钙质沉积与房颤发生机制的相关性研究

汤 阳 王永霞 邢作英

（1 河南中医药大学硕士研究生2015级，河南 郑州 450000；2 河南中医药大学第一附属医院心血管内科，河南郑州 450000）

一般情况下，细胞内、外的Ca2+浓度是保持均衡的。现代医学研究证实，当细胞内 Ca2+浓度持续增加，引起细胞兴奋，收缩脱偶联，就会导致高血压、心律失常、心肌梗塞、心力衰竭、猝死等疾病的发生，近年来称之为细胞内的钙质沉积或钙离子内流。

人体Ca2+浓度升高可引起细胞内线粒体及细胞质功能的改变，Ca2+会集中于线粒体中，与含磷酸根的物质结合生成磷酸钙，而磷酸钙的不可溶性决定其过度堆积会影响线粒体正常的能量代谢，进而影响机体乃至心脏，造成心房重塑和心功能的下降。另一方面，Ca2+过度堆积也会影响心脏的正常电生理活动。多种Ca2+通道蛋白存在于心肌细胞内，近年来，钙超载及钙质沉积对房颤的影响也越来越被人们所关注。房颤的发生伴随着心房率的增加，同时会引起细胞内Ca2+负荷增加，造成钙超载及钙质沉积，加速房颤的发生。陈劲进等[1]通过对慢性风湿性心脏病伴永久性房颤或窦律患者的心房肌细胞内游离Ca2+浓度进行测定，认为永久性房颤患者心房肌细胞内存在钙质沉积，而Ca2+/CaMK II信号通路的存在是维持永久性房颤重要的病理生理基础之一。

房颤时持续快速心房率会产生细胞内钙超载，其可能机制包括心房快速去极化、T-型Ca2+内流增加、肌浆网Ca2+-ATP酶mRNA表达下降等诸多因素。而Ca2+内流的高速率及细胞适应性反应的缺乏所引起的钙质沉积可能会抑制心肌细胞活力，通过负反馈机制，引起L型Ca2+流显著的功能性下降，并诱导L型钙通道蛋白表达的下调，从而引发通道结构本身的变化。这就使细胞内Ca2+浓度下降，动作电位平台期缩短，心房电生理重构（EPR）发生，房颤得以复发、维持。

1 钙循环及钙质沉积

1.1 兰尼碱受体与钙超载 兰尼碱受体、肌质网Ca2+-ATP酶、受磷蛋白和三磷酸肌醇受体是目前已知的心肌肌质网上的钙调节蛋白。其中作为钙触发肌质网钙释放的主要途径的是兰尼碱受体钙通道（RyR），其在维持心肌细胞内Ca2+平衡中起决定性作用。RyR共有3个亚型，RyR3在心肌细胞中占主导，最新研究报道对RyR在房颤病人心房肌中的表达观点不一，Lai认为[2]RyR mRNA在房颤患者中无改变；Ohkusa等[2]在房颤持续6个月以上患者中发现，RyR mRNA和RyR的Ca2+最大结合量均较正常降低；也有研究认为RyR mRNA在房颤病人中表达较正常增加。IP3与RyR2 mRNA表达上调可能与参与了CICR的正反馈机制有关。而RyR2 mRNA表达下降认为可能是IP3R表达增加的一种代偿性反应。IP3 R和 (或)RyR表达的异常，Ca2+-ATP酶表达下调均可能导致细胞内钙平衡失调，造成细胞内钙超载加重。Blayney[3]在快速起搏犬右心房的房颤模型研究中发现，实验组中RyR受体开放性较对照组明显升高，从而推测RyR受体开放性增加是引起舒张期细胞肌质网Ca2内流增加，导致房颤的主要原因。FKBP12.6辅助蛋白 (钙释放通道稳定蛋白FK506结合蛋白12.6)能够阻止舒张期兰尼碱受体离子通道的开放，从而阻止兰尼碱受体的过度磷酸化，而FKBP12.6辅助蛋白的缺乏则会引起舒张期兰尼碱受体离子通道开放较正常增多，肌质网Ca2+内流，使心室舒张期Ca2+增加，因而延长了动作电位平台期，复极延长，导致延迟后除极，从而诱发房颤[4-6]；Fauconnier等[7]通过实验研究发现，通过对FKBP12.6基因的剔除，实验组小鼠房颤发生率明显高于对照组，进而进一步证明FKBP12.6蛋白的缺乏对于房颤发生机制的研究有着重要的临床意义。

1.2 受磷蛋白、肌质网Ca2+-ATP酶与钙质沉积 Ca2+-ATP酶活动消耗ATP水解产生的能量，受磷蛋白通过与肌质网Ca2+-ATP酶的结合形成聚合体调控着肌质网Ca2+-ATP酶活动，受磷蛋白的多少决定了肌质网Ca2+-ATP酶的Ca2+活跃程度，受磷蛋白的过度磷酸化可导致肌质网Ca2+-ATP酶的活性增高，Ca2+回收增加，Ca2+内流增加，导致钙超载，而去磷酸化则导致Ca2+的亲和力下降，Ca2+回收减少[8]。目前对于受磷蛋白与肌质网Ca2+-ATP酶在房颤发生时的表达变化观点不一致，二者之间的调控机制目前尚不明确，也有临床研究发现，房颤患者的心房肌质网Ca2+-ATP酶信使 RNA和蛋白表达较正常人明显降低，受磷蛋白信使 RNA表达未见明显异常[7]；Schotten等[9]对59例行二尖瓣手术患者的右心房组织活检标本研究发现，心房肌质网Ca2+-ATP酶信使RNA和受磷蛋白信使 RNA表达与正常人组对比未见明显差异。Hoit等[10]以400 bpm快速起搏犬心房建立房颤模型房颤，结果表明，左心房肌质网Ca2+-ATP酶信使RNA较对照组无明显差异，但受磷蛋白水平显著下降。由以上实验研究推论，受磷蛋白的下降是心房应对房颤的一种代偿性调节，进一步说明受磷蛋白在钙质沉积过程中发挥重要作用。

1.3 三磷酸肌醇受体与钙质沉积 三磷酸肌醇（IP3）由是由磷脂酶C催化磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸水解产生的一种重要的细胞内第二信使分子，其主要作用是诱发Ca2+从细胞内释放，快速增加细胞液中Ca2+的浓度，因此对细胞反应起着重要的调节作用。IPA3有4个亚型，以IP3R1释放Ca2+能力最强。 在夏小杰等[10]、Yamada等[11]的研究中发现，持续性房颤病人IP3基因表达较正常人有所增加。但近期有研究发现，正常心肌细胞肌质网上三磷酸肌醇受体表达很少，其作用目前尚不明确。有学者认为，三磷酸肌醇受体或许并不直接参与钙离子循环，而通过参与细胞信号转导表达。Schlossmann[12]研究发现三磷酸肌醇受体的信使RNA表达在慢性房颤患者中明显增加。郭继鸿等[13]对建立犬房颤模型研究表明，单纯房颤组的三磷酸肌醇受体表达较对照组明显增加，进一步证明房颤患者三磷酸肌醇受体表达增加可能与房颤时细胞内钙沉积存在正相关，并进一步加速细胞内Ca2+的信号转导。

2 钙质沉积与心房肌的电重构

多项研究表明，在房颤发生过程中，心房电重构重构和心房肌的结构重构可导致房颤进一步持续存在。其中心房肌的电重构与Ca2+转运关系密切：心房肌细胞内肌浆网 (SR)在胞浆内Ca2+转运中起着重要的调控作用，影响了房颤的发生和维持。心房肌细胞内肌浆网通过Ca2+-ATP酶、受磷蛋白，兰尼碱受体等钙调节蛋白影响心肌细胞内游离Ca2+的浓度，维持细胞内钙平衡。Lai等[14]通过研究持续性房颤者发现其细胞内肌浆网Ca2+-ATP酶的mRNA表达明显下降，而受磷蛋白、兰尼碱受体和肌集钙蛋白的mRNA表达较正常人无明显异常。Ohkusa[15]研究二尖瓣病变引起的慢性房颤患者发现双侧心房肌肌浆网中兰尼碱受体最大结合位点减低，肌浆网内Ca2+-ATP酶和兰尼碱受体的mRNA表达较正常人组下降明显。Wu WF[16]认为慢性房颤患者肌浆网内的Ca2+-ATP酶和兰尼碱受体的mRNA表达明显下降，受磷蛋白和肌集钙蛋白的mRNA转录水平较对照组无明显差异，以上研究结果说明慢性房颤可导致患者肌浆网中Ca2+释放及重吸收功能下降。而长期的肌浆网重吸收功能障碍会进一步加重细胞内Ca2+超载，从而使钙激活的钾离子流和氯离子流进一步增加，进而使心房不应期缩短加剧，虽然发生较晚，但这一进程使心房肌电重构进一步加重，对房颤的延续有着重要的影响。另外，长期的房颤可导致心房肌细胞Ca2+超载进一步加重以及肌浆网中的释Ca2+释放功能异常可能使房颤转复窦性心律后心房收缩功能障碍显著增加，甚至可能处于一种抑顿状态，又因为长期房颤患者肌浆网中Ca2+-ATP酶和兰尼碱受体的基因表达发生异常，所以与短期房颤患者比较，长期房颤复律后心房功能障碍的恢复的时间也相对较长，这也可能是导致长期房颤患者转复后房颤的再发较多的原因之一。

4 钙超载与心房重构

Ausma[17]建立羊房颤模型发现，光镜下可观察到房颤时心肌细胞体积增加，糖原聚集，肌小节缺失。Wouters[18]研究发现心脏瓣膜病合并房颤的患者心房肌细胞结构的改变也主要体现在细胞肥大、肌小节缺失和糖原的积聚。Ausma等[17]也在电镜下发现了一些细胞超微结构的变化，包括收缩单元缺失，肌小节残余结构的出现，糖原的聚集等变化。并且在发生肌溶解的区域，细胞内肌浆网有序性缺失，并伴有大量线粒体的出现，这些线粒体在形态与大小上变化明显，而线粒体峭未见明显退行性改变，闰盘较正常人无明显变化，部分可见少量T管膜出现内陷性改变。伴随房颤时间的不断延长，微观改变明显增加，对房颤持续16周以上的患者研究发现，50%以上的房颤患者心肌细胞出现了肌溶解等改变[19-20]。近期研究发现，Ca2+浓度的变化是引起房颤电重构和结构重构的重要原因[21]。多项研究认为，在房颤发生的早期，Ca2+拮抗剂维拉帕米能够有效降低心肌电重构与心力衰竭的发生[22-23]，但维拉帕米保护作用会随着房颤持续时间的延长而逐渐减弱[24]。Lestad[25]起搏诱导房颤，发现在房颤的初期阶段，细胞内Ca2+内流明显增多，Ca2+浓度增加导致钙超载及心房收缩功能减低，导致心房应力增大、心房体积扩大，影响心功能，使房颤的发展进程进一步加深、加快[25-27]。Ausma等[28]建立羊的房颤模型发现，在房颤发生初期的2周，细胞内肌浆网和线粒体中Ca2+浓度较对照组显著增加，房颤持续发生的4周后，Ca2+浓度逐渐下降并恢复至正常水平，房颤进一步持续至16周后，Ca2+浓度已恢复正常。因为这种暂时性的钙超载同时伴随着心房结构的改变，Ausma认识到钙离子内流引起钙超载，激活蛋白酶水解是引起心房发生组织结构变化的重要原因。Brundel[29]在阵发性和持续性房颤患者研究中发现，随着细胞内Ca2+浓度的增加，钙蛋白酶 calpainⅠ被激活，calpainⅠ多分布于细胞核、细胞浆和闰盘，主要是针对肌肉蛋白的降解，其活性收肌细胞中钙离子浓度的影响，研究发现，钙蛋白酶的激活与心房有效不应期缩短，细胞结构的变化以及通道蛋白Mink.Kvl.3、Kvl.5及L型钙通道的水平降低有关。Goette等[30]认为在房颤过程中，calpainⅠ水平明显升高，calpainⅡ和calpastatin未发生明显改变。与肌钙蛋白C相比，肌钙蛋白T下降26%。以上研究证明，在房颤发生过程中钙超载的发生及其介导的钙蛋白酶的激活是造成心肌细胞蛋白结合力下降及心肌收缩功能减低的因素之一，久之可引起心功能异常进行性加重。

5 中医与房颤

中医传统医学中并无“房颤”一词，而将各种原因引起的心律失常统称为“心悸”，认为心悸的病因不外乎宗气外泄，心脉不通，突受惊恐，复感外邪等，以致气血阴阳亏虚，心神失养，心主不安，或痰饮火瘀阻滞心脉，扰乱心神。心悸一词首见于汉代张仲景《金匮要略》和《伤寒论》，称为“心动悸”“心下悸”“心中悸”及“惊悸”等，提出了心悸时结、代、促脉的区别，并以炙甘草汤等作为治疗心悸的常用方。《丹溪心法》认为心悸的发病应责之虚与痰，“惊悸者血虚，惊悸有时，从朱砂安神丸”“时作时止者，痰因火动”等。现代中医对心律失常、房颤的研究也有新的进展。张静玺等[31]通过PT-PCR法检测大鼠心肌细胞发现，电针内关穴法可使L型钙离子通道基因表达下降，从而减轻心肌细胞内钙沉积；李俊平等[32]发现益气活血复方能抑制细胞内钙超载并减少细胞凋亡。吴成云等[33]通过建立家兔房颤模型，发现炙甘草汤对房颤快速心房起搏时家兔心房肌电重构有抑制作用，能明显降低房颤发生频率及持续时间，但对结构重构影响不大。张婧婧等[34]研究50例非瓣膜性房颤患者发现，房颤患者中虚症较多，犹以气虚为主。以上研究表明，中医对房颤的认识及治疗，对于房颤的研究有其独特的优势。

综合以上研究发现，心肌细胞内Ca2+通道电流、Ca2+通道蛋白以及Ca2+通道mRNA转录的变化和心房电重构关系密切，心房电重构的出现与房颤的发生和维持之间存在密切的相关性，而钙通道传导的改变导致的钙质沉积及钙质沉积对心房电重构与结构重构的影响，为房颤发生机制的研究开辟了新的方向，因此研究房颤与钙质沉积的关系及其机制很可能为房颤的治疗提供新的研究思路，而现代中医对中医体质及中医药治疗的研究为从中医的角度阐述房颤的发生机制提供了新的依据。

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