KCND3基因与心房颤动

蔡夏云，李卫华

KCND3基因与心房颤动

蔡夏云1，2，李卫华1，2

心房颤动（房颤）是临床中常见的持续性心律失常［1］。横断面调查［2］显示房颤的发病率自1990年来显著增高。研究表明［3］在2001～2012年的11年内，中国房颤的发病率增加了20倍，房颤相关性卒中增加了13倍，约五分之一的中国成年人有房颤风险，且随年龄增加而增加。房颤不仅危害着国民的健康，也对社会经济造成了重大负担。相比男性房颤患者，女性患者的年龄更大、症状更多、卒中的风险也更高［4］。由于缺乏对房颤的有效的一级预防，当代治疗侧重于对血栓栓塞的风险评估、适当的抗凝、对症治疗以及心血管危险因素的积极控制［5］。虽然目前房颤可以通过射频消融术治疗，但其成功率及复发率报导不一，提示我们对射频消融治愈房颤不能过于乐观［6］。值得注意的是，这一疾病还与高血压、冠心病、心力衰竭、心脏瓣膜疾病、心肌病等密切相关。而房颤的发病机制错综复杂，目前仍未完全了解，严重制约了房颤的防治，因此应积极阐明其发生发展中的相关机制，为防治提供新的途径。KCND3基因在Brugada综合征发病机制中起了重要作用，而它与房颤的关系也逐渐引起人们关注。本文对近年来房颤与KCND3基因相关性研究取得的进展作一综述。

1 KCND3基因多态性

众多研究表明遗传因素是房颤的重要发病机制，通过基因连锁分析和全基因组关联分析发现了众多房颤的致病基因和易感基因，目前已发现多个位点和基因的突变可以导致房颤，而其中离子通道的突变更是引人注目。

有学者［7］病例进行研究，用KCND3转染293细胞，证明了KCND3上的两个错义突变（p.Val392Ile 以及p.Gly600Arg）可扰乱Ito电流，并可致不明原因的猝死。另有学者发现［8］，Kv4.3-L450F与Kv4.3-G600R突变均能增大峰值Ito电流密度，相关的模型也显示这一变化与动作电位时程缩短有关。Olesen等［9］在持续性孤立性房颤患者中发现了A545P突变，用CHO-K1细胞表达Kv4.3-A545P，膜片钳技术显示，与野生型相比较，峰值电流密度增加且失活速度较慢，说明增加钾电流增强了房颤的易感性。另外对192例早发的孤立性房颤患者进行基因筛查，发现在这些患者中KCND3突变率相比6503例对照者更高［10］。

2 Ito通道的结构及功能

KCND3位于1p13.2［11］。瞬时外向钾电流（Ito）在心房和心室肌复极早期阶段发挥了重要作用，通道由4个α亚基组成［12］，α亚基有6次跨膜螺旋（S1-S6），包括S4电压感受区域、S5-S6组成的孔道核心区域、N端以及C端，许多调节蛋白和细胞内第二信使信号都参与了Ito的调节［13］。Pioletti等［14］提出的X射线晶体学和小角度X射线散射数据表明KChIP1-Kv4.3 N末端细胞质结构域是复杂的十字形八聚物并带有两个主要的相互作用位点：一是独特Kv4通道N-末端疏水性链段和由钾通道相互作用蛋白（KChIP）H10螺旋的位移形成疏水口袋之间的相互作用位点，可影响通道的通行；二是由一个T1的组件域环路和KChIP的H2螺旋形成的位点，可影响通道门控以及钙结合，并与KChIP折叠和复合物的形成密切相关。有研究［15］描述了hKChIP2在爪蟾卵母细胞中的克隆和组织分布，northern印迹杂交结果显示，hKChIP2在成人心房和心室中心肌表达，而不在胎儿心脏表达；当hKv4.3 与hKChIP2共表达可以增大电流振幅，减慢失活，并增加了hKv4.3失活通道的恢复，表明hKv4.3/hKChIP2通道更接近于心外膜Ito1，hKChIP2是一个真正的Ito1β亚基。

3 房颤时Ito通道变化

Brundel等［16］对房颤患者右心耳钾通道的mRNA及蛋白含量进行测定，发现无论是永久性房颤或是阵发性房颤，Kv4.3的mRNA及蛋白含量都比对照组明显减少。有研究显示［17］，房颤患者右心耳Kv4.3的mRNA含量较窦性心律者低，慢性房颤患者通过下调kv4.3而减少Ito通道密度，基因表达在电重构中起一定作用，但不影响Kv1.5。而有学者［18］对SD大鼠施以不同频率的电刺激，观察到短期的高频率心房刺激可能频率依赖性地改变Kv1.5、Kv4.2和Kv4.3的mRNA水平，Kv1.5mRNA增加，而Kv4.2和Kv4.3通道mRNA含量则减少。研究表明［19］，不论是阵发性房颤或慢性房颤，Ito电流密度皆减少，但相比阵发性房颤，慢性房颤阶段Ito有所增加；说明在房颤演变的不同阶段， 心房肌细胞Ito具有不同的重构特征。

4 KCND3有关的治疗研究与展望

Boczek1［20］等研究了脑信号蛋白3A（SEMA3A）与Brugada综合征的关系，发现SEMA3A蛋白有34个氨基酸，包含6个半胱氨酸，是一个抑制剂胱氨酸结（ICK）多肽，类似于无脊椎动物的毒素hanatoxin，不仅调节心脏神经支配，也可以调节Ito电流密度并使其保持复极梯度，防止潜在的致命性心律失常，证明SEMA3A是Kv4.3（Ito）通道的天然存在的蛋白抑制剂，并可能是BrS的易感基因。

有学者研究表明［21］，血管紧张素1型受体可与Ito形成复合物，当受到血管紧张素Ⅱ刺激时，血管紧张素1型受体可以改变细胞表面上的Kv4.3通道调制门控性质，并调节其细胞内定位。另有研究用编码Kv4.3的cDNA转染CHO细胞，检测氟哌啶醇对通道的影响，结果表明，氟哌啶醇未抑制Kv4.3的峰值幅度，但可加速Kv4.3的失活衰减率，其对Kv4.3的影响可由Kv4.3电流的去极化脉冲时间估计，氟哌啶醇以浓度依赖的方式加速Kv4.3失活和激活动力学的衰减率，由此降低时间-峰值，氟哌啶醇对Kv4.3的拮抗作用不仅通过在去极化期间与Kv4.3的相互作用，也通过在膜电位亚阈值条件下加速关闭状态的失活。

5 小结

房颤的致病机制仍不明了，对其尚缺乏有效的一级预防和二级预防手段，KCND3的突变可引起Ito的改变，从而导致心脏的电重构。因此，需要更多的证据以探讨KCND3基因的生理功能和调控机制，为理解房颤的发病机制提供新的思路，为房颤个体化治疗提供新的药物靶点。

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本文编辑：张灵

R541.75 【文献标志码】A

1674-4055（2016）03-0383-02

1361000 厦门，厦门大学附属第一医院心内科；2351000 福州，福建医科大学第一临床医学院心内科

李卫华，E-mail：liweihua@medmail.com.cn

10.3969/j.issn.1674-4055.2016.03.41

Turnow在人心房肌细胞和CHO细胞共表达Kv4.3或Kv4.3/ KChIP2（对照）和二肽基肽酶10（DPP10）进行研究，使用膜片钳技术和药理学研究Ito电流，观察到心房肌细胞中有一电压依赖性、缓慢失活的后期电流，在表达Kv4.3/ KChIP2+DPP10的CHO细胞中可以观察到相似的电流，而在表达Kv4.3+DPP 或Kv4.3/KChIP2+DPP6-S的细胞则无，使用Kv4通道阻滞剂观察到Kv4.3/ KChIP2+DPP10的CHO细胞和人心房肌细胞的Kv4.3电流减少，表明DPP10a与Kv4.3通道相互作可能会影响心房动作电位后期复极化阶段。

有研究以冷诱导RNA结合蛋白（CIRP）敲除的大鼠为对象，超声心动图与组化显示其心脏结构与功能正常，但心电图显示其QT间期较野生型缩短，而其PR间期、RR间期和QRS波群无明显改变，膜片钳技术显示Ito电流密度显著上升，该改变与通道激活、失活、再激活无关，蛋白印迹发现CIRP敲除可上调Ito蛋白水平，表明CIRP可与KCND2、KCDN3的mRNA结合，并影响其转录，从而通过瞬时外向钾通道调控心脏复极化过程。

Tan等以表达KV4.2/Kv4.3带或不带KChIP2的HEK293细胞和大鼠心肌为实验对象，用一系列的方法分析了多壁碳纳米管（MWNTs）对Kv4/Ito通道动力学、电流密度、表达和运输的影响，并运用透射电子显微镜观察HEK293细胞和心肌细胞中多壁碳纳米管的内化，结果表明，多壁碳纳米管可能从质膜的胞内侧抑制Kv4/Ito信道活动，延迟膜复极化并导致心动过缓，而延迟复极、迷走神经紧张性增高和局灶性心肌炎症可能是碳纳米管诱导缓慢性心律失常的基础。有学者使用荧光光谱法、等温量热法及对接模拟，证明钾电流活化剂NS5806可以以钙依赖性的方式结合于KChIP3的C末端的疏水性部位，并确定KChIP3和Kv4.3的疏水N末端之间的关联是钙依赖性的，NS5806增加KChIP3和Kv4.3 N末端之间的亲和力，这一作用与钙离子的存在与否无关，KChIP3的酪氨酸或苯丙氨酸突变可以消除Kv4.3在位点1的增强作用，动力学研究显示NS5806降低了KChIP3和KV4.3N末端的解离率，该研究证明了NS5806直接与KChIP3相互作用，并通过螺旋10重新定向调节该钙结合蛋白和Kv4.3通道上KChIP3 T1的域之间的相互作用。以上研究可能为房颤治疗提供了新的视角。