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心房电重构与钾离子通道的关系及其机制

来源:九壹网
中外医学研究 曩 201 1年2月 第9卷第4期 CHINESE AND FOREIGN MEDICAL RESEARCH 曩誊 |曩曩Il_。一 曩 曩曩g 誊 。。一曩≯ |毒| 垮u--矗 誊g曩 ≯ |簪量誊曩||0誊  .述 心房电重构与钾离子通道的关系及其机制 刘爽 岳传哲 王东明 呼伦贝尔市人民医院(内蒙古 呼伦贝尔021008) 呼伦贝尔市中蒙医院 汕头大学医学院第一附属医院 【摘要】 房颤的发生和维持与心房电重构密切相关。心房电重构的发生与心房肌钾离子通道的电流的变化、通道蛋白合成、通 道mRAN袁达的改变密切相关。因此,研究钾离子通道与心房电重构的关系有利于明确房颤的发生机制。 【关键词】 心房; 电重构; 钾离子通道 The relations between the potassium channel and atrial electrical remodeling and their mechanisms,J,U Shuang ,YUE Chuan— zhe,WANGDong—ruing. e People's Hospital ofHulunbuer,Hulunbuer 021008,China 【Abstract】 Appearance and maintenance of atiral fibrillation is closely related to atrila electircal remodeling,atirla electircal remode。 ling is closely related to the current changes of the potassium channel of atrial muscles。changes of potassium channel’s protein synthesis,chan。 ges of potassium channel’S mRNA expression.Therefore,studying the relations between the potassium channel and atrial electrical remodeling is beneficial to clear and definite mechanisms of atiral fibrillation. 【Key words】 Atrial fibrillation; Electrical remodeling;Potassium channel 心房颤动(房颤,AF)是常见的心律失常,人群中总发病率 I 也有增加。HU Dan究表明K mRNA水平在AF患者中明 达1%,且随年龄增加房颤发病率增高,65岁以上人群房颤发病 显增高,且随AF发作时间的延长增高愈明显,该结果与多数学 率达5%,75岁以上人群房颤发病率达10%,器质性心脏病患者 者的临床研究结果一致。Dobrev等 还证实I 。的升高与K。 房颤发生率达40%。 的改变相关,因而K mRNA水平的升高可能是AF患者心房 房颤的发生和维持与心房电重构密切相关。1995年wi— 肌I ,上调的分子基础。I ,外向钾电流的升高将使AF患者的静 jfels等…首次提出了心房电重构概念,即房颤能缩短心房有效 息膜电位更负,加快心房肌细胞的三期复极过程,缩短APD与 不应期(ERP)和动作电位(AP)时程并导致AP平台消失,心房 ERP。由此认为K l mRNA及I 的上调可能与AF电重构的 有效不应期和动作电位时程的缩短可导致房颤的发作频率增 ERP缩短有关。 加,发作持续时间延长,即使没有器质性病变者,仅电重构也能 2心房电重构与乙酰胆碱敏感性钾通道的关系 使房颤发作并持续。心房电重构的发生与钾离子通道电流的变 在哺乳动物中,乙酰胆碱敏感性钾通道(I )存在于心脏 化以及钾离子通道蛋白合成、钾离子通道蛋白mRANA表达的 传导组织、窦房结、房室结、浦肯野纤维中,特别是在心房细胞中 改变密切相关。 多见。除了具有电压依赖性外,IKACh还是G蛋白调节的钾通道, 心房肌钾离子通道存在5种亚型,即内向整流性钾通道 是影响心脏兴奋性和自律性的重要因素之一。由于它也具有内 (I /I 。 )、乙酰胆碱敏感性钾通道(I )、瞬间外向钾通道 向整流的特性,所以主要影响心肌APD和RMP,特别在心肌缺 (I )、快速延迟整流钾通道(I )和三磷酸腺苷敏感钾通道 血时可起到保护作用,有助于形成超极化而激发AF。有人认为 (IKATP)。 I 是由GIRK1(K, )同种四量体所构成。另有报道认为是由 1 心房电重构与内向整流性钾通道的关系 GIRK1(K。 )和GIRK4(K。 )以2:2的形式形成异种四量体构 内向整流性钾通道(I ,)又称背景钾电流,因其具有内向整 成,而GIRK4是通道功能所必需的。心房肌内M受体丰富,迷 流的特性而得名。这种通道的整流作用有利于维持细胞的静息 走神经兴奋后释放乙酰胆碱(ACh)作用于M 受体,通过GTP一 电位和参与复极化过程。人心房中已知编码I 的基因有K 、 结合蛋白激活的外向K 电流,可使细胞膜过度极化,APD和 K。 及TwIx 。虽然DIRK1(K )最初是从老鼠的巨噬细胞中 ERP缩短。临床与实验均显示自主神经紧张性在AF的发生机 被纯株培养出来,但在心脏发现也很丰富,其编码的钾通道所介 制中起重要作用。由于迷走神经末梢在心房中离散性分布,迷 导的电流占I 的80%以上,所以作为通道I 的密码。关于AF 走神经兴奋时,I… 的激活程度在空间上亦非均一,从而造成各 时I 。变化的报道不尽一致,Koumi等 报道易患AF的充血性 部分电活动不一致,ERP离散度增加,易化折返形成,诱发AF。 心衰者,扩张的心房细胞的I 是下降的。Yue等 对AF犬的 人类的AF很有可能是源于I 不均匀的过度激活,其中一个 右心耳进行研究,I 。并没有明显变化,I 的平均密度一电压关 可能的原因就是心房内多相性的去交感神经支配。Olgin等_6] 系未改变;其K。 的浓度也未改变。有结果表明,与NSR患者 用苯酚(Pheno1)来达到上述目的,发现去交感神经支配位点的 对应部位相比,慢性房颤(CAF)患者I 。在右房耳比较无差异 ERP明显缩短。13肾上腺素能受体通路对I 、I。吐均有激活作 性;而在左心耳有明显的改变,增加106%,这可能导致其左房 用,故在AF发生中可能有意义。Kovoor等学者 比较了在使 心肌细胞的RMP更负。而Bosch等 研究发现AF患者右房的 用碳酰胆碱(CCh)前后诱发野生型和IKACh基因敲除型老鼠产生 一113— 综 述中外医学研究 201 1年2月 第9卷第4期CHINESE AND FOREIGN MEDICAL RESEARCH 蛰萤善誊重量l手|曩 参童乎 ≯年 薯| 鸯鹭审 警≯ ||簪|≯ 一誊≯|| ..爱垮 -簟曩 . ..曩 曩|母 矗 AF的情况,发现在注射CCh之前,未能诱发出AF;注射CCh后, 71%的野生型老鼠出现了AF;继续注射阿托品后,AF在2 min 内被终止,再次诱发AF时失败。无论是否使用CCh,在IKACh基 因敲除型鼠中都未观察到房性心律失常,该作者认为激活I 易于AF的诱发,而IKACh失活能有利于延长心室的ERP,以预防 AF;特殊的IKA 阻滞剂也许能够有效的治疗AF,同时对房室结 达如此迅速下调的机制还不清楚。尽管关于I 减少的结果比 较一致,然而也有研究者通过动物实验得出AF时K 和K 的mRNA表达无变化的结论 。总之,虽然对AF的I 改变和 促进心律失常的功能性后果尚不清楚,但I 的减少一直可见。 AF时心房的ERP缩短和复极异常与I 。 的降低有关,它可能是 AF电重构的重要离子机制之一。 4心房电重构与快速延迟整流钾通道的关系 和心室有没有明显的副作用。Wakimoto等在正常的老鼠身上 也得出了相似的结论。HU Dan研究发现AF患者K; mRNA 快速延迟整流钾电流(I )是近年来发现的一种仅在心房 水平与sR组相比明显下降,且随AF发作时间的延长下降越明 显。Brundel等 的研究显示K 的mRNA水平在慢性房颤 (CAF)患者中减小47%,而在永久性房颤(PAF)患者中没有变 化;K 的蛋白水平在CAF和PAF中分别降低47%及40%,作 者认为其蛋白水平的降低可能在AF时预防细胞APD的进一步 缩短。上述研究结果提示I 下降的分子基础可能为K mRNA水平的下降,IKAc 下降可导致APD和AERP的延长,与 AF电重构时ERP缩短的结论相反,故可认为AF患者I 的下 调是机体细胞阻止心房肌电重构ERP缩短引发的自身适应的 结果,从而拮抗AF电重构时ERP的缩短。IKAc 是由K 编码 的钾通道所介导,由此推测K mRNA水平的下调可能也是机 体为拮抗AF电重构时ERP缩短的代偿机制之一。而Bosch 等 在对CAF的类似研究中发现I 明显上调。 3心房电重构与瞬间外向钾通道的关系 瞬间外向钾通道(I )电流是AP早期复极化电流,其大小 对AP的形态和时程有较大影响。因心脏的部位而存在差异, 它是治疗室上性快速性心律失常的靶点。研究表明,K :、K 作为其蛋白质密码的可能性大。经证实二者在心脏的分布呈互 补性,K 在心房较丰富,而K 多在心室。在人体目前多将 K 定作I 的编码基因。HU Dan研究表明的各AF组患者编 码I 的K 钾通道的mRNA表达下调,这与国内外报道的趋势 相符。Von Wagoner等研究显示,CAF患者左心耳I 的电流密 度较正常SR患者的左心耳减少61%,而右心耳的I 则减少 66%。Bosch等 发现AF患者I 。l的密度降低了大约70%, Brandt等 也观察到AF患者心房肌中I 的密度较非AF患者 减少4J4%。Grammer等 叫则发现AF患者的I 的密度和mR— NA表达分别下降83%和61%。Brundel等 比较了PAF和 CAF患者I 的改变,其研究结果表明在PAF和CAF中K 的 mRNA分别减少29%和35%;蛋白水平分别下降57%和39%。 笔者认为PAF患者主要表现为蛋白水平的下降,而不是mRNA 水平的下降,这提示一定存在某种转录后调节。在房性心动过 速诱发重构的犬模型中,mRNA表达的改变形成得较缓慢,并于 离子通道功能和蛋白表达的变化平行。最近一项对老鼠进行的 快速起搏诱发的心房重构的研究 显示,K 和K 的mRNA 在2~4 h之后逐渐地减少,而K 和K 的通道蛋白水平无显 着改变,认为生化重构是阵发性心动过速特有的。Bosch等 对家兔快速起搏的研究显示,起搏24 h以后,I 的电流和mR・ NA均减少48%左右。虽然mRNA水平并不总是代表它们的蛋 白水平,但是这一结果提示触发I 减少的分子机制可能在房性 心动过速几小时后就开始启动了,在AF电重构中K 基因表 ~114一 细胞特异存在的离子通道电流,是心房肌复极2相和3相早期 的外向钾电流,快速激活,快速失活。IKur对复极的效应,随心率 快慢而异,在心率快时,IK.r减弱。快速延迟整流钾通道蛋白由 HERG和MiRP1基因编码,其中HERG编码a亚单位“ 。Tian LQ研究发现快速延迟整流钾通道(Kr)编码基因的mRNA表达 在SR组和AF组之间没有变化。Brundel等 报道阵发性AF 患者快速延迟整流钾通道蛋白表达已开始下降,但在慢性AF 患者其通道蛋白表达未见进一步下降。Huang B发现,细胞除 极化至+lO~+50 mV时,房颤组I 密度较窦性心律组下降, 而电流一电压的依赖特性未改变;房颤组通道开放时最大电导 和失活百分率均低于窦性心律组,稳态激活和失活的门控动力 学参数差异无显著性。从而提示,慢性房颤时,仅有细胞膜表面 表达的IK.r通道数量下降,通道激活时的瞬问开放概率有所减 小,相对于窦性心律组而言,房颤组失活更不完全,但通道的内 在属性可能变化不明显。Van Wagoner等研究中Ixur有相似程度 的下降,与IKur通道蛋白K 表达下降有关;但Bosch等 发现, 房颤时I 无明显改变。有研究表明,慢性房颤使正常时心房潜 在的电不均一性的弥散度增大。IKur下调可能是对房颤早期细 胞内钙超载和I .下调的代偿性调节反应,调节中产生的新的平 衡可能有促使心房肌细胞ERP和APD缩短的作用,并对传导、 复极产生一定影响。数学模型法研究发现,房颤时,IC.L较大程 度降低(如60%)时,I 50%下调可能是一种代偿性措施,可使 APD恢复至正常范围,可能对3期复极产生影响。 5 心房电重构与三磷酸腺苷敏感钾通道的关系 三磷酸腺苷(ATP)敏感钾通道是一种内向整流选择性钾通 道,最早在心肌组织发现。心脏中ATP敏感性钾通道被证明是 由两部分组成:4个内向整流钾通道亚单位Kir6.2和4个磺脲 类受体SUR2A。Suzuki等研究证实亚单位Kir6.2是心脏ATP 敏感性钾通道功能的关键部分。ATP敏感性钾通道可被ATP 抑制,被ADP激活。在正常心肌中,Kir6.2通道由于细胞内高 浓度的ATP聚集而处于关闭状态;在心肌缺血时,由于细胞内 ATP浓度降低,通道开始激活。Kir6.2通道产生的电流(IK ) 是一种内向整流钾电流。Kir6.2通道在心肌缺血中的作用已基 本明确,即通道的开发,增加外向钾电流量,用以缩短动作电位 (ADP)时程,导致钙内流减少,达到降低心肌收缩和减少ATP 消耗的目的 。AF电重构理论中,ADP的缩短一定程度上取 决于复极电流的强度,通道重构对复极电流产生重要影响。因 而Kir6.2通道的电重构可能对AF具有特殊意义。 Gao F【】纠的研究结果显示,CAF患者Kir6.2的mRNA表达 较SR和PAF组显著下降,与细胞电生理I 改变的研究结论 中外医学研究 2011年2月第9卷第4期CHINESE AND FOREIGN MEDICAL RESEARCH . |薯。t。I譬j| -| 簟l羹| - .薯一一毫| l| || |曩 薯i一 相符。Brundel等研究显示,在人心房组织中IKATP下调与Kir6.2 [8]Brundel BJ,Van Gelder IC,Henning RH,et a1.Ion channel re— 的改变有关,因而Kit6.2 mRNA水平的改变可能是房颤患者心 modeling is related to intraoperative atrila effective refractory pe— 房肌IKAre改变的分子基础。心肌细胞可能通过减少Kir6.2基 riods in patients with paroxysmal and persistent atiral fibrilla— 因的表达,以阻止电重构和ADP及AERP缩短,这实际上是心 tion.Circulation,2001,103(5):684—690. 肌细胞对快频率心房收缩的一种适应性反应。Gao F的研究结 [9]Brandt MC,Priebe L,Brhle T,et a1.The uhrarapid and the tran— 果显示,PAF组Kir6.2的mRNA表达较SR组显著升高,可能是 sient outward K(+)current in human atrial fibrillation.Their 房颤时心房肌缺血,ATP}肖耗增加,细胞内ADP产生增多,可激 possible role in postoperative atrial fibrillation.J Mol Cell Cardi— 活Kir6.2通道,使外向钾电流短期内增加,导致ADP和AERP ol,2000,32(10):1885—1896. 缩短,从而参与电重构的形成。 [10]Grammer JB,Bosch RF,Kthtlkamp V,et a1.Molecular remode- 心房电重构的发生与心房肌钾离子通道5种亚型的电流的 ling of Kv4.3 potassium channels in human atirla fibrillation.J 变化、通道蛋白合成、通道mRAN表达的改变密切相关,因此,研 Cardiovasc Electrophysiol,2000,11(6):626—633. 究钾离子通道与心房电重构的关系有利于明确房颤的发生 [11]Everett TH 4th,Wilson EE,Hulley GS,et a1.Transmural char— 机制。 acteristics of atrial fibrillation in canine models of structural 参考文献 and electrical atirla remodeling assessed by simultaneous epi— [1]Wijffels MC,Kirchhof CJ,Dorland R,et 1a.Atiral ifbrillation be— cardial and endocardial mapping,Heart Rhythm,2010,7(4): gets atrial fibrillation.A study in awake chronIc Lly instrumented 506—517. goats.Circulation,1995,92(7):1954—1968. 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