心肌细胞电生理学中药研究进展

高 原,王幼平,宋 歌,李 彬,刘红军,朱明军

心肌细胞电生理学中药研究进展

高 原1,王幼平1,宋 歌2,李 彬1,刘红军1,朱明军1

对心肌细胞电生理学的研究进展,包括研究方法、研究内容及其研究意义展开介绍,并就心肌细胞电生理技术在中药研究方面的进展,包括抗心律失常中药研究的必然和必要以及现状和展望进行探讨。

心肌细胞电生理学;抗心律失常中药;膜片钳技术;离子通道;离子流

1 心肌细胞电生理学的研究进展

心肌细胞电生理学作为心脏电学的重要组成部分,它是研究心肌细胞在正常与异常情况下的兴奋发生与传播机制的一门基础学科[1]。主要用于揭示心肌细胞本身的电生理过程和规律、细胞间信号的传导及其影响因素等等。主要研究内容是心肌细胞的离子通道、离子载体和离子流。

心肌细胞电生理学起始于1949年—1950年。1949年Ling发明了微电极细胞内记录技术;Hodgkin和Huxley创造的电压钳制技术问世,电生理研究从此深入到细胞水平。20世纪60年代到80年代,阐明了心肌细胞各主要离子流(如INa,ISi,Ik1,Ik,ITo,ITi,INa-Ca, Ipump等)的基本特性;钙离子的研究热潮成为用心肌细胞电生理学研究心律失常发生机制的开端。

1976年,德国生理学家Neher和Sakmann建立膜片钳技术[2],这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一的(或多个的)离子通道分子活动的技术。这一伟大成就获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖。20世纪80年代,单个细胞分离的成功,使人们不断地发现了一些新的离子流和离子通道。目前在心肌细胞膜上已知的离子流及载体电流有以下几种:INa,ICa,IK1,IK,ITo,IK(Ach),IK(ATP),IKP,IK(Na), IK(Ca),IF,ICl,INaCa,Ipump和IJ等。20世纪90年代是研究心肌电生理学钾离子流的热潮时期,这成为阐明某种心律失常发生的机制或寻找某种抗心律失常药的重要途径。目前,膜片钳技术已成为研究细胞膜离子通道和药物作用机制必不可少的重要手段,它和分子生物学的结合应用呈现出良好的应用前景。

2 心肌细胞电生理技术在中药研究方面的进展

2.1 抗心律失常中药研究的必然和必要 20世纪80年代末,著名的心脏心律失常抑制试验(cardiac arrhythmia suppression test,CAST)的结果对抗心律失常西药治疗的安全性提出了质疑和挑战。抗心律失常西药多为单一通道阻断剂,作用靶点单一,抗心律失常谱窄,故致心律失常作用大,而多离子通道阻滞剂具有更好的调控作用,可使失调的离子通道功能恢复平衡,致心律失常副反应较低[3]。现有的研究提示许多中药包括单体、单味药及中药复方等均有多离子通道机制,中医整体观念指导下的中药治疗更具有理论上的超前性,在心律失常治疗领域有广阔前景。

2.2 应用膜片钳技术对抗心律失常中药的研究现状

刘红军等[4-6]应用全细胞膜片钳技术发现,环维黄杨星D(CVB-D)溶液低浓度组和高浓度组均能够引起豚鼠和大鼠单个心室肌静息电位(RP)减小、动作电位0相除极幅度(APA)下降、动作电位时程(APD)延长、动作电位3相复极速率(V3)减慢,对内向整流钾电流(IK1)具有抑制效应,与Ⅲ类抗快速心律失常药物存在类似药理效应,这可能是其在临床上有抗心律失常作用的药理机制之一。并在研究过程中意外发现2例致室性心律失常现象,这种现象值得关注,有待毒理实验进一步验证。张玉瑶等[79]研究发现苦参碱可缩短豚鼠、家兔心室肌细胞APD,抑制快速延迟整流钾电流(IKr),在酸化的缺血微环境下,对心肌细胞IKr电流仍表现明显的抑制作用,可用于缺血后心律失常的治疗。与传统的抗心律失常西药相比[10],苦参碱对IKr电流的抑制作用较奎尼丁和胺碘酮为弱,表明苦参碱致QT延长(long QT,LQT)和致心律失常作用低于胺碘酮,更具有安全性、有效性等特点。孟红旭等[11-14]研究表明从中药丹参中分离提取的单体成分丹参酮ⅡA、丹酚酸B和丹参素均能够起到抑制L型钙电流(ICa-L)的作用,不同的是丹参酮ⅡA还可抑制肥厚心肌细胞上增大的IKr、IKs及其尾电流,明显缩短肥大心肌细胞APD的延长,从而降低心室复极离散度,防止折返的形成,发挥预防肥厚心肌心律失常的功效;丹酚酸B[15]阻滞瞬时外向钾电流(ITo)的同时不影响IK1,因此有效地保证了心肌细胞膜的稳定性,起到抗心律失常的疗效。此外丹酚酸B与延胡索乙素[15]对L型钙通道均有抑制作用,两者之间能够产生协同效应,并且这两种有效成分调控L型钙通道的作用机制不同,为探讨中药复方中部分有效成分配伍使用的合理性提供了有力证据;丹参素[16]通过抑制ICa-L和激活三磷酸腺苷(ATP)敏感性钾电流(IKATP)发挥着其对心肌缺血-再灌注的保护作用。张铭慧等[17]在研究中发现薯蓣皂苷抑制INa,电流-电压曲线明显上移,具有减轻钙超载,保护缺血再灌注损伤心肌的作用,刘静等[18]报道称薯蓣皂苷含药血清能激活INa,这种对钠离子通道的促进作用可能通过钠-钙交换体间接影响细胞内的钙离子浓度,因此推测薯蓣皂苷可能具有正性肌力作用。石含秀等[19]应用膜片钳全细胞记录技术观察到细辛含药血清对心肌细胞的钠通道具有激活的功效,能够降低心肌兴奋的阈电位,增加钠通道在相同电压下的开放数量,细辛、附子二者配伍后对心肌细胞钠离子通道具有增强激活的功效,这可能是其配伍后治疗缓慢型心律失常的电生理基础[20]。李翔宇等[21-24]研究证实,甘松挥发油具有抑制IK、IK1、ITo、INa及ICa-L的作用,说明甘松挥发油是通过作用于不同的离子通道适当延长大鼠心室肌细胞的APD及有效不应期(ERP),从而影响大鼠心室肌细胞的兴奋性、不应性及传导性,继而产生抗心律失常的作用。

除了单味、单体中药研究外,复方制剂也被证实对心肌细胞具有多离子通道作用机制,成为其抗心律失常的电生理基础。参松养心胶囊[25,26]作为应用中医络病理论指导组方的创新中成药,对ICa-L、INa、ITo、IKs和IK1多种心室肌离子通道均具有不同程度的阻滞作用,参松养心胶囊的室性心律失常效应,与其改善心功能,缩短心室动作电位时程和有效不应期,降低心房室间不同部位动作电位时程的离散,增加室颤阈值有关。稳心颗粒是中国第一个调节多离子通道的抗心律失常专利中成药,兼有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类抗心律失常药物的作用,对多种离子通道有抑制作用,并能显著缩短心室跨壁复极离散度,表明稳心颗粒具有抗心律失常的作用,且安全性高[27]。炙甘草汤[28]、心悸宁胶囊[29]、交泰丸[30]等复方制剂也均已被膜片钳技术证实其对心室肌细胞膜电位、各离子通道有不同程度的影响。复方研究尽管复杂,但意义重大。结合先进技术进行多角度、多层次和多方面研究,可望将君臣佐使组方理念的中药复方更具科学性和系统性,在抗心律失常领域有所建树。

3 心肌细胞电生理技术在中药研究方面存在的问题

心肌细胞电生理学的发展为中药研究开辟了新途径,特别是细胞膜片钳技术的应用,使中药药理研究从器官水平深入到细胞和分子水平,但目前的研究中仍存在一些问题:中药尤其是复方制剂成分复杂,体外实验结果需要分析的影响因素众多,缺乏严格对照,其结论一直很难得到全世界范围的关注和认可,近年发展起来的中药血清药理学,即通过研究给药动物血清的生物学活性来揭示药物作用机制的方法与膜片钳技术的结合[31],有望解决这一难题;在中药的抗心律失常作用及机制的研究中,还未从心肌细胞水平将中医心悸的病症病机和心律失常的发病机制联系起来,而这方面的研究是有针对地进行药理研究的前提条件;实验动物离体单个心肌细胞在生理状态和病理状态的药理研究与人体整体心脏心律失常之间的相关性也有许多问题有待探讨,这方面的问题决定了实验药物是否真正具有临床实用意义。采用心肌细胞电生理技术进行中药研究是中医走向现代化的重要标志之一,这对传统中药的筛选和新药的开发具有前瞻性意义。

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R329.2R256

:A

10.3969/j.issn.1672-1349.2015.02.005

:1672-1349(2015)02-0141-03

2015-01-20)

(本文编辑郭怀印)

1.河南中医学院第一附属医院(郑州450000);2.河南省中医院

朱明军,E-mail:zhumingjun317@163.com