā)生存在密切聯(lián)系。

眾所周知，在房顫的觸發(fā)活動中，延遲后除極（DADs）是最重要的機(jī)制之一。之前研究顯示，在兒茶酚胺敏感性多形性室性心動過速患者來源的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化的心肌細(xì)胞中，抑制KCa3.1通道可顯著減少DADs和鈣瞬變，從而抑制室性心律失常的發(fā)生[19]。然而，對于KCa3.1通道與房顫的直接關(guān)系少有文獻(xiàn)報道。我們團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)正常犬左右心房的KCa3.1通道表達(dá)很低，而界嵴、冠狀竇和肺靜脈的KCa3.1通道呈高表達(dá)；肺靜脈組織在異丙腎上腺素和程控電刺激下明顯誘發(fā)DADs和觸發(fā)活動，該作用在TRAM-34灌流后停止。另外，在犬心房快速起搏期間，KCa3.1通道在左心房和右心房中的表達(dá)顯著增加，在快速心房起搏7 h后，緩慢靜脈注射TRAM-34 可完全抑制房顫誘發(fā)[20]。交感神經(jīng)活動在房顫觸發(fā)活動中也發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，急性卒中犬3天后左側(cè)星狀神經(jīng)節(jié)活性增加導(dǎo)致房顫誘發(fā)率升高，心房肌β1腎上腺素能受體、p38-絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、激活蛋白-1（AP-1）和KCa3.1通道表達(dá)均明顯上調(diào)，靜脈注射TRAM-34可抑制房顫誘發(fā)；同時，消融左側(cè)星狀神經(jīng)節(jié)可明顯降低卒中犬房顫誘發(fā)，且心房肌β1腎上腺素能受體、p38-MAPK、AP-1和KCa3.1通道表達(dá)上調(diào)明顯抑制[21]。該結(jié)果說明由p38-MAPK、AP-1 通路介導(dǎo)的KCa3.1通道表達(dá)上調(diào)在交感神經(jīng)引起的房顫觸發(fā)活動中也發(fā)揮重要的作用。最近筆者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)性心房快速起搏犬中，抑制KCa3.1可顯著延長心房起搏犬的心房有效不應(yīng)期（AERP），縮短AERP 離散度（d AERP），并降低房顫誘發(fā)[22]。

3 KCa3.1通道與心臟成纖維細(xì)胞

Zhao等[23]以培養(yǎng)的成年大鼠心臟成纖維細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料，研究晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）對KCa3.1通道在細(xì)胞調(diào)節(jié)中的影響，首次證明AGEs通過上調(diào)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）1/2、p38-MAPK 和PI3K/Akt通路介導(dǎo)的KCa3.1通道，從而促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞增殖。后來Wang等[24]在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步探究了KCa3.1 通道在血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）介導(dǎo)成纖維細(xì)胞活化與增殖中的作用，發(fā)現(xiàn)Ang Ⅱ可顯著升高心臟成纖維細(xì)胞KCa3.1通道蛋白的水平和電流密度，且該作用可被氯沙坦、ERK1/2抑制劑、p38-MAPK 抑制劑和PI3K/Akt抑制劑拮抗，單獨(dú)應(yīng)用AP-1誘餌寡核苷酸也能抑制Ang Ⅱ介導(dǎo)的KCa3.1通道表達(dá)；同時，Ang Ⅱ促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖的作用可被TRAM-34 阻斷。該結(jié)果證明Ang Ⅱ通過激活血管緊張素受體和AP-1結(jié)合活性上調(diào)心臟成纖維細(xì)胞的KCa3.1通道，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖。在體實(shí)驗(yàn)中，Zhao等[25]通過主動脈縮窄術(shù)建立大鼠的壓力超負(fù)荷模型，從而研究KCa3.1通道在心臟纖維化過程中的作用。他們發(fā)現(xiàn)靜脈應(yīng)用TRAM-34可顯著降低壓力超負(fù)荷大鼠血漿及心肌局部的Ang Ⅱ水平，從而抑制心肌纖維化發(fā)生。在大鼠的心肌梗死模型中，Ju等[26]發(fā)現(xiàn)阻斷KCa3.1通道可明顯減輕由Ang Ⅱ介導(dǎo)的梗死區(qū)纖維重構(gòu)，并降低該區(qū)域的肌成纖維細(xì)胞數(shù)量；同時他們在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中也再次證明，KCa3.1通道促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞增殖與分化的作用是通過AKT 與ERK1/2信號通路來實(shí)現(xiàn)。以上結(jié)論均提示KCa3.1通道在心肌纖維化過程的關(guān)鍵作用，抑制KCa3.1通道或許能成為解決房顫維持機(jī)制的有效手段。

4 KCa3.1與巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)

巨噬細(xì)胞和房顫的關(guān)系近年逐漸被報道。He等[27]在臨床研究中觀察到風(fēng)濕性心臟病二尖瓣狹窄伴房顫患者心房肌中促炎型（M1）巨噬細(xì)胞浸潤數(shù)量明顯增加。另一項(xiàng)研究證實(shí)，房顫中巨噬細(xì)胞與心房肌細(xì)胞之間的功能存在相互作用。房顫誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞促炎型極化，而促炎巨噬細(xì)胞通過分泌IL-1β加劇心房電重塑，進(jìn)一步抑制心房肌細(xì)胞QKI蛋白表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞L 型鈣電流下調(diào)[28]。我們團(tuán)隊(duì)近期研究發(fā)現(xiàn)，急性卒中犬3天后心房肌巨噬細(xì)胞浸潤顯著增加，同時向促炎型極化并釋放多種促炎型介質(zhì)，導(dǎo)致房顫的易感性增加；心房肌局部注射巨噬細(xì)胞清除劑liposome可明顯抑制卒中后房顫的誘發(fā)和持續(xù)[29]。

已有研究證實(shí)KCa3.1通道在巨噬細(xì)胞上有表達(dá)，在人類單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞期間，KCa3.1的表達(dá)顯著上調(diào)，且在巨噬細(xì)胞遷移及極化過程中發(fā)揮重要作用[30]。然而，KCa3.1通道的表達(dá)模式及其在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型平衡中的作用仍不清楚。早期研究表明，編碼KCa3.1 通道的基因KCCN4在IL-4處理的人巨噬細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)[31]。然而另一項(xiàng)研究利用全細(xì)胞膜片鉗記錄法和Western blot分析，發(fā)現(xiàn)在干擾素γ和脂多糖處理的巨噬細(xì)胞以及IL-4處理的巨噬細(xì)胞中KCa3.1通道水平均升高，但在干擾素-γ和脂多糖誘導(dǎo)的M1型巨噬細(xì)胞中KCa3.1 通道的升高幅度明顯更大[32]。Toyama等[33]發(fā)現(xiàn)在KCa3.1基因敲除小鼠體內(nèi)的巨噬細(xì)胞活化程度降低。Xu等[32]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在體外巨噬細(xì)胞分化期間，特異性基因沉默或阻斷KCa3.1通道可顯著抑制促炎標(biāo)記物和細(xì)胞因子的表達(dá)。我們團(tuán)隊(duì)近期研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)7天的心房快速起搏犬中，心房M1型巨噬細(xì)胞數(shù)量顯著增多，IL-1β、TNF-α等炎癥介質(zhì)明顯增加，而抑制KCa3.1通道顯著降低M1型巨噬細(xì)胞數(shù)量和炎癥因子水平，同時降低房顫誘發(fā)和持續(xù)時間[22]。

巨噬細(xì)胞除了通過極化并釋放促炎介質(zhì)來發(fā)揮作用外，其本身和心肌細(xì)胞間也能構(gòu)成聯(lián)系。Fei等[34]在體外共培養(yǎng)巨噬細(xì)胞和心肌細(xì)胞，用膜片鉗法觀察縫隙連接和KCa3.1通道對心肌細(xì)胞電生理特性的影響，發(fā)現(xiàn)M1型巨噬細(xì)胞通過縫隙連接和KCa3.1 通道顯著延長了心肌細(xì)胞APD，KCa3.1通道抑制或沉默可明顯逆轉(zhuǎn)M1型巨噬細(xì)胞對體外心肌細(xì)胞APD 的影響。另外，不同亞型的巨噬細(xì)胞對心肌細(xì)胞APD 的影響并非一致，甚至表現(xiàn)為完全相反的作用，由此造成的復(fù)極異質(zhì)性可能是導(dǎo)致房顫發(fā)生的原因。

另外還有證據(jù)表明，單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的亞群可以通過分化為肌成纖維細(xì)胞，作為促纖因子和生長因子的來源，以及分泌參與基質(zhì)重塑的蛋白酶來調(diào)節(jié)纖維化[35]。She等[36]發(fā)現(xiàn)KCa3.1通道可能通過介導(dǎo)骨髓來源的單核細(xì)胞向心肌募集，在Ang Ⅱ誘導(dǎo)的炎癥微環(huán)境下分化為肌成纖維細(xì)胞，從而促進(jìn)心肌纖維化。通過分離大鼠外周血單核細(xì)胞和小鼠外周血CD4+T 細(xì)胞，他們觀察到阻斷KCa3.1通道可明顯抑制Ang Ⅱ刺激的CD4+T 細(xì)胞表達(dá)和分泌IL-4和IL-13，以及IL-4和IL-13誘導(dǎo)的單核細(xì)胞向成纖維細(xì)胞分化。

5 KCa3.1和小電導(dǎo)鈣激活鉀電流(KCa)在房顫作用中的比較

同KCa3.1一樣，小電導(dǎo)KCa也在包括心肌在內(nèi)的多種組織中表達(dá)，并且在心房中的表達(dá)明顯高于心室。其選擇性的阻斷劑是蜂毒明肽（apamin），另外NS8593可通過降低小電導(dǎo)KCa的Ca2+敏感性從而發(fā)揮阻斷作用。在早期雖然檢測到小電導(dǎo)KCa在心肌細(xì)胞上表達(dá)，但其功能并未受到重視，后來它在房顫中發(fā)生發(fā)展中的作用已經(jīng)得到公認(rèn)。比如，早期研究顯示小鼠SK2基因敲除可導(dǎo)致APD 延長及心房早期后除極相關(guān)心律失常的發(fā)生[37]。Ozgen等[38]發(fā)現(xiàn)，兔肺靜脈的短期起搏降低了APD，該變化與SK2電流增強(qiáng)和SK2表達(dá)增加相關(guān)。Li等[39]隨后發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)性房顫患者中SK2 電流和SK2 蛋白表達(dá)增加。SK3 編碼基因KCNN3的變異與男性房顫風(fēng)險顯著相關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)突顯了小電導(dǎo)KCa在房顫中的潛在重要作用。各種短期和長期房顫動物模型均報道了抑制SK2通道可導(dǎo)致AERP 延長、房顫誘發(fā)率降低，而這些對心室電生理沒有顯著影響[40—41]。臨床研究證實(shí)，抑制SK2通道已被證明可影響健康人心房肌細(xì)胞的心房復(fù)極，并延長離體心房組織的AERP。胺碘酮和決奈達(dá)隆對來源于慢性房顫患者的心房肌SK2電流有濃度依賴性的抑制作用，而對竇性心律患者的影響并不大[42]。

以上可以看出，現(xiàn)有證據(jù)表明小電導(dǎo)KCa對房顫的影響主要體現(xiàn)在心房電生理方面，而KCa3.1不僅參與了房顫發(fā)生時的心房電重構(gòu)，同時也參與了心房纖維化和巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，在房顫的觸發(fā)和維持中均發(fā)揮了重要的作用。

6 小結(jié)

目前，房顫發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制仍不十分明確，雖然有很多相關(guān)機(jī)制探討，但近年來房顫發(fā)生機(jī)制上仍沒有新的突破性進(jìn)展。KCa3.1通道在房顫的觸發(fā)及維持機(jī)制中均發(fā)揮了重要的作用，在進(jìn)一步闡明房顫機(jī)制的同時，可能成為房顫的預(yù)測因素和潛在的治療靶點(diǎn)。然而，KCa3.1通道在房顫發(fā)生中的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，若KCa3.1通道作為房顫治療的干預(yù)靶點(diǎn)，其有效性以及安全性還需考證。