微血管内皮细胞功能障碍在心律失常中的作用研究进展

张洁晗综述 李红蓉审校

心律失常是临床常见病、多发病，但多数患者在常规心电图检查时往往难以捕捉到典型的心律失常发作，因而被诊断为功能性心律失常或神经官能症，虽然此种类型的心律失常多预后良好且不影响日常生活，但某些恶性心律失常如持续性室性心动过速和心室扑动与颤动等有时会误诊为功能性心律失常，有导致心脏性猝死的风险[1]。近些年来，猝死的发生率逐年升高，且有年轻化的趋势，青少年运动猝死已经引发了广泛的关注[2]。因此，早期识别恶性心律失常对于防止病情进展、向猝死转归具有重要意义。微血管分布于血管与组织间，在人体微循环当中发挥重要作用，分布于心脏当中的冠状动脉微血管为心肌内血流提供通路，同时覆盖于血管内膜表面的内皮细胞能够为心肌细胞提供血氧和营养物质，控制微循环血流，完成正常的生理功能。当微血管内皮细胞功能出现障碍时，心肌细胞的营养来源被阻断，同时受损的内皮细胞还会分泌代谢产物进一步影响心肌细胞功能，当累及心肌细胞动作电位时则可出现心律失常表现。因此，有效改善微血管功能，保护微血管内皮细胞，对于防治心律失常具有重要的临床意义。

1 微血管内皮细胞生理功能及其功能障碍的病理机制

微血管网状分布于全身各处，为人体的末梢循环提供血氧并输布营养物质。微血管管壁内膜表面由内皮细胞覆盖，是血液与血管壁之间的天然屏障，内皮细胞在维持血管通透性、抑制细胞迁移和趋化进程、调节血管舒缩、参与血液的促凝和抗凝等方面具有关键作用[3]。诸多外界影响因素能损害血管内皮功能，如高血压、高血糖、高血脂、吸烟、肥胖等，这些因素一方面破坏内皮细胞的结构，导致内皮细胞结构不完整、屏障功能受损、血管通透性增加；另一方面影响内皮细胞的分泌功能，并促进内皮细胞分泌炎性因子、募集外周炎性细胞黏附于受损部位，进而影响微循环功能，成为各类微循环疾病的发病基础。

2 微血管内皮细胞功能障碍的影响因素

微血管内皮细胞分泌的活性因子时刻处于动态平衡中，以保持微血管处于稳态环境。多种有害因素均能够影响内皮细胞功能，如肾素—血管紧张素(RAS)系统激活、缺血再灌注损伤、胰岛素抵抗、游离脂肪酸水平升高、炎性反应、氧化应激等均可导致内皮细胞功能障碍[4]，破坏内皮细胞的屏障作用，此时内皮细胞的分泌作用受到外界干预，生理平衡状态被打破，在损害内皮自身功能的同时，分泌的有害物质还可进入血液、组织、器官中，从而引发相关疾病。

2.1 RAS系统激活 RAS系统与体内血管舒张及收缩关系密切，肾素是蛋白酶的一种，由肾小球入球动脉的球旁细胞合成和分泌，经过肾静脉进入血液循环[5]。血管紧张素原在肾素作用下水解产生Ang-Ⅰ，Ang-Ⅰ在血管紧张素转换酶作用下水解产生Ang-Ⅱ，Ang-Ⅱ能收缩血管，增加外周阻力，激活交感神经，使血管平滑肌细胞增殖，促进细胞生长和纤维化，诱发心脏血管重构[6]。RAS系统对血管的效应可直接反应到内皮细胞，造成氧化应激产生，诱导内皮功能损伤和炎性反应。

2.2 缺血/再灌注(I/R)损伤 介入治疗是目前心肌缺血、心肌梗死、脑梗死等心脑血管疾病的常用治疗手段，通过外科介入技术恢复血运、保证组织器官的血氧供应能够有效降低致残率和病死率，然而I/R损伤是临床中常见的棘手问题。以急性心肌梗死(AMI)为例，I/R后常见心律失常、心肌细胞凋亡、坏死等情况，造成氧化应激的产生，进一步加重对心肌的损伤[7]。在心肌损伤中，内皮细胞更容易发生损伤，引发炎性细胞浸润、微血栓形成等级联效应，加速心肌细胞的I/R损伤，导致心肌坏死[8]。心肌I/R损伤的病理特点之一是微循环损伤，其中氧自由基起主要作用，氧自由基的堆积破坏细胞膜及胞内DNA、蛋白质、脂肪，导致内皮细胞结构和功能受损，进一步发生细胞凋亡或坏死[9]。

2.3 胰岛素抵抗 胰岛素抵抗指靶器官对胰岛素的敏感性降低，在糖脂代谢中具有重要意义，胰岛素抵抗破坏糖、脂质代谢平衡，同时参与炎性反应、内皮损伤、氧化应激等多个环节[10]。内皮细胞表面表达胰岛素受体，体内诸多生长因子如胰岛素样生长因子-1、血管内皮生长因子、血小板源性生长因子等受体均为胰岛素受体。当存在胰岛素抵抗时，高胰岛素血症抑制内皮细胞PI3K信号通路，激活Ras/MAPK信号通路，降低NO生物利用度[11]，增加ET-1分泌，引起内皮细胞功能障碍，内皮细胞功能障碍又进一步加重胰岛素抵抗，形成一个恶性循环。

2.4 游离脂肪酸水平升高 游离脂肪酸存在于血浆中，能够维持脂类代谢平衡，并通过氧化作用为机体供能。当体内游离脂肪酸水平升高时，内皮型一氧化氮合酶活性降低，从而导致具有保护内皮作用的NO生成减少，同时高水平的游离脂肪酸还能增加促炎因子的活性，诱导炎性反应和氧化应激，产生大量活性氧，造成内皮细胞的损伤[12]。

2.5 内质网应激 内质网(ER)能合成、折叠和储存蛋白质，ER中未折叠或错误折叠的蛋白质的应激反应即内质网应激，可由氧化应激、缺血缺氧、钙超载等引起。血液在血管中流动造成的机械力学刺激可通过内皮细胞依赖机械力敏感蛋白——血小板内皮细胞黏附蛋白1介导的信号通路，诱导血管内皮细胞发生ER应激，促进炎性分子表达[13]，造成内皮细胞损伤。

2.6 炎性反应 从解剖关系上来看，内皮细胞通过细胞间紧密连接等维持血管通透性并参与物质交换，以此保证血液正常循行于血管中。通常内皮细胞间连接处于紧闭状态，避免大分子物质进入组织间隙。当炎性介质等物质干扰紧密连接时,这种屏障作用便被破坏，此时血液中单核细胞、白细胞等可通过细胞旁途径进入组织间隙形成损伤。内皮细胞屏障功能正常与否还通过紧密连接蛋白(tight junctions,TJ)体现，其中闭锁小带蛋白1(zonula occludens-1,ZO-1)、闭合蛋白(Occludin)常作为评价细胞屏障功能的指标。ZO-1构成的蛋白质复合体与胞质内骨架蛋白结合，在胞内信号调节下决定小分子物质是否可以通过细胞间隙，外界刺激条件如高糖环境能降低ZO-1表达，影响内皮细胞的屏障功能[14-16]。

3 内皮细胞的分泌功能

内皮细胞通过旁分泌和/或自分泌途径释放多种血管活性物质，这些物质处于动态平衡状态，共同发挥调控血管舒张与收缩、血液抗凝与促凝、血管修复与重构等功能。当内环境稳态失衡或受到外界因素刺激时，内皮细胞的分泌功能受到影响，造成某一种或多种活性物质分泌不足或过剩，可引发微血管病变，影响微循环功能。

3.1 内皮素 内皮素(endothelin，ET)在内皮细胞中广泛存在，具有收缩血管、维持血管张力、维持心血管系统稳态的作用。当内皮细胞受损时，分泌的舒血管因子减少，缩血管因子增多，可诱发高血压、动脉粥样硬化、心律失常等多种疾病。ET-1是心血管系统中最常见亚型，主要由内皮细胞、心内膜和心肌合成并释放，其受体主要是内皮素A(ETA)和内皮素B(ETB)。ETA受体在心肌细胞上表达，与ET-1结合引起心肌细胞收缩，增加细胞内钙浓度。ETB受体存在于内皮细胞中，与ET-1结合可介导舒张血管小分子物质释放，扩张血管[17]。内皮细胞损伤后分泌的ET升高，对微血管产生强烈的收缩作用，对内皮细胞的稳态造成不良影响。

3.2 一氧化氮 血液中的NO主要来源于内皮型一氧化氮合酶(eNOS)，eNOS在辅酶因子四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)参与下通过催化L-精氨酸生成NO，BH4失活可导致eNOS 解离[18]，使NO生成减少，舒张血管的效应降低，影响内皮细胞功能。机体中的ET-1与NO维持动态平衡，以保证血管的收缩和舒张功能平衡，当内皮功能损伤时，会导致NO生物利用度降低，环磷酸鸟苷(cGMP)含量降低，影响蛋白激酶G(PKG)活性。NO也可抑制白细胞黏附因子CD11、CD18的活性或抑制VACM-1、ICAM-1和MCP-1的表达而抑制白细胞与内皮细胞的黏附状态，维持微血管功能完整[19]。

3.3 前列环素 前列环素(PGI2)主要在内皮细胞中合成，能舒张血管平滑肌，抑制血小板聚集，外界刺激如血流剪切力、炎性因子、缺氧等均能促使内皮细胞分泌PGI2，PGI2降解后形成稳定的6-keto-PGF1α，其表达水平可反映PGI2的水平。PGI2与TXA2共同调节血管壁紧张度、维持血小板功能和血管壁细胞的迁移，内皮功能障碍则影响二者分泌，引起血小板聚集、炎性介质增加等病理反应[20]。PGI2还能刺激NO的释放，并增加冠状动脉血管对NO的敏感性，NO与PGI2的协同作用增强对血管的扩张效应，抑制血小板聚集，从而发挥保护血管的效应[21]。

3.4 血管内皮生长因子 血管内皮生长因子(VEGF)是一种血管内皮细胞的特异性有丝分裂原，具有促进内皮有丝分裂、增殖、迁移、抗凋亡等作用[22]。在低氧条件下，VEGF与VEGF受体结合引起受体磷酸化，激活有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)，提高血浆酶原活化因子(PA)活性，促进细胞外蛋白水解，使毛细血管新生。VEGF家族中的VEGF-A在血管生成中发挥主要作用，其受体VEGF-R1和VEGF-R2能够协同人脐静脉内皮细胞中的基因表达[23]。同时，VEGF还具备增加血管通透性的作用，可通过活化磷脂酶Cγ促进前列腺素的生成，提高血管通透性，也可作为eNOS的上游激活物，通过Akt促进NO合成与内皮细胞增生[24]。

3.5 血管紧张素Ⅱ 血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)主要由内皮细胞及平滑肌细胞分泌，同时内皮细胞中的血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)也可合成AngⅡ，当内皮细胞中的ACE表达增高时，Ang Ⅱ含量也随之增加，引起血管收缩并损伤内皮细胞。AngⅡ可通过促进ACE氧化降解，降低NO生物利用度，同时AngⅡ受体AT1可激活RAS系统，促进Ca2+流入增加，引起血管收缩，减少NO产生，增加炎性因子表达,造成内皮功能障碍[25-26]。

4 内皮细胞分泌物质在心律失常中作用

内皮细胞合成和释放血管活性物质在心脏中的作用可表现为影响心肌细胞的生长发育、舒缩功能、动作电位变化等方面，这些功能的异常可导致心肌细胞的自律性及传导异常，从而成为心律失常发病的一个重要因素。

4.1 ET与心律失常 室性心律失常是造成心源性猝死的主要原因，动物实验证实，小鼠腹腔注射氯化钡诱导室性心律失常，可在心肌组织中检测到ET-1表达明显增加，且与心律失常持续时间具有相关性，由此可以说明，心肌组织中ET-1水平可能为室性心律失常发作的一个相关指标[27]。在治疗上，针对ET导致心律失常的发病机制，选择ETA受体拮抗剂atrasentan可有效改善心律失常发作，其机制在于减轻交感神经激活，恢复大鼠PI3K/Akt/GSK-3β/ROS 信号通路，降低心律失常评分[28]。

4.2 NO与心律失常 内皮细胞通过产生和释放内皮源性舒张因子和收缩因子实现调节血管张力、细胞黏附、血栓抵抗、血管壁炎性反应的重要作用，NO是内皮源性舒张因子，在舒张血管的同时还能抑制白细胞、血小板黏附聚集于血管壁，保护平滑肌细胞免受血小板源性生长因子的影响，防止血管病变[29]。实验研究证实，合成代谢剂诱导的NO释放可引起血管痉挛，导致细胞凋亡、胶原沉积增加和微循环改变，有引发心律失常导致猝死的风险[30]。

4.3 PGI2与心律失常 心脏内皮细胞在各种体液、化学、免疫和机械刺激下合成和释放前列腺素。环氧合酶(COX-1和COX-2)在前列腺素(PGE2、PGF2a，PGI2)合成中起着关键的调节作用，在心脏的所有内皮细胞中均有表达，被认为具有细胞保护作用[31]。在疾病状态下，如肥胖和糖尿病，随着细胞内活性氧水平升高，氧化应激增加，可促进促炎细胞因子产生，降低PGI2生物利用度，诱导内皮细胞凋亡，导致内皮功能障碍[32]，这可能是糖尿病患者易发心律失常的因素之一。

4.4 VEGF与心律失常 VEGF-A是VEGF家族成员，主要作用是参与血管生成及内皮细胞生长，并诱导内皮细胞增殖，增加血管通透性[33]。实验研究表明，VEGF-A基因选择性外显子剪接产生的VEGF165亚型能够直接影响心肌细胞Iks通道，从而影响心肌细胞的电活动[34]，这种心肌细胞电生理活动的改变提示VEGF可能通过作用于离子通道的方式诱导心律失常的发生。

4.5 AngⅡ与心律失常 在心律失常中，钙信号传导通路相关蛋白表达及离子通道调节扮演着重要角色，细胞内钙稳态失调在以致死性心律失常为特征的心脏疾病中十分常见，Ca2+/CaM/CaMKⅡ信号通路在胞内钙调控作用的发挥中处于重要地位。如心房颤动时可见心房组织RAAS系统表达增高、胞内钙浓度升高等病理反应，影响离子通道和缝隙连接蛋白表达，加速心房重构，导致心律失常[35]。

综上所述，微血管内皮细胞功能障碍是引发心律失常的关键因素，保护微血管内皮的结构与功能对于改善血液灌流、能量代谢、调节心律失常具有重要意义。