中圖分類號：R541 IL256.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—1349(2007)04—0342—03

心臟縫隙連接(gap junction，GJ)是由小同縫隙連接蛋白構(gòu)成的介導(dǎo)心肌細(xì)胞間電化學(xué)信息交流的特殊通道，該通道具有親水性、通透性高、低選擇性、縱向阻抗低和保持開放狀態(tài)等特性?？p隙連接是心肌細(xì)胞間電耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，它實現(xiàn)細(xì)胞間電信號和化學(xué)信號的通訊聯(lián)系從而確保心臟牛理活動的協(xié)調(diào)性和同步性。近年來隨著對其研究的深入，GJ心血管疾病的關(guān)系，尤其是GJ在心律失常發(fā)生中的作用正備受關(guān)注，以GJ為作用靶點治療心血管疾病及開發(fā)抗心律失常新藥成為當(dāng)今心血管界具有潛力的研究熱點。

1 縫隙連接的結(jié)構(gòu)和分布

心肌細(xì)胞的GJ是指相鄰心肌細(xì)胞膜通過相互緊密作用形成的一個特化區(qū)，該區(qū)富含特殊的離子通道簇^[1]。GJ是心肌潤盤處三種特殊結(jié)構(gòu)之一，其中較大的呈環(huán)狀的(GJ長軸0.67 um±0.32 um)直于人類心臟潤盤的周邊，而較小的GJ(長軸0.36±0.17um)位于閏盤中央^[2]。每個GJ通道山來自相鄰細(xì)胞膜上的兩個“半通道”(hemichannel，也稱為連接子，Connexon)組成。每個連接子由6個稱為連接蛋白(COnnexin，Cx)的穿膜鑲嵌蛋白亞單位圍成六聚體中空結(jié)構(gòu)，其中心孔徑為1.5 nm，允許離子電流和分子量小于l kD^[3]。Cx含4個高度保守的α螺旋狀疏水性的跨膜片段(M₁～M₄)，由 2個胞外環(huán)(E1～E2)和1個胞內(nèi)環(huán)(CL)相連。Cx的氨基末端(NT)和羧基末端(CT)位于M₂和M₃之間的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，并經(jīng)親水性的CL相連接。連接子可由單一的Cx組成同型連接子(homokmericconexon)，亦可由幾種Cx組成異側(cè)連接子(heteromericcnexon)。而一側(cè)由同型連接子上與另一側(cè)為異側(cè)連接子構(gòu)成的GJ通道稱為單側(cè)異型GJ通道。雙側(cè)連接子均由異側(cè)連接子構(gòu)成的(GJ通道則稱為雙側(cè)異型GJ通道。從而，組成縫隙連接不同的GJ通道在細(xì)胞間的電傳導(dǎo)、能量物質(zhì)交換、功能調(diào)節(jié)等諸多方面均有差別。在細(xì)胞某些特定區(qū)域存在成簇分布的GJ，大約由40個GJ組合在一起形成一個圓斑狀的致密區(qū)，稱作斑(gap juntion plaque)。GJ斑的存在有利于特定心肌細(xì)胞功能的完成。不舊的細(xì)胞間、不同的組織及不同的個體，GJ通道的分布密度不均等。Cx家族是一個高度保守的家族，由一組高度同源的基因編碼，哺乳動物Cx家族中有15個基因已被鑒定出來，它們主要在胞內(nèi)環(huán)和羧基端的氮基排列順序上存存差異，但是不同的Cx均具有共同結(jié)構(gòu)特征。在心血管系統(tǒng)表達(dá)的Cx種類主要有Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46。竇房結(jié)的GJ小而稀疏，主要由Cx40和Cx45構(gòu)成；房室結(jié)的GJ也較小主要由Cx45、Cx40、和少量Cx43構(gòu)成；希氏束和浦肯野纖維的GJ最大，主要由Cx40構(gòu)成，也含少量的Cx43和Cx45；心房肌的GJ較竇房結(jié)和房室結(jié)的GJ大一些，主要由Cx40、Cx43構(gòu)成， 含少量的Cx37、Cx45、和Cx46；心室肌的GJ主要由Cx43構(gòu)成，含少量Cx45、Cx40、Cx37^[4].心臟的不同組織GJ的數(shù)量、大小、空間分布以及其主要構(gòu)成Cx種類的不同，使心臟各組織的傳導(dǎo)速度和傳導(dǎo)模式各不相同，從而保證了心臟電活動的有序性。

2 縫隙連接的功能和特性

縫隙連接有多種功能，它與細(xì)胞的代謝和分化、物質(zhì)的運輸和電興奮的傳導(dǎo)等有密切關(guān)系，其主要功能是介導(dǎo)細(xì)胞間電化學(xué)信息的交換，確保不同類型肌細(xì)胞間電耦聯(lián)與機械耦聯(lián)得以正常進(jìn)行，存心肌細(xì)胞中，這種耦聯(lián)與離子流介導(dǎo)的動作電位的擴(kuò)布有關(guān)，從而維持電活動與機械收縮、舒張功能的同步性。在異常收縮的心事肌細(xì)胞中，可見GJ的分布異常及主要成分Cx43表達(dá)水平的不均一性降低^[5]。分布異常主要表現(xiàn)是可在缺血性心臟病病人的梗死邊緣區(qū)心，室肌中觀測到Cx43紊亂分布于細(xì)胞側(cè)面^[6]。通道介導(dǎo)第二信使等化學(xué)信息的交流，影響組織的分化、生長控制和穩(wěn)定性。心臟各種Cx的正常表達(dá)和GJ準(zhǔn)確調(diào)節(jié)是心臟正常分化生長的重要保證。Cx43基因突變或基因敲除小鼠會出現(xiàn)心臟畸形^[7]提示Cx43構(gòu)成的GJ有助于心臟正常發(fā)育。

3 縫隙連接的調(diào)節(jié)機制

縫隙連接的通道存在多種功能狀態(tài)，例如開放狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)，開放時間縮短或延長，開放損傷，通道電導(dǎo)發(fā)牛改變等^[8]。GJ是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)．有多種因素參與調(diào)節(jié)通道的開放和關(guān)閉，如細(xì)胞內(nèi)pH、Ca²⁺濃度和細(xì)胞膜電位等。大量的研究表明，很多因素及遞質(zhì)都對縫隙連接的中央通道功能有調(diào)節(jié)和影響作用。例如神經(jīng)遞質(zhì)(異丙腎上腺素)、鈣調(diào)蛋白、生長因子、前列腺素E等激素、三磷酸腺苷(ATP)、蛋白質(zhì)磷酸化等。此外，第二信使分子或離子包括Ca²⁺、環(huán)磷酸腺苜(cAMP)、環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)等也能改變或影響縫隙連接通道的功能狀態(tài)。

3.1 神經(jīng)質(zhì)的調(diào)節(jié) 交感神經(jīng)介質(zhì)(如異丙腎上腺素)能夠增加縫隙連接通道的開放速率，增加其傳導(dǎo)，而迷走神經(jīng)介質(zhì)(如乙酰膽堿)能夠降低縫隙連接的傳導(dǎo)性。這一調(diào)解機制還涉及到通道的蛋白結(jié)合體磷酸化后通道的開放，β受體興奮劑提高細(xì)胞cAMP而使通道蛋白磷酸化而被激活。相反，乙酰膽堿提高細(xì)胞內(nèi)cAaMP而使蛋白結(jié)合體去磷酸化而關(guān)閉。劃痕標(biāo)記染色示蹤技術(shù)SLDrI、實驗^[9]可見α1－AR激動劑(苯腎上腺素，PE)和β－AR激動劑(異丙基腎上腺素，lsO)均可以影響乳鼠心肌細(xì)胞中縫隙連接蛋白表達(dá)及功能。當(dāng)α1－AR激動時，在短時間主要減少Cx43磷酸化，抑制縫隙連接蛋白功能，長期激動則可抑制Cx43蛋白表達(dá)量。β－AR在短時間也可減少Cx43的磷酸化，但長期激動并不能影響Cx43的表達(dá)量。這一結(jié)果，為進(jìn)一步闡明自主神經(jīng)性房顫發(fā)生的機制提供了線索^[9]。

3.2 細(xì)胞內(nèi)體液因素的影響 在急性缺血的心室肌細(xì)胞，ca²⁺和H⁺的堆積足以使GJ耦聯(lián)大幅度下降，因為Ca²⁺和H⁺濃度升高通過Cx蛋白磷酸化是調(diào)節(jié)通道關(guān)閉的上要機制。目前Ca²⁺和H⁺對縫隙連接電導(dǎo)的調(diào)節(jié)機制尚不完全清楚，但能夠肯定，不同組織的各種縫隙連接對Ca²⁺和H⁺的敏感性小同。酸中毒時增加縫隙連接電阻，進(jìn)而減慢動作電位的擴(kuò)布速率而引起傳導(dǎo)延遲或阻滯，堿中毒時相反。還應(yīng)看到，組織細(xì)胞損傷時可造成胞內(nèi)pH值下降，可使細(xì)胞間的耦聯(lián)作用降低，進(jìn)而限制了損傷在組織中的擴(kuò)散，從而起到保護(hù)作用。心房肌細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺超載是房顫的特征之一，Ca²⁺超載不僅可激活鈣依賴的蛋白酶Calpains，破壞細(xì)胞亞微結(jié)構(gòu)導(dǎo)致溶酶體釋放，而且作為第二信使可促進(jìn)其他蛋白酶和溶酶體酶的合成，使Cx40和Cx43降解增加、含量降低和分布不均一。

3.3 親脂性物質(zhì)的影響脂溶性麻醉藥屬于親脂性物質(zhì)，除能阻斷一般的膜離子通道外，還直接抑制縫隙連接通道，阻斷其傳導(dǎo)，使細(xì)胞產(chǎn)生失耦聯(lián)現(xiàn)象(uncouple)。長鏈不飽和脂肪酸也有抑制縫隙連接傳導(dǎo)，導(dǎo)致細(xì)胞間失耦聯(lián)的作用。而庚醇、烷醇、辛醇等是最早發(fā)現(xiàn)的可阻斷縫隙電導(dǎo)作用的物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)^[11]縫隙連接脫耦連劑庚醇既有抗心律失常作用又有致心律失常作用，其中抗心肌缺血引起的心律失常作用與其延遲心肌缺血期間電耦聯(lián)時間有關(guān)?？p隙連接阻滯劑16－DSA是一種減慢細(xì)胞間電傳導(dǎo)的脂肪酸，通過觀察Cx43表達(dá)量變化發(fā)現(xiàn)^[12]16－DSA可以明顯降低由于缺血誘發(fā)的室速和室顫?？赡苁荊J阻滯劑對縫隙連接影響而引起的。

3.4 其他近年來，發(fā)現(xiàn)了越來越多的影響縫隙連接功能狀態(tài)的因素。強心苷抑制Na⁺－K⁺－ATP酶，增加鈉－鈣交換，使細(xì)胞內(nèi)鈣離子增加，降低縫隙連接的電導(dǎo)。血管緊張素也能降低其電導(dǎo)。Donoghue等^[13]研究認(rèn)為，小鼠心臟過度表達(dá)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶Ⅱ?qū)⒁鹂p隙連接的重構(gòu)，導(dǎo)致諸如完全性房室傳導(dǎo)阻滯、持續(xù)性室性心動過速和室顫等嚴(yán)重的、進(jìn)展性心臟傳導(dǎo)、節(jié)律紊亂。采用快速心房刺激致縫隙連接蛋白重構(gòu)動物模犁^[4]，發(fā)現(xiàn)坎地沙坦(血管緊張素受體1拮抗劑)對縫隙連接蛋白40及心房鈣使Cx40降解增加、含量降低和分布不均一，減輕快速刺激后心房組織Ca²⁺含量升高的程度?？驳厣程古c血管緊張素Ⅱ－1型受體有高度的親和力，Cx40重構(gòu)的作用機理，可能是通過充分抑制血管緊張素Ⅱ與l型受體的結(jié)合以及心房去甲腎上腺素的釋放^[15]，降低心房細(xì)胞內(nèi)異常升高的Ca²⁺含量，抑制Ca²⁺依賴蛋白酶Calpains以及其他蛋白酶、溶酶體酶的激活，從而減少它們對Cx40的降解?？剐穆墒Сｋ目膳c細(xì)胞膜上的蛋白結(jié)合，激活PKCa，導(dǎo)致連接蛋白的磷酸化，增強縫隙連接的功能。AAPl0是抗心律失常肽的類似物。雙電鉗制實驗表明^[16]正常成對的豚鼠心肌細(xì)胞縫隙連接電導(dǎo)以(2.5±2.0)ns/min速度下降，加入10 mmol/L AAP 10后，這一現(xiàn)象發(fā)生逆轉(zhuǎn)，反而以(1.0±0.7)ns/min速度遞增，且本品不影響心肌細(xì)胞動作電位及其他生理學(xué)參數(shù)。因此，認(rèn)為AAP 10是通過增強縫隙連接電導(dǎo)及改善細(xì)胞間耦聯(lián)而發(fā)揮抗心律失常作用。

4 小 結(jié)

縫隙連接與心血管疾病密切相關(guān)，近年來，心臟縫隙連接發(fā)牛改變的報告陸續(xù)增多，在多種心血管疾病中，幾乎都伴隨兩種情況的發(fā)生：①縫隙連接的重新分布。③縫隙連接蛋白各亞型的數(shù)量變化，其中最顯著的就是Cx43的減少或功能下降，病變的心肌細(xì)胞中縫隙連接發(fā)生了重塑表現(xiàn)在含量、分布及功能上的異常，導(dǎo)致心肌細(xì)胞間電沖動脫耦聯(lián)，各向異性值下降，從而誘發(fā)心律失常。

細(xì)胞間的縫隙連接發(fā)現(xiàn)已近40年，隨著1986年連接蛋白首次被克隆，縫隙連接的研究進(jìn)展明顯加快。目前對縫隙連接蛋白的構(gòu)成、分類、功能以及調(diào)節(jié)，已有了較為深入的了解。隨之，對心臟的正常傳導(dǎo)和異常傳導(dǎo)的認(rèn)識也有較大幅度的更新。隨著縫隙連接研究的進(jìn)一步深入，將對各種心律失常發(fā)生的細(xì)胞學(xué)機制的認(rèn)識有根本性提高，并會影響到心血管疾病的治療。目前大多數(shù)作用于離子通道的抗心律失常藥都有許多不良反應(yīng)，有時可引起致死性心律失常。中藥在臨床治療中療效顯著，補氣活血類中藥具有抗心肌缺血作用，已經(jīng)有人將中藥成分提取物用于治療心血管疾病。蝙蝠葛堿是一種從防己科植物蝙蝠葛根莖中提純的雙芐基四氫異喹啉類生物堿，屬L型鈣通道阻滯劑，能防止細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺超載，具有抗心律失常并對多種病理狀況下心肌細(xì)胞損傷有保護(hù)作用^[17]。研究發(fā)現(xiàn)^[18]使用蝙蝠葛堿進(jìn)行干預(yù)，使快速心房起搏致房顫家兔Cx40和Cx43含量降低以及分布不均一性的程度減輕。其作用機制可能是通過降低心肌細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺水平，防止并減輕鈣依賴的蛋白酶Calpains的激活^[2，8]以及其他與Ca²⁺－有關(guān)的蛋白酶和溶酶體酶的合成、釋放，從而減輕Cx40和Cx43的降解和分布不均一。因而，心肌縫隙連接可能成為心血管藥物開發(fā)的新靶點。藥物(尤其是中藥)對心肌縫隙連接與對離子通道的作用相輔相成，將成為抗心律失常藥物開發(fā)的方向。藥物對心肌縫隙連接的蛋白結(jié)構(gòu)及電導(dǎo)性的調(diào)控可能成為21世紀(jì)研究心血管系統(tǒng)疾病的一個重要領(lǐng)域。

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作者簡介：范麗麗(1981—)，女，現(xiàn)為浙江中醫(yī)藥大學(xué)在讀研究生(郵編：310053)；龔一萍，工作于浙江中醫(yī)藥大學(xué)。

(本文編輯 郭懷印)