钙增敏剂对心肌钙稳态的影响

薛祚臣 综述 单兆亮 审校

(解放军总医院心内科，北京 100853)

尽管对缺血性心肌病、高血压、瓣膜疾病等基础病的检出率逐渐增加以及治疗方法逐渐改善，心力衰竭仍是目前主要的且发病率逐渐上升的公共健康问题［1］。失代偿心力衰竭经常见于慢性心力衰竭患者，诱发因素包括营养不良，用药依从性差，频发感染或者病程的自发进展。目前治疗失代偿心力衰竭需要静脉应用包括利尿剂、硝酸酯类药物和强心剂等药物治疗［2］。钙增敏剂作为新一代治疗失代偿心力衰竭的强心剂，至今仍缺乏长期大规模临床实验对其药效、安全性以及远期病死率的影响进行评价，且目前临床安全性以及远期预后的报道存在较大差异。如在Follath 等［3］对低心排血量患者静脉应用钙离子增敏剂左西孟旦与多巴酚丁胺对比血流动力学效果与安全性的研究中，急性失代偿心力衰竭入院患者，在右心导管和静脉正性肌力药物支持下，随机分为左西孟旦组和多巴酚丁胺组治疗24 h，应用左西孟旦血流动力学得到显著改善的患者显著高于多巴酚丁胺组(28% vs 15%)，180 d 内全因死亡率亦显著低于多巴酚丁胺组［3］。而在REVIVE Ⅱ研究中，射血分数＜35%、出现静息时呼吸困难的失代偿性心力衰竭患者，在接受静脉应用利尿剂的同时随机接受左西孟旦和安慰剂治疗，短期内左西孟旦组超过33%患者症状得到改善，但90 d 后两组的全因死亡率无明显差异，且非持续性室性心动过速的发生率有增加趋势［4］。究其原因，可能与增加心肌细胞肌丝对钙离子的敏感性从而影响心肌细胞钙稳态的药理作用有关。现对钙增敏剂药理作用及对心肌钙稳态的影响做一综述。

1 钙离子增敏剂的作用机制

Blinks 等［5］把人将引起心肌细胞收缩的机制分类为:(1)上游机制:即通过提升内环磷酸腺苷含量来提高细胞内钙浓度;(2)中央机制:即通过增加肌钙蛋白C 与钙离子的敏感性来增加细胞收缩力;(3)下游机制:作用于心肌细胞收缩系统，如细肌丝和横桥，增加细胞收缩蛋白与钙离子的反应，从而增强收缩。与洋地黄、儿茶酚胺类药物以及磷酸二酯酶抑制剂等作用于上游机制的通过增加细胞内钙离子浓度而增加与肌钙蛋白C 结合的钙离子量，从而达到增强心肌细胞收缩力的传统正性肌力药物不同，钙离子增敏剂通过上述的“中央机制”以及“下游机制”来增加心肌细胞收缩，并不增加细胞内钙离子浓度或提高心肌细胞肌丝与钙离子的最大结合能力［6］，例如匹莫苯，作用于肌钙蛋白C，使与之结合的钙离子数量增加，而并不增加细胞内游离钙离子总量。至于目前唯一广泛应用于临床的钙增敏剂左西孟旦，是通过与肌钙蛋白C 氨基端结合，增加肌钙蛋白C 与钙离子结合物构象的稳定性，并减少其从肌钙蛋白上解离，肌钙蛋白C 与钙离子结合后，肌钙蛋白构象改变，暴露肌动蛋白结合位点，促进心肌纤维收缩［7］。

2 心肌细胞钙稳态

2.1 心肌细胞钙循环

细胞外钙内流，肌浆网钙释放，钙缓冲以及钠钙交换都是维持细胞钙稳态的机制［8］。钙离子在兴奋收缩耦联机制和调节心脏收缩舒张功能中起重要作用。而位于横管的L-型钙离子通道与位于肌浆网的兰尼碱受体(ryanodine receptor，RyR)所形成的耦联单位是细胞收缩期胞内钙离子变化的基础。当心肌动作电位形成，细胞膜去极化时触发由表达在横管上的L-型钙离子通道产生钙电流。内向钙电流的产生不但参与了动作电位平台期形成，而且钙离子通过狭窄的交界区域扩散到肌浆网上的RyR，激活钙释放通道，产生钙火花，放大原始触发的钙信号。这个过程称为钙触发、钙释放。细胞内钙浓度瞬时升高，即钙瞬变。大量钙离子从肌浆网流出，扩散到细胞质，结合到肌原纤维上的肌钙蛋白C，使肌钙蛋白构象改变，粗肌丝和细肌丝间相对滑动，开始细胞收缩。上述由动作电位触发的细胞内钙离子浓度增加进而引起细胞收缩称为兴奋收缩耦联［9］。

而细胞在舒张期通过质膜上的钙离子通道，调控钙离子在肌浆网以及跨细胞膜的平衡，使细胞内钙浓度维持在原先水平，称为钙稳态。舒张期钙移除的机制是通过肌浆网钙泵(sarcoplasmic reticulum Ca2+ATPase，SERCA)泵回肌浆网以及经过钠钙交换体排出细胞。而受磷蛋白(phospholamba，PLB)作为SERCA 的抑制蛋白，PLB 位点磷酸化可减少对SRECA 的抑制，提升SERCA 活性，提高肌浆网钙摄取，整个钙循环过程维持心肌细胞钙稳态［10］。

2.2 心肌细胞钙稳态的调控蛋白

细胞内钙稳态取决于RyR、SERCA、PLB、L-型钙离子通道等重要钙调控蛋白的磷酸化及去磷酸化状态。

钙/钙调素依赖蛋白酶Ⅱ(CaMKⅡ)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，主要通过钙/钙调素的复合物与之结合而激活［11］，当细胞内钙浓度升高时，钙与钙调素结合形成钙/钙调素结合物，与CaMKⅡ调节域相结合，从而使CaMKⅡ活化。可以磷酸化细胞内RyR、PLB、L-型钙离子通道等多种钙调控蛋白。对钙通道的磷酸化导致钙通道活性上升，开放时间延长，导致细胞钙内流增加，从而增加细胞内钙离子浓度。蛋白FKBP12.6 是一种可与FK560 结合的蛋白质，与RyR结合并对RyR 有稳定作用，防止舒张期钙渗漏，CaMKⅡ磷酸化RyR 使肌浆网在收缩期钙释放作用得以增强，并且在舒张期失去对FKBP12.6 的结合能力，导致舒张期钙漏［12-13］。PLB 作为SERCA 的抑制蛋白，CaMKⅡ通过对PLB 的磷酸化减弱其抑制作用，增加肌浆网钙摄取活性［14］。

3 钙离子增敏对心肌钙调控的影响

3.1 钙离子增敏对细胞钙缓冲及钙瞬变的影响

当大量钙离子进入胞浆时，钙缓冲机制使游离钙离子结合，降低钙离子浓度至正常。细胞收缩期肌钙蛋白C 与钙离子结合，体现了钙缓冲的作用，Schober等［14］研究表明，对于肌钙蛋白发生突变，转基因表达TnT179N 的对于钙离子敏感性增加的鼠心肌细胞，应用咖啡因诱导肌浆网钙离子释放入胞浆，根据钠钙交换体整合电流的大小作为细胞总体钙含量(Total Ca2+)变化，应用钙荧光染料负载心肌细胞，根据荧光光强计算细胞内游离钙浓度(Free Ca2+)变化。用细胞内总钙的变化与细胞内游离钙变化的比值作为钙缓冲能力的大小，结果表明，肌丝对钙离子敏感性增高的心肌细胞与对照组相比，当胞浆内钙总量变化相同时，游离钙浓度显著减小，证实了钙增敏细胞钙缓冲能力增强，且肌丝对钙离子敏感性越高，解离常数越小，但钙离子与肌丝的最大结合力不变。由于对钙离子敏感性增高的细胞钙缓冲能力上升，收缩期钙离子与肌钙蛋白结合，游离钙浓度减小，加之钙离子与肌钙蛋白结合稳定性增加，舒张期钙解离同时减慢［15］。因此钙离子增敏细胞的钙瞬变表现为收缩期细胞内游离钙离子峰浓度下降，舒张期钙离子浓度减低缓慢，钙衰减时程延长。同时国外学者应用膜片钳技术证实钙增敏剂对细胞钙电流无明显影响，舒张末期游离钙浓度与对照组无显著差异，细胞内CaMKⅡ的表达含量亦无明显变化，由CaMKⅡ调控的RyR、PLB、SERCA 等蛋白表达含量亦未见差别［16-17］。

3.2 钙离子增敏对动作电位时程的改变

Baudenbacher 等［17］研究表明，肌丝对钙离子敏感的心室细胞应用单向动作电位技术记录到的动作电位时程的形态发生改变，具体表现为复极化斜率减低，APD70减小，但APD50及APD90与对照组无显著差异。整个动作电位时程呈现三角形改变。与动作电位时程缩短一致，钙离子敏感细胞有效不应期缩短，目前可能的机制是由于增加钙离子与肌钙蛋白结合的稳定性导致钙瞬变峰值减少，衰减时程减慢，收缩期细胞内游离钙离子浓度减低，于动作电位3 期钙离子由钠钙交换体流出减少，内向电流减少导致复极化速率加快，而在复极化末期(APD90)，细胞内钙离子浓度与对照细胞无明显差异，所以APD90无明显变化。并且证实了钙增敏细胞在快速起搏时等电压线紊乱，时间、空间离散度及传导速度离散度显著增加，并出现传导缓慢及阻止区域，为形成功能性折返环形成了条件［18］。

3.3 钙离子增敏对心律失常的影响

3.3.1 快速心室率时室性心动过速

家族性肥厚型心肌病是由于染色体变异转录的心肌收缩蛋白异常引起的遗传疾病，多数患者由于发生室性心律失常而发生心脏性猝死。患者心肌细胞肥大是心脏性猝死的重要危险因素，而部分因为肌钙蛋白突变造成细胞肌丝对钙离子敏感性增加的患者即使在没有心肌肥大情况下也会出现心脏性猝死。实验证明，肥厚型心肌病患者快心率时心律失常发生率高。在植入埋藏式心脏转复除颤器的肥厚型心肌病患者中，窦性心动过速及快心室率心房颤动诱发了90%的恶性心律失常。而Flevari 等［18］对患者应用左西孟旦前后的动态心电图比较发现钙离子增敏对心率变异性、QT 离散度并不产生明显影响，但是增加非持续性室性心动过速的发生率［1］。目前解释该现象的机制是与快心室率时有效不应期缩短，增加了心肌跨膜复极离散度，延长了单向传导阻滞的易损期，成为了折返性心动过速发生的基础，而期前收缩或早期后除极造成的短联律间期则成为诱发室性心动过速的必要条件。

3.3.2 停搏依赖性室性心律失常

Schober 等［14］还证明了增加钙敏感性导致停搏后动作电位延长以及早期后除极发生率提高，其原因是钙增敏细胞更明显的停搏后增强作用。所谓停搏后增强是心肌的生理现象即正常的起搏频率下(S1)给于长配对间期的刺激(S2)后心脏产生的更大地收缩。主要机制是短时间的停搏有利于游离钙从胞浆向肌浆网移动导致更大的肌浆网容量还有更完全L-型钙离子通道和RyR 恢复，导致停搏后起搏时肌浆网钙释放增加，钙离子通过L-型钙离子通道内流增加，收缩期细胞内钙浓度更高，心肌收缩力增强。钙增敏心肌由于钙缓冲能力上升，解离常数减低，钙瞬变衰减缓慢，连续起搏时肌钙蛋白C 上蓄积的钙离子较正常心肌更高，短暂的停搏有利于大量与肌钙蛋白C 结合的钙离子解离，使更多的钙离子被肌浆网摄取，增大了肌浆网储备，使停搏后增强效应增强。停搏后S2刺激导致巨大的钙瞬变使内向钠钙交换体电流开放，导致显著动作电位延长，增加早期后除极的发生，通过触发活动导致室性心律失常［16］。

3.4 钙离子增敏对收缩力-钙离子浓度曲线的影响

Hajjar 等［1］对钙敏感性的概念做了阐述，即肌纤维产生相当于最大收缩力50%的收缩力时细胞内钙离子浓度。并分别描绘了应用钙增敏剂组与正常组的收缩力-钙浓度曲线。实验证明用钙离子增敏剂灌流的去膜肌纤维的收缩力-钙离子浓度曲线较正常肌纤维曲线向左移动，即静息心肌细胞内相同钙浓度会导致更高的收缩力，而心肌最大收缩力不变。在正常心肌细胞中，细胞静息状态钙浓度很低，钙增敏剂的影响不会显著增加心肌收缩力，但在心力衰竭细胞中，由于RyR 磷酸化，稳定性下降，钙渗漏增加，静息细胞钙浓度显著增高，因此应用钙离子增敏剂会较对照组显著增强舒张末期心肌收缩力，减少收缩储备及损害舒张功能，对终末期心力衰竭患者产生严重致命威胁。因此大部分钙增敏剂并未获得临床应用。值得一提的是，作为目前应用最广泛的钙增敏剂左西孟旦，与肌钙蛋白C 的结合呈现钙浓度依赖性，心肌舒张期由于细胞内钙离子浓度较低，钙增敏的药效较弱，因此对心力衰竭心肌舒张功能影响较小［1］。

以左西孟旦为代表的钙增敏剂作为新一代强心药物与传统正性肌力药物相比具有不增加钙离子内流、不增加舒张末细胞钙浓度、不增加心肌耗氧等优点，短期内显著改善失代偿心力衰竭患者血流动力学以及临床症状，但其对患者远期生存率的影响仍缺乏大规模临床试验进行验证。目前的临床报道争议较大，多数报道未见其与传统正性肌力药物对患者远期生存率的差异，究其原因，可能与其增加钙离子与肌丝结合的稳定性，减少钙瞬变峰值，增加钙瞬变衰减时程，从而导致快心室率时室性心律失常以及停搏依赖性室性心律失常有关。

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