黄　燕(综述)，黄从新(审校)

(武汉大学人民医院心内科，武汉 430060)



钙离子通道与心房颤动关系的研究进展

黄燕△(综述)，黄从新※(审校)

(武汉大学人民医院心内科，武汉 430060)

摘要：心房颤动(房颤)发生机制目前尚不完全清楚，但关于房颤发生的分子和离子机制的研究已有很多。众多研究表明，心肌细胞内的钙超载对房颤的发生和维持起着至关重要的作用，而心肌细胞膜上的钙离子通道则与细胞内钙超载的形成密切相关。该文就钙超载、L型钙通道和T型钙通道的表达及功能变化与房颤关系的研究进展进行综述，以期为房颤的防治提供更多的理论依据。

关键词：心房颤动；钙超载；L型钙通道；T型钙通道

心房颤动(房颤)是临床上最常见的心律失常之一，给社会生活带来沉重负担[1-2]。房颤的发生机制目前尚不完全清楚，心肌细胞内钙超载在房颤的发生和维持中起着非常重要的作用，而细胞膜表面的钙通道则与钙超载的形成息息相关[3-5]。在目前发现的6种钙通道中(L、N、T、P、Q、R亚型)，只有L型和T型存在于成人心肌细胞上[6]。对于L型钙通道研究已很多，L型钙通道在心肌收缩钙释放过程中起钙触发钙释放作用，参与动作电位复极相平台期；而对T型钙通道的研究较局限，现有的研究表明，T型钙通道在心肌细胞去极相发挥作用，参与基础钙的调节。现就钙离子通道与房颤关系的研究进展予以综述。

1钙循环及钙超载

心肌细胞钙循环包括：当去极化使细胞膜上的L型钙通道激活时，钙离子(Ca2+)内流，激活肌质网上的兰尼碱受体，释放Ca2+，引起心肌细胞收缩；舒张期，胞质中升高的Ca2+大部分被肌质网上的Ca2+-ATP酶(SERCA2a)回收，另外10%～20%的Ca2+则需经细胞膜上的钠钙交换体排出胞外，保持细胞内的Ca2+稳态；上述任何一个环节的异常都将使心肌细胞内钙稳态被破坏[3]。

1.1兰尼碱受体与钙超载目前已发现心肌肌质网上的钙调节蛋白有4种，即肌质网Ca2+-ATP酶(SERCA2a)、受磷蛋白、兰尼碱受体和三磷酸肌醇受体。兰尼碱受体钙通道是钙触发肌质网钙释放的主要通道，在维持心肌细胞Ca2+稳态中起关键作用。Blayney等[7]快速起搏犬右心房的房颤模型，房颤组兰尼碱受体开放性显著增加，从而推测兰尼碱受体开放性增加导致舒张期肌质网Ca2+渗漏入胞质，进而致房颤。FKBP12.6辅助蛋白(钙释放通道稳定蛋白FK506结合蛋白12.6)阻止了舒张期兰尼碱受体离子通道开放，FKBP12.6辅助蛋白缺失使兰尼碱受体的过度磷酸化引起舒张期兰尼碱受体离子通道开放增加，肌质网Ca2+渗漏入胞质，导致舒张期Ca2+增多，而使动作电位平台期延长，复极延长，出现延迟后除极，导致房颤发生[8-10]。Fauconnier等[11]的实验结果显示，FKBP12.6基因剔除小鼠房颤发生率为81%，显著高于对照组(7%)，进而证实了FKBP12.6缺失对房颤的发生起重要作用。

1.2受磷蛋白、肌质网Ca2+-ATP酶与钙超载受磷蛋白与肌质网Ca2+-ATP酶形成聚合体，肌质网Ca2+-ATP酶泵活动由受磷蛋白调控，受磷蛋白决定肌质网Ca2+-ATP酶的Ca2+亲和力，受磷蛋白的磷酸化使肌质网Ca2+-ATP酶的活性增高，Ca2+回收增加，去磷酸化则减弱Ca2+的亲和力[11]。目前对于受磷蛋白与肌质网Ca2+-ATP酶在房颤发生时的表达变化观点不一致，有研究表明，房颤患者心房肌质网Ca2+-ATP酶信使RNA和蛋白表达明显下降，受磷蛋白信使RNA表达则变化不大[12]。Schotten等[13]对59例接受二尖瓣手术患者(对照组窦性心律n=31，房颤组n=28)的右心房组织标本进行研究，发现肌质网Ca2+-ATP酶信使RNA和受磷蛋白信使RNA表达与对照组无差异。Hoit等[14]400 bpm快速起搏犬心房致房颤，结果显示，左心房肌质网Ca2+-ATP酶信使RNA变化不明显，但受磷蛋白水平显著下降；由此推测，受磷蛋白的下降是房颤的一种代偿性调节，说明受磷蛋白在钙超载过程中发挥重要作用。

1.3三磷酸肌醇受体与钙超载三磷酸肌醇受体在正常心肌细胞肌质网上表达很少，其作用也不清楚。有研究报道，这些受体可能并不参与钙循环，而参与细胞信号转导[15-16]。Schlossmann等[17]的研究显示，慢性房颤患者三磷酸肌醇受体的信使RNA表达明显上调。郭继鸿等[18]对犬房颤模型研究显示，单纯房颤组的三磷酸肌醇受体表达明显高于正常对照组，提示房颤患者三磷酸肌醇受体表达上调可能与房颤时细胞内钙超载有关，并加速细胞内钙信号的转导过程。

2L型钙通道与房颤

2.1L型钙通道的分子结构心肌细胞中的L型钙通道由多个亚单位组成(包括α1、α2、β、δ等亚单位)；其中α1是构成L型钙通道的功能性亚单位，心肌中高表达编码α1亚基的α1c；β亚基在钙通道上也起重要作用，β亚基有4个异构体β1～β4，心肌中高表达β2亚基，β亚基与α1c结合后可使 L型 钙通道电流增加3～4倍，β亚基还能改变通道激活的频率依赖性，加速通道的激活和失活过程；α2、δ亚基的编码基因是相同的，最初在细胞内合成时是在一起的，而在转录后分开成为α2、δ，编码α2/δ亚单位的基因为CACNA2D，剔除该基因，可使L型钙通道的激活改变[19-20]。

2.2L型钙通道电流在房颤中的变化心房电生理重构在房颤的发生和维持中起重要作用，而心房电生理重构主要表现为动作电位时程、心房有效不应期的缩短以及频率适应性下降，在心房肌动作电位则主要表现为动作电位平台期缩短，而L型钙通道电流是动作电位平台期的主要复极内向电流，L型钙通道电流下降引起动作电位时程缩短进而诱发心律失常[21]。Van Wagoner等[22]研究发现，持续性房颤患者心房肌细胞L型钙通道电流显著低于对照组窦性心律患者，对照组窦性心律患者中L型钙通道电流大者术后更易发生房颤，从而提示钙超载是房颤发生的重要原因，持续性房颤患者之所以出现L型钙通道电流降低，是对钙超载的适应性变化。Brundel等[23]的试验证实，L型钙通道信使RNA水平降低只发生在持续性房颤患者，在阵发性房颤患者中并无明显下降；但L型钙通道蛋白表达水平在持续性和阵发性房颤患者中均明显降低，同时心房有效不应期缩短、频率适应性也明显下降，从而推测L型钙通道表达下降可能是房颤患者L型钙通道电流降低的原因。L型钙通道基因表达下调导致钙通道数量减少从而引起L型钙通道电流降低，进而心房有效不应期缩短，房颤频率适应性下降，心房细胞L型钙通道数量减少可能是慢性房颤患者心房电重构的基础[24]。张玲等[25]通过快速起搏右心房建立犬24 h及48 h房颤模型，对心房肌有效不应期和L型钙电流进行研究，发现心房有效不应期的变化在最初6 h较对照组明显缩短，后直至48 h呈逐渐缓慢缩短趋势，房颤时间越长，有效不应期缩短越明显；房颤持续24 h及48 h犬可见心房肌细胞L型钙通道电流幅值和电流密度明显减小；24 h房颤组及48 h房颤组I-U曲线较对照组显著上移，说明电重构的发生迅速且呈持续性、进行性；该研究还揭示，无论是房颤持续24 h还是48 h，L型钙通道电流密度的I-U曲线仅仅表现为电流密度幅值的减小，而无曲线波形的明显变化，说明电重构时仅有离子通道数量的改变，而无通道动力学方面的改变。

2.3房颤时L型钙通道的分子重构邓贵智和胡建新[26]对兔急性房颤模型心房肌钙通道α1c、β1的表达进行研究，结果发现，房颤诱发术后刺激组兔心房肌L型钙通道α1c、β1表达明显下降，提示心房快速起搏时，L型钙离子通道活性降低，L型钙通道电流密度下降，动作电位时程及有效不应期进行性缩短，心房传导离散度增加，不应期频率适应性降低，从而有利于房颤的发生和维持。这与Yue等[27]的犬房颤模型研究结果一致。然而，许多临床试验结果与此相左。史昀青等[28]对α1亚基在风湿性房颤患者心房组织中的表达进行研究，将试验对象分为正常窦律组、风湿性瓣膜病窦律组和风湿性瓣膜病房颤组，发现α1c亚基在风湿性瓣膜病房颤组的表达水平显著高于前两组。Schotten等[29]的研究也发现，持续性房颤患者心肌L型钙通道的α1c亚基和β2a亚基并未下调。Grammer等[30]研究发现，持续性房颤患者心肌L型钙通道的α1c亚基和β1a/c亚基下调并不显著，而α2/δ和β1b亚基的信使RNA水平显著下降。国内王丽明等[31]对房颤患者的研究亦证实，α2/δ和β1b亚基的信使RNA水平显著下降。之所以出现研究结果的不一致，源于以上研究均为人工诱发房颤的动物模型实验或离体细胞实验。并且，L型钙通道的失活机制有两种，即电压依赖性和Ca2+浓度依赖性，胞内Ca2+浓度增高可使L型钙通道失活加速，亦即L型钙通道电流下降和动作电位时程缩短[20]。所以，L型钙通道α1c亚基的上调同样可通过增加细胞内Ca2+浓度，使通道失活加速，L型钙通道电流下降、动作电位时程缩短，进而导致房颤的发生。

3T型钙通道与房颤

3.1T型钙通道的分子结构及电生理特性T型钙通道属于电压依赖性钙通道家族中的低电压激活性钙通道，主要由α(包含α1和α2亚基)、β、γ、δ等亚单位组成，α1为该通道的核心亚基，决定了T型钙通道的电生理学性质，而各种T型钙通道亚型的差异性是由编码α1亚基的基因序列不同导致的；目前发现了3种编码α1亚基的基因，分别为Cav3.1(α1G)、Cav3.2(α1H)、Cav3.3(α1I)，在心肌细胞中，只有Cav3.1和Cav3.2两种基因表达[20]。心脏中钙离子通道以L型钙通道为主，胚胎期及幼年动物心脏中有T型钙通道表达，而成人心肌细胞则很少有T型钙通道表达，但在传导系统及自律细胞仍有表达，故T型钙通道对心肌细胞的自律性及传导起作用[6,32]。T型钙通道激活的阈值较L型钙通道低，-70 mV即可被快速激活而开放，其失活也快，-50 mV即可使之失活；T型钙通道的电生理特性使其介导的T型钙通道电流主要在0相去极化期发挥作用[31]，因此T型钙通道可能参与细胞内基础钙水平调节。

3.2T型钙通道阻滞剂对房颤的作用各研究对房颤时T型钙通道改变的结论并不统一。1999年，Fareh等[33]利用米贝拉地尔阻断T型钙通道能够预防快速心房起搏所引起的犬心房电重构，由此推测，T型钙通道在快速心房起搏所诱发的心房电重构中发挥重要作用。Nishida等[34]研究了贝普地尔对快速心房起搏诱发的心房电重构的作用，结果发现，实验组应用贝普地尔可以使心房有效不应期延长、房颤持续时间缩短，因而对快速心房起搏所引起的心肌细胞电生理改变有良好的预防作用。刘元生等[35]研究发现，在犬快速心房起搏模型中，T型钙通道被阻断后，心房肌细胞钙浓度均显著上升，阻断L型钙通道心房肌细胞钙浓度改变却不明显，从而推测T型钙通道在房颤时心肌细胞内钙超载中起了主要作用。

3.3房颤时T型钙通道电流的变化及T型钙通道分子重构以上研究均表明，T型钙通道在房颤发生过程中起着非常重要的作用，阻断T型钙通道可以预防和逆转快速心房起搏诱发的心房电重构，但对T型钙通道的表达及T型钙通道电流在房颤中变化的实验结论却并不一致。在Qi等[36]的实验中，T型钙通道电流密度在快速心房起搏犬房颤模型中并没有发生改变，但L型钙通道电流却降低显著。而在Yang等[37]的实验中，快速起搏同时表达L型钙通道和T型钙通道的小鼠心肌细胞HL-1细胞系，L型钙通道电流与T型钙通道电流均降低。以上研究均是在动物和细胞中进行的，但迄今并无记录到人心肌细胞T型钙通道电流的报道。史昀青等[28]对L型及T型钙通道α1亚基在风湿性房颤患者心房组织中的表达进行研究，发现T型钙通道α1G亚基的表达水平在风湿性瓣膜病房颤组、正常窦律组和风湿性瓣膜病窦律组差异无统计学意义；但α1H亚基在风湿性瓣膜病房颤组的表达显著上调，而正常窦律组和风湿性瓣膜病窦律组之间差异无统计学意义，从而推测心脏节律(窦律/房颤)与T型钙通道α1H的表达水平相关，而与α1G表达水平无关。丁文军等[38]对房颤时人的肺静脉前庭组织中T型钙离子通道的表达改变进行研究显示，房颤患者的肺静脉前庭组织中，T型钙通道的α1H亚基表达水平上调，而α1G亚基表达水平不变，从而推测肺静脉前庭组织中T型钙通道不同亚基表达水平的差异可能与房颤的发生和维持相关。

4小结

Ca2+是房颤发生过程中最主要的离子机制，细胞内Ca2+超负荷是房颤电重构的始动性因素[39]。尽管对房颤时L型钙电流及L型钙通道的改变已有不少重要发现，但对于L型钙通道各亚基在房颤时的表达各研究结果不尽相同，需要更多的研究证实。近年来，对T型钙通道的研究越来越多，虽然在多种动物和细胞中记录到T型钙通道电流，但尚未在正常成人心肌细胞记录到。随着对T型钙通道研究的深入，究竟L型钙通道与T型钙通道何者在房颤中占主导地位，还需进一步探讨。

参考文献

[1]Deo R,Varosy PD.Invited commentary-Global arrhythmia burden:the public health implications of the rise in atrial fibrillation comment on “The increasing burden of atrial fibrillation compared with heart failure and myocardial infarction”[J].Arch Intern Med,2012,172(9):741-742.

[2]Wong CX,Brooks AG,Leong DP,etal.The increasing burden of atrial fibrillation compared with heart failure and myocardial infarction:a 15-year study of all hospitalizations in Australia[J].Arch Intern Med,2012,172(9):739-741.

[3]刘干，陈运清.心房钙离子稳态与心房颤动的发生机制[J].医学综述，2011,17(4)：484-486.

[4]Nattel S,Dobrev D.The multidimensional role of calcium in atrial fibrillation pathophysiology:mechanistic insights and therapeutic opportunities[J].Eur Heart J,2012，33(15):1870-1877.

[5]Liang X,Xie H,Zhu PH,etal.Enhanced activity of inositol-1,4,5-trisphosphate receptors in atrial myocytes of atrial fibrillation patients[J].Cardiology,2009,114(3):180-191.

[6]Qu Y,Boutjdir M.Gene expression of SERCA2a and L- and T-type Ca channels during human heart development[J].Pediatr Res,2001,50(5):569-574.

[7]Blayney LM,Jones JL,Griffiths J,etal.A mechanism of ryanodine receptor modulation by FKBP12/12.6,protein kinase A,and K201[J].Cardiovasc Res,2010,85(1):68-78.

[8]Workman AJ.Cardiac adrenergic control and atrial fibrillation[J].Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol,2010,381(3):235-249.

[9]Cornea RL,Nitu FR,Samso M,etal.Mapping the ryanodine receptor FK506-binding protein subunit using fluorescence resonance energy transfer[J].J Biol Chem,2010,285(25):19219-19226.

[10]Zhang X,Tallini YN,Chen Z,etal.Dissociation of FKBP12.6 from ryanodine receptor type 2 is regulated by cyclic ADP-ribose but not beta-adrenergic stimulation in mouse cardiomyocytes[J].Cardiovasc Res,2009,84(2):253-262.

[11]Fauconnier J,Thireau J,Reiken S,etal.Leaky RyR2 trigger ventricular arrhythmias in Duchenne muscular dystrophy[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(4):1559-1564.

[12]伍威锋，黄从新，刘唐威，等.心房颤动对心房组织肌浆网钙调控蛋白mRNA表达的影响[J].武汉大学学报：医学版，2002,23(2):108-109.

[13]Schotten U,Greiser M,Benke D,etal.Atrial fibrillation induced atrial contractile dysfunction：a tachycardiomyopathy of a different sort[J].Cardiovasc Res,2002,53(1):192-201.

[14]Hoit BD,Takeishi Y,Cox MJ,etal.Remodeling of the left atrium in pacing-induced atrial cardiomyopathy[J].Mol Cell Biochem,2002,238(1/2):145-150.

[15]Katz AM.Protein families that mediate Ca2+signaling in the cardiovascular system[J].Am J Cardiol,1996,78(9A):2-6.

[16]Rodrigues MA,Gomes DA,Nathanson MH,etal.Nuclear calcium signaling:a cell within a cell[J].Braz J Med Biol Res,2009,42(1):17-20.

[17]Schlossmann J,Ammendola A,Ashman K,etal.Regulation of intracellular calcium by a signaling complex of IRAG,IP3 receptor and cGMP kinase 1beta[J].Nature,2000,404(6774):197-201.

[18]郭继鸿，刘元生，张海澄，等.心房颤动犬三磷酸肌醇受体和兰尼碱受体的表达和功能改变[J].中华医学杂志，2004,84(14)：1196-1199.

[19]Tang ZZ，Zheng S，Nikolic J，etal.Developmental control of Cav1.2 L-type calcium channel splicing by Fox protein [J].Mol Cell Biol，2009，29(17):4757-4765.

[20]刘泰槰.心肌细胞离子通道和通道病研究进展[M].2版.北京：人民卫生出版社，2006：132-136.

[21]丁绍祥.心房颤动时心房肌结构重构和电重构的作用及意义[J].中国循环杂志，2014,29(2)：155-157.

[22]Van Wagoner DR,Pond AL,Lamorgese M,etal.Atrial L-type Ca2+currents and human atrial fibrillation[J].Circ Res,1999,85(5):428-436.

[23]Brundel BJ,Van Gelder IC,Henning RH,etal.Ion channel remodeling is related to intraoperative atrial effective refractory periods in patients with paroxysmal and persistent atrial fibrillation[J].Circulation,2001,103(5):684-690.

[24]Hatem SN,Coulombe A,Balse E.Specificities of atrial electrophysiology:Clues to a better understanding of cardiac function and the mechanisms of arrhythmias[J].J Mol Cell Cardiol，2010,48(1):90-95.

[25]张玲，孙娟，侯月梅，等.心房颤动24 h和48 h对犬心房肌有效不应期及L型钙电流的影响[J].中华心律失常学杂志，2013,17(5):361-366.

[26]邓贵智，胡建新.兔急性房颤时心房肌钙通道α1c、β1及钾通道Ikr的表达和药物干预[J].中国医药科学，2013,3(5)：30-33.

[27]Yue L,Melnyk P,Gaspo R,etal.Molecular mechanisms underlying ionic remodeling in a dog model of atrial fibrillation[J].Circ Res,1999,84(7):776-784.

[28]史昀青，杨成，王春生，等.L型及T型钙离子通道α1亚基在风湿性房颤心房组织中的表达变化[J].中国分子心脏病学杂志，2010,10(1):11-16.

[29]Schotten U,Haase H,Frechen D,etal.The L-type Ca2+-channel subunits alphal C and beta2 are not downregulated in atrial myocardium of patients with chronic atrial fibrillation[J].J Mol Cell Cardiol,2003,35(5):437-443.

[30]Grammer JB,Zeng X,Bosch RF,etal.Atrial L-type Ca2+-channel,beta-adrenorecptor,and 5-hydroxytryptamine type 4 receptor mRNAs in human atrial fibrillation[J].Basic Res Cardiol,2001,96(1):82-90.

[31]王丽明，张建成，陈林，等.心房颤动患者心房组织L型钙通道辅助亚基基因表达的研究[J].中华心律失常学杂志，2005,9(3):195-197.

[32]Cribbs LL,Martin BL,Schroder EA,etal.Identification of the t-type calcium channel (Ca(v)3.1d) in developing mouse heart[J].Circ Res，2001，88(4)：403-407.

[33]Fareh S,Benardeau A,Thibault B,etal.The T-type Ca2+channel blocker mibefradil prevents the development of a substrate for atrial fibrillation by tachycardia-induced atrial remodeling in dogs[J].Circulation，1999，100(21):2191-2197.

[34]Nishida K,Fujiki A,Sakamoto T,etal.Bepridil reverses atrial electrical remodeling and L-type calcium channel downregulation in a canine model of persistent atrial tachycardia[J].J Cardiovasc Electrophysiol，2007，18(7):765-772.

[35]刘元生，郭继鸿，张海澄，等.犬心房颤动时T-型钙通道在心房电重塑中的作用及机制探讨[J].中国实用内科杂志，2007，27(12):929-931.

[36]Qi XY,Yeh YH,Xiao L,etal.Cellular signaling underlying atrial tachycardia remodeling of L-type calcium current[J].Circ Res，2008，103(8):845-854.

[37]Yang Z,Shen W,Rottman JN,etal.Rapid stimulation causes electrical remodeling in cultured atrial myocytes[J].J Mol Cell Car-diol，2005，38(2):299-308.

[38]丁文军，史昀青，王春生，等.心房颤动时人的肺静脉前庭组织中T型钙离子通道的表达改变[J].中国分子心脏病学杂志，2012，12(4):225-229.

[39]Wakili R,Voigt N,Kääb S,etal.Recent advances in the molecular pathophysiology of atrial fibrillation[J].J Clin Invest，2011,121(8):2955-2968.

Research Advance of the Relationship between Ca2+Channels and the Occurrence of Atrial FibrillationHUANGYan，HUANGCong-xin.(DepartmentofCardiology,RenminHospitalofWuHanUniversity，Wuhan430060，China)

Abstract:Mechanism of atrial fibrillation(AF) is not fully understood,though there are a lot of studies on the molecular mechanisms of AF.A number of studies indicate that the intracellular calcium overload plays an important role in the occurrence and maintenance of AF,and Ca2+channels on surface membrane are closely related to the formation of intracellular calcium overload.Here is to make a review of the research progress in calcium overload,the expressional and functional changes of L-type and T-type Ca2+channels,to provide theoretical basis for AF prevention and treatment.

Key words:Atrial fibrillation; Calcium overload; L-type Ca2+channels； T-type Ca2+channels

收稿日期：2014-08-11修回日期：2014-10-30编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.019

中图分类号：R541.7

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2353-04