缝隙连接重塑与心律失常上游治疗

陈济明，潘大彬

（皖南医学院心血管疾病研究所/弋矶山医院心内科，安徽芜湖　241001）

缝隙连接重塑与心律失常上游治疗

陈济明，潘大彬△

（皖南医学院心血管疾病研究所/弋矶山医院心内科，安徽芜湖241001）

心律失常；连接蛋白；缝隙连接；上游治疗

心律失常是心脏疾病最主要的临床表现之一，其危害不仅在于心律失常本身，还可加重原有的基础心脏疾病，如心功能不全、心肌缺血等，甚至引发心源性猝死（SCD）。据统计，中国每年约有54.4万人死于心源性猝死，其中90%以上由恶性心律失常所致［1］。心肌重塑可导致心脏扩大和心功能不全，也可导致心脏的电重构，后者反过来促进心肌的重塑，形成恶性循环。在心肌重塑的过程中，缝隙连接重塑对心律失常的产生和维持起到关键性的作用。缝隙连接重塑导致心肌间解偶联，影响心肌电流的传导，形成心律失常。本文将从缝隙连接、缝隙连接蛋白、缝隙连接重塑、缝隙连接重塑与心律失常及心律失常上游治疗等方面进行综述，以了解缝隙连接重塑在心律失常产生和维持中的作用机制。

1　心肌闰盘与缝隙连接

心肌细胞呈短柱状，多数有分支，其空间排列有多种方式，常见的有端对端连接和侧对侧连接。相邻的两个心肌细胞间相连的结构称为闰盘，这一结构，有利于心肌细胞间的电传导和细胞信号的传导，使得心肌细胞能协调的收缩和舒张［2］。闰盘处细胞膜凹凸相连，并特殊分化成桥粒，彼此间的紧密连接即是缝隙连接（GJ），在细胞间起到桥梁作用。缝隙连接呈簇状分布，大小、数量差异较大，一般在闰盘周边的缝隙连接簇中，缝隙连接的数量较多。缝隙连接是相邻心肌细胞间电、化学偶联的通道，具有低电阻和延搁时间短的特点。电信号沿缝隙连接在相邻的心肌细胞间有序的传导，使心肌细胞在电活动中形成一个统一的、同步的及相互关联的整体，以满足机体的生理需要。

2　缝隙连接蛋白

闰盘缝隙连接中的连接蛋白（connexin，Cx）在细胞偶联中发挥着重要的作用。目前，人们已经发现21种Cx［3］。Cx半衰期较短，尤其是Cx43，约2h-3h。心肌的缝隙连接主要有3种连接蛋白：Cx43、Cx40和Cx45。此外，在小鼠和人的房室结细胞分别发现第4种连接蛋白—Cx30.2和Cx31.9，可能与保护心房和心室有序收缩有关［4］。Cx在心肌细胞的粗面内质网合成，再运输至高尔基体折叠，组装形成六聚体连接子，又称半通道。所有心肌的缝隙连接通道均是由相对的两个并列连接子以非共价连接构成。Cx受到体内各种因素的调节，其表达也受到转录和转录后水平的调控，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）、血管内皮生长因子、cAMP、c-Jun氨基末端激酶下调等均可调控Cx的表达。免疫染色发现，心室肌间主要分布的是Cx43和Cx40，Cx40最先发现在心房表达，而后亦在双侧心室中发现Cx40的表达［5］；窦房结和房室结细胞间主要是分布的是Cx45，此外，Cx45还可见于心脏发育的早期和心肌与纤维组织间［6］。

3　缝隙连接蛋白与心肌电传导

1952年，Weidmann分析单个浦肯野氏细胞的导电性时发现，电流传导距离远大于单个细胞本身，提示心肌细胞间存在低电阻通路。单通道记录结果显示，缝隙连接处的电阻仅为细胞其它部位的1/5-1/10，闰盘缝隙连接中的Cx在细胞偶联中发挥着重要的作用。由Cx43或Cx40构成的同源连接子具有快速的导电性，Cx45构成的连接子导电速率相较而言要慢很多［7］。由于在心室肌中主要是Cx43，在心房中主要是Cx40表达，因而心房肌、心室肌的传导速度快；在房室结中主要是Cx45，因此导致传导延迟。心室肌内可同时存在Cx43和Cx45的异源连接子，心房肌内可同时存在Cx40、Cx43、Cx45异源连接子，因此导致一些复杂的协同作用。例如，在心房肌中存在Cx40/Cx43异源连接子，传导速度可进一步增加［8］。相对于Cx43，高水平的Cx40和电传导速率呈负相关；相对于Cx40，高水平的Cx43和局部电传导速率呈正相关［9］。但目前关于Cx43和Cx40的相互作用及其在心律失常中的作用仍未明确。

4　心肌纤维化与缝隙连接

在心肌重塑中，心肌纤维化十分常见，凋亡和坏死的心肌主要由纤维组织和细胞替代，以维持心脏的形态和血压的稳定。纤维组织无兴奋性和收缩性，并且比正常的心肌质地要硬。纤维束常分布于正常心肌间，与心肌细胞的长轴平行，使得心肌细胞间横向的电流受阻。心肌纤维化降低了心脏横向电传导速率，但对沿心肌细胞长轴传导的电流影响较小。纤维细胞也可能通过缝隙连接和心肌细胞偶联，推测可能是通过Cx45或Cx43连接纤维细胞与心肌细胞，形成低电阻连接。而当纤维组织大部分由胶原构成，不太可能形成缝隙连接偶联时，细胞外电阻就会升高，从而导致电传导的失败。但是否存在纤维-心肌偶联，目前仍未完全明确［10］。只有Camelliti等［11］的研究证实窦房结内可能存在这种纤维-心肌偶联，而大多研究均表明心室内未见这种连接［12］。除了纤维组织，心肌重塑时还有一些其它的非兴奋组织，如脂肪组织、血管等，也可降低心脏的电传导速率，产生单向的传导阻滞。

5　缝隙连接重塑

缝隙连接重塑涉及Cx表达量的降低、磷酸化水平降低、分布不均匀化或侧面化分布。分布于细胞侧面的连接蛋白是否可以组成完整而有功能的缝隙连接通道，一直以来都存在争议。有研究［13］认为，侧面分布的连接蛋白以半通道的形式存在，生理状态下，这些半通道处于关闭状态，或在细胞膜上以连接蛋白池/半通道池的形式游离存在，直到与相邻的半通道结合形成完整的缝隙连接通道。研究显示，在慢性房颤病人的心房组织中，发现连接蛋白的侧面分布和心肌横向传导速率增加。美托洛尔治疗房颤病人，能有效降低这种连接蛋白侧面的分布水平，并降低心肌横向的传导速率［14］。这表明侧面分布的连接蛋白至少部分形成了有功能的、完整的缝隙连接，同时也表明连接蛋白的侧面分布影响了心脏正常的电传导，并且是心律失常的发病机制之一。连接蛋白的侧面分布越高，侧面电偶联越高，可能导致心脏传导阻滞［15］。

6　缝隙连接重塑与心律失常

研究证实［16-17］，细胞间的解偶联能减慢心肌细胞的电传导速率，并且降低其兴奋性。心肌细胞的电偶联通过缝隙连接完成，心肌细胞解偶联的原因主要是缝隙连接重塑，与心律失常的发生、发展密切相关。Cx表达量及磷酸化水平的降低，降低了心肌纵向电传导速率［18］。Cx分布不均匀化及侧面化分布可使Cx形成的半通道增多，一方面增加ATP外流与Na+内流，引发心肌细胞水肿及去极化延迟，另一方面增加了横向的电传导速率，极易形成折返而导致快速性心律失常的发生，或由于传导阻滞而出现缓慢性心律失常。抗心律失常肽AAP10可通过增加缝隙连接电导保护心肌细胞，能有效预防特发性室性心律失常［19］。因此，缝隙连接重塑是心律失常发生和持续的重要原因。

6.1高血压心肌缝隙连接重塑高血压所致的心肌肥大增加了心律失常的风险，原因包括：（1）细胞离子通道的改变，如钾离子通道重构，增加了动作电位的时程，并使QT间期延长。（2）心肌肥大使心肌闰盘处Cx43表达降低，而在心肌的侧面表达却明显增加，导致细胞间解偶联的发生，降低缝隙连接的传导速率，增加了传导阻滞的风险［15，20-21］。（3）心肌肥大增加了心肌细胞的长度和直径，影响了心肌细胞的有效传导。Bastide等［22］研究发现，高血压大鼠心室肌中存在Cx40/Cx43表达异常，Cx40表达量增加3倍，可能与心肌肥大后电传导的补偿机制有关，同时，Cx43表达量减少，分布亦呈不均匀化及侧面化分布。邵素霞等［23］电镜观察高血压大鼠心肌时也发现，高血压大鼠心肌闰盘平台消失，呈山峰状，并且Cx40、Cx43分布不均匀，侧面化分布增加。Cx的这种表达和分布异常，可能导致高血压病患者心肌出现室内阻滞等室性心律失常。

6.2缺血性心脏病缝隙连接重塑心肌缺血时，心肌细胞可通过降低Cx43表达水平和磷酸化水平及大量缝隙连接的侧面分布，紧急关闭细胞间的缝隙连接，使得损伤（酸中毒、钙超载）局限化［24］。但同时缝隙重塑也使心肌间解偶联，影响电传导，最终导致心律失［25-26］，缝隙连接阻滞剂庚醇和一种缝隙连接改造剂ZPI能降低心肌缺血后的梗塞面积。

6.3心力衰竭缝隙连接重塑心力衰竭是多种心脏疾病的终末表现，但心衰患者多非死于心衰本身，而是死于各种类型的心律失常。慢性心衰由于机械因素引起心肌细胞肥大、坏死和纤维化，心室工作细胞的主要连接蛋白Cx43在心力衰竭发生、发展过程中可出现表达量及磷酸化水平下降、分布侧面化［27］。这可能导致电传导及心肌收缩不同步，是心力衰竭合并心律失常的一个重要原因。

6.4糖尿病心肌病缝隙连接重塑糖尿病心肌病是有别于冠心病、高血压性心脏病的一种独立的疾病，心律失常是导致糖尿病心肌病患者死亡的主要原因之一。在糖尿病心肌病心肌重塑中，心肌纤维化十分常见，心肌纤维化干扰心脏电传导速率，使动作电位时程离散度增加［13］。陈章强等［28］对糖尿病大鼠不同阶段心肌Cx43的研究发现，心室肌Cx43表达水平明显下降，并且空间分布异常，提示糖尿病大鼠也存在着心肌电重构。这可能是糖尿病心肌病导致心律失常的原因之一。

7　心律失常上游治疗

传统的抗心律失常药物往往是针对离子通道的活动，虽然有效，但并不理想，且很多不良反应和并发症让人难以接受。而ACEI/ARB、美托洛尔等药物可使心肌连接蛋白表达增加，并且抑制缝隙连接的重塑，改善心肌电传导的有序性，从而有效减少心律失常的发生。为此，人们把这种针对心律失常病因的治疗称为心律失常“上游治疗”［29］。1999年，依那普利预防和治疗左室功能不全的SOLVD 试验发现，依那普利可显著降低心律失常的发生率［30］。张卫泽等［31］研究发现，AngⅡ能降低Cx40和Cx43的含量，并且使它们的分布呈侧面化，应用贝那普利能有效抑制这种缝隙连接重塑，降低心律失常的发生。美托洛尔能有效阻断β-肾上腺素受体的神经内分泌作用，能有效抑制心肌重塑、心肌细胞凋亡，并且调控Cx表达及磷酸化水平。临床上应用美托洛尔能降低心肌梗塞后室性心律失常的发生率，降低室颤阈值［32］。Salameh等［33］研究发现，美托洛尔可能通过MAPK信号转导通路来阻止Cx43的降解，上调心肌细胞缝隙连接通道Cx43的表达，从而改善心肌细胞间的偶联，降低心律失常的发生。此外，还有研究发现［34］，他汀类药物、ω-3多不饱和脂肪酸（ω-3PUFA）及一些中药等，同样可上调Cx表达，改善Cx分布，抑制心肌缝隙连接重塑，从而降低心律失常的发生。

总之，连接蛋白表达数量和分布异常及磷酸化水平下降等因素所致的缝隙连接重塑，可导致心肌间解偶联，影响心肌电流的传导，是引发心律失常发生的原因之一。心律失常的上游治疗能抑制缝隙连接重塑，改善心电传导，并使之稳定、有效，且相对副作用较小，为临床治疗心律失常提供了新的思路。

［1］田凤祥，潘惟丽，陈凯，等.心源性猝死心电预测和综合防治研究进展［J］.现代生物医学进展，2013，13（20）：3993-3996.

［2］Veeraraghavan R，Poelzing S，Gourdie RG.Intercellular electrical communication in the heart：a new，active role for the intercalated disk［J］.Cell Commun Adhes，2014，21（3）：161-167.

［3］Molica F，Meens MJ，Morel S，et al.Mutations in cardiovascular connexin genes［J］.Biol Cell， 2014，106（9）：269-293.

［4］Kreuzberg MM，Liebermann M，Segschneider S，et al.Human connexin31.9，unlike its orthologous protein connexin30.2 in the mouse，is not detectable in the human cardiac conduction system［J］. J Mol Cell Cardiol，2009，46（4）：553-559.

［5］Salameh A，Blanke K，Daehnert I.Role of connexins in human congenital heart disease：the chicken and egg problem［J］.Front Pharmacol，2013，doi：10.3389/fphar.2013.00070.

［6］Ahir BK，Pratten MK.The impact of caffeine on connexin expression in the embryonic chick cardiomyocyte micromass culture system［J］.J Appl Toxicol，2015，doi：10.1002/jat.3219.

［7］Moreno AP.Biophysical properties of homomeric and heteromultimeric channels formed by cardiac connexins［J］.Cardiovasc Res，2004，62（2）：276-286.

［8］Desplantez T，Dupont E，Severs NJ，et al.Gap junction channels and cardiac impulse propagation ［J］.J Membr Biol，2007，218（1-3）：13-28.

［9］Kanagaratnam P，Cherian A，Stanbridge RD，et al.Relationship between connexins and atrial activation during human atrial f ibrillation［J］.J Cardiovasc Electrophysiol，2004，15（2）：206-216.

［10］Kohl P，Gourdie RG.Fibroblast-myocyte electrotonic coupling：-does it occur in native cardiac tissue？［J］.J Mol Cell Cardiol，2014，70：37-46.

［11］Camelliti P，Green CR，Legrice I，et al.Fibroblast network in rabbit sinoatrial node： structural and functional identification of homogeneous and heterogeneous cell coupling［J］. Circ Res，2004，94（6）：828-835.

［12］Baum JR，Long B，Cabo C，et al.Myof ibroblasts cause heterogeneous Cx43 reduction and are unlikely to be coupled to myocytes in the healing canine infarct［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2012，302（3）：H790-800.

［13］Dhein S，Rothe S，Busch A，et al.Effects of metoprolol therapy on cardiac gap junction remodelling and conduction in human chronic atrial f ibrillation［J］.Br J Pharmacol，2011， 164（2b）：607-616.

［14］Cabo C，Boyden P A.Heterogeneous gap junction remodeling stabilizes reentrant circuits in the epicardial border zone of the healing canine infarct：a computational study［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2006，291（6）：H2606-2616.

［15］Seidel T，Salameh A，Dhein S.A simulation study of cellular hypertrophy and connexin lateralization in cardiac tissue［J］.Biophys J，2010，99（9）：2821-2830.

［16］Yu ZB，Sheng JJ.Remodeling of cardiac gap junctions and arrhythmias［J］.Sheng Li Xue Bao，2011， 63（6）：586-592.

［17］Dhein S，Seidel T，Salameh A，et al.Remodeling of cardiac passive electrical properties and susceptibility to ventricular and atrial arrhythmias［J］.Front Physiol，2014，5：424.

［18］Kleber AG，Saff itz JE.Role of the intercalated disc in cardiac propagation and arrhythmogenesis［J］.Front Physiol，2014，5：404.

［19］Sun B，Jiang JF，Zhao CM，et al.Effects of antiarrhythmic peptide 10 on acute ventricular arrhythmia［J］.Asian Pac J Trop Med，2015，8（3）：229-233.

［20］Hesketh GG，Shah MH，Halperin VL，et al.Ultrastructure and regulation of lateralized connexin43 in the failing heart［J］.Circ Res，2010，106（6）：1153-1163.

［21］Emdad L，Uzzaman M，Takagishi Y，et al.Gap junction remodeling in hypertrophied left ventricles of aortic-banded rats： prevention by angiotensin II type 1 receptor blockade［J］.J Mol Cell Cardiol，2001，33（2）：219-231.

［22］Bastide B，Neyses L，Ganten D，et al.Gap junction protein connexin40 is preferentially expressed in vascular endothelium and conductive bundles of rat myocardium and is increased under hypertensive conditions［J］.Circ Res，1993，73（6）：1138-1149.

［23］邵素霞，刘岩，赵春芳，等.高血压大鼠心脏中缝管连接蛋白的表达及连接结构观察［J］.中国老年学杂志，2003，23（9）：598-600.

［24］Schulz R，Gorge PM，Gorbe A，et al.Connexin 43 is an emerging therapeutic target in ischemia/ reperfusion injury，cardioprotection and neuroprotection［J］.Pharmacol Ther，2015，153：90-106.

［25］Miura T，Ohnuma Y，Kuno A，et al.Protective role of gap junctions in preconditioning against myocardial infarction［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2004，286（1）：H214-221.

［26］Haugan K，Marcussen N，Kjolbye AL，et al.Treatment with the gap junction modif ier rotigaptide （ZP123） reduces infarct size in rats with chronic myocardial infarction［J］.J Cardiovasc Pharmacol，2006，47（2）：236-242.

［27］Dempsie Y，Martin P，Upton PD.Connexin-mediated regulation of the pulmonary vasculature［J］. Biochem Soc Trans，2015，43（3）：524-529.

［28］陈章强，胡申江，吴涛.糖尿病大鼠不同阶段心肌细胞外基质和缝隙连接蛋白43的变化［J］.介入放射学杂志，2005，14（增刊）：96.

［29］王禹川，丁燕生.心律失常的“上游治疗”［J］.心血管病学进展，2012，33（3）：304-307.

［30］Vermes E，Tardif JC，Bourassa MG，et al.Enalapril decreases the incidence of atrial f ibrillation in patients with left ventricular dysfunction：insight from the Studies Of Left Ventricular Dysfunction（SOLVD） trials［J］.Circulation，2003，107（23）：2926-2931.

［31］张卫泽，邵鹏，陈永清，等.血管紧张素Ⅱ对大鼠心房纤维化及Cx40重构的影响［J］.中国心脏起搏与心电生理杂志，2007，21（4）：354-357.

［32］Naccarelli GV，Lukas MA.Carvedilol’s antiarrhythmic properti-es：therapeutic implications in patients with left ventricular dysfunction［J］.Clin Cardiol，2005，28（4）：165-173.

［33］Salameh A，Blanke K，Dhein S，et al.Cardiac gap junction channels are upregulated by metoprolol： an unexpected effect of beta-blockers［J］.Pharmacology，2010，85（4）：203-210.

［34］Von Schacky C.Omega-3 Fatty acids：anti-arrhythmic，pro-arrhythmic，or both？［J］.Front Physiol， 2012，3：88.

R541.7

B

1004-6879（2016）05-0419-05

△

（2015-12-13）