中药活性成分对心肌细胞延迟整流钾电流的影响1）

吴德琳，杨继媛，吴红金

心肌细胞动作电位是由离子通过细胞膜上的离子通道构成的离子流所形成，其中钾离子运转的作用备受重视。钾通道是类型最多且最大的离子通道家族，已经克隆的约有十几种。钾通道中的延迟整流钾电流（IK）在细胞动作电位复极过程中起着重要作用，主要体现在对动作电位时程的调节。心律失常是心血管系统疾病中最为严重的病症之一，其发生是一个复杂的过程，涉及到离子通道、编码通道基因、受体、miRNA、缝隙连接蛋白等因素，其核心因素为心肌细胞离子通道电流失衡和编码通道基因异常。中药活性成分是中药中含有的能够在疾病治疗过程中发挥预期作用的物质成分。随着膜片钳与电生理技术的广泛应用与发展，人们对具有抗心律失常作用中药的活性成分有了更深入的研究。本文综述了近年来有关中药活性成分对IK各主要组成部分的影响，并对中药活性成分的抗心律失常作用机制及相关问题进行了总结和阐述，为进一步开发更安全、高效的抗心律失常药物提供参考。

1 延迟整流钾电流

心肌细胞延迟整流钾电流在动作电位复极过程中起着关键作用。目前认为，快速激活延迟整流钾电流（rapidly activated delayed rectifier potassium current，IKr）、慢速激活延迟整流钾电流（slowly activated delayed rectifier potassium current，IKs）和超速激活延迟整流钾电流（ultra rapidly activated delayed rectifier potassium current，IKur）是IK的主要组成部分。分子遗传学研究证明，human ether-a-go-go related gene（HERG）和MiRP1（min K）分别构成Ikr通道的α和β亚单位，编码两个亚单位的基因分别是KCNH2和KCNE1（KCNE2）；编码IKs的α亚基（Kv LQT1）和β亚基（min K）的基因分别是KCNQ1和KCNE1；而对于IKur，其离子通道的分子基础是Kv1.5钾通道［1，2］。离子通道的通道孔及其周围一些位点具有极其重要的作用，是许多抗心律失常药物的结合位点。下面将部分中药活性成分对IKr、IKs和IKur的作用做一介绍。

2 中药活性成分对IK的作用

2.1 中药活性成分对IKr的作用

2.1.1 苦参碱和槐果碱 苦参碱和槐果碱均是具有喹诺里西定环的苦参碱类生物碱，苦参、苦豆子中提取出来的生物碱，在治疗心律失常方面具有肯定而明显的作用。有研究显示，苦参碱对IKr电流具有抑制作用，与β受体阻断药普萘洛尔相似，而弱于奎尼丁、胺碘酮、RP58866（苯并吡喃衍生物，Ⅲ类抗心律失常药），临床应用不易诱发QT间期（QTc）延长和心律失常［3-5］。通过对转染HERG通道仓鼠卵母细胞的研究发现，苦参碱对HERG通道的阻断可能是其抗心律失常的机制之一，与其他抗心律失常药物不同，苦参碱对通道的阻断作用发生在细胞外侧［6］。有研究表明，苦参碱对缺血性心室肌细胞IKr具有阻断作用，对酸化条件及长期心肌缺血后心室肌细胞IK仍表现出明显抑制作用［9］。另有研究表明，苦参碱能够增大表达在HEK293细胞上的HERG电流，长期应用还能够使HERG蛋白的表达增加并能补救由于三氧化二砷所致HERG蛋白表达破坏，这一补救作用通过苦参碱和氧化苦参碱上调转录因子SP1的表达而实现［8］。张莹等［9］的研究提示苦参碱对 HERG通道具有双向调节作用：即高浓度的苦参碱抑制HERG钾通道的表达，而低浓度的苦参碱和氧化苦参碱促进HERG钾通道表达。对槐果碱的研究也表明其可浓度依赖性的抑制HERG电流，延长心肌细胞复极时间，改善快速性心律失常［10］。

2.1.2 小檗碱 小檗碱属异喹啉生物碱，可从黄连、黄柏、三颗针等植物中提取。于锋等［11］通过腹腔注射L-甲状腺素造成心肌病后，用全细胞膜片钳技术研究小檗碱对豚鼠心肌细胞中IKr的抑制作用，结果显示其呈浓度依赖性阻断异常增大的IKr，构成其抗甲状腺素性心律失常的作用基础。Rodriguez-Menchaca等［12］的研究显示，小檗碱可以选择性阻断HERG通道，该通道中央腔处V625、Y652和F656位点是其结合部位。另有研究表明，小檗碱的衍生物溴苄基四氢小檗碱对心室肌细胞IKr也具有抑制作用，其作用符合Ⅲ类抗心律失常药物的特点［13］。

2.1.3 关附甲素 关附甲素是从黄花乌头块茎关白附子中提取的一种二萜类生物碱，为我国首次发现的全新结构类型的抗心律失常药，该药能终止室上性心动过速，对室性心律失常也有效果［14，15］。黄兴福等［16］采用标准全细胞膜片钳技术记录不同浓度的盐酸关附甲素对HERG基因F656C突变表达的IKr的影响，结果发现关附甲素主要是结合在HERG通道的S6区，从而抑制钾电流；关附甲素不影响HERG蛋白的合成，但可抑制HERG蛋白的转运。

2.1.4 钩藤碱 钩藤碱为钩藤的主要化学成分吲哚生物碱中的重要成分。钩藤碱有减慢心率、抑制心肌收缩力、抑制房室传导、降低心肌耗氧量及抗心律失常作用。Gui等［17］将HERG cRNA基因注射到非洲爪蟾卵母细胞上，采用双电极电压钳技术，观察钩藤碱对表达电流的影响。结果显示钩藤碱呈浓度依赖性和电压依赖性的抑制HERG通道的表达，上述结果提示，钩藤碱抑制HERG编码的钾通道，导致心室复极时间延长，揭示了与钩藤碱相关的心肌钾通道的分子生物学基础。

2.1.5 乌头碱 乌头碱是乌头属植物中的一种双酯二萜生物碱，在中医药治疗中应用较为广泛，具有强烈的心脏毒性和神经毒性，是一种经典的致心律失常药物。李宜富等［18］通过对乌头碱阻断表达在卵母细胞上的HERG通道的电药理特性进行研究，发现乌头碱能够以浓度、电压和时间依赖的方式阻断表达在非洲爪蟾卵母细胞上的HERG通道，其阻断特征符合开放型钾通道阻断剂的特性。与选择性HERG通道阻断剂E-4031相比较，乌头碱阻断HERG通道的效能较强，说明乌头碱是一种强的非选择性钾通道阻断剂。乌头碱阻断HERG通道可能是其诱发心律失常的重要机制之一。基因突变能够改变乌头碱阻断HERG通道的效能，Y652可能是乌头碱与HERG通道结合的关键位点。

2.1.6 苄基四氢巴马汀 苄基四氢巴马汀是从植物药延胡索中提取的一种异喹啉类生物碱，为四氢巴马汀的衍化物，具有很好的抗实验性心律失常作用。Li等［19］研究了其对豚鼠心室肌细胞IKr的作用，结果显示其以浓度依赖性方式阻滞IKr。与多数Ⅲ类抗心律失常药物不同，其还可频率依赖性地抑制IKr。该药主要改变IKr的失活过程，可使IKr的失活时间常数减小，而对IKr的激活动力学影响不大。苄基四氢巴马汀呈频率依赖性的抑制IKr，与传统Ⅲ类抗心律失常药物的逆频率依赖性相比具有明显优势。

2.1.7 三氧化二砷 三氧化二砷作为中药砒霜的主要活性成分，目前已成为治疗急性早幼粒细胞白血病最有效的药物之一。孙宏丽等［20］采用静脉一次性注射和缓慢滴注的方法，观察其对豚鼠心肌QTc（校正的QT间期）的影响；并应用双微电极电压钳技术探讨三氧化二砷对 （IKr／HERG）的作用。结果显示，静脉一次性注射不同浓度三氧化二砷后，可使QTc明显延长，并且该作用具有明显剂量依赖性。但缓慢静脉滴注该药，QTc无明显变化。结果还显示，三氧化二砷可明显抑制IKr／HERG电流。上述结果说明，给药速度与QTc是否延长有密切联系。抑制IKr／HERG是其诱导QT间期延长的重要离子靶点之一。

2.1.8 三七总皂苷 三七总皂苷是从三七中提取的活性成分。其对毒毛花苷G所致的犬心律失常、乌头碱诱发的大鼠心律失常、氯化钡诱发的大鼠室性心动过速和氯仿诱发的小鼠室颤都能起到对抗作用。徐江等［21］通过观察三七总皂苷对转染有HEK293细胞的HERG钾离子通道的作用，结果提示，不同浓度的三七总皂苷有明显增大HERG电流的作用，呈剂量时间依赖性，表现为其可使HERG电流激活曲线左移，尾电流峰值幅度上升并延缓尾电流的失活过程。三七总皂苷对HERG电流的兴奋性效应提示其具有缩短心肌细胞动作电位时程的作用。

2.2 中药活性成分对IKs的作用

2.2.1 小檗碱 对甲状腺素性豚鼠心肌病心肌细胞中IKs进行的研究显示，小檗碱可呈浓度依赖性阻断心肌病细胞IKs，明显抑制甲状腺素性心肌病中出现的异常IKs增大，从而发挥抗心律失常作用［11］。Rodriguez-Menchaca等［12］的研究显示，小檗碱对表达在HEK-293细胞和爪蟾卵母细胞上的IKs都有阻断作用。赵新然等［13］研究表明，溴苄基四氢小檗碱对正常豚鼠心室肌细胞IKs具有浓度依赖性抑制作用，具有Ⅲ类抗心律失常药物的特点。

2.2.2 苦参碱 许超千等［5］将苦参碱、小檗胺、胺碘酮和RP58866作对比进行研究，结果显示，四者对IKs均有抑制作用，但苦参碱和小檗胺的抗心律失常作用及对IKs的抑制作用均弱于胺碘酮、RP58866。与胺碘酮和RP58866相比，苦参碱、小檗胺对抗心律失常作用靶点IKs的抑制作用较弱，这是苦参碱和小檗胺在临床上抗心律失常作用弱和毒副反应轻的分子作用机制，提示可通过结构改造或配伍使用的方法，提高苦参碱和小檗胺等传统中药对IKs的抑制作用，以期改进其抗心律失常作用弱的不足。

2.2.3 关附甲素 丽英等［22］用膜片钳全细胞记录法观察不同浓度的盐酸关附甲素对豚鼠心室肌细胞IKs的影响，结果提示其对IKs具有浓度依赖性阻滞作用，这可能是其延长动作电位时程而对静息电位影响不大的电生理基础，是其抗心律失常作用的机制之一。

2.2.4 苄基四氢巴马汀 通过对苄基四氢巴马汀在豚鼠心室肌细胞IKs中的作用进行研究，结果表明其以浓度依赖性、电压依赖性和频率依赖性方式阻滞IKs，tail。该药主要使IKs，tail的失活时间常数缩短，从而使IKs，tail失活速度增加。该研究说明，苄基四氢巴马汀阻滞IKs是其抗心律失常的作用机制［23］。

2.2.5 三氧化二砷 静脉给予三氧化二砷，测量不同组别豚鼠不同时间点的心电图、校正QT间期的变化。结果发现，与对照组比较，该药可使QTc明显延长。用反转录聚合酶链式反应（RT-PCR）方法观察三氧化二砷对心肌IKs m RNA表达的影响，提示其可使豚鼠心肌Kv LQT1 m RNA表达降低。以上结果说明三氧化二砷可引起豚鼠心脏QT间期延长，其机制为其可使Kv LQT1mRNA通道蛋白的表达明显渐弱，而Kv LQT1是编码IKs通道蛋白的重要基因，由此推测，长期应用之后，可使细胞膜上IKs的功能减弱，数目发生下调，从而打破离子通道间的平衡，K＋外流减少，继而导致动作电位时程明显延长，从而诱发QT 间期延 长［24］。

2.3 中药活性成分对IKur的作用

2.3.1 乌头碱 李宜富［25］对乌头碱阻断表达在非洲爪蟾卵母细胞上的人类Kv1.5和HERG钾通道进行研究，结果提示乌头碱能够以电压和时间依赖的方式阻断表达在非洲爪蟾卵母细胞上的h Kv1.5通道，通过延长心房肌复极时间而延长动作电位时程，进而使心房肌的不应期延长，这也是Ⅲ类抗心律失常药物预防和治疗房性心律失常的药理机制。其阻断特性符合开放型通道阻断剂，阻断呈浓度依赖且呈部分可逆性，与选择性h Kv1.5通道阻断剂AVE0118、DPO-1、S0100176相比较，乌头碱阻断h Kv1.5通道的效能较强，说明乌头碱是一种强的非选择性钾通道阻断剂。基因突变能够改变乌头碱阻断h Kv1.5通道的效能，V505，I508和V512可能是乌头碱与h Kv1.5通道结合的关键分子位点。

此外，有研究表明小檗碱衍生物 CPU86017［26］、乌头碱［27］、二乙酰基莲心碱［28］、马钱子碱［29］、黄芪总黄酮［30，31］、甘松［32］、葛根素［33］、延胡索乙素［34］、银杏苦内酯 A［35］等，对IK均呈浓度依赖性的抑制作用，但未具体研究作用于IK中的哪种电流。而对海葵素-Q［36］、灯盏花素［37］等的研究则表明它们对IK具有增大作用。

3 问题与展望

中药活性成分对IK作用的研究主要集中在生物碱类，方法多采用全细胞膜片钳技术。以上活性成分多具有类似钾通道阻滞剂的作用，少部分如三七总皂苷、灯盏花素等类似钾通道激动剂。苦参碱、苄基四氢巴马汀、关附甲素、三氧化二砷对IKr、IKs都有不同程度的抑制作用；而小檗碱对IKr、IKs、IKur都有抑制作用，这符合一个较好的抗心律失常药物应该对多种电流具有抑制作用的标准，也是今后开发新型抗心律失常药物的方向。当前中药活性成分对钾通道作用的研究逐年增多，但对中药复方的研究相对较少，而中医治疗以复方为主，应结合多种有效的技术方法对其进行研究。再者，目前的研究多以概括性的描述药物对通道的抑制或增强作用，而深入分析通道抑制或增强作用的具体位点和调节通路的研究相对较少。因此，将膜片钳、聚合酶链式反应、激光共聚焦等现代电生理和分子生物学、分子影像学技术结合对离子通道进行研究将有利于更深入的了解药物对离子通道的作用。

中医药学是我国独具特色的传统医学。防治心律失常的中药属于天然的植物药，脏器毒性作用较低，较少发生致心律失常作用，有着一定的优势。随着膜片钳技术和其他相关技术在离子通道研究中的结合应用与发展，对多种心脏离子通道有抑制作用的理想抗心律失常药物将得以进一步深入研究。

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