甘草次酸抗实验性心律失常及机制的研究1)

杨继媛,吴红金

心律失常是临床常见的复杂而危险的心血管疾病或并发症,是造成患者死亡的重要原因之一,尤其在心肌缺血、心肌梗死或心力衰竭时,心律失常的发生率、死亡率更高。因此心律失常仍然是世界范围内的研究热点。

东汉张仲景在《伤寒论》中提出:“伤寒脉结代,心动悸,炙甘草汤主之”。多年来,炙甘草汤广泛用于治疗心律失常,并有一定的临床疗效[1,2]。甘草次酸是炙甘草汤君药炙甘草的有效活性成分,近年来,国内外学者在动物和细胞水平进行的实验研究表明,甘草次酸具有抗炎[3,4]、调节免疫、抗肝毒[5]、抗溃疡[6]、抗病毒[7]、抗心律失常[8,9]、抗癌[10]等多方面的药理作用。本文就甘草次酸的抗心律失常作用及其机制做一综述。

1 在动物整体水平,甘草次酸抗心律失常作用的研究

1.1 甘草次酸可对抗乌头碱等引起的心律失常 动物实验研究表明,甘草次酸[9]对乌头碱、氯化钡、氯仿、冠状动脉结扎等多种原因引起的心律失常均有治疗作用。

谢世荣等[8]通过静脉注射乌头碱20 μ g/kg、氯化钡2 mg/kg,结扎冠状动脉制作大鼠心律失常模型,同时使用氯化钙-乙酰胆碱诱发小鼠心律失常[8]。以奎尼丁为阳性对照药物,观察甘草次酸的抗心律失常作用。结果发现,甘草次酸可使以上四种模型引起的心律失常持续时间缩短,且治疗效果优于奎尼丁。

乌头碱是制作动物心律失常模型的经典药物,它诱发心律失常的机制是复杂的。基础研究表明,乌头碱可改变钠离子通道的生物物理学特性[11],阻断该离子通道的失活态,使钠离子通道持续开放[12],INa+增大,心肌细胞持久去极化,细胞内Na+浓度增加,激活钠钙交换体,Ca2+内流增加;其次,乌头碱可使心肌细胞肌浆网钙释放通道(RyR2)基因和蛋白表达上升,增加细胞的肌浆网钙释放,使细胞内Ca2+浓度增加[13],打破细胞内钙离子的动态平衡,引起心律失常及心肌的收缩、舒张功能障碍。另外,电生理实验也发现,乌头碱可使大鼠心肌细胞ICa-L增加,动作电位时程(APD)延长[14]。由此可见,甘草次酸可对抗 INa+、ICa-L增大和心肌细胞RyR2基因和蛋白表达增多,从而缩短乌头碱引发心律失常的持续时间。

BaCl2诱发心律失常的机制目前尚不明确,可能是通过增加心肌细胞Na+内流,提高最大舒张期去极化速率,同时增加心肌细胞Ca2+内流而诱发后除极和触发活动,从而引起心律失常[15,16]。甘草次酸可减少BaCl2诱发的心律失常持续时间,因此推测其可能对心肌细胞Na+离子通道和Ca2+离子通道有抑制作用。

冠状动脉结扎诱发缺血性心律失常,主要由于心肌缺血缺氧时,心肌细胞能量代谢障碍,三磷腺苷(AT P)合成减少,ATP依赖的钠钾泵功能减弱,细胞内失钾,心肌细胞膜电位降低,自律性增强。其次,心肌缺血缺氧时,细胞内酸性代谢产物增加,细胞内H+浓度升高,Na+/H+交换体活性增强,使细胞内Na+浓度增高,激活逆向Na+/Ca2+交换体,引起细胞内钙超载,诱发晚期后除极,进而引发心律失常。另外,心肌细胞膜电位降低,可被激活的钠离子通道减少,在动作电位0位相,钠离子进入细胞内的速率降低,动作电位幅值减小,冲动传导减慢,甚至发生单向阻滞,进而引起折返性心律失常[14]。甘草次酸可减少冠状动脉结扎诱发的缺血性心律失常,可推测其可能通过阻断钠通道、钙通道、Na+/H+交换体、Na+/Ca2+交换体或其他心肌保护作用机制起到抗心律失常的作用。

1.2 甘草次酸抗缺血再灌注性心律失常作用 甘草次酸可治疗缺血和再灌注引起的各种心律失常,其机制可能与其心肌保护作用有关。朱晓卫[16]使用缺糖缺氧和缺氧再给氧方法制备心肌细胞损伤模型,比较甘草次酸钠对损伤组和正常组心肌细胞的作用。结果提示,甘草次酸钠可减少缺糖缺氧和缺氧再给氧损伤造成的心肌细胞乳酸脱氢酶(LDH)外漏。苏德淳等[17]使用缺血再灌注的大鼠模型,研究甘草次酸对大鼠缺血再灌注损伤心肌的保护作用。结果显示,甘草次酸能降低心肌梗死面积,减少心律失常发生率,认为甘草次酸的抗心律失常作用可能与其抑制化学转运的同时能保持心肌电耦联有关。葛明珠[18]研究表明,18β-甘草次酸钠可使低压缺氧小鼠的存活时间由12.0 min延长至15.8 min;整体耗氧率从 6.8%降至3.6%;血液pH值从7.18升至7.36(P＜0.01),改善代谢性酸中毒,血氧分压从 6.59 kPa降至5.52 kPa,增强组织用氧能力。Ruiz-Meana等[19]研究结果提示,缺血与再灌注期间,缝隙连接(gap junction,GJ)处于持续开放状态,可引起受损细胞内的损伤物质如钙离子等扩散至相邻细胞,导致过收缩的扩展,使心肌梗死范围扩大。而作为GJ解耦联剂的甘草次酸可抑制损伤物质通过GJ传导,减少邻近细胞的坏死,缩小梗死范围[20]。Rita Papp等[21]研究发现,甘珀酸预处理可明显减少缺血20 min或60 min引起的室性早搏的发生次数。甘珀酸预处理组缝隙连接渗透性和非磷酸化的Cx43水平明显降低。缺血前缝隙连接的解耦联是甘珀酸发挥抗心律失常作用的关键因素。范书英等[22]也研究发现,甘草次酸对大鼠心肌致死性再灌注损伤具有保护作用。缺血前给予甘草次酸可明显减轻心肌致死性再灌注损伤,表现为缩小心肌梗死面积、减少心肌细胞凋亡数目,但对心律失常的发生无影响。该学者随后的研究发现[23],甘草次酸可明显抑制心肌缺血30 min末GJ的开放功能,通过抑制缺血期间GJ开放,阻断受损物质的传递,减少了缺血性损伤,进而缩小了心肌梗死面积和凋亡细胞数目,可见甘草次酸通过抑制心肌细胞GJ的开放功能发挥心肌保护作用。另外,心肌细胞缺血缺氧时,线粒体 ATP的产生和贮存减少,钠泵、钙泵功能降低,排钙能力下降,胞内钙离子增加,同时激活脂解酶造成细胞膜分解,膜结构破坏,胞内酶外漏。以上研究可见,心肌缺血再灌注损伤时,细胞内钙离子浓度升高及GJ持续开放,甘草次酸可能通过对抗这些机制保护心肌进而发挥抗心律失常作用。

2 在细胞水平,甘草次酸对心肌细胞离子通道的影响

2.1 甘草次酸对心肌细胞L型钙离子通道的影响 甘草次酸对心肌细胞L型钙离子通道的影响呈现出相互矛盾的研究结果,这可能与动物种属不同或药物浓度差异有关。

谢世荣等[24]观察不同浓度甘草次酸对单一大鼠心室肌细胞L型钙通道的影响。结果显示:甘草次酸浓度分别为0.1 μ mol/L,1.0 μ mol/L、10.0 μ mo1/L 时可 剂量依赖性降低 ICa-L,使ICa-L从加入甘草次酸前的(2.30±0.29)nA分别降至(1.96±0.34)nA,(1.37±0.24)nA,(0.66±0.20)nA,与加入甘草次酸前比较,差异有统计学意义(P＜0.01);0.1 μ mol/L、1.0 μ mol/L、10.0 μ mo1/L 的 甘草次酸可使 ICa-L 的 I-V 曲线上移,但峰值电压不变。说明甘草次酸可阻滞 L型钙通道,抑制钙离子内流。但仰礼真等[25]观察甘草次酸对单个豚鼠心室肌细胞L型钙通道的影响,研究结果提示,甘草次酸10-6mol/L可使ICa-L峰值增加22.51%,加入甘草次酸后,心肌细胞ICa-L由加药前的(0.76±0.29)nA增加到(0.97±0.31)nA,使心肌细胞膜上L型钙通道开放增加。周承志[26]采用血清药理学的方法,研究炙甘草汤含药血清对兔心肌细胞 L型钙离子通道的影响,结果表明炙甘草汤含药血清可抑制兔心室肌细胞ICa-L,且抑制作用呈浓度依赖性增强。含药血清可使ICa-L I/V曲线明显上移,但未改变其激活电位、峰值电位和反转电位。

2.2 甘草次酸对钠离子通道的影响 Du等[27]将人类钠通道基因Nav1.5和突变基因Nav1.5-△KPQ表达于爪蟾卵母细胞,观察甘草次酸对Nav1.5和Nav1.5-△KPQ基因编码的钠电流(Peak INa)和晚钠电流(Late INa)及通道动力学的影响。研究结果表明,甘草次酸可使Peak INa和Late INa显著减小,且呈浓度依赖性作用增强。甘草次酸可使激活曲线向去极化方向移动+8 mV,使失活曲线向超级化方向移动-7 mV,从而减小Na+的窗电流。此外,还可延长钠离子通道的失活后恢复时间。可见,甘草次酸通过改变钠离子通道的动力学特征来减小Peak INa和Late INa,可治疗细胞内各种原因导致钠离子浓度增加而引起的心律失常。

2.3 甘草次酸对心肌细胞动作电位的影响 陈兰英等[28]以豚鼠离体乳头肌细胞为研究对象,采用玻璃微电极技术观察甘草酸单铵盐对组胺诱发的触发活动和动作电位的影响。结果显示,甘草酸单铵盐能防治组胺(200 μ mol/L)对豚鼠离体乳头肌细胞动作电位时程(action potential duration,APD50和APD90)的缩短,并能防治组胺诱发的触发活动。周承志[26]采用血清药理学的方法,研究炙甘草汤含药血清对兔心肌细胞电生理的影响,研究结果显示,炙甘草汤含药血清可延长兔心室肌细胞动作电位时程,且呈浓度依赖性作用增强。

动作电位是细胞膜上各种离子流综合作用的结果,是心电活动的基本单位。动作电位的去极化(0位相)由钠离子内流形成,复极化过程(1,2,3相)与钙离子内流和钾离子外流有关。甘草次酸可降低心肌细胞 APA和它可以抑制钠离子内流有关。而内向电流增加和外向电流的减少均可以导致心肌细胞APD的延长,以上研究表明,甘草次酸可延长心肌细胞APD,抑制ICa-L,推断能抑制与复极化相关的钾离子通道电流,包括瞬时外向钾电流(Ito)、延迟整流钾电流(Ik)和内向整流钾电流(Ik1),其具体作用尚需进一步研究加以证实。

甘草次酸可使心肌细胞APD延长,可治疗由于APD缩短引起的心律失常,但单纯的APD延长也可引起折返、触发活动等诱发的心律失常,因此,甘草次酸可能在治疗心律失常的同时,存在致心律失常的副反应,如何寻找甘草次酸的有效剂量及其适应证仍然是需要研究的重要课题。

3 结语

目前研究表明甘草次酸可对抗乌头碱、氯化钡、冠状动脉结扎、缺血再灌注等多种原因引起的心律失常;甘草次酸对心肌细胞L型钙离子通道电流,钠离子通道电流都有抑制作用,可以延长心肌细胞APD,抑制动作电位幅度(APA)。这些研究结果为揭示甘草次酸的抗心律失常作用机制提供了依据,但关于甘草次酸对钾离子通道电流的影响以及甘草次酸的致心律失常作用未见报道,如何发挥甘草次酸多靶点的抗心律失常作用又避免其副反应,尚需进一步研究。

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