氧化应激致心律失常机制新进展

张宾，刘刚，郑明奇，张二箭，田福利

氧化应激致心律失常机制新进展

张宾1，刘刚2，郑明奇2，张二箭1，田福利1

在当今世界上，心血管疾病是最常见的死亡原因[1]，而心源性猝死（SCD）最直接的原因是室速（VT）和室颤（VF）[2]，房颤（AF）虽不直接致死，但由于人们的知晓率及治疗率低，导致血栓栓塞事件持续增高，间接增加死亡率，浪费医疗资源，且房颤发病率逐年增高[3-8]。本文主要从分子机制角度进行综述。

1 当前心律失常的治疗

目前心律失常的治疗包括抗心律失常药物、导管消融和植入型心律转复除颤器（ICD），但离子通道阻滞剂对于长期治疗和预防心律失常有很大的局限性，CAST实验表明ⅠC类抗心律失常药物在治疗室性心律失常的同时增加心肌梗死患者的死亡率[9]。目前对于房颤的长期抗心律失常药物治疗，并未降低血栓栓塞事件的发生率[10]，表明药物长期维持窦律疗效欠佳，而药物所致的心律失常作用却过多的表现出来，降低临床疗效[11,12]。研究表明对于复杂心律失常（如AF、VF），其局灶激动和折返是多样和动态的[13-15]，射频治疗并不理想，且射频治疗对于大多数恶性室速、室颤主要是减少ICD的放电次数，并不能从根本上根治室速、室颤，预防猝死[16]。电复律能够终止VT/VF，但不阻止心律失常再发，且频繁放电会导致生活质量降低并增加远期死亡率[17]。ICD的另一缺点是费用高昂，多个随机临床试验评估得出，对SCD的ICD一级预防的费用为34000～70200美元/每生命年，另有70%的ICD植入者（主要是一级预防）没有得到正确的放电治疗，只有30%的患者能从中获益[18]。

心律失常目前最有效的治疗方法是对心律失常的上游治疗，即治疗导致局灶激动和折返出现的病因。研究表明发生AF的因素（精神压力、年龄、手术等）都与氧化应激有关，目前已证实氧化应激的标记物在房颤患者的血清中明显升高。研究表明房颤与抗氧化基因的表达显著减少及与活性氧相关的五个基因的表达密切相关，氧化应激可促进房颤发生。心肌病主要死亡原因是VT/VF，这与氧化应激和增加氧化羰基化蛋白质密切相关。

尽管大量证据表明，活性氧在心律失常的发生中发挥了重要作用，但小部分临床研究表明，使用传统抗氧化剂并不能达到理想疗效。活性氧（ROS）升高可能导致心律失常的分子机制可能成为发现治疗心律失常的新靶点[19]。

2 氧化应激与局灶性活动和折返

ROS能够为折返提供必要的基质，其机理可能是延长某一区域动作电位时程导致局部心肌不应期不一致，产生折返环路，促进折返发生。在血管紧张素Ⅱ激活的小鼠模型中，线粒体中ROS水平升高，小鼠模型的传导速度（CV）降低诱导的VT主要是折返机制。

数学模型研究表明折返都是传导速度不匹配造成的，而局灶活动都是早后除级和延迟后除级造成的，都与氧化应激相关[20]。进一步表明氧化应激导致心律失常的发生。

3 氧化应激对心律失常离子通道的影响

ROS升高对心肌细胞内离子电流产生影响。ROS对Na+电流的影响是致心律失常的机理，其对Na+电流的增强作用可导致APD延长和EAD的形成。经过H2O2和血管紧张素Ⅱ处理能够提高Na+电流强度，降低Na+电流总强度，其机理是通过下调部分SCN5A基因的转录实现的，Na+电流增强能够导致早后除级（EAD）促进心律失常发生。研究表明ROS可下调Na通道的表达，而线粒体的抗氧化剂可逆转此作用，这也为遗传性心律失常Brugada综合征的研究提供了方向[21]。

ROS还可通过改变细胞内Ca2+的浓度导致心律失常的发生。ROS可增强L型Ca2+电流强度促进DAD。羟基自由基增加心脏Ryanodine受体开放概率,促使钙离子由肌浆网到细胞浆释放。在心肌舒张期大量的Ca2+由肌浆网到细胞浆释放可导致DADs的形成和触发心律失常。即使短时间接触OH-也能明显降低肌浆网对Ca2+的吸收，导致在心肌舒张期大量的钙离子释放，这种短期内对钙离子转运的影响可能是由于OH-介导的过氧化脂质膜蛋白的形成，间接影响肌浆网对Ca2+的转运，提高细胞内钙离子的水平能促进细胞内外钠钙离子（NCX）的交换，此外，ROS可直接增加NCX活性。

总之，ROS可影响细胞主要的离子电流，提高L型钙离子流，增加NCX活性，使细胞内钙离子浓度增高进而延长ADP，降低CV，导致触发活动和折返发生。

4 氧化应激与细胞耦合

氧化应激促进心肌纤维化[22]。心肌细胞外基质的生物物理特性是影响心肌动作电位传导的重要因素，可提供电传导的屏障导致折返的发生，此外，胶原沉积可能会减少心肌细胞之间的电耦合促进局灶电活动增强，成纤维细胞和成纤维细胞增殖转化导致与心肌成纤维细胞的耦合失联，增加异位起搏点的搏动导致心律失常发生。

影响电耦合的另一个重要因素是心肌细胞缝隙连接功能，而氧化应激损害缝隙连接传导[23]，缝隙连接是心肌细胞间电传导的通路，是一个与电有关的合胞体，缝隙连接蛋白43（Cx43）是心室肌细胞间隙连接的主要成分，在心房它也是一个重要的连接蛋白。在人的心衰心脏中Cx43的表达明显降低，与之对应的是ROS的水平升高及恶性心律失常发生率的增高。在心脏血管紧张素Ⅱ的激活和线粒体氧化应激小鼠模型中看到，ROS水平明显增高和Cx43表达降低。损害缝隙连接导致传导障碍出现自律性和传导性心律失常的发生。抗氧化治疗和血管紧张素受体拮抗剂能够阻止缝隙连接的重构和心律失常的发生进一步证明氧化应激能够导致Cx43重构和损害肌细胞间的电耦合。

5 活性氧诱导心律失常的分子机制

ROS通过影响心脏钠通道mRNA的异常剪接导致心律失常中钠电流降低，研究表明ROS通过RBM25和LUC7l3来切断SCN5A mRNA在Jurkat细胞和人类胚胎干细胞衍生的心肌细胞的转录[24]，因此RBM25/LUC7l3介导的基因mRNA剪接异常导致Na+通道电流的降低是心脏猝死的原因。ROS影响心脏钠离子的另一个机理是通过蛋白激酶C（PKC）起作用，证实线粒体活性氧导致心脏钠电流减少可通过抑制PKC而增强。c-Src抑制剂也可调控ROS导致的心脏钠电流降低，c-Src能调节ROS对心脏钠电流的降低作用[25]。

另一方面ROS通过激活钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）诱导多个致心律失常作用。持续活化CaMKⅡ将发生独立的Ca2+结合CAD/CAM，上述结果进一步导致心律失常的发生。最近的几项研究使用CaMKⅡ抑制剂来减少儿茶酚胺多形性室性心动过速取得了显著成效。CaMKⅡ致心律失常作用的其他机制还包括在氧化应激下RYR的磷酸化和激活，另外CaMKⅡ在L-Ca2+通道的易化中也起着重要作用，研究表明快速重复去极化过程中钙离子依赖性增强的钙离子电流（CaL）受到CaMKⅡ的调节，CaMKⅡ也被认为是成纤维细胞的重要调节因子。

6 结论

室性和房性心律失常在人群中的发病率较高，不仅危害人民的健康，还给国家和人民带来严重的经济负担。当今，心律失常的有效的治疗手段非常有限，为了确定新的、有效的治疗心律失常的治疗靶点，对心律失常发生的机制必须进一步探讨研究。氧化应激可能成为治疗心律失常的一个上游靶点。研究表明ROS的过量能够导致局灶活动和折返的发生，而其机理目前认为是通过影响离子通道、细胞间耦合、细胞外基质等因素起作用，ROS发挥这些作用的分子机制是研究的重点和热点。CaMKⅡ、C-SRC、PKC、和异常心脏钠通道的剪切是新兴的新的治疗靶点。

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本文编辑：孙竹

R541.7 【文献标志码】 A 【文献标志码】1674-4055(2017)09-1141-02

河北省科技计划项目(16277707D)

1075000 张家口,解放军第251医院心内科;2050031石家庄,河北医科大学第一医院心内科

刘刚,E-mail:cardio2004@163.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.09.36