钙通道在心房颤动时表达及功能变化的研究进展

连雯雯，郝丽英

心房颤动(Atrial fibrillation，AF)是临床上最常见的心律失常之一。目前，细胞内钙超载在AF的发生和维持中的作用被广泛关注。AF 时快速心房率引起细胞内钙超载，细胞内钙通道的表达和功能改变，进而维持AF。T 型钙通道参与基础钙的调节，而心肌收缩时，L 型钙通道在钙释放过程中起到触发作用。本文对AF 时L 型、T 型钙通道以及SR 上RyR2 和Ca2+-ATP 酶的表达和功能变化进行概述，为AF 的防治提供更多的理论依据。

1 钙通道及Ca2+循环

1.1 钙通道的分类 心血管系统中钙离子通道主要分为2 大类，即电压依赖性钙通道(Voltage Dependent Ca2+Channel，VDCC)及受体操纵性钙通道(Receptor Operated Ca2+Channel，ROCC)。前者随着去极化而开放，后者被特异受体激活而开放，与膜电位无关。两者协同工作以维持细胞内Ca2+浓度的平衡。根据激活所需要的膜电压的高低，钙通道分为高电压激活和低电压激活两类;根据通道的电活动特性，又分为L、N、T、P、Q、R 6种亚型，T 亚型属于低电压激活的VDCC，而L、N、P、Q、R 亚型属于高电压激活的VDCC。人心肌细胞中只表达L 型和T 型钙通道。

ROCC 分型较多，目前研究最多的是1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)受体钙通道和ryanodine 受体(Ryanodine receptor，RyR)钙通道。IP3 钙通道被IP3 激活而触发内质网(Endoplasmic reticulum，ER)释放Ca2+，由于IP3 钙通道在心肌中表达很少，其介导的Ca2+释放远不及RyR，因而不起主要的调节作用［1］。而RyR 钙通道是肌浆网(Sarcoplasmic reticulum，SR)钙释放的主要通道，在维持心肌细胞Ca2+的动态平衡中起到关键作用。

1.2 心肌细胞中的Ca2+循环 细胞外的Ca2+通过细胞膜上的L 型钙通道内流，使细胞内Ca2+浓度增加，激活SR 上的RyR2 释放Ca2+，引起心肌细胞收缩;在舒张期，SR 上的Ca2+-ATP 酶把Ca2+从胞浆中收回至肌浆网钙库中，同时细胞膜上的Na+/Ca2+交换体也可将小部分Ca2+转运至细胞膜外，以保持细胞内的Ca2+稳态，从而完成心肌细胞电机械收缩的全过程。

2 钙离子通道在AF 中的表达和功能的变化

AF 发生时，持续的快速心房率(单位时间内的心房动作电位增加约10 倍)会增加细胞内Ca2+浓度(即钙超载)，威胁细胞活力，心房肌细胞通过引起钙通道表达或功能下降，使细胞内的Ca2+浓度下降。鉴于平台期钙电流的作用，钙通道的改变在消除钙超载的同时，使动作电位和有效不应期时程缩短，易于造成AF 持续［2］。

2.1 L 型钙通道 心肌细胞中的L 型钙通道由α1、α2、β、δ 4 个亚基组成，而γ 亚基不表达。α1是功能性的亚单位，为跨膜结构;β 亚基位于胞浆面;δ 亚基嵌于细胞膜上与膜外的α2亚基结合。α1亚单位由4 个跨膜区段组成，每个区段包含6个跨膜α 螺旋(S1-S6)，S4 上的带正电的精氨酸或赖氨酸是电压感受器，控制电压依赖性钙通道的开放，S5 和S6 之间的肽链组成了通道的孔道，决定其对钙离子的选择性。β 亚基可被PKA、PKG、PKC 磷酸化而激活钙通道。目前发现的编码α1亚基的基因中介导L 型钙通道的α1c和α1d在心肌中高表达;而β 亚基的4 种亚型中的β2亚基在心肌中表达;α2和δ 由同一基因编码，目前已知有4 种亚型，其对L 型钙通道的影响不大［3］。

Van 等［4］发现，持续性AF 患者心房肌细胞L型Ca2+电流降低，同时对照组中窦性心律患者手术后有半数合并AF，而且L 型Ca2+电流强度大者术后AF 发生率高，因此推测细胞内Ca2+超载是AF 发生的重要因素，持续性AF 患者L 型Ca2+电流降低是钙超载的适应性改变。Daoud 等［5］的电生理研究发现，快速刺激30 min 时有效不应期缩短最为明显，随后有效不应期逐渐缩短，但变化的程度逐渐减慢，提示早期逆转L 型钙通道的改变可能打破AF 的恶性循环。Brundel 等［6］取13 例阵发性AF 患者和16 例持续性AF 患者的左右心耳部分，与13 例窦性心律患者作对照，研究发现，L 型钙通道mRNA 水平只有在持续性AF 患者中下降，在阵发性AF 患者中下降并不明显;但是L型钙通道蛋白表达水平在这两类AF 中均降低，而且降低水平与心房有效不应期的缩短、频率适应性下降呈正相关，易于造成AF 的发展和维持，所以持续性AF 患者L 型钙电流的下降可能与L 型钙通道表达下降有关。Schotten 等［7］研究发现，持续性房颤患者心肌的L 型钙通道的α1c亚基和β2a调节亚基并不下调，因此，AF 时L 型Ca2+电流的下降可能与其他亚基或亚型的下调或表达异常、离子通道转运机制或功能性的改变有关。Grammer 等［8］研究发现，持续性AF 患者心肌L 型钙通道的α1c亚基和调节β1a/c亚基mRNA 水平下降不显著，而α2/δ 亚基和β1b亚基的mRNA 水平显著下降，支持Frechen 等的研究结论。Christ 等［9］研究也发现，虽然AF 患者较窦性心律患者基础L 型Ca2+电流强度小，但两组患者通道成孔α1c亚基和β2a亚基蛋白水平并无差别，而窦性心律患者的L型Ca2+电流可以经过Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(Calmodulin dependent kinaseⅡ，CaMKⅡ)提高，经阻滞蛋白激酶C 后去甲肾上腺素激活的L 型Ca2+电流更大，而AF 患者却无此现象;应用1 型和2A 型磷酸酶抑制剂后，AF 的基础L 型Ca2+电流增强程度比窦性心律更显著，提示磷酸酶活性增强是L 型Ca2+电流下降的原因，因此，磷酸酶可能是AF 治疗的作用靶点。

2.2 T 型钙通道 T 型钙通道属于低电压依赖性钙通道，具有短时程激活作用，其电生理特性表现为通道激活的阈电位较负，接近膜静息电位，去极化较小时即可开放［10］;通道失活快，-50 mV 以上即可失活，电流短暂。T 型钙通道的电生理特性使得其介导的Ca2+流主要在心肌去极化期而非平台期，提示T 型钙通道可能参与细胞内的基础钙水平的调节。由于T 型钙通道主要分布在心房的自律细胞和传导系统，实验阻断T 型钙通道后，实验动物的心率变慢，提示T 型钙通道可能参与自主节律的调节［11］。

刘元生等［12］用快速心房起搏复制房颤动物模型，持续6 个月，结果发现，与正常对照组相比，T型钙通道α1亚基的mRNA 明显上调;与单纯AF相比，用T 型钙通道阻滞剂miberfradil 的AF、T 型钙通道α1亚基的mRNA 明显下调。研究提示，T型钙通道与持续性AF 有关，T 型钙通道α1亚基的mRNA 表达增加可能是持续性AF 钙超载的主要原因。

2.3 ryanodine 受体钙通道 目前已知有3 种亚型，RyR1 主要在骨骼肌表达，RyR2 主要在心脏表达，RyR3 主要在大脑表达。RyR2 由4 967 个氨基酸组成，以同源四聚体形式存在，其结构包括三部分:较大的亲水氨基末端形成分子的胞浆部分，许多配体的结合位点位于此区域;较小的亲水羧基末端形成跨膜离子通道，跨膜区域是此分子的保守序列;上述两个功能区之间结合调节因子的调节区。RyR2 通过氨基端与各种配体结合调节羧基端离子通道的开放与否。

RyR2 是肌浆网上主要的钙释放通道，100 个左右的RyR2 排列在一起，构成一个大的功能性钙释放复合体，通过CICR 机制(钙介导钙释放，即肌浆网的释放Ca2+依赖细胞内Ca2+浓度的升高)控制钙释放。同时也作为调节蛋白的受体，受多种因素调节，如钙调蛋白(Calmodulin，CaM)、FKBP12.6、蛋白激酶A (Protein kinase，PKA)和CaMKⅡ、磷脂酶1 和2A 等。其中FKBP12.6 稳定RyR2，防止SR 泄漏Ca2+，PKA 和CaMK Ⅱ增强通道开关的一致性，调节RyR2 的磷酸化，磷酸化程度不同，RyR2 的开放状态也不同［13］。

RyR2 与室性心律失常关系的研究较多且明确，但RyR2 与AF 的研究结果却不尽相同。有报道，在mRNA 水平，AF 患者心房组织中的RyR2 mRNA 水平与窦性心律患者没有差别［14］。也有研究发现，RyR2 mRNA 水平明显低于窦性心律患者［15］。在RyR2 表达水平，郭继鸿等［16］通过激光共聚焦显微镜观察到AF 患者的RyR2 表达下降，而Schotten 等［17］通过Western blot 发现患者的RyR2 表达与窦性心律患者没有明显差别。RyR2的mRNA 和蛋白表达水平研究结果的不同使研究转向探索其功能性改变。Hove-Madsen 等［18］应用激光共聚焦显微镜和膜片钳技术发现慢性房颤患者心房肌细胞SR 释放增加，可能是由于RyR2 表达增加或功能性改变。Chelu 等［19］通过快速刺激心房，Ca2+/CaMKⅡ活性增加，使得RyR2 过度磷酸化，研究发现，RyR2 功能增加可以诱发AF。Neef 等［20］研究也发现，依赖Ca2+/CaMK Ⅱ的RyR2 过度磷酸化，使舒张期细胞内Ca2+浓度增加，可能引起或维持AF，因此，逆转RyR2 的过度磷酸化防止Ca2+渗漏可能成为AF 的一个新的治疗方向。

2.4 Ca2+-ATP 酶 Ca2+-ATP 酶是肌浆网上的Ca2+摄取通道，当胞浆中的Ca2+浓度＞10-7mol/L 时，可将胞浆内Ca2+重新摄取到肌浆网中，使心肌细胞舒张。在舒张期约有70% ～75%的Ca2+通过Ca2+-ATP 酶转运至肌浆网，这一过程在舒张心肌的同时也为下一次心肌收缩储备Ca2+，因此，Ca2+-ATP 酶在心肌兴奋收缩耦联中起到不可替代的作用［21］。

研究发现，房颤患者心房肌浆网Ca2+-ATP 酶的mRNA 下降，房颤持续时间越长者下降越明显，所以Ca2+-ATP 酶可能与AF 的维持有关［22］。房颤引起心房快速去极化使细胞内钙超载，肌浆网Ca2+-ATP 酶长期处于超负荷工作状态，造成其mRNA 表达下降，进一步使肌浆网钙调控蛋白表达异常，形成恶性循环，使AF 维持。

3 展望

由于L 型和T 型钙通道均参与Ca2+内流，但是T 型钙通道开放时间较短，Ca2+电流所占比例很少，因此，L 型钙通道在心肌的兴奋收缩耦联中起到重要作用，也是目前研究最多、最有前途的作用靶点。而RyR2 与Ca2+-ATP 酶分别在Ca2+的释放和摄取中起主要作用，提示其在AF 发生和维持中的作用不容忽视，尽管目前相关研究很多，但其表达和功能变化在AF 发生和维持中的作用有待于进一步研究，从而为AF 防治提供有用的作用靶点。

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