鄭安財， 李菊香

(南昌大學第二附屬醫(yī)院心內科， 江西 南昌 330006)

線粒體ROS與心房顫動*

鄭安財， 李菊香△

(南昌大學第二附屬醫(yī)院心內科， 江西 南昌 330006)

心房顫動(atrial fibrillation，AF)是臨床上最為常見的快速性心律失常之一。在過去的幾十年中，AF的患病率隨年齡的增長而穩(wěn)步增加。AF可以引起心房內血栓、腦栓塞等嚴重并發(fā)癥，是患者死亡的重要原因。最近有報道稱，線粒體氧化應激參與AF的心電重構過程和氧化還原反應的調控[1]。本文將探討線粒體氧化應激的形成及其通過活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)影響重要的離子通道、促進心房電生理與結構重構，從而最終導致房顫發(fā)生的機制。

1線粒體與ROS

2ROS與心房顫動

近年來，在AF的基礎及臨床研究中發(fā)現(xiàn)，AF可引起心房動作電位(action potential duration，APD)、有效不應期(effective refractory period，ERP)、有效不應期頻率適應性(effective refractory period-rate adaptation，ERP-RA)和心房傳導速度的變化，即心房電重構，后者反過來又促進AF的發(fā)作和維持。線粒體氧化應激可促進AF時的心房重構，但其分子機制目前尚未明確。正常情況下，線粒體產生的ATP被細胞膜、內質網(wǎng)離子通道及轉運蛋白所利用，以保證心肌細胞電活動所必需的能量。線粒體功能障礙則減少心肌細胞離子通道和轉運體的能量供應，從而導致心律紊亂。最新研究表明，過多的線粒體ROS可通過胱氨酸轉錄后的氧化還原修飾(如蛋白質谷胱甘肽化)或酪氨酸殘基的硝化反應，直接影響各種離子通道和轉運蛋白，減弱心肌興奮性[10]，從而導致心房APD延長，引起早期后除極(early afterdepolarizations，EADs)和延遲后除極(delayed afterdepolarizations，DADs)，三者共同促進異位活動及折返心律的形成，而異位活動及折返已被確切地認為是AF的主要電生理機制。

3ROS調節(jié)離子通道及轉運蛋白

已證明對氧化還原敏感的Na+、Ca2+及K+離子調控蛋白能夠影響心肌興奮-收縮耦聯(lián)的過程，因此，調控蛋白的異常可影響心臟功能并導致心律失常，特別是AF。在心肌細胞的動作電位形成中，電壓門控Na+通道引起膜去極化，激活L型Ca2+通道(L-type calcium channel，LTCCs)產生跨膜Ca2+內流(ICa，L)，ICa，L通過觸發(fā)心臟肌漿網(wǎng)Ca2+釋放通道蘭尼堿受體2(ryanodine receptor 2，RyR2)，使肌漿網(wǎng)(sarcoplasmic reticulum，SR)儲存的大量Ca2+釋放，成為Ca2+誘導的Ca2+釋放。Ca2+與肌鈣蛋白C結合，導致肌球蛋白ATP酶激活，形成收縮。當Ca2+通過Na+-Ca2+交換和細胞膜Ca2+-ATP酶自細胞內向外轉運以及肌漿/內質網(wǎng)Ca2+-ATP酶2a(sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase 2a，SERCA2a)再次儲存于肌漿網(wǎng)后，心房肌細胞舒張。這些離子調控蛋白主要受磷酸化作用的調節(jié)，因此，氧化還原敏感性蛋白激酶，如鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶II(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II，CaMKII)、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)等的激活將極大地影響心肌細胞內的離子平衡和功能。

3.1ROS與Ca2+調控 Ca2+調控異常是心房電重構的主要表現(xiàn)之一。胞內Ca2+水平的變化有助于AF的誘發(fā)和維持，且是AF從陣發(fā)性轉為持續(xù)性的必不可少的機制[11]。細胞內Ca2+濃度受到各種Ca2+調控蛋白的調節(jié)，包括L型Ca2+通道、肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶、肌漿網(wǎng)Ca2+釋放通道、Na+-Ca2+交換體(Na+/Ca2+exchanger，NCX)和多種信號分子如CaMKII、PKC和PKA。這些Ca2+調控蛋白的蛋氨酸殘基及硫醇易受ROS或還原劑的直接調節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，應用H2O2或增加線粒體ROS能增大ICa，L，溶血卵磷脂(lysophosphatidylcholine，LPC)誘導增加的線粒體ROS能氧化低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)，氧化的LDL能提高ICa，L[12]。CaMKII也能被ROS激活，激活的CaMKII能磷酸化Cav1.2通道亞基，并增加其開放幾率，從而增大ICa，L。最近研究報道，胞質內NADH/NAD+氧化還原反應對在調節(jié)NCX活性中扮演重要角色，鈉鈣交換電流(so-dium-calcium exchange current，INCX)可被NADH抑制，而且這種抑制狀態(tài)可被過氧化氫酶解除[13]。ROS亦能激活反向型NCX，增加Ca2+內流，產生短暫INCX，導致復極4期膜去極化，即DADs；此外，大量ROS造成的線粒體ATP合成障礙，使SERCA2a活性下降，從而導致SR的Ca2+儲存減少[14]。RyR2功能紊亂引起的舒張期肌漿網(wǎng)Ca2+滲漏是導致AF時鈣調控紊亂的一個重要因素。在小鼠的AF模型以及持續(xù)性AF患者中，RyR2的開放幾率顯著增加，過量的ROS增加RyR2通道的開放幾率，從而增加Ca2+從SR上滲漏，形成鈣火花[15]。Shan等[16]發(fā)現(xiàn)RyR2被氧化后，能夠增強PKA介導的穩(wěn)鈣蛋白FKBP12.6從RyR2復合體上解離，使RyR2結構不穩(wěn)定，促進Ca2+滲漏。ROS激活的CaMKII也能磷酸化RyR2的Ser2814位點，增加SR的Ca2+滲漏，促進胞質Ca2+超載及DADs[17]。另外，Ca2+過載不僅造成線粒體ATP合成障礙，還能影響線粒體膜電位，促進線粒體內NO和ROS產生，進一步誘導ROS的堆積[18]。因此，在ROS誘導Ca2+過載和Ca2+過載誘導ROS堆積間，將形成一個惡性循環(huán)。這個正反饋回路將壓倒體內對ROS和Ca2+的清除能力，造成細胞損傷和折返電位，促進房顫的發(fā)生。總之，胞內過量ROS對Ca2+調控蛋白的影響將使細胞內Ca2+過載及SR的Ca2+儲存減少，導致DADs和收縮功能障礙，促進AF的發(fā)生。

3.3ROS與Na+調控 ROS已被證實可通過多種途徑調節(jié)Na+通道功能。轉錄水平上，ROS通過影響mRNA的轉錄，減少電壓門控鈉離子通道Nav1.5的表達；蛋白水平上，Nav1.5通道的甲硫氨酸殘基具有氧化敏感性，被ROS氧化后，將顯著減緩Nav1.5的失活，增強晚鈉電流，最終導致傳導阻滯，誘發(fā)折返性心律失常[21]。線粒體ROS增加一方面可在不改變細胞膜Nav1.5通道表達的前提下，通過調節(jié)Nav1.5通道的傳導性，降低峰鈉電流，導致傳導阻滯[22]；另一方面可激活PKC，后者可能通過影響Nav1.5通道的磷酸化，降低峰鈉電流[23]。ROS也可通過氧化激活CaMKII增強晚鈉電流，從而導致APD延遲，誘發(fā)EADs[24]。

4針對線粒體的抗氧化治療防治心房顫動

5小結和展望

線粒體ROS在房顫的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要的作用，當機體處于病理狀態(tài)時，線粒體功能受損導致ROS大量產生，進而通過氧化還原反應激活信號分子，改變心肌細胞內多種離子通道和轉運蛋白功能，通過多種機制促進AF的發(fā)生發(fā)展。因此，對線粒體ROS及功能進行深入研究以創(chuàng)制出線粒體靶向抗氧化劑，可從源頭上減少ROS的產生，保護線粒體功能，從而減輕線粒體活性氧對心血管的損傷，將使更多的房顫患者獲益。盡管到目前為止，抗氧化治療的效果不理想，但針對線粒體的抗氧化治療仍是預防和治療AF的一個合理方向。對線粒體ROS進行深入研究并開展大量臨床實驗，將會為AF的防治提供新的思路和途徑。

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(責任編輯：林白霜， 余小慧)

Mitochondrialreactiveoxygenspeciesandatrialfibrillation

ZHENG An-cai, LI Ju-xiang

(DepartmentofCardiology,TheSecondAffiliatedHospital,NanchangUniversity,Nanchang330006,China.E-mail:ljx912@126.com)

Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia in clinical practice. Mitochondrial oxidative stress is supposed to contribute to development, progression and self-perpetuation of AF. Reactive oxygen species (ROS) is the major molecule mediating mitochondrial oxidative stress damage. ROS can alter the redox status of various molecular targets, which quite specifically leads to functional alterations of ion channel activity or activation of a variety of redox sensitive signal transduction pathways. Eventually, it leads to atrial electrical remodeling and promotes the development of AF. Therefore, mitochondrial oxidative stress pathways may be a new target for the therapy of atrial fibrillation.

線粒體； 活性氧簇； 離子通道； 心房顫動

Mitochondrial; Reactive oxygen species; Ion channel; Atrial fibrillation

R541; R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.10.031

1000- 4718(2017)10- 1917- 04

2017- 05- 04

2017- 07- 18

江西省自然科學基金重大項目(No. 20152ACB20025);江西省贛鄱555人才計劃項目

△通訊作者 Tel： 0791-88060095; E-mail: ljx912@126.com

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