马韵之 李剑 周鹏

TREK 通道(TWIK 相关的双孔钾离子通道)包括TREK-1，TREK-2和TRAAK 通道。在心脏中，其主要作用为参与心肌细胞背景钾离子电流的形成和调节细胞的兴奋性。TREK 通道最重要的特性是可被机械牵张强烈激活，可参与心脏的机械电反馈，在病理情况下TREK 通道的失调可能与心律失常的发生紧密相关。研究表明TRAAK 和TREK-2在心脏组织中表达含量极低[1]，而TREK-1是其中与心血管相关研究最为深入的通道，因此笔者对TREK-1通道与心律失常做一综述。

1 TREK-1通道的结构和生理特征

1.1 TREK-1通道属于钾离子选择性通道(SAK) 牵张激活性离子通道在机械电反馈和心律失常中有重要作用，主要分为SAK 和非选择性阳离子通道(SAC)两类。目前认为SACs的激活起到增强早后除极和延迟后除极的作用，促进心律失常的发生[2]。与之相对应的是，SAK 通过钾外流促进复极，可能起到抗心律失常的作用[3]。

值得注意的是，牵张激活性离子通道在心脏中分布是不均匀的。在Langendorff灌注的离体大鼠心脏中，与心外膜下相比，机械牵张会导致心内膜下心肌细胞的动作电位缩短程度增加，推测这种跨心室壁的区域差异可能有助于同步心室动作电位的复极[4]。

1.2 TREK-1通道属于K2P通道家族 哺乳动物的钾通道最普遍的特征是它们均有一段称为P区的保守序列，这也是K＋传导通路的一部分。按照膜拓扑结构的不同，钾通道可分为3类，其中一类是具有四次跨膜结构(M1～M4)和两个P区(P1、P2)的K2P通道家族，该家族通道在细胞膜内侧有一个氨基端和一个羧基端，膜外侧存在M1和P1构成的环形结构[5]。

K2P家族包括6大类15个成员，分布于全身组织，可调控细胞兴奋性，其中一大类为脂质敏感的机械门控K2P 通道，包括TREK-1、TREK-2和TRAAK，其成员对机械力敏感，属于机械敏感性钾通道。根据M4的弯曲和螺旋状态，TREK 通道存在两种构象状态——“向上”和“向下”状态，两种状态下都会出现钾通道打开，但施加到细胞膜上的拉伸因为通道蛋白与脂质双层接触面积更大，从而在能量上更有利于“向上”状态的形成，所以TREK 通道优先从“向上”状态打开，TREK-1电流会随着机械力增加而增加[6]。

此外，脂质、酸度、温度、麻醉剂等多种刺激可以激活TREK-1通道[7]，如细胞内PH 值降低可以使其机械敏感性增加，TREK-1也可因受热而激活，温度每升高10℃，电流振幅升高约10倍[8]。

1.3 TREK-1调节剂 近年来多项研究致力于寻找TREK-1的特异性调节剂。已经发现实验药物BL-1249 在体外实验中能激活所有TREK 亚家族成员，其作用是通过刺激了选择性过滤器“C 型”门，即TREK 通道的C 端结构域[9]。而化合物ML402 和ML335 也通过类似机制特异性激活TREK-1[10]。Spadin是具有治疗抑郁症潜力的TREK-1 特异性抑制剂，可以拮抗花生四烯酸对TREK-1通道的激活，其在TREK-1通道蛋白上的确切结合位点尚未明确[11]。也有文献报道部分钙通道拮抗剂可阻断TREK 通道[12]，其作用机制可能是依靠蛋白激酶PKA 对下游蛋白磷酸化的调节[13]。除此以外，神经保护药物利鲁唑已被证明通过介导c AMP-PKA 信号通路对TREK-1的调节有双重活性[14]。

2 TREK-1在心脏中的表达

TREK-1在小鼠的心室、心房、室间隔、心耳、窦房结和房室结等都有表达，其中心室表达水平最高[1]；另外也有研究显示小鼠心房TREK-1表达明显高于心室[15]。大鼠体内TREK-1亦高表达于心血管系统，而左室心内膜表达高于心外膜[16]。在猪的心脏中，TREK-1的蛋白质和m RNA 水平在窦房结和房室结中最高；在亚细胞水平上，TREK-1分布于心肌细胞膜的纵行条纹中[17]。TREK-1广泛分布于人类心脏中，研究显示在人类心脏中心室的表达高于心房[1]。

3 TREK-1的相互作用蛋白

研究发现K2P家族中的成员可以互相形成异源二聚体结构，异二聚体有其自身的电生理学和药理学特征。如TREK-1与TWIK-1被报道在人类心脏中稳定表达，这种连接依靠细胞膜外帽子结构顶端的半胱氨酸残基的二硫键交联。TREK-1也可与TREK-2形成异源二聚体，其组装效率与它们自身组成同源二聚体相似[18]。而TREK-1 与TRAAK 的异源二聚体组装效率较低，研究发现该类二聚体保留了TREK-1能被PKA 激活剂所抑制的特点，这是单独的TRAAK 通道所不具有的[19]。然而，TREK-1 与这些K2P通道的异二聚化是否影响TREK-1通道的伸展敏感性还需进一步研究。

TREK-1通道可以与A 型激酶锚定蛋白(AKAPs)和微管结合蛋白Mtap2相互作用。AKAPs可募集PKA 至目标位置，通过消除整流电流、机械敏感性和酸碱敏感性显著改变TREK 通道的生物物理性质[20]。而微管结合蛋白Mtap2能够促进TREK-1 的细胞膜表达却不影响其机械敏感性[21]。

心脏中的TREK-1还可以与肌动蛋白相关蛋白β(IV)-SPECTIN 相结合，这是TREK-1膜靶向所必需的。研究证明缺乏这种结合的小鼠表现出TREK-1 膜定位异常、TREK-1活性降低、动作电位复极延迟和心律失常[22]。此外，TREK-1在细胞膜中的分布受到含有popeye结构域蛋白——POPDC蛋白的调节。POPDC 蛋白在人体肌肉组织大量表达，故又名“大力水手蛋白”。心脏中分布的POPDC蛋白与TREK-1相互作用，POPDC 的过表达可促进细胞膜表面TREK-1表达升高，电流密度增加[23]。

4 TREK-1通道与心律失常

4.1 TREK-1 通道与窦房结病变 Unudurthi等[15]在TREK-1敲除小鼠中，观察到与野生型小鼠相比基础心率减少，体表心电图QTc间期有所延长，在应激条件下表现出频繁的窦性停搏。单相动作电位检测发现TREK-1的缺失改变了窦房结细胞兴奋性，最大舒张期膜电位绝对值减小，动作电位复极的早期阶段减慢，而舒张期去极化的速率增加，导致动作电位频率增加。这种心率和细胞兴奋性的不协调可能是因为自主神经的代偿性改变。TREK-1 敲除小鼠表现出来的心律失常改变与Hund等[22]研究的β(IV)-SPECTIN 基因突变小鼠的表型类似。该类突变小鼠的心肌细胞未能表达TREK-1和β(IV)-SPECTIN 的结合位点，遥感心电图显示突变组的QT 间期较对照组增加，而在给予肾上腺素刺激后，突变小鼠出现心率变异性的明显增加和频繁发生的窦性停搏，研究者通过膜片钳发现心室肌细胞的动作电位时程(APD)有所延长，而静息膜电位和动作电位幅度无明显变化[23]，说明TREK-1电流阻断或缺少可能是通过APD 的异常延长导致心律失常的发生。

4.2 TREK-1通道与心房颤动 Schmidt等[1]在心房颤动(简称房颤)患者中，观察到心房和心室TREK-1 的m RNA和蛋白水平下调。研究者进一步建立了自发性房颤的转基因小鼠模型，同时观察到小鼠心房TREK-1的m RNA 和蛋白水平明显下调，而心室的TREK-1水平无明显变化。

另一项研究在心力衰竭患者中发现，房颤者较窦性心律者左房和右房TREK-1的m RNA 表达水平明显减少。对大鼠心室肌细胞进行体外机械拉伸，观察到mRNA 水平出现下调，下降程度随着拉伸时间增加而增加[24]。该研究者进一步在实验猪内植入起搏器，根据起搏器是否激活将猪随机分为窦性心律组和房颤组，再进一步分为假治疗组和治疗组(利用腺病毒转染使心房过表达TREK-1)，测量各组的心房有效不应期(AERP)、APD、射血分数，发现2周后，房颤治疗组的APD、AERP延长程度和射血分数的减少程度，较房颤假治疗组减少。而窦性心律组的假治疗组和治疗组之间比较，AERP 和APD 无明显区别。研究者对治疗后2周内的心率进行监测，发现在房颤组中，TREK-1过表达使窦性心律占比率增加到62%，未治疗房颤组窦性心律占比仅为35%，表明TREK-1基因过表达具有相对安全的抗心律失常作用，其作用机制与ERP和APD 的缩短有关。

4.3 TREK-1与室性心律失常 Decher等[25]在一名特发性右室流出道心动过速(RVOT)患者中发现了TREK-1的杂合点突变，该点突变导致Ile 和Thr氨基酸交换，改变了TREK-1第二个孔环的选择性过滤器，使通道对钠离子也具有渗透性，但对钾离子渗透性不变，也同时增加了拉伸敏感性，使膜片钳下相对较小的负压即可诱导较大的拉伸激活电流。TREK-1 I267T 基因突变导致TREK-1通道从SAK 转变为SAC，钠离子内流增加，而细胞内钠超载很可能导致继发性钙超载，引起室性心律失常。此外，在予以β1肾上腺素受体刺激的条件下，突变组发生了更明显的钠离子内流，这与RVOT 心动过速常见于交感神经紧张下的特点相匹配。4.4 TREK-1与房室传导阻滞 Rinné等[26]在遗传性三度房室传导阻滞的患者中发现了POPDC2 中一个突变，该突变导致了POPDC2与c AMP结合障碍。并在爪蟾卵母细胞TREK-1的共表达研究中，发现POPDC2W188*的表达减少了TREK-1外向电流，在HL-1细胞中则显示动作电位频率降低、最大舒张膜电位和去极化速度减少。Schindler等[27]在患有遗传性二度房室传导阻滞和四肢带状肌营养不良患者中筛查到了POPDC1的基因突变点POPDC1S201F，该突变导致了POPDC1与c AMP 亲和力降低，但是加强了TREK-1外向电流，细胞实验中膜片钳记录到转染POPDC1S201F的HL-1细胞动作电位时长缩短以及超极化的增强，后者可能解释了房室传导阻滞的发生原因：房室结细胞的超极化延缓了心房兴奋传播到心室。为了测试该突变点的致病性，该研究团队进一步构建了动物实验，使用基因编辑得到了同源POPDC1S201F的突变斑马鱼，在突变体5dpf时检测到躯干骨骼肌纤维变性，其特点与肌营养不良是相符的。而在5dpf～9dpf期间，观察到越来越多的纯合子突变体出现了2∶1房室传导阻滞，此外还有少部分纯合子表现了更严重的房室传导阻滞，甚至是心室停搏。这些关于POPDC 的研究表明心脏传导功能障碍与TREK-1通道的失调有关，TREK-1的上调和下调都可能会引发心律失常。

5 总结

越来越多的研究证明TREK 通道在心律失常发生中起到重要作用，TREK-1通道及其相互作用蛋白的基因缺失或突变，可引起通道性质变化以及TREK-1电流强度改变，从而导致心律失常的发生。然而，作为机械敏感通道，聚焦于拉伸压力对TREK-1的影响及其对心律失常的作用的研究仍然缺少。随着TREK-1激动剂和抑制剂及特异性基因敲除小鼠模型的建立，TREK在心律失常疾病中的作用将逐渐清晰。