缝隙连接蛋白40与心房颤动关系的研究进展

王卫卫(综述)，胡福莉(审校)

(1.河北医科大学研究生学院，石家庄 050017； 2.河北省人民医院心血管内四科，石家庄 050051)

心房颤动(房颤)是临床上最常见的快速性心律失常之一，预计至2050年，房颤患者至少增加1倍[1]。房颤的发生机制至今尚未完全阐明。Severino等[2]研究表明，缝隙连接与房颤的发生与维持密切相关，缝隙连接是心肌细胞膜上特化的膜结构，由缝隙连接蛋白(connexin，Cx)构成。Cx40主要分布于心房肌细胞，近年来发现Cx40结构和功能变化与房颤的发生、维持存在密切联系。该文就Cx40与房颤的关系进行综述。

1 Cx概述

缝隙连接是相邻细胞间进行直接通讯的唯一通道，容许相对分子质量<1.5×103的无机离子、代谢产物(氨基酸、葡萄糖等)、第二信使(cAMP、Ca2+、IP3)等通过；缝隙连接由Cx构成，6个放射状排列的Cx分子构成半个缝隙连接通道，称为连接子，2个连接子相互锚定，形成1个内径为2～3 nm的六菱形的水相孔道，即缝隙连接[3]。目前已发现20多种Cx，依相对分子质量大小分别命名为Cx26～Cx56；在哺乳动物心脏中大约有8种Cx表达：Cx31.9、Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46、Cx50、Cx57[4]。Cx40主要存在于心房、房室结、希氏束和心室传导系统中；Cx43在心房、心室及传导系统远端表达丰富；Cx45存在于窦房结、房室结、希氏束和左右束支，心房和心室中Cx45水平较低，在心房水平略高于心室[5]。Cx在心房组织呈高度异质性，即有的区域含量丰富，有的区域含量较少；且Cx40在左右心房不均一分布，右心房是左心房的2～3倍；而Cx43在两心房的分布水平相当，且表达水平与Cx40在右心房的水平相似；Cx45仅能检测到较低水平的含量[6]。Cx40是心房选择性蛋白，其变化与房性心律失常特别是房颤关系密切。

2 Cx40基因异常与房颤

Cx40基因异常会导致Cx40蛋白表达异常，致心房冲动传导异常，增加心律失常的易患性，使房颤发生率增加。正常情况下，心房肌传导存在异质性。Sun等[7]研究发现，Cx40基因改变会影响冲动在心房肌的传导。Leaf等[8]对小鼠心耳进行起搏，发现正常小鼠左心房的传导速度显著快于右心房，而Cx40基因剔除小鼠心房冲动传导异质性消失，且传导速度减慢，心律失常发生率增加。Lübkemeier等[9]建立Cx40转基因小鼠房颤模型，发现心房激动传导速度显著减慢，房颤持续时间延长；对培养的心房肌细胞缝隙连接通道的启闭研究，进一步证实与正常心肌细胞缝隙连接相比，培养的心肌细胞缝隙连接通道电导显著降低，电压敏感度增强，心房肌细胞不规则自发电活动增加。

3 Cx40重构与房颤

在各种病理状态下，缝隙连接重构是指缝隙连接及组成缝隙连接的Cx的变化，包括Cx表达量的改变、重新分布及异常组合、通道功能的紊乱等，均可使缝隙连接通讯功能下降，使心房传导速度减慢，易于形成微折返，而引起房颤的发生[10]。

3.1Cx40分布的变化 正常心房Cx40在心房肌两端的密度比两侧高约10倍，心房肌细胞沿长轴方向的传导速度较横向传导快10～20倍。当Cx40在心房肌分布比例发生改变时，心房肌正常激动传导方式会发生改变，从而影响传导速度，房颤易患性增加。Dhein等[11]研究发现，房颤患者Cx40表达量明显增高，其在心房肌两侧的分布增多，横向传导速度增快。在快速起搏诱导的山羊房颤模型中，Cx40在左右心房的分布呈高度空间异质性[12]。Ryu等[13]在犬无菌性心包炎致房颤模型中研究发现，整个心肌层Cx从内向外的表达呈现一个梯度，Cx40表达在心外膜缺乏，在心肌中层减少，在心内膜正常；无菌性心包炎组Cx40的跨壁分布异常与显著异常的心房传导有关，是房颤触发和维持的重要因素。

3.2Cx40量的改变 Cx40表达量减少时，细胞间电偶联发生障碍，使心房的纵向传导速度减慢，而横向传导速度相对增加，复极离散度增加，多个子波沿异常的传导径路扩布，有利于微折返的形成，导致房颤的发生和持续[14]。Hsieh等[15]快速起搏犬心室2周诱发充血性心力衰竭房颤模型，结果发现，房颤组Cx40表达量减少，说明Cx40重构可能是心力衰竭房颤维持的重要因素。Dhein 等[11]对160例冠状动脉粥样硬化性心脏病和瓣膜病患者的左心房组织进行研究发现，与窦性心律组比较，房颤组Cx40水平显著增加。van der Velden等[12]为山羊植入心脏起搏器，通过快速起搏制作房颤模型，观察了Cx40表达量与房颤发生与维持时间的相关性；该研究发现，房颤2周时，测定Cx40信使RNA表达水平较1周和8周时轻度升高，而房颤16周时，心房组织中Cx40水平减少或缺如。Hsieh等[15]认为，房颤2周时Cx40短时间升高可能由于心房电活动不稳定、心肌细胞受到刺激后发生应激反应所致，随后的减少可能是失代偿后Cx40的耗竭所致。这些研究结果提示，基础疾病类型、房颤持续时间等因素都会引起心房Cx40表达量的变化，而Cx40表达变化可能在房颤等心律失常的发生中发挥重要作用[16]。

3.3Cx 40磷酸化改变 心肌Cx为磷酸蛋白，且通过蛋白激酶C和丝裂原活化蛋白激酶途径调节[17]。磷酸化影响Cx生命周期的多个方面，包括蛋白合成后被运输到细胞膜，形成半通道，组装成缝隙连接通道，通道传导和降解过程等[18]。不同环节导致Cx中的氨基酸残基磷酸化，影响细胞间电偶联状态，使传导异常，增加房颤的易患性。Nao等[19]对风湿性瓣膜病拟行瓣膜置换术的患者右心耳组织进行研究，测定Cx40表达量，发现与无房颤组相比，房颤组Cx40表达量明显减少，但Cx40丝氨酸磷酸基的表达增加，认为Cx40磷酸化可能是一种代偿，通过代偿性磷酸基增加来调节缝隙连接功能。van der Velden等[12]在快速起搏的山羊房颤模型上发现，Cx由磷酸化状态转为非磷酸化状态，而非磷酸化状态可使Cx解聚和细胞脱偶联,使心房冲动传导发生异常，易于房颤的发生。

4 Cx变化参与房颤发生和维持的可能机制

Cx变化不仅影响心房传导速度，在心肌炎症、纤维化等过程中也可能发挥着作用。心肌炎症、纤维化等是房颤的病理生理基础，Cx重构可能是炎症、纤维化的环节之一，Cx变化如何影响炎症、纤维化的进程，目前报道较少，机制尚未完全阐明。

4.1纤维化机制 多项关于房颤的实验及临床研究证实，在心房纤维化过程中，Cx发生了重构，参与了房颤发生、发展的过程；但Cx重构在心房纤维化过程中的具体作用尚不清楚[20-22]。最近一项对老龄和主动脉缩窄致纤维化小鼠的研究显示，降低心室肌Cx43基因表达，使成纤维细胞的活化增强，心肌纤维化增加，提示恢复Cx43功能可能有益地影响了心肌结构重构[23]。

4.2炎症机制 近年来研究发现，炎症与房颤之间存在密切关系，房颤患者心房组织中存在着基础的炎症状态，炎性细胞浸润增多；炎症状态下Cx表达下调，心房结构和电传导发生改变[24]。Kwak等[25]对易患动脉粥样硬化小鼠进行研究发现，Cx43表达下调能降低病变组织中炎性细胞的水平，提示Cx43在炎症发展过程中具有一定的作用。

5 以Cx为靶向的新型抗心律失常药物

抗心律失常肽类是从牛心房分离、纯化出的一种肽类物质，因其最初发现时具有强大的抗心律失常作用而得名。目前一些抗心律失常肽类的类似物及衍生物已被人工合成，主要有AAP10、zp123、GAP-134等；来自实验研究和临床研究的数据证实，此类药物通过影响缝隙连接通道启闭、分布和表达而增加心肌缝隙连接通讯，具有较好的抗心律失常效果；AAP10是一种缝隙连接增强剂，给小鼠静脉注射AAP，可显著减少房颤的发生[26-27]。Easton等[28]进一步探讨AAP10调节缝隙连接的作用机制发现，在心肌细胞培养基中加入AAP10，通过激活蛋白激酶C进而磷酸化Cx40来增强缝隙连接通道的偶联，促进心肌传导恢复。不仅如此，也有研究表明，AAP10能上调Cx的表达，但AAP10不影响心肌细胞动作电位及其他生理学参数；zp123的作用与AAP类似，通过直接作用于Cx，增强缝隙连接的传导，改善细胞之间的偶联，可减少心律失常的易患性，但稳定性更好，在血浆中的水平更高[29]。Shiroshita-Takeshita等[30]研究在快速起搏心房、慢性心力衰竭及心房缺血不同病因致房颤的实验动物应用zp123处理后，传导速度增加，心律失常不易诱发；除此之外，研究者还发现zp123还能在低钾-缺血条件下，阻止动作电位时程的增加，从而减少心律失常的发生。GAP-134为首个发现的可口服的药物，Butera等[31]在犬无菌性心包炎致房颤模型中研究发现，服用GAP-134后心房肌传导速度显著加快，房颤和心房扑动的诱发率显著下降。

6 结 语

Cx40基因的异常可能会导致心房肌细胞电偶联改变，而Cx40量的改变、分布的变化、磷酸化状态的变化可引起缝隙连接重构，影响了心房肌传导速度，并可能与心肌细胞炎性反应、纤维化等病理改变有关，在房颤等心律失常的发生中具有一定作用。目前动物试验研究显示，以Cx40为靶点的新一代抗心律失常药物具有良好的抗心律失常作用，为心律失常的治疗带来了新的希望。因此，进一步深入探讨Cx40变化在房颤发生中的作用，将为房颤的预防和临床治疗提供更多选择。

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