钙激活钾通道在瓣膜性房颤发生发展中的作用及其与血流切应力关系的研究进展

沈品，谢芹，程祥，杨恩泽，孙毅

1 昆明医科大学附属心血管病医院心外科，昆明650000；2 昆明医科大学生物医学工程研究中心暨云南省干细胞和再生医学重点实验室

房颤（AF）是最常见的持续性心律失常，其特征为规律的心房电活动和机械功能丧失，表现为心房快而无序的搏动。瓣膜性AF 一般指在二尖瓣病变基础上或心脏瓣膜置换术后发生的AF，其发生血栓栓塞的风险较其他类型AF更高。在瓣膜性AF发病率快速增长的趋势下，迫切需要对瓣膜性AF有效的干预和治疗。目前临床上对瓣膜性AF 伴随的血栓形成主要通过抗凝药物预防，但同时有抗凝不够及过度抗凝引起的出血问题。有研究显示，使用内皮细胞钙激活钾通道（KCa）阻断剂可有效减少AF 的发 生［1］。KCa 主 要 包 括KCa2.3 和KCa3.1 两个 通道，其可在心房中表达并在心房复极中起重要作用［2］。血流切应力指血流作用于血管壁单位面积的力，研究发现KCa2.3 受血流切应力调控，并可通过KCa3.1作用于血管内皮细胞，使其产生病理生理学改变。本文就KCa 在瓣膜性AF 发生发展中的作用及其与血流切应力的关系进行综述，以期为瓣膜性AF的治疗提供新的方向。

1 瓣膜性AF及血栓形成概述

流行病学研究显示，我国AF 发病率约为0.9%，且随着年龄增大而增加，女性发病率高于男性［3］。AF 的发作需要一定的触发因素，其维持需要相应的机制，这种机制包括电重构和结构重塑。电重构指心肌离子通道的改变；结构重塑指组织结构的改变，既有微观的（如纤维化），也有宏观的（如心房扩张）。在所有引起缺血性卒中的因素中，AF 约占20%［4］。AF 引起的血栓形成一般位于左心房，左心房血栓又有约90%发生在左心耳内。瓣膜性AF更加容易形成血栓，除了引起心房内血流速度减慢及涡流形成外，瓣膜病变对左心房内血流动力学的破坏可导致心房内流场均匀性改变，因而相对于其他类型的AF，瓣膜性AF左心房内流场均匀性更差，血流切应力増高更明显，从而更易导致心脏泵血功能下降，心房内附壁血栓形成，引起卒中［5］。

2 KCa在瓣膜性AF发生发展中的作用

Ca2+是无处不在的第二信使，心脏收缩受Ca2+信号传导序列的控制，其中包括肌质网中Ca2+释放通道的L 型电压门控Ca2+通道开放［6］。研究发现，动脉切应力增加可导致血管内皮细胞胞质中的Ca2+升高，从而触发KCa 开放［7］。KCa 家族根据其单通道电导分为3 类，大电导Ca2+活化钾通道（BK）、中电导Ca2+活化钾通道（IK）和小电导Ca2+活化钾通道（SK）。蜂毒明肽（Apamine）是在蜂毒素中发现的一种18个氨基酸的肽类神经毒素，是SK的特异性和选择性阻断剂，具有抗炎和抗纤维化的作用。在SK家族成员中，根据对Apamin 敏感度的不同又可分为3 种亚型，低敏感度的SK1（KCa2.1，由KCNN1基因编码）、中敏感度的SK3（KCa2.3，由KCNN 基因编码）、高敏感度的SK2（KCa2.2，由KCNN2 基因编码）［8］。其中，KCa3.1 与KCa2.3 被认为是心脑血管疾病的潜在药物靶点。SK 的3个亚型通道中均有1个单通道电导受细胞内Ca2+调控，其钙离子门控特性由钙离子通道与钙调蛋白（CaM）联合完成，即钙离子和CaM相结合激活SK通道，使钾离子外流［9］。

2.1 KCa2.3 KCa2.3 在人的心房、心室均有表达，但其在心房表达水平更高，功能也更重要，故临床上以心房为目标进行靶向治疗［10］。LI 等［11］研究发现，KCa2.3 在AF 和瓣膜性AF 患者中表达均上调。ELLINOR 等［12］在全基因组关联研究分析中鉴定出编码KCa2.3 的基因KCNN3，并提出KCNN3 是与AF直接相关的少数基因之一，其单核苷酸多态性与AF高度相关。KCa2.3参与了心房动作电位的形成，其过度表达可引起心房肌细胞动作电位尤其是复极末期时程缩短，但对静息电位影响不大［13］。SIMÓ-VICENS 等［14］也发现，在使用KCa2.3 阻滞剂后，人的心房肌细胞动作电位显著延长。

2.2 KCa3.1 KCa3.1 在人的心房中表达，在心室中不表达，可被克霉唑、TRAM-34 阻断。TRAM-34是一种高特异性KCa3.1 选择性阻断剂，可延长PR间期，减慢心率［15］。体外应用KCa3.1阻断剂能够抑制血管平滑肌细胞增殖，也能显著降低心脏纤维化，提示KCa3.1 通道在心房重构中发挥作用［16］。KCa3.1是内皮细胞超极化的基础，也是影响慢性心脏重构的决定因素［17］。通过调节细胞膜电位和钙信号转导，KCa3.1 在炎性细胞的激活、迁移和转移中起重要作用。KCa3.1 通道可调控Ca2+内流，从而调节血管平滑肌细胞、巨噬细胞、淋巴细胞的活化、迁移和黏附等功能，参与血栓的形成［18］。YANG 等［19］研究发现，TRAM-34可完全抑制快速心房起搏犬AF的发作，延长AF 有效不应期，提示KCa3.1 在AF 的诱导过程中起重要作用，其表达的增加与心房快速起搏时交感神经活动增加有关。HE 等［20］发现，KCa3.1 阻断剂可能通过抑制p38 MAPK/AP-1/NFκB 信号通路减少促炎症巨噬细胞的极化和相关炎症因子的分泌，从而减少长时间快速心房起搏后AF的发作。另有研究指出，KCa3.1的表达增加与急性脑卒中后3 d 交感神经活动的增加密切相关，心房KCa3.1抑制可能对急性卒中患者有影响［21］。

3 KCa与血流切应力在瓣膜性AF中的关系

在心脏舒张、收缩的过程中，心肌会受到各种力的作用，例如拉伸、切应力和后负荷等。随着心血管流体力学研究的不断深入，切应力在心血管系统病理和生理过程中的作用逐渐被认识。切应力可导致细胞骨架及功能的改变，进而导致细胞重构。外周动脉狭窄相关研究发现，动脉狭窄处血流所产生的切应力可导致血管内皮细胞纤维化及血小板聚集，从而致使血栓形成［22］。心脏内血流动力学十分复杂，而左心房内力学信号通过何种途径转变为生物学行为，是目前研究的热点。细胞内Ca2+的增加是响应切应力增加的最早事件之一，Ca2+的增加随后激活KCa通道［23］。血流切应力能增加血管内皮细胞线粒体ATP 生成，触发ATP 释放和细胞内嘌呤受体介导的Ca2+信号传递。内皮细胞的机械刺激反应对循环系统稳态也很重要，其损伤会增加心力衰竭、高血压和瓣膜性心脏病的发生，在临床上与AF和卒中有关［6］。研究显示，心脏内湍流切应力的增加是导致患者心脏瓣膜病变进行性加重的重要原因，而KCa3.1 及KCa2.3 在这个过程中具有不同的功能，KCa2.3 可被血流切应力优先激活，而KCa3.1 可被KCa2.3 影响，进而参与到血栓形成的过程中［24］。BRAKEMEIER 等［25］对人脐静脉血管内皮细胞的研究显示，在层流切应力刺激并激活MEK/ERK 途径后，KCa3.1 基因表达增强。TAKAI 等［26］发现，切应力可以调节冠状动脉内皮细胞中KCa2.3的表达，并通过乙酰基转移酶p300、蛋白激酶B（Akt）影响KCa3.1 的表达，该过程还涉及CaMKK/Akt/p300 级联的激活。切应力刺激可引起血管扩张，而KCa2.3在调节动脉张力中起着重要的作用。单基因敲除实验显示，内皮KCa2.3 缺陷可明显降低血管扩张［24］。LI 等［11］研究发现，层流切应力可以诱导大鼠心肌细胞H9c2 中KCa2.3 mRNA 和蛋白表达上调，并介导磷脂酰肌醇3 激酶的表达。在瓣膜性AF 合并血栓患者中，KCa2.3及KCa3.1表达均增高，左心房组织纤维化程度增高。TRIGGLE 等［27］对外周血管的研究中发现，切应力可引起血管内皮细胞功能紊乱，导致KCa3.1激活血小板，这可能是血栓形成的诱因之一。由上可见，血流切应力的变化构成了心血管病变的始动环节，KCa2.3 受血流切应力调控，通过KCa3.1作用于血管内皮细胞并产生病理生理改变，提示KCa可以作为瓣膜性AF潜在的治疗靶点。

综上所述，在瓣膜性AF 患者中，左心房内切应力的升高促进了KCa2.3 及KCa3.1 的激活，导致左心房、左心耳血管内皮细胞重构、血小板激活，进而导致血栓形成。KCa2.3及KCa3.1在这个过程中起到纽带作用，其可能是瓣膜性AF血栓形成的信号传导通路之一，但具体的作用机制仍不明确。希望今后可以有更多临床实验得出循证医学证据来指导临床，为瓣膜性AF血栓防治提供理论基础。