钱玲玲 刘晓宇 王如兴

心律失常是心血管疾病领域的常见病和多发病之一[1]，以房颤最为常见，可引起血栓栓塞、缺血性脑卒中和心力衰竭等并发症，甚至导致患者死亡[2]，因此，研究心律失常的发生及其影响机制具有十分重要的意义。离子通道功能异常可影响心肌细胞的正常动作电位，导致严重的心律失常性猝死，而钾离子通道在心肌细胞电兴奋过程中的作用是研究的热点[3-4]。近年来，大电导钙激活钾通道(large-conductance Ca2+-activated K+channel,BKCa通道)对心律失常的影响成为一个新的研究方向，并受到广泛关注[5-9]。本文就BKCa通道的生物学特性及其在心脏组织中的分布、影响心律失常的可能机制进行综述。

1 BKCa通道的生物学特性

钙激活钾通道通过膜去极化和细胞内钙离子浓度的增加被激活，对细胞兴奋性调节起重要作用。根据电导大小的不同，钙激活钾通道可分为三大类[10]：大电导钙激活钾通道(BKCa，100～300 pS)、中电导钙激活钾通道(IKCa，25～100 pS)与小电导钙激活钾通道(SKCa，2～25 pS)。关于SKCa通道对心律失常影响的研究颇多[11]，而BKCa通道对心脏电生理的影响最近才被报道出来。

BKCa通道是由α亚单位与β亚单位组成的四聚体结构[12]。α亚单位由KCNMA1基因编码，包括一个对膜电位敏感的跨膜域和一个对钙离子敏感的胞浆域。α亚单位的跨膜域有7个跨膜片段(S0—S6)，分别参与电压敏感(S1—S4)和离子通透的微孔形成(S5—S6)[13]；其胞浆域包含两个钾离子电导调节元件(RCK)，RCK上的高亲和力钙结合位点调控钙敏感性。β亚单位有四种亚型(β1—β4)，分别由KCNMB1— 4编码[14]。β亚单位由两个跨膜域(TM1和TM2)以及一个胞外环状结构组成。理论上，α亚单位与β亚单位按1 ∶1的比例结合，但在不同的生理或病理状态下，其比例发生动态变化[15-16]。除β亚单位外，最近的研究发现BKCa通道的辅助亚单位还包括富含亮氨酸重复序列的γ亚单位等，参与调节BKCa通道的电压依赖性和钙敏感性[17]。

2 BKCa通道在心脏组织中的分布

BKCa通道在血管组织中广泛表达，在调节血管张力方面发挥重要的作用[18]。在啮齿类动物和人的心脏组织中，BKCa通道表达极低[19-21]。心脏冠状动脉平滑肌细胞中的BKCa通道功能异常可能对糖尿病心脏病产生影响[22]。心脏内线粒体膜表达的BKCa通道具有缺血再灌注损伤后的心脏保护作用[23-25]。除此之外，在心脏交感神经[26]、副交感神经、浦肯野纤维、心房和心室肌细胞[27]中也发现了BKCa通道电流的存在。鸡胚心室肌细胞[27]及小鼠心脏BKCa通道[28]基因分别被克隆。在大鼠心房和心室肌细胞中，证实存在带有STREX序列的BKCa通道，尽管其表达水平非常低[29]。在小鼠心脏窦房结细胞中，采用RT-PCR以及免疫荧光实验可以检测到其中BKCa通道的表达[5]。因此，尽管表达水平低，但BKCa通道在心肌细胞中仍有一定的分布，这为其参与心脏电生理调控提供了可能。

3 BKCa通道影响心律失常的可能机制

3.1 BKCa通道对心率的影响

IMLACH等[6]发现，采用paxilline和lolitrem B特异性抑制BKCa通道活性后，野生型小鼠的心率分别减缓30%和42%；而BKCa通道敲除小鼠的心率不受这些抑制剂的影响，故该研究首次提出心率变化可能由BKCa通道活性介导。鉴于BKCa通道的功能异质性与其β亚单位差异性密切相关，因此该课题组又进一步研究β亚单位的不同亚型在其中的影响。结合前人的研究，作者猜测β1亚单位有可能通过影响血压间接影响心率，而β4亚单位可能通过神经元支配影响心率。但结果发现，β1亚单位敲除小鼠和β4亚单位敲除小鼠在paxilline给药后，心率都明显减缓，其表现与野生型小鼠一致，说明β1亚单位和β4亚单位并未参与BKCa通道的活性改变对心率的影响[6]。进一步采用BKCa通道抑制剂paxilline(1 μmol/L)、lolitrem B(1 μmol/L)和iberiotoxin(0.23 μmol/L)分别离体灌注大鼠心脏，离体心脏的心率均显著降低，且paxilline的作用具有剂量依赖性，与该研究中体内实验的结果完全一致[6]。PATEL等[8]也发现，使用paxilline可降低SD大鼠心率。上述研究结果为心脏BKCa通道直接参与心率调控提供了证据。

3.2 BKCa通道对动作电位的影响

LAI等[5]研究发现，野生型小鼠注射paxilline后，心率降低(19±4)%，而BKCa通道敲除小鼠不受paxilline的影响。心电图显示，心率降低与窦间隔延长导致的心脏起搏减缓有关。BKCa通道敲除小鼠窦房结细胞的基础起搏频率比野生型小鼠低33%。当采用paxilline(3 μmol/L)和iberiotoxin(0.23 μmol/L)刺激窦房结细胞时，其动作电位的发放分别减少了(55±15)%和(28±9)%。BKCa通道活性抑制或基因缺失时起搏频率的降低，与窦房结细胞动作电位去极化的舒张期延长有关。此外，BKCa通道对动作电位的影响在脑浦肯野细胞中也得到证实；当刺激频率>100 Hz时，加入BKCa通道阻滞剂后，逆向动作电位传导的失败率较不加阻滞剂的对照组显著升高，并降低了抑制轴突突触反应[30]。STIMERS等[31]最近发现，在小鼠来源心肌细胞系中转染人BKCa通道α亚单位后，可显著缩短其动作电位时程，为BKCa通道参与动作电位调控提供了直接证据。

3.3 BKCa通道对心房纤维化的影响

房颤的发生与心脏的纤维化水平密切相关。在人的心肌成纤维细胞中可以检测到BKCa通道电流[32]。WU等[7]发现，无论是正常心脏还是慢性心力衰竭患者的心脏，其心房成纤维细胞中BKCa通道的mRNA表达均明显高于心室纤维细胞，心房纤维细胞BKCa通道电流也明显高于心室成纤维细胞。使用浓度0.1 mmol/L的paxilline刺激心房成纤维细胞时，其增殖水平明显升高，对心房具有促纤维化作用。由此可见，BKCa通道影响房颤的发生发展，BKCa通道电流有望成为检测心房纤维化水平的指标。

4 结语

BKCa通道虽然在心脏组织中表达较少，但对心脏电生理的直接影响却不容忽视，主要表现为通过调节心率影响动作电位，以及通过调控成纤维细胞增殖而有效预防房颤的发生，进而影响心律失常的发生发展过程。但目前对BKCa通道与心脏电生理的研究仍较少，进一步探讨BKCa通道与心律失常发生机制之间的关系，可能会为临床治疗心律失常、降低患者死亡率提供新的思路。