邱久純,劉 彤,李廣平

(天津市心血管病離子與分子機能重點實驗室，天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院心臟科，天津心臟病學研究所,天津300211)

糖尿病NADPH氧化酶相關的氧化應激與房顫

邱久純,劉 彤*,李廣平*

(天津市心血管病離子與分子機能重點實驗室，天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院心臟科，天津心臟病學研究所,天津300211)

心房顫動 (房顫)是我們目前臨床工作中一種非常常見的心律失常，人群的發(fā)病率相對較高，約為1%-2%[1]。房顫狀態(tài)下心房組織的氧化應激增強，促進心房組織發(fā)生結構性重構和電學重構，繼而對房顫的產(chǎn)生和持續(xù)起著一定作用[2]。糖尿病是房顫發(fā)生的獨立性危險因素之一，薈萃分析顯示，糖尿病患者并發(fā)房顫的幾率升高約34%[3]。然而，糖尿病引起房顫發(fā)生的具體機制至今仍然不是十分清楚，糖尿病時機體會產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)，ROS參與了許多病理生理過程[4]，可能是兩者之間的關鍵環(huán)節(jié)。

1 氧化應激概述

氧化應激是指機體組織的促氧化劑與抗氧化劑的平衡打破，主要表現(xiàn)為過多的ROS生成，促氧化劑占了主導的作用，出現(xiàn)失衡狀態(tài)。過多的ROS產(chǎn)生毒性，可以直接引起機體心肌細胞DNA的異常表達、損傷、凋亡，以及心肌組織肥厚纖維化。心血管組織中ROS的主要來源為血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞以及心肌細胞內(nèi)的煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)氧化酶[5]，此外，失偶聯(lián)的一氧化氮合成酶(eNOS)、線粒體、黃嘌呤氧化酶等也在組織ROS的產(chǎn)生中發(fā)揮一定作用。

2 房顫與氧化應激

2.1 房顫狀態(tài)下氧化應激產(chǎn)物明顯增加

有研究顯示，氧化應激在房顫的產(chǎn)生和持續(xù)過程中發(fā)揮著比較重要的作用。Neuman等[6]研究表明房顫和氧化應激標志物水平之間有顯著的相關性，氧化型谷胱甘肽和還原型谷胱甘肽的比率、氧化型半胱氨酸和還原型半胱氨酸的比率顯著增加。一些研究證實房顫患者心肌組織中的ROS水平顯著增加，具體表現(xiàn)為H2O2和過氧化物增加，與房顫的發(fā)生和發(fā)展密切相關[2,7-9]。

2.2 房顫時NADPH氧化酶(NOX)途徑的氧化應激

Kim等[2]證明，NOX是心房肌細胞內(nèi)ROS的主要生產(chǎn)者，房顫患者的右心耳細胞和組織勻漿中NOX活性出現(xiàn)功能性上調(diào)。Dudley 等[10]研究證實，在心房高速起搏成功誘發(fā)房顫后1周，測量豬左心房或左心耳組織的氧化應激相關指標，與對照組相比，持續(xù)性房顫豬的心房肌組織內(nèi)氧化應激產(chǎn)物濃度顯著上升，并且是依賴NOX的活化程度。有研究發(fā)現(xiàn)[11]，和慢性房顫相比，陣發(fā)性和持續(xù)性房顫患者的心房肌組織內(nèi)NOX的同工酶--NOX2活性明顯上調(diào)，說明NOX2是房顫的觸發(fā)因素之一。Kim等[8]進一步研究評估了NOX是否在房顫的產(chǎn)生機理中起關鍵作用。他們發(fā)現(xiàn)，在170例接受冠狀動脈搭橋手術的患者中，同保持竇性心律的患者相比，房顫患者右心耳組織中NOX來源的ROS明顯增加。有研究顯示[9]，同對照組相比，房顫患者左心耳細胞的NOX4過度表達，并伴隨H2O2產(chǎn)物的增加，活化NOX產(chǎn)生的ROS能夠促進房顫患者的心房發(fā)生結構性重構和電學重構。

3 房顫時氧化應激引起心房結構重構的機制

3.1 NF-κB信號傳導通路在心房結構重構中的作用

糖尿病時，過多的ROS能進一步修飾糖和蛋白質(zhì)，使二者結合，產(chǎn)生晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)。AGEs和細胞膜上的受體的結合會使NF-κB激活[12]。在糖尿病的環(huán)境下，升高的的血糖水平和低密度脂蛋白/極低密度脂蛋白比值(LDL/VLDL)也能刺激心肌細胞NF-κB激活[13]。在糖尿病動物的心肌組織內(nèi)，生長因子(TGF-β、血管緊張素Ⅱ)和血管肽的釋放也使NF-κB激活[14]。

作為轉(zhuǎn)錄因子，激活的NF-κB會進入到細胞核并直接調(diào)控其目標基因的表達，包括TGF-β1。這些基因的表達造成持久的炎癥，引起細胞外基質(zhì)的積累和纖連蛋白過多生產(chǎn)，引起纖維化。我們近期研究顯示[15]，與對照組相比，糖尿病家兔的心房組織NF-κB P65和TGF-β1蛋白表達明顯的增加，心房間質(zhì)出現(xiàn)明顯纖維化，且房顫誘發(fā)率明顯增加。

3.2 MAPK信號傳導通路在心房結構重構時的作用

有研究報道，在鏈脲霉素誘發(fā)的糖尿病豬的模型中，糖尿病增加了冠狀動脈細胞NOX的活性、氧化應激和炎癥反應。AGEs激活絲裂原蛋白激酶(MAPK)信號傳導通路，誘導ERK1/2、JNK進行磷酸化形式的表達，并通過氧化還原方式在冠狀動脈中膜外膜增加一些炎癥基因的表達[16]。在灌注的糖尿病大鼠心臟，p38-MAPK和JNK被氧化應激(H2O2)激活[17]。在糖尿病狀態(tài)下ERK被激活的可能機制為：當高糖或糖尿病時，某些組織中進行糖酵解的產(chǎn)物磷酸二羥丙酮濃度增加，繼而被轉(zhuǎn)變成DAG和磷酸甘油，DAG水平緩慢增加，激活了PKC。在平滑肌細胞內(nèi)DAG能夠使PKCδ和PKC β等傳統(tǒng)的亞型激活，PKC βII則被當做是高糖誘導的Raf/MEK/ERK信號傳導通路活化的關鍵媒介[18]。研究認為[19]，過多的ROS產(chǎn)物在心肌組織肥厚的過程中發(fā)揮了第二信使的作用，ROS能夠激活細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)，繼而進一步激活ASK1下游的MAPK信號傳導通路(包括p38、MAPK和JNK)，使心肌的肥厚相關基因表達升高。

3.3 TGF-β在心房結構重構時的作用

在2型糖尿病動物模型中，TGF-β能夠誘導結締組織生長因子(CTGF)的產(chǎn)生，CTGF繼而促進血管生成和細胞周圍基質(zhì)(ECM)的產(chǎn)生[20]；還增加纖維連接蛋白、蛋白多糖和膠原等細胞周圍基質(zhì)蛋白的生成；下調(diào)蛋白酶活性或表達，如膠原酶(MMPs)和纖維蛋白溶酶原激活劑，降低基質(zhì)蛋白的降解；增加纖溶酶原激活物抑制物-1和組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)的合成，促進心肌間質(zhì)纖維化的進展。

4 房顫時氧化應激引起心房電重構的機制

房顫的電重構與細胞內(nèi)鈣超載有關[21]，氧化應激介導的線粒體DNA損傷可以通過調(diào)節(jié)鈣調(diào)控蛋白或通道，導致心肌細胞內(nèi)的鈣離子濃度升高，出現(xiàn)超載，繼而引起心房組織的電重構。Berecewicz 和 Horackova[22]在大鼠和豚鼠的心室肌細胞的研究中證實了ROS的致心律失常作用。這些研究顯示H2O2能延長心肌細胞動作電位時程(APD)，并能通過早后電位(EAD)和晚后電位(DAD)機制誘發(fā)觸發(fā)活動。H2O2介導的EAD形成的離子機制是在單細胞上進行研究的，發(fā)現(xiàn)H2O2增加晚鈉電流的量級(late INa)[23]，激活L型鈣通道及Na+/Ca2+交換并顯著地降低肌漿網(wǎng)(SR)對鈣的攝取，增加肌漿網(wǎng)的Ca2+釋放通道(RyR)開放頻率[24]。結合單細胞微電極記錄和高分辨率光學標測，已經(jīng)在整體心臟上證實，EAD介導的觸發(fā)活動是房顫的一個誘因[25]。

5 抗氧化在房顫治療中的作用

5.1 維生素C

Mihm等[26]發(fā)現(xiàn)在快速起搏犬心房的模型中，在起搏24-48小時，與對照組相比，使用維生素C進行抗氧化能夠使縮短的有效不應期適當延長，說明氧化應激反應可能參與了早期的心房電學重構，和房顫的產(chǎn)生及維持相關聯(lián)。研究顯示維生素C和N-乙酰半胱氨酸(NAC)具有一定的抗氧化應激作用，能夠預防心臟外科手術后發(fā)生房顫，與其抗炎抗氧化作用有關[27]。

可以通過抗氧化劑干預試驗來研究氧化應激是否和持續(xù)性AF有關：給予動物清除氧自由基的抗氧化劑抗壞血酸，單獨或結合維他命E[28]。兩個研究的結果不同，Carnes等[29]顯示抗氧化治療減少了心房起搏引起的ERP縮短，而Shiroshita-Takeshita等[28]發(fā)現(xiàn)無論單獨應用抗壞血酸還是結合維生素E在減少心房興奮性或房顫易感性方面都沒有效果。主要原因可能為，抗壞血酸口服時是一種弱抗氧化劑，但用于靜脈注射時是一個強的抗氧化劑。在幾乎所有給予的抗壞血酸的實驗中都是口服的，這與以前報告的抗壞血酸預防AF作用的不確定性是相一致的。

5.2 夾竹桃麻素

夾竹桃麻素是一種植物來源的提取物，作用是阻礙p47phox亞基與膜復合體的組裝，是NOX的可逆抑制劑[30]。夾竹桃麻素一旦抑制NOX的活性，就可以在上游抑制ROS的生成。

夾竹桃麻素可以降低心房肌細胞快速電刺激后產(chǎn)生的ROS，降低心房肌細胞介導的心房纖維母細胞TGF-β1和結締組織生長因子的表達[31]。有研究顯示[32]，在快速心房起搏的家兔模型中，夾竹桃麻素能夠減低心房發(fā)生電重構的進展，降低房顫的誘發(fā)率和持續(xù)時間。有研究證實在心肌梗死后心力衰竭的兔模型中夾竹桃麻素能夠改善心室肥大和纖維化[33]。有研究認為夾竹桃麻素可能用于房顫的預防和治療[34]。Parket等[35]研究發(fā)現(xiàn)，注入醛固酮后會使NADPH氧化酶活性增加，心臟肥大和心臟血管周圍的纖維化，而這些反應能被夾竹桃麻素減低。

5.3 其他抗氧化劑

曲美他嗪、普羅布考和他汀類藥物都具有抗氧化應激的特性，可以深入研究它們在房顫治療中的價值。

6 總結

事實上，高活性的活性氧分子和相鄰的蛋白質(zhì)/脂質(zhì)之間的反應是如此迅速，以至于直接的ROS靶向療法(如維生素C和E)令人失望。因此，下游抑制ROS可能是無用的。因而，在ROS產(chǎn)生之前的上游抗氧化治療可能是更有效[34]。因此通過抑制NOX等酶的活性，在上游抑制ROS的生成可能是預防糖尿病時房顫產(chǎn)生的新方法。

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國家自然科學基金項目資助(81270245,81570298)

1007-4287(2017)04-0742-04

2016-08-15)

*通訊作者