RyR2在心律失常中的研究进展

储 睿,朱刚艳

RyR2在心律失常中的研究进展

储 睿,朱刚艳

心脏的正常收缩舒张功能依赖于胞质内及肌质网内钙离子的稳态，当这种稳态被破坏会导致多种心脏疾病。RyR2是位于心肌细胞肌质网上的钙离子释放通道，其功能异常会导致胞质内钙离子稳态失衡，出现心律失常、心肌肥厚和心力衰竭等多种心脏疾病的发生。RyR2通过影响细胞内钙离子浓度介导心律失常的发生，但是具体作用机制尚不明了。本文对RyR2功能异常诱发心律失常的可能机制做一综述，为将来的临床治疗提供更可靠的依据。

兰尼碱受体钙释放通道；心律失常；调节蛋白；作用机制；综述

心律失常是由于心脏活动起源和(或)传导障碍导致心脏搏动频率和(或)节律异常的一类疾病。正常心脏激动起源于窦房结，沿着传达系统依次下传，激动心房和心室，如果窦房结激动异常或传导异常时，就会出现心律失常。心律失常可单独发病亦可与冠心病、心肌病和风湿性心脏病等其他心血管疾病伴发，最终可能导致心力衰竭(心衰)、猝死等。经典治疗心律失常药物的作用靶位多聚集于细胞膜上的离子通道[1]，但是治疗效果不明显，因此研究细胞内信号传导途径，寻找更有效的治疗靶点成为目前的研究热点。雷诺定受体2(ryanodine receptor2， RyR2)是位于心肌细胞内肌质网上重要的钙离子释放通道，对心肌细胞内游离钙离子浓度有重要影响[2]。近年来基础和临床研究发现，阻断心肌细胞肌质网上RyR2可减少不良心血管事件的发生。本文就RyR2功能异常导致心律失常的发生机制做一综述。

1 RyR2的结构和功能

雷诺定受体(ryanodine receptors， RyRs)又称兰尼碱受体，是目前已知的最大的钙离子通道，由4个同源亚基围成一个中央有孔的能够调节钙离子进出的钙离子通道[3]。研究发现RyRs有3种亚型，并且分别由不同基因表达，RyR1主要分布在骨骼肌上，RyR3主要分布于脑组织中，而RyR2则主要在心肌上表达。钙调蛋白、Cav1.2、Sorcin、FKB12.6、受磷蛋白(phospholamban， PLB)等结合蛋白和钙、镁等多种金属离子可通过复杂的门控通达调节RyR2，对各种刺激产生应答[4]。

Yatani等[5]很早就展开研究发现，RyR2是位于心肌细胞肌质网上的钙离子释放通道，对胞质内钙离子浓度影响尤为显著。当兴奋冲动传导至心肌细胞时，通过钙诱导钙释放为心肌收缩肌质网提供钙离子,参与心肌细胞兴奋收缩耦联过程。即正常情况下，心肌细胞去极化时，位于细胞膜上的L-钙离子通道开放，少量的钙离子内流，胞质内的钙离子浓度在短时间内迅速增加，激活肌质网上的RyR2同步开放释放钙离子，胞质内钙离子迅速增加，引起心肌收缩。而功能异常的RyR2开放可引发“钙火花”，即单个RyR2开放引发钙离子通过其释放引起胞质内浓度短暂升高，不能触发心肌收缩[6]。

2 RyR2功能相关的调节蛋白

RyR2是一种骨架蛋白，可以与很多调节蛋白结合，且RyR2通道包含多个磷酸位点，每个位点的稳定状态取决于蛋白激酶和磷酸酶之间的平衡[7]。若继而通道过磷酸化，则会增加心律失常及心衰的发生[8]。近来，FKBP12.6、Ca2+/钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulim-dependent protein kinase Ⅱ， CaMKⅡ)和PLB受到广泛关注，它们会引起RyR2磷酸化改变，增加通道的开放频率，最终出现舒张期钙渗漏。钙渗漏直接影响SR，使胞质内钙离子浓度和钙瞬变幅度降低，继而产生致心律失常性钙波[9]。

2.1CaMKⅡ CaMKⅡ是介导RyR2开放释放钙离子的重要调节蛋白，由12个具有氨基端催化区、中间调控区和羟基端链接区单体组成，广泛存在于肌肉、神经和免疫组织中，共有α、β、γ和δ 4种亚型。在人和哺乳动物心肌细胞中以δ亚型CaMKⅡ为主，其有CaMKⅡδB和CaMKⅡδC两种剪接变异体，分别调控基因转录活性和细胞膜兴奋性及细胞内钙离子稳定性[10]。CaMKⅡ能磷酸化RyR2，继而诱发产生早后除极、SR钙渗漏、钠钙交换电流和延迟后除极，导致动作电位延长，这一系列的电生理改变有助于心律失常的发生[11]。吴钢等[12]采用过表达CaMKⅡ的转基因心肌肥厚大鼠模型，证实了CaMKⅡ表达上调，诱导磷酸化状态RyR2增加，继而舒张期钙渗漏；同时还增强L-钙离子通道活性，其开放概率的增加从多个方面影响钙离子稳态。钙离子代谢与心脏正常电生理密切相关，钙稳态失衡易于诱发心律失常。应激、交感神经兴奋及β受体激动剂可使CaMKⅡ大量激活，此时心电图心律失常检出率明显升高[13]。

有研究在大量慢性心房颤动(房颤)患者中发现，CaMKⅡ活性增加，并且RyR2上Ser2814(在有些动物中为Ser-2815)位点发生过磷酸化[14-15]。Kushnir等[16]研究采用心衰模型，发现CaMKⅡ可磷酸化RyR2上Ser-2814位点。Kirchhof等[17]在房颤小鼠模型中证实，RyR2上Ser-2814位点过磷酸化在维持自发性房颤中发挥着重要作用。van Oort等[18]培育了RyR2 S2814D转基因小鼠，证实小鼠体内CaMKⅡ持续活化，并且很容易诱发室性心律失常和心源性猝死。而在RyR2 S2814A转基因小鼠中，采用心脏离体灌流诱发房颤，与正常组相比房颤发生率明显降低[14]。肖幸[19]采用新西兰大白兔制备兔心肌肥厚模型，并用CaMKⅡ特异性阻断剂KN-93进行实验，结果发现RyR2上Ser-2815水平降低，心律失常发生率较正常组低。在RyR2 S2814A转基因小鼠中发现,2814位点上的丝氨酸被苯丙氨酸代替后，心律失常发生率降低，但是仍有一部分RyR2被CaMKⅡ磷酸化，说明Ser2814并不是被磷酸化的唯一位点[20]。大多数证据还是支持CaMKⅡ会增加RyR2上Ser2814位点磷酸化，导致SR中钙渗漏和心律失常的发生。

2.2蛋白激酶(protein kinase A, PKA) RyR2磷酸化影响自身功能,并且被磷酸化的位点比较固定。Respress等[20]在小鼠模型中研究发现，PKA主要磷酸化位点为Ser2808(在某些物种为Ser2809)。RyR2被PKA在Ser2808位点过磷酸化后，使得RyR2上对其有抑制功能的调节蛋白FKBP12.6解离，继而RyR2空间结构发生变化，形成舒张期钙渗漏[21]。Li等[22]在基因敲除的小鼠模型中证实，RyR2上缺乏FKBP12.6时，RyR2功能异常，心肌细胞内肌质网出现严重钙渗漏和触发电活动。

Wehrens等[23-24]在RyR2上2808位丝氨酸残基突变为天冬氨酸小鼠中观察到RyR2开放频率增加，舒张期钙渗漏增加，位于细胞膜上的钠钙交换活动增强，产生延迟后除极，房颤和室性心律失常发生率显著升高。与他们既往研究结果一致，即RyR2发生S2808A突变时，RyR2异常活动被抑制，开放频率降低；同时转基因小鼠心肌梗死后心衰发病率降低，推断可能是因为突变的RyR2不能被PKA磷酸化。PKA能将许多蛋白磷酸化，信号传导通路的级联反应过程可以归纳为：腺苷酸环化酶活化→催化三磷腺苷激活→环磷腺苷反应元件结合蛋白→PKA→效应器。当在应激或有心脏基础疾病的情况下，PKA增加，导致RyR2上S2808位点过磷酸化，继而诱发心律失常。

2.3PLB PLB是位于肌质网上的跨膜蛋白，由亲水区域和疏水区域两部分组成，亲水区域包括胞浆部分和3个磷酸化位点，而疏水区域镶嵌在肌质网内[25]。del Monte等[26]在早期的研究中发现，阻断PLB与RyR2的磷酸化相关，转基因抑制PLB生成，其对RyR2的磷酸化作用减弱。PLB主要影响的是位于SR钙离子ATP酶(sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase， SERCA2a)活性。非磷酸化PLB可以结合到SERCA2a，降低SR钙三磷腺苷酶对钙离子的亲和力，抑制SERCA2a活性[27]。心肌舒张期时，位于肌质网上的SERCA2a激活，将收缩期经RyR2释放的钙离子回收至SR中；剩下的少数钙离子通过位于胞膜上的钠钙交换进行转移，维持胞质内钙离子稳态。众多实验结果支持，SERCA2a表达量的增加可以改善心衰模型心肌细胞的收缩和舒张功能[28-29]。磷酸化的PLB可增强RyR2对SERCA2a的负性调控作用[30]。

Liu等[31]对于易感人群进行基因测序发现，编码PLB的外显子第25位氨基酸残基原本的精氨酸被半胱氨酸替代,这一改变导致PLB对SERCA2a抑制作用进一步增强，继而影响心肌细胞收缩功能、干扰钙离子稳态及增加心律失常的发生。早前对PLB的研究发现，编码PLB的基因有常见的4个突变部位，分别是V49G、L39X、R9C和Arg14Del，其突变后合成的PLB可增强对SRECA2a的磷酸化，继而削弱SERCA2a对钙离子亲和力，舒张期胞质内钙离子稳态失衡，增加心律失常的发生风险[32-33]。

2.4其他调节蛋白 RyR2还可与肌质网膜内侧junctophilin-2、triadin及calsequestrin 3种蛋白相连。在SR腔内侧，calsequestrin并非直接与RyR2相连，而是通过junctophilin-2和triadin锚定于钙离子释放部位附近[8]。Beavers等[34]在小鼠中发现，junctionphilin-2在RyR2功能稳定方面有着重要作用，编码junctionphilin-2的基因中的169位氨基酸残基被赖氨酸替代，junctophilin-2功能异常，而失去其稳定RyR2功能的作用。上述改变均会影响RyR2正常功能，导致舒张期钙渗漏，触发心律失常。

3 抗心律失常的药物

心律失常发生机制复杂，目前治疗措施主要是针对位于细胞膜上的钠离子、钾离子及钙离子通道[35]。传统的离子通道阻断剂对心律失常的治疗效果并不佳[36]。特异性作用于RyR2的抗心律失常药物还在研究中，已有报道称，β受体拮抗剂可以阻断RyR2上Ser2808位点(人类为Ser2809)发生磷酸化，间接减少RyR2复合物上calstabin2的耗竭，最终有助于缓解内质网钙渗漏，保护心肌，减少心律失常的发生[37]。

临床上，用于治疗恶性高热的硝苯呋海因作用机制为阻断位于骨骼肌上的RyR1，缓解临床症状。在动物模型中发现，硝苯呋海因可阻断心肌细胞内肌质网上RyR2钙异常释放，而对正常离体心肌肌质网RyR2无作用[38]。但是临床上还未将硝苯呋海因应用于心律失常的治疗，如果其对人心肌细胞RyR2也有类似作用，可阻断肌质网主要钙离子通道RyR2，继而降低细胞内舒张期过高的游离钙离子浓度，减轻钙超载，将可降低心律失常的发生概率。

4 展望

本文论述了调节蛋白对RyR2功能的影响，而RyR2的调控机制仍存在争议。现在针对RyR2的特异性药物仍在研究中，动物实验中发现硝苯呋海因不仅可以阻断RyR1，而且也可阻断功能异常的RyR2，但是其还处于临床试验阶段。今后应进一步探讨RyR2对心律失常、心肌肥厚和心衰等心血管疾病的作用机制，为将来的临床治疗提供更可靠的依据。

[1] Zuchinali P, Souza G C, Pimentel M,etal. Short-term Effects of High-Dose Caffeine on Cardiac Arrhythmias in Patients With Heart Failure: A Randomized Clinical Trial[J].JAMA Intern Med, 2016，176(12):1752-1759.

[2] Bers D M. Ryanodine receptor S2808 phosphorylation in heart failure: smoking gun or red herring[J].Circ Res, 2012,110(6):796-799.

[3] Lanner J T, Georgiou D K, Joshi A D,etal. Ryanodine receptors: structure, expression, molecular details, and function in calcium release[J].Cold Spring Harb Perspect Biol, 2010,2(11):a003996.

[4] Marx S O, Marks A R. Dysfunctional ryanodine receptors in the heart: new insights into complex cardiovascular diseases[J].J Mol Cell Cardiol, 2013,58:225-231.

[5] Yatani A, Shen Y T, Yan L,etal. Down regulation of the L-type Ca2+ channel, GRK2, and phosphorylated phospholamban: protective mechanisms for the denervated failing heart[J].J Mol Cell Cardiol, 2006,40(5):619-628.

[6] Cheng H, Lederer W J, Cannell M B. Calcium sparks: elementary events underlying excitation-contraction coupling in heart muscle[J].Science, 1993,262(5134):740-744.

[7] Heijman J, Dewenter M, Elarmouche A,etal. Function and regulation of serine/threonine phosphatases in the healthy and diseased heart[J].J Mol Cell Cardiol, 2013,64:90-98.

[8] Dobrev D, Wehrens X H. Role of RyR2 phosphorylation in heart failure and arrhythmias: Controversies around ryanodine receptor phosphorylation in cardiac disease[J].Circ Res, 2014,114(8):1311-1319.

[9] Andersson D C, Marks A R. Fixing ryanodine receptor Ca leak—a novel therapeutic strategy for contractile failure in heart and skeletal muscle[J].Drug Discov Today Dis Mech, 2010,7(2):e151-e157.

[10] 王桂君,姚玉胜,王洪新,等.PI3K阻断剂LY294002对TNF-α诱导心肌肥大的Ca2+-CaMK Ⅱ和CaN通路的影响[J].中国动脉硬化杂志,2015,23(10):978-984.

[11] Ke J, Chen F, Zhang C,etal. Effects of calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ inhibitor, KN-93, on electrophysiological features of rabbit hypertrophic cardiac myocytes[J].J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci, 2012，32(4):485-489.

[12] 吴钢,程冕,黄从新,等.醛固酮对心肌细胞钙稳态及电生理特性的影响[J].临床心血管病杂志,2012(1):74-75.

[13] Curran J, Hinton M J, Ríos E,etal. Beta-adrenergic enhancement of sarcoplasmic reticulum calcium leak in cardiac myocytes is mediated by calcium/calmodulin-dependent protein kinase[J].Circ Res, 2007,100(3):391-398.

[14] Voigt N, Li N, Wang Q,etal. Enhanced sarcoplasmic reticulum Ca2+ leak and increased Na+-Ca2+ exchanger function underlie delayed afterdepolarizations in patients with chronic atrial fibrillation[J].Circulation, 2012,125(17):2059-2070.

[15] Curran J, Tang L, Roof S R,etal. Nitric oxide-dependent activation of CaMKⅡ increases diastolic sarcoplasmic reticulum calcium release in cardiac myocytes in response to adrenergic stimulation[J].PLoS One, 2014,9(2):e87495.

[16] Kushnir A, Shan J, Betzenhauser M J,etal. Role of CaMKⅡdelta phosphorylation of the cardiac ryanodine receptor in the force frequency relationship and heart failure[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2010,107(22):10274-10279.

[17] Kirchhof P, Marijon E, Fabritz L,etal. Overexpression of cAMP-response element modulator causes abnormal growth and development of the atrial myocardium resulting in a substrate for sustained atrial fibrillation in mice[J].Int J Cardiol, 2013,166(2):366-374.

[18] van Oort R J, Respress J L, Li N,etal. Accelerated development of pressure overload-induced cardiac hypertrophy and dysfunction in an RyR2-R176Q knockin mouse model[J]. Hypertension, 2010,55(4):932-938.

[19] 肖幸.Ryanodine受体在触发性室性心律失常发生中的作用[D].华中科技大学,2012.

[20] Respress J L, van Oort R J, Li N,etal. Role of RyR2 phosphorylation at S2814 during heart failure progression[J].Circ Res, 2012,110(11):1474-1483.

[21] Marx S O, Reiken S, Hisamatsu Y,etal. PKA phosphorylation dissociates FKBP12.6 from the calcium release channel (ryanodine receptor): defective regulation in failing hearts[J].Cell, 2000,101(4):365-376.

[22] Li N, Wang T, Wang W,etal. Inhibition of CaMKⅡ phosphorylation of RyR2 prevents induction of atrial fibrillation in FKBP12.6 knockout mice[J].Circ Res, 2012,110(3):465-470.

[23] Wehrens X H, Lehnart S E, Reiken S,etal. Ryanodine receptor/calcium release channel PKA phosphorylation: a critical mediator of heart failure progression[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2006,103(3):511-518.

[24] Wehrens X H, Lehnart S E, Reiken S R,etal. Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ phosphorylation regulates the cardiac ryanodine receptor[J].Circ Res, 2004,94(6):e61-e70.

[25] 邢永发,姬艳苏,张玲,等.丹参总酚酸对慢性心衰大鼠肌浆网Ca2+-ATP酶、受磷蛋白表达的影响[J].辽宁中医杂志,2011(1):162-164.

[26] del Monte F, Harding S E, Dec G W,etal. Targeting phospholamban by gene transfer in human heart failure[J].Circulation, 2002,105(8):904-907.

[27] 王凌鹏.转SERCA2a基因治疗房颤的心房电生理评价[D].新疆医科大学,2015.

[28] 孙娅楠,农一兵,林谦.黄芪、丹参对肥大心肌细胞SERCA2a、PLB mRNA表达的影响[J].中国中医基础医学杂志,2011(11):1214-1216.

[29] 戴红良,贾桂枝,赵颂,等.黄芪多糖对异丙肾上腺素诱发的SERCA2 a表达及活性降低的影响[J].中国药理学通报,2015(3):388-390,391.

[30] Meyer M, Schillinger W, Pieske B,etal. Alterations of sarcoplasmic reticulum proteins in failing human dilated cardiomyopathy[J].Circulation, 1995,92(4):778-784.

[31] Liu G S, Morales A, Vafiadaki E,etal. A novel human R25C-phospholamban mutation is associated with super-inhibition of calcium cycling and ventricular arrhythmia[J].Cardiovasc Res, 2015,107(1):164-174.

[32] Posch M G, Perrot A, Geier C,etal. Genetic deletion of arginine 14 in phospholamban causes dilated cardiomyopathy with attenuated electrocardiographic R amplitudes[J].Heart Rhythm, 2009,6(4):480-486.

[33] van Rijsingen I A, van der Zwaag P A, Groeneweg J A,etal. Outcome in phospholamban R14del carriers: results of a large multicentre cohort study[J].Circ Cardiovasc Genet, 2014,7(4):455-465.

[34] Beavers D L, Wang W, Ather S,etal. Mutation E169K in junctophilin-2 causes atrial fibrillation due to impaired RyR2 stabilization[J].J Am Coll Cardiol, 2013,62(21):2010-2019.

[35] 张荣,董德利,杨宝峰.心律失常调节的新靶点——microRNA的研究进展与应用前景[J].药学学报,2011(1):6-11.

[36] Nessler J, Nessler B, Kitlinski M,etal. Sudden cardiac death risk factors in patients with heart failure treated with carvedilol[J].Kardiol Pol, 2007,65(12):1417-1422.

[37] Reiken S, Gaburjakova M, Gaburjakova J,etal. beta-adrenergic receptor blockers restore cardiac calcium release channel (ryanodine receptor) structure and function in heart failure[J].Circulation, 2001,104(23):2843-2848.

[38] Rueda A, de Alba-Aguayo D R, Valdivia H H. Ryanodine receptor, calcium leak and arrhythmias[J].Arch Cardiol Mex, 2014,84(3):191-201.

湖北省公益性项目(2014BKB078)

430060 武汉，武汉大学人民医院老年病科

朱刚艳，E-mail：13607129038@163.com

R977.6:R541.7

A

1002-3429(2017)10-0113-04

10.3969/j.issn.1002-3429.2017.10.036

2017-02-17 修回时间：2017-04-26)