缝隙连接蛋白40与心房颤动发生及治疗关系的研究进展

卞誉豪，张飞

(1深圳市南山区人民医院，广东深圳518057；2 广州医科大学)

缝隙连接蛋白40与心房颤动发生及治疗关系的研究进展

卞誉豪1,2，张飞1

(1深圳市南山区人民医院，广东深圳518057；2 广州医科大学)

心房颤动(简称房颤)是临床上最为常见的持续性心律失常。缝隙连接是将相邻细胞的细胞质进行连接的细胞内通道，对相邻细胞间的电传导至关重要，其结构和功能改变在房颤的发生和维持过程中发挥重要作用。缝隙连接蛋白40(Cx40)主要存在于心肌细胞间的闰盘处，是组成心房及其传导系统缝隙连接的主要成分。Cx40基因突变、分布和量的改变、磷酸化均与房颤的发生和维持相关。因此未来以Cx40为靶点的药物以及Cx40转基因治疗将会为房颤的治疗带来新的曙光。

心房颤动；缝隙连接蛋白40；缝隙连接

心房颤动(简称房颤)是最常见的心律失常之一，可导致左心室渐进性收缩功能障碍，进而影响左心室射血；房颤是缺血性卒中等疾病的危险因素，易引起血栓栓塞，致残率和致死率均较高。心房结构重塑是房颤发生的基础，肌成纤维细胞增殖和纤维化是心房结构重塑的主要特征。间质纤维化会引起细胞间电耦联改变和电传导减慢，从而促发房颤；而房颤的持续存在又会加快心房结构重塑的进展。既往研究发现，房颤的发生与心房肌细胞间的缝隙连接结构密切相关。缝隙连接蛋白40(Cx40)主要存在于心肌细胞间的闰盘处，是组成心房及其传导系统缝隙连接的主要成分。本研究对Cx40与心房颤动发生及治疗关系的研究进展进行综述。

1 缝隙连接及缝隙连接蛋白(Cx)

缝隙连接是将相邻细胞的细胞质进行连接的细胞内通道，是心肌细胞间动作电位快速传播的关键，其存在使相邻细胞间的电活动能够同步进行。每个缝隙连接通道由缝隙连接小体构成，而缝隙连接小体则由两个半通道端对端连接而成。半通道通常由六个相同或不同的Cx形成，可以通过离子、第二信使和可溶性小分子物质。所有的Cx都由四个跨膜蛋白、两个细胞外环形结构及一个细胞内环形结构构成，细胞内环形结构在胞质中同时存在氨基端和羧基端[1,2]。缝隙连接对相邻细胞间的电传导至关重要，其功能和结构改变在房颤的发生和维持过程中发挥重要作用。

到目前为止，研究人员已经发现20余种Cx，特异性表达于人类心脏的Cx主要是Cx40、Cx43和Cx45。Cx40大量表达于心房及其传导系统；Cx43主要表达于心室；Cx45主要分布于窦房结、房室结、左右束支和希氏束，在心房和心室表达水平低[3]。在心房重构过程中，Cx40的分布和量会发生明显改变，这种改变与房颤的发生密切相关。

2 Cx40与房颤的发生

Cx40与房颤发生、发展的关系至今尚未阐明，目前研究主要认为Cx40基因突变、Cx40分布和量的改变、Cx40磷酸化与房颤的发生和维持相关。

2.1 Cx40基因突变 Cx40表达主要由Cx40基因调控，Cx40基因异常会影响Cx40表达，诱导房颤的发生。房颤发生时，Cx40表达和分布均出现明显改变[4,5]。GJA5基因主要负责编码CX40，GJA5基因敲除小鼠其心律失常的发病率显著增加[6]。Gollob等[7]发现，房颤患者心肌细胞存在GJA5基因突变，导致细胞间耦合减少，引起Cx40功能缺失；上述房颤患者淋巴细胞亦存在GJA5基因突变。Wirka 等[8]对Cx40基因核苷酸的多态性进行研究，结果显示Cx40基因启动子和调控区域基因突变可以显著降低Cx40表达。Firouzi等[9]对Cx40基因多态性和心房易损之间的关系进行了研究，结果发现Cx40次要等位基因-44A和-44AA基因型的受试者离散系数显著增高，有房颤病史的受试者离散系数也显著增加，提示Cx40分布的改变可能引起心房传导异常。研究发现，Cx40突变(A96S)小鼠心房传导速度降低、房性心律失常持续时间延长，表明Cx40基因突变在小鼠房性心律失常发生过程中具有重要作用[10]；Cx40基因G38D、I75F、P88S、p.V85I、p.L221I、p.L229M等突变亦可影响缝隙连接的分布和功能[11,12]。

2.2 Cx40分布和量的改变 正常生理状态下Cx40主要分布于心房肌细胞的两端，房颤时Cx40呈高度异质性分布于心肌细胞的两侧。Cx40空间分布的改变使心肌细胞两侧的传导速度增快，两侧与两端传导速度的比值增加，导致心房正常传导方式改变，发生多子波折返，引发房颤[13]。许多研究人员对房颤患者心房Cx40表达量进行了研究，但研究结果并不一致。Wetzel等[14]采用Western blotting法对房颤患者左心房Cx40表达量进行了研究，结果显示孤立性房颤患者和房颤伴二尖瓣疾病患者Cx40表达量均较窦性心律者明显增加，但二者之间Cx40表达量无明显差异。Dupont等[15]发现，冠状动脉搭桥手术后发生房颤的患者其右心耳Cx40含量显著升高。但是，Zhou等[16]对房颤患者心房Cx40表达的研究却得出不同的结论，他们通过共聚焦激光扫描显微镜对Cx40的分布进行评估，结果显示房颤组左心房闰盘处Cx40密度明显降低，故认为房颤的发生可能与Cx40减少有关。Kostin等[17]对慢性房颤患者迷宫手术中取得右心耳组织行Cx40表达检测，结果显示Cx40表达量明显降低。出现上述两种不同结果可能与研究对象、样本总量及研究方法等不同有关。尽管研究人员对房颤患者心房Cx40表达的研究结果不一致，但是总体来说Cx40表达量的改变在房颤的发生和维持中发挥着重要作用。

2.3 Cx40磷酸化 Cx40氨基酸残基通过磷酸化影响心肌细胞间的电耦联，电耦联的改变又可以影响相邻细胞间的电传导。Nao等[18]研究发现，房颤患者心房Cx40表达显著降低，但Cx40丝氨酸磷酸基的表达却明显增加，提示Cx40磷酸化在Cx调节及心肌细胞间电传导过程中可能发挥一定的作用。王智刚等[19]认为ERK通路的激活可使Cx肽链C端丝氨酸残基多个位点磷酸化，通过以MEK为作用靶点抑制ERK的活化从而达到抑制心房纤维化及Cx40的重构。以上研究结果均印证了Cx40磷酸化参与房颤的形成。

3 Cx40与房颤的治疗

房颤的治疗主要包括药物治疗、导管消融术及迷宫术等，药物治疗仍然是目前房颤的首选治疗方法。心房选择性延迟钾离子流(IKur)阻滞剂已被用于房颤的治疗，多项研究也证实IKur阻滞剂如Vernakalant、MK-0448、AZD7009等能够治疗房颤或预防房颤的发生[20]。与IKur阻滞剂类似，抗心律失常肽如AAP10、ZP123、GAP-134等可以通过选择性调节Cx43来降低室性心律失常的发生率[21～23]。Igarashi等[24]通过转基因的方法用含有Cx40基因的腺病毒转染大约克猪，结果显示其房颤的发生率明显减少。李竹琴等[25]研究表明，胺碘酮能够降低急性房颤犬心房组织Cx40表达量，改善细胞间的电信号传导，对房颤的治疗具有显著的效果。张艳等[26]研究发现，定心胶囊能够上调Ca2+-ATP酶延缓心房电重构，同时能够降低Cx40的表达，减少心房多子波折返的发生，对房颤具有一定的治疗作用。Cx40是心房表达的主要Cx，然而目前还没有特异性调节Cx40的药物，因此未来以Cx40为靶点的药物治疗以及Cx40的转基因治疗将会为房颤的治疗带来新的曙光。

总之，房颤的病理基础是心房肌的纤维化改变。Cx在心房肌的纤维化中扮演了重要的角色。缝隙连接蛋白改变可能是房颤发生和维持的基础。

[1] Shao Q, Liu Q, Lorentz R, et al. Structure and functional studies of N-terminal Cx43 mutants linked to oculodentodigital dysplasia [J]. Mol Biol Cell, 2012,23(17):3312-3321.

[2] Purnick PE, Benjamin DC, Verselis VK, et al. Structure of the amino terminus of a gap junction protein [J]. Arch Biochem Biophys, 2000,381(2):181-190.

[3] Jansen JA, van Veen TA, de Bakker JM, et al. Cardiac connexins and impulse propagation [J]. J Mol Cell Cardiol, 2010,48(1):76-82.

[4] Gemel J, Levy AE, Simon AR, et al. Connexin40 abnormalities and atrial fibrillation in the human heart [J]. J Mol Cell Cardiol, 2014(76):159-168.

[5] Sun Y, Tong X, Chen H, et al. An atrial-fibrillation-linked connexin40 mutant is retained in the endoplasmic reticulum and impairs the function of atrial gap-junction channels[J]. Dis Model Mech, 2014,7(5):561-569.

[6] Sankova B, Benes J Jr, Krejci E, et al. The effect of connexin40 deficiency on ventricular conduction system function during development [J]. Cardiovasc Res, 2012,95(4):469-479.

[7] Gollob MH, Jones DL, Krahn AD, et al. Somatic mutations in the connexin 40 gene (GJA5) in atrial fibrillation [J]. N Engl J Med, 2006,354(25):2677-2688.

[8] Wirka RC, Gore S, van Wagoner DR, et al. A common connexin-40 gene promoter variant affects connexin-40 expression in human atria and is associated with atrial fibrillation [J]. Circ Arrhythm Electrophysiol, 2011,4(1):87-93.

[9] Firouzi M, Ramanna H, Kok B, et al. Association of human connexin40 gene polymorphisms with atrial vulnerability as a risk factor for idiopathic atrial fibrillation[J]. Circ Res, 2004,95(4):e29-e33.

[10] Lubkemeier I, Andrie R, Lickfett L, et al. The Connexin40A96S mutation from a patient with atrial fibrillation causes decreased atrial conduction velocities and sustained episodes of induced atrial fibrillation in mice[J]. J Mol Cell Cardiol, 2013(65):19-32.

[11] Sun Y, Yang YQ, Gong XQ, et al. Novel germline GJA5/connexin40 mutations associated with lone atrial fibrillation impair gap junctional intercellular communication[J]. Hum Mutat, 2013,34(4):603-609.

[12] Yang YQ, Liu X, Zhang XL, et al. Novel connexin40 missense mutations in patients with familial atrial fibrillation [J]. Europace, 2010,12(10):1421-1427.

[13] Dhein S, Rothe S, Busch A, et al. Effects of metoprolol therapy on cardiac gap junction remodelling and conduction in human chronic atrial fibrillation[J]. Br J Pharmacol, 2011,164(2b):607-616.

[14] Wetzel U, Boldt A, Lauschke J, et al. Expression of connexins 40 and 43 in human left atrium in atrial fibrillation of different aetiologies[J]. Heart, 2005,91(2):166-170.

[15] Dupont E, Ko Y, Rothery S, et al. The gap-junctional protein connexin40 is elevated in patients susceptible to postoperative atrial fibrillation[J]. Circulation, 2001,103(6):842-849.

[16] Zhou SH, He XZ, Liu QM, et al. Study on the spatial distribution pattern of Cx40 gap junctions in the atria of patients with coronary heart disease[J]. Cardiol J, 2008,15(1):50-56.

[17] Kostin S, Klein G, Szalay Z, et al. Structural correlate of atrial fibrillation in human patients[J]. Cardiovasc Res, 2002,54(2):361-379.

[18] Nao T, Ohkusa T, Hisamatsu Y, et al. Comparison of expression of connexin in right atrial myocardium in patients with chronic atrial fibrillation versus those in sinus rhythm[J]. Am J Cardiol, 2003,91(6):678-683.

[19] 王智刚,张卫泽,马凌,等.抑制ERK1/2通路激活改善大鼠心房纤维化和缝隙连接蛋白40重构[J].第二军医大学学报,2012,33(3):259-264.

[20] Costabel JP, Lambardi F, Aragon M, et al. Predictors of conversion of recent-onset atrial fibrillation treated with vernakalant[J]. Pacing Clin Electrophysiol, 2015,38(2):196-200.

[21] Sun B, Jiang JF, Zhao CM, et al. Effects of antiarrhythmic peptide 10 on acute ventricular arrhythmia[J]. Asian Pac J Trop Med, 2015,8(3):229-233.

[22] Yi SL, Zhong JQ, Zhang J, et al. ZP123 reduces energy required for defibrillation by preventing connexin43 remodeling during prolonged ventricular fibrillation in swine[J]. Tex Heart Inst J, 2012,39(6):784-791.

[23] Dhein S, Hagen A, Jozwiak J, et al. Improving cardiac gap junction communication as a new antiarrhythmic mechanism: the action of antiarrhythmic peptides[J]. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol, 2010,381(3):221-234.

[24] Igarashi T, Finet JE, Takeuchi A, et al. Connexin gene transfer preserves conduction velocity and prevents atrial fibrillation[J]. Circulation, 2012,125(2):216-225.

[25] 李竹琴,杨茂,黄宇鹏,等.急性心房颤动犬缝隙连接蛋白40和43重构及胺碘酮的干预作用[J].中国急救医学,2008,28(8):728-730.

[26] 张艳,胡晓虹,杨关林,等.定心胶囊对房颤大鼠心房组织Ca2+-ATP酶及Cx40基因表达影响的实验研究[J].中华中医药学刊,2008,26(1):13-15.

深圳市科创委2013年度知识创新计划基础研究项目(JCYJ20130322154529556)；深圳市南山区2012年度科技计划项目(南科研卫2012003号)。

张飞(E-mail: fei.zhang263@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.44.040

R541.75

A

1002-266X(2016)44-0110-03

2016-01-23)