卞譽(yù)豪，張飛

(1深圳市南山區(qū)人民醫(yī)院，廣東深圳518057；2 廣州醫(yī)科大學(xué))

縫隙連接蛋白40與心房顫動(dòng)發(fā)生及治療關(guān)系的研究進(jìn)展

卞譽(yù)豪1,2，張飛1

(1深圳市南山區(qū)人民醫(yī)院，廣東深圳518057；2 廣州醫(yī)科大學(xué))

心房顫動(dòng)(簡稱房顫)是臨床上最為常見的持續(xù)性心律失常?？p隙連接是將相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行連接的細(xì)胞內(nèi)通道，對相鄰細(xì)胞間的電傳導(dǎo)至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)和功能改變在房顫的發(fā)生和維持過程中發(fā)揮重要作用?？p隙連接蛋白40(Cx40)主要存在于心肌細(xì)胞間的閏盤處，是組成心房及其傳導(dǎo)系統(tǒng)縫隙連接的主要成分。Cx40基因突變、分布和量的改變、磷酸化均與房顫的發(fā)生和維持相關(guān)。因此未來以Cx40為靶點(diǎn)的藥物以及Cx40轉(zhuǎn)基因治療將會為房顫的治療帶來新的曙光。

心房顫動(dòng)；縫隙連接蛋白40；縫隙連接

心房顫動(dòng)(簡稱房顫)是最常見的心律失常之一，可導(dǎo)致左心室漸進(jìn)性收縮功能障礙，進(jìn)而影響左心室射血；房顫是缺血性卒中等疾病的危險(xiǎn)因素，易引起血栓栓塞，致殘率和致死率均較高。心房結(jié)構(gòu)重塑是房顫發(fā)生的基礎(chǔ)，肌成纖維細(xì)胞增殖和纖維化是心房結(jié)構(gòu)重塑的主要特征。間質(zhì)纖維化會引起細(xì)胞間電耦聯(lián)改變和電傳導(dǎo)減慢，從而促發(fā)房顫；而房顫的持續(xù)存在又會加快心房結(jié)構(gòu)重塑的進(jìn)展。既往研究發(fā)現(xiàn)，房顫的發(fā)生與心房肌細(xì)胞間的縫隙連接結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?？p隙連接蛋白40(Cx40)主要存在于心肌細(xì)胞間的閏盤處，是組成心房及其傳導(dǎo)系統(tǒng)縫隙連接的主要成分。本研究對Cx40與心房顫動(dòng)發(fā)生及治療關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 縫隙連接及縫隙連接蛋白(Cx)

縫隙連接是將相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行連接的細(xì)胞內(nèi)通道，是心肌細(xì)胞間動(dòng)作電位快速傳播的關(guān)鍵，其存在使相鄰細(xì)胞間的電活動(dòng)能夠同步進(jìn)行。每個(gè)縫隙連接通道由縫隙連接小體構(gòu)成，而縫隙連接小體則由兩個(gè)半通道端對端連接而成。半通道通常由六個(gè)相同或不同的Cx形成，可以通過離子、第二信使和可溶性小分子物質(zhì)。所有的Cx都由四個(gè)跨膜蛋白、兩個(gè)細(xì)胞外環(huán)形結(jié)構(gòu)及一個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，細(xì)胞內(nèi)環(huán)形結(jié)構(gòu)在胞質(zhì)中同時(shí)存在氨基端和羧基端[1,2]?？p隙連接對相鄰細(xì)胞間的電傳導(dǎo)至關(guān)重要，其功能和結(jié)構(gòu)改變在房顫的發(fā)生和維持過程中發(fā)揮重要作用。

到目前為止，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)20余種Cx，特異性表達(dá)于人類心臟的Cx主要是Cx40、Cx43和Cx45。Cx40大量表達(dá)于心房及其傳導(dǎo)系統(tǒng)；Cx43主要表達(dá)于心室；Cx45主要分布于竇房結(jié)、房室結(jié)、左右束支和希氏束，在心房和心室表達(dá)水平低[3]。在心房重構(gòu)過程中，Cx40的分布和量會發(fā)生明顯改變，這種改變與房顫的發(fā)生密切相關(guān)。

2 Cx40與房顫的發(fā)生

Cx40與房顫發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系至今尚未闡明，目前研究主要認(rèn)為Cx40基因突變、Cx40分布和量的改變、Cx40磷酸化與房顫的發(fā)生和維持相關(guān)。

2.1 Cx40基因突變 Cx40表達(dá)主要由Cx40基因調(diào)控，Cx40基因異常會影響Cx40表達(dá)，誘導(dǎo)房顫的發(fā)生。房顫發(fā)生時(shí)，Cx40表達(dá)和分布均出現(xiàn)明顯改變[4,5]。GJA5基因主要負(fù)責(zé)編碼CX40，GJA5基因敲除小鼠其心律失常的發(fā)病率顯著增加[6]。Gollob等[7]發(fā)現(xiàn)，房顫患者心肌細(xì)胞存在GJA5基因突變，導(dǎo)致細(xì)胞間耦合減少，引起Cx40功能缺失；上述房顫患者淋巴細(xì)胞亦存在GJA5基因突變。Wirka 等[8]對Cx40基因核苷酸的多態(tài)性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示Cx40基因啟動(dòng)子和調(diào)控區(qū)域基因突變可以顯著降低Cx40表達(dá)。Firouzi等[9]對Cx40基因多態(tài)性和心房易損之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cx40次要等位基因-44A和-44AA基因型的受試者離散系數(shù)顯著增高，有房顫病史的受試者離散系數(shù)也顯著增加，提示Cx40分布的改變可能引起心房傳導(dǎo)異常。研究發(fā)現(xiàn)，Cx40突變(A96S)小鼠心房傳導(dǎo)速度降低、房性心律失常持續(xù)時(shí)間延長，表明Cx40基因突變在小鼠房性心律失常發(fā)生過程中具有重要作用[10]；Cx40基因G38D、I75F、P88S、p.V85I、p.L221I、p.L229M等突變亦可影響縫隙連接的分布和功能[11,12]。

2.2 Cx40分布和量的改變 正常生理狀態(tài)下Cx40主要分布于心房肌細(xì)胞的兩端，房顫時(shí)Cx40呈高度異質(zhì)性分布于心肌細(xì)胞的兩側(cè)。Cx40空間分布的改變使心肌細(xì)胞兩側(cè)的傳導(dǎo)速度增快，兩側(cè)與兩端傳導(dǎo)速度的比值增加，導(dǎo)致心房正常傳導(dǎo)方式改變，發(fā)生多子波折返，引發(fā)房顫[13]。許多研究人員對房顫患者心房Cx40表達(dá)量進(jìn)行了研究，但研究結(jié)果并不一致。Wetzel等[14]采用Western blotting法對房顫患者左心房Cx40表達(dá)量進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示孤立性房顫患者和房顫伴二尖瓣疾病患者Cx40表達(dá)量均較竇性心律者明顯增加，但二者之間Cx40表達(dá)量無明顯差異。Dupont等[15]發(fā)現(xiàn)，冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)后發(fā)生房顫的患者其右心耳Cx40含量顯著升高。但是，Zhou等[16]對房顫患者心房Cx40表達(dá)的研究卻得出不同的結(jié)論，他們通過共聚焦激光掃描顯微鏡對Cx40的分布進(jìn)行評估，結(jié)果顯示房顫組左心房閏盤處Cx40密度明顯降低，故認(rèn)為房顫的發(fā)生可能與Cx40減少有關(guān)。Kostin等[17]對慢性房顫患者迷宮手術(shù)中取得右心耳組織行Cx40表達(dá)檢測，結(jié)果顯示Cx40表達(dá)量明顯降低。出現(xiàn)上述兩種不同結(jié)果可能與研究對象、樣本總量及研究方法等不同有關(guān)。盡管研究人員對房顫患者心房Cx40表達(dá)的研究結(jié)果不一致，但是總體來說Cx40表達(dá)量的改變在房顫的發(fā)生和維持中發(fā)揮著重要作用。

2.3 Cx40磷酸化 Cx40氨基酸殘基通過磷酸化影響心肌細(xì)胞間的電耦聯(lián)，電耦聯(lián)的改變又可以影響相鄰細(xì)胞間的電傳導(dǎo)。Nao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，房顫患者心房Cx40表達(dá)顯著降低，但Cx40絲氨酸磷酸基的表達(dá)卻明顯增加，提示Cx40磷酸化在Cx調(diào)節(jié)及心肌細(xì)胞間電傳導(dǎo)過程中可能發(fā)揮一定的作用。王智剛等[19]認(rèn)為ERK通路的激活可使Cx肽鏈C端絲氨酸殘基多個(gè)位點(diǎn)磷酸化，通過以MEK為作用靶點(diǎn)抑制ERK的活化從而達(dá)到抑制心房纖維化及Cx40的重構(gòu)。以上研究結(jié)果均印證了Cx40磷酸化參與房顫的形成。

3 Cx40與房顫的治療

房顫的治療主要包括藥物治療、導(dǎo)管消融術(shù)及迷宮術(shù)等，藥物治療仍然是目前房顫的首選治療方法。心房選擇性延遲鉀離子流(IKur)阻滯劑已被用于房顫的治療，多項(xiàng)研究也證實(shí)IKur阻滯劑如Vernakalant、MK-0448、AZD7009等能夠治療房顫或預(yù)防房顫的發(fā)生[20]。與IKur阻滯劑類似，抗心律失常肽如AAP10、ZP123、GAP-134等可以通過選擇性調(diào)節(jié)Cx43來降低室性心律失常的發(fā)生率[21～23]。Igarashi等[24]通過轉(zhuǎn)基因的方法用含有Cx40基因的腺病毒轉(zhuǎn)染大約克豬，結(jié)果顯示其房顫的發(fā)生率明顯減少。李竹琴等[25]研究表明，胺碘酮能夠降低急性房顫犬心房組織Cx40表達(dá)量，改善細(xì)胞間的電信號傳導(dǎo)，對房顫的治療具有顯著的效果。張艷等[26]研究發(fā)現(xiàn)，定心膠囊能夠上調(diào)Ca2+-ATP酶延緩心房電重構(gòu)，同時(shí)能夠降低Cx40的表達(dá)，減少心房多子波折返的發(fā)生，對房顫具有一定的治療作用。Cx40是心房表達(dá)的主要Cx，然而目前還沒有特異性調(diào)節(jié)Cx40的藥物，因此未來以Cx40為靶點(diǎn)的藥物治療以及Cx40的轉(zhuǎn)基因治療將會為房顫的治療帶來新的曙光。

總之，房顫的病理基礎(chǔ)是心房肌的纖維化改變。Cx在心房肌的纖維化中扮演了重要的角色。縫隙連接蛋白改變可能是房顫發(fā)生和維持的基礎(chǔ)。

[1] Shao Q, Liu Q, Lorentz R, et al. Structure and functional studies of N-terminal Cx43 mutants linked to oculodentodigital dysplasia [J]. Mol Biol Cell, 2012,23(17):3312-3321.

[2] Purnick PE, Benjamin DC, Verselis VK, et al. Structure of the amino terminus of a gap junction protein [J]. Arch Biochem Biophys, 2000,381(2):181-190.

[3] Jansen JA, van Veen TA, de Bakker JM, et al. Cardiac connexins and impulse propagation [J]. J Mol Cell Cardiol, 2010,48(1):76-82.

[4] Gemel J, Levy AE, Simon AR, et al. Connexin40 abnormalities and atrial fibrillation in the human heart [J]. J Mol Cell Cardiol, 2014(76):159-168.

[5] Sun Y, Tong X, Chen H, et al. An atrial-fibrillation-linked connexin40 mutant is retained in the endoplasmic reticulum and impairs the function of atrial gap-junction channels[J]. Dis Model Mech, 2014,7(5):561-569.

[6] Sankova B, Benes J Jr, Krejci E, et al. The effect of connexin40 deficiency on ventricular conduction system function during development [J]. Cardiovasc Res, 2012,95(4):469-479.

[7] Gollob MH, Jones DL, Krahn AD, et al. Somatic mutations in the connexin 40 gene (GJA5) in atrial fibrillation [J]. N Engl J Med, 2006,354(25):2677-2688.

[8] Wirka RC, Gore S, van Wagoner DR, et al. A common connexin-40 gene promoter variant affects connexin-40 expression in human atria and is associated with atrial fibrillation [J]. Circ Arrhythm Electrophysiol, 2011,4(1):87-93.

[9] Firouzi M, Ramanna H, Kok B, et al. Association of human connexin40 gene polymorphisms with atrial vulnerability as a risk factor for idiopathic atrial fibrillation[J]. Circ Res, 2004,95(4):e29-e33.

[10] Lubkemeier I, Andrie R, Lickfett L, et al. The Connexin40A96S mutation from a patient with atrial fibrillation causes decreased atrial conduction velocities and sustained episodes of induced atrial fibrillation in mice[J]. J Mol Cell Cardiol, 2013(65):19-32.

[11] Sun Y, Yang YQ, Gong XQ, et al. Novel germline GJA5/connexin40 mutations associated with lone atrial fibrillation impair gap junctional intercellular communication[J]. Hum Mutat, 2013,34(4):603-609.

[12] Yang YQ, Liu X, Zhang XL, et al. Novel connexin40 missense mutations in patients with familial atrial fibrillation [J]. Europace, 2010,12(10):1421-1427.

[13] Dhein S, Rothe S, Busch A, et al. Effects of metoprolol therapy on cardiac gap junction remodelling and conduction in human chronic atrial fibrillation[J]. Br J Pharmacol, 2011,164(2b):607-616.

[14] Wetzel U, Boldt A, Lauschke J, et al. Expression of connexins 40 and 43 in human left atrium in atrial fibrillation of different aetiologies[J]. Heart, 2005,91(2):166-170.

[15] Dupont E, Ko Y, Rothery S, et al. The gap-junctional protein connexin40 is elevated in patients susceptible to postoperative atrial fibrillation[J]. Circulation, 2001,103(6):842-849.

[16] Zhou SH, He XZ, Liu QM, et al. Study on the spatial distribution pattern of Cx40 gap junctions in the atria of patients with coronary heart disease[J]. Cardiol J, 2008,15(1):50-56.

[17] Kostin S, Klein G, Szalay Z, et al. Structural correlate of atrial fibrillation in human patients[J]. Cardiovasc Res, 2002,54(2):361-379.

[18] Nao T, Ohkusa T, Hisamatsu Y, et al. Comparison of expression of connexin in right atrial myocardium in patients with chronic atrial fibrillation versus those in sinus rhythm[J]. Am J Cardiol, 2003,91(6):678-683.

[19] 王智剛,張衛(wèi)澤,馬凌,等.抑制ERK1/2通路激活改善大鼠心房纖維化和縫隙連接蛋白40重構(gòu)[J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,33(3):259-264.

[20] Costabel JP, Lambardi F, Aragon M, et al. Predictors of conversion of recent-onset atrial fibrillation treated with vernakalant[J]. Pacing Clin Electrophysiol, 2015,38(2):196-200.

[21] Sun B, Jiang JF, Zhao CM, et al. Effects of antiarrhythmic peptide 10 on acute ventricular arrhythmia[J]. Asian Pac J Trop Med, 2015,8(3):229-233.

[22] Yi SL, Zhong JQ, Zhang J, et al. ZP123 reduces energy required for defibrillation by preventing connexin43 remodeling during prolonged ventricular fibrillation in swine[J]. Tex Heart Inst J, 2012,39(6):784-791.

[23] Dhein S, Hagen A, Jozwiak J, et al. Improving cardiac gap junction communication as a new antiarrhythmic mechanism: the action of antiarrhythmic peptides[J]. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol, 2010,381(3):221-234.

[24] Igarashi T, Finet JE, Takeuchi A, et al. Connexin gene transfer preserves conduction velocity and prevents atrial fibrillation[J]. Circulation, 2012,125(2):216-225.

[25] 李竹琴,楊茂,黃宇鵬,等.急性心房顫動(dòng)犬縫隙連接蛋白40和43重構(gòu)及胺碘酮的干預(yù)作用[J].中國急救醫(yī)學(xué),2008,28(8):728-730.

[26] 張艷,胡曉虹,楊關(guān)林,等.定心膠囊對房顫大鼠心房組織Ca2+-ATP酶及Cx40基因表達(dá)影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華中醫(yī)藥學(xué)刊,2008,26(1):13-15.

深圳市科創(chuàng)委2013年度知識創(chuàng)新計(jì)劃基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(JCYJ20130322154529556)；深圳市南山區(qū)2012年度科技計(jì)劃項(xiàng)目(南科研衛(wèi)2012003號)。

張飛(E-mail: fei.zhang263@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.44.040

R541.75

A

1002-266X(2016)44-0110-03

2016-01-23)