Ito主要功能单位Kv4.3与心脏疾病发生的关系研究进展

樊哲儒，王龙，李海涛

1 武汉大学人民医院麻醉科，武汉 430000；2 海南省人民医院心内科

钾离子通道在细胞信号传导过程中具有重要作用，其家族成员在调节细胞电传导、细胞容积与迁移等方面发挥重要作用，可参与神经递质释放、神经细胞分泌、胰岛素分泌、心率、骨骼肌收缩、肿瘤增殖等过程。瞬时外向整流钾离子通道Ito 是心肌细胞表面重要的钾离子通道，可控制钾离子进出细胞，参与心肌细胞动作电位复极1 期，影响动作电位形态与时程［1］。Kv4.3 是人类心肌细胞中组成Ito α 亚基的主要通道蛋白，KCND3基因可编码Kv4.3，多种调节蛋白和细胞内第二信使参与Kv4.3 的调节，进而调节Ito 表达［2］。Kv4.3 表达异常或编码Ito 亚基的基因异常与心律失常易感性有关，编码Ito通道蛋白的基因异常可引起的钾离子通道功能紊乱，也与多种心脏疾病的发生有关［3］。本文对Kv4.3 与心脏疾病的关系作一综述，为更好地了解钾离子通道与心脏疾病之间的关系提供理论依据。

1 Kv4.3与Brugada综合征（BrS）的关系

BrS 是一种常染色体显性遗传心律失常疾病，其快速性室性心律失常可引起晕厥或猝死，可发生于儿童、老年人，主要影响男性。BrS 的临床特征有：①右心前导联特有ST 段抬高，常伴有右心室明显的传导阻滞［4］；②心脏结构正常；③有发生危及生命的室性心动过速的倾向［5］。BrS 的临床症状时常在夜间睡眠时迷走神经张力较高的情况下出现［6］。目前认为，心肌细胞动作电位和心脏复极化异常改变是BrS 的发病机制。电生理学表明，右心室心外膜某些区域的动作电位丢失穹顶，心外膜过早复极化，导致复极离散度增加，通过折返机制能引发成对室性期前收缩，最终可诱发快速性室性心律失常。由于Ito 参与动作电位复极1 期，使得动作电位具有穹顶外观，从而易于BrS 的发展［7］。GIUDICESSI等［8］建立了编码Kv4.3的KCND3基因突变并观察其与BrS 之间的联系，结果显示KCND3 中的两个人类突变（G600R 和L450F）与BrS 相关，突变增加了Ito密度，导致动作电位穹顶的稳定性丢失，这可能是BrS 的发病基础。此外，编码辅助β 亚基的KCNE3点突变R99H 可联合Kv4.3 上调Ito 表达，减慢通道失活，从而促进BrS 的发展［9］。NAKAJIMA 等［10］对40 例持续Brugada 型心电图患者的BrS 致病基因进行综合遗传分析，结果发现KCNE3 的T4A 突变也可导致Ito功能失调。HU 等［11］的研究第一次证明编码心脏钠通道亚基SCN1Bb 的R214Q 突变可调节Kv4.3 的门控特性，增加Ito 密度，从而减慢失活与失活后恢复速率，是促进BrS发展的另一机制。

2 Kv4.3与早期复极综合征（ERS）的关系

早期复极模式（ERP）的特征是心电图J 点上抬>0.1 mV，可出现在相邻两个导联。研究表明，ERP与恶性心律失常和心源性猝死相关，因此有导致心律失常的可能［12］。当患者同时有ERP 和恶性心律失常时，称为ERS，其发病率较高，且好发于年轻男性。Ito 异常在ERP 和ERS 的发生发展中具有核心作用。SCN1Bβ 编码Ito 的辅助性β 亚基，其S248R和R250T 突变与KCND3 共表达时，可调控Kv4.3 门控特性，增加Ito 电流，这可能是ERS 发生的潜在机制［12］。TEUMER 等［13］对 欧 洲2 181 例ERP 患 者 和23 641例对照人群进行了全基因组关联分析和Meta分析，首次发现编码Kv4.3 的KCND3 遗传变异与ERP 显著相关，rs1545300 是KCND3 位点的先导单核 苷 酸 多 态 性（SNP）。ERS 也 与KCND3 中 的Gly306Ala 杂合子突变相关，该突变诱导Kv4.3 功能上调，导致通道失活缓慢及失活后恢复紊乱，心电图显示J点上抬［14］。

3 Kv4.3与长QT间期综合征（LQTS）的关系

LQTS是一种以心电图显示QT间期延长为特征的遗传性疾病，与非典型性多型室性心动过速（尖端扭转型室速）有关，可致猝死。目前已经确定编码心脏钾离子通道亚基的多个基因和编码钠通道亚基的SCN5A 基因突变与LQTS 的发生有关［15］。降低Ito 表达可以延长QT间期，延长动作电位时程。小鼠静脉注射毒蜘蛛毒素phrixotoxin PaTx1 特异性抑制Kv4.3，可诱发房室传导阻滞、室性心律失常以及剂量依赖性的QT 间期延长［16］。看似Kv4.3 异常与LQTS有关，但FRANK-HANSEN 等［17］提出Kv4.3突变与人类QT间期延长无关，其并不是导致LQTS的原因。因此，目前Kv4.3异常与LQTS是否有关暂无定论。

4 Kv4.3与房颤的关系

全球范围内房颤患者超过3 300 万例，预计在未来40 年内，房颤发病率将增加1倍以上。心房肌细胞电重构在房颤的发生发展中具有重要作用：房颤引发心房肌细胞电重构，电重构反之也促进房颤的维持，即“AF begets AF”［17］。电重构的主要特征包括动作电位有效不应期的缩短和离散增加、心脏传导延迟和频率适应性下降［18-19］。电重构有助于阵发性房颤发展为持续性房颤，最后发展为永久性房颤，其中结构重构贯穿全程，心肌细胞亚结构广泛变化。电重构与结构重构均将导致心肌功能障碍和左心室功能严重下降，最终发展为严重心力衰竭。

有研究对大鼠进行快速心房起搏，结果发现快速心房起搏改变了离子通道表达，即Kv1.5 mRNA表达明显升高，Kv4.2、Kv4.3表达明显下降，并且增加或下降程度是呈频率依赖性的［20］。OLESEN 等［21］的研究首次提供了Kv4.3功能获得性突变与房颤发病机制有关的证据，证实了心房肌细胞Kv4.3 表达下降导致动作电位时程缩短可能是房颤易感性增加的相关机制的假设。BRUNDEL 等［22］测定了房颤患者右心耳组织Kv4.3 mRNA 和蛋白质表达，结果显示不论是阵发性房颤患者还是持续性房颤患者，Kv4.3 mRNA 和蛋白质表达均低于对照组。GABORIT 等［23］研究表明，相较于没有并发房颤的患者，心脏瓣膜病并发房颤患者心房肌细胞Kv4.3 表达明显降低。动物实验结果显示，糖尿病大鼠心房肌细胞Ito 电流密度与Kv4.3 表达均显著降低，其房颤易感性显著升高［24］。

5 KV4.3与心肌梗死的关系

心肌梗死后，心脏会经历一个以结构、血流动力学、电生理和神经体液改变为特征的重塑过程。结构改变过程包括：①梗死周围非梗死心肌会经历显著的肥大过程，这是心肌适应性重构的一部分，梗死后3～4 周心肌重塑肥大达到最大值，此时心脏处于无心力衰竭症状的代偿阶段；②心肌梗死后左心室重构，包括左心室的大小、形状、功能以及细胞和分子变化，这是心肌梗死后缺血性心力衰竭的结构基础，也决定了心肌梗死和心力衰竭的程度［25］。电重构使得重塑心肌具有与正常心肌不同的电生理特性，同时重塑心肌Kv4.3与Ito表达下调。

Ito 与动作电位复极离散度有关，由于肥大心肌复极离散度增加，不应期分散，导致心梗后致死性心律失常发生率升高。ANTZELEVITCH 等［26］在心肌缺血模型中用4-氨基吡啶（4-AP）特异性阻断Ito，显著降低了复极离散度，阻止了快速心律失常的发生。SINGLETON 等［27］将Kv4.3 基因转染至哺乳动物细胞系（CHO），给予n3 多不饱和脂肪酸（n-3 PU⁃FA）后发现其抑制了Kv4.3 表达，这可能是n-3 PU⁃FA 抗心肌缺血后心律失常发生的潜在机制之一，或与流行病学研究发现的食用鱼油（含n-3 PUFA）可降低冠状动脉疾病患者病死率而非发病率有关。此外，环孢素A 可通过钙调磷酸酶途径改善心肌梗死后心脏结构的重构，下调Kv4.3 表达与Ito 密度，降低心肌梗死的病死率［28］。除下调Kv4.3 表达外，有研究在大鼠心肌梗死区心肌中注射整合Kv4.3基因的腺病毒使Kv4.3 过表达，结果显示可抑制钙调素依赖激酶Ⅱ（CaMKⅡ）活动，缓解心脏重塑，减少心肌梗死面积和心肌纤维化，改善心功能，上调Ito 电流密度，缩短QT 间期和QTc 间期，从而有效逆转心肌梗死引起的电生理不稳定性和室性心律失常易感性［29］。心肌梗死后心脏电重构也与氧化还原反应有关，在梗死心肌组织中氧还蛋白还原酶活性降低，而硫氧还蛋白活性增高、Kv4.3 表达降低，硫氧还蛋白系统以氧化还原方式调节Kv4.3表达［30］。

6 Kv4.3与心力衰竭的关系

电重构是心力衰竭患者收缩功能障碍和心律失常猝死发生率升高的主要原因，主要表现为Kv4.3表达下调从而延长动作电位时程。有研究分别用核糖核酸酶保护试验和全细胞膜片钳技术观察心力衰竭患者心肌组织中Kv4.3 mRNA 与离体心室肌细胞Ito 的表达，结果显示心力衰竭患者心肌组织Kv4.3表达下降，其下降程度与Ito 密度相关；在野百合碱诱导的大鼠右心力衰竭模型中，也观察到Kv4.3 表达与Ito 电流的下调，并且降低程度呈现跨壁梯度，即心内膜表达低于心外膜［31］。有研究对大鼠主动脉缩窄诱发心力衰竭模型进行Kv4.3基因体内腺病毒转染，结果显示上调的Kv4.3 可通过钙调磷酸酶途径改善心肌电重构与结构重构［32］。

Ca2+/CaMKⅡ是心脏兴奋和收缩耦联的关键中介，CaMKⅡ过度激活是心力衰竭患者心肌细胞的一般特征，与心肌肥厚和心力衰竭的发展有关［33］。CaMKⅡ依赖的Ⅰ型钙通道是心力衰竭细胞钙稳态破坏的重要因素，心肌细胞中Kv4.3与非活性CaMKⅡ的CaM 位点组成复合物，是重要的内源性CaMKⅡ抑制剂，可阻止Ca2+诱导的CaMKⅡ过度激活；而上调Kv4.3 表达可通过抑制CaMKⅡ过度激活与活性，逆转心力衰竭患者的心肌钙重构［34］。

此外，心力衰竭不仅与心脏Kv4.3表达有关，也与中枢Kv4.3表达有关。慢性心力衰竭大多同时兴奋交感神经，早期交感神经兴奋有助于代偿性心功能下降，改善周围组织灌注，但交感神经过度激活则会进一步促进心力衰竭发展，导致猝死和相关并发症的发生。研究发现，心力衰竭引发的交感神经兴奋机制与中枢Kv4.3 表达下调有关；该研究将异足毒素注射到延髓前部腹外侧（RVLM）以特异性阻断Kv4.3，降低中枢A 型钾电流，RVLM 神经元兴奋性升高，过度活跃可引起交感神经活动显著增加［35］。

综上所述，BrS、ERS、LQTS、心房颤动、心肌梗死、心力衰竭等多种心脏疾病的发生发展与编码Kv4.3 的基因异常、Kv4.3 表达异常有关，调控Kv4.3 表达或可治疗某些心脏疾病，改善患者预后。研究生理及病理状态下的Kv4.3有助于探究相关疾病的治疗方法，寻找新靶点，完善个体化治疗。