楊娜 孫華鑫 商魯翔 周賢惠

(新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟中心起搏電生理科 新疆心電生理與心臟重塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830054)

心房顫動(房顫)是臨床中最常見的心律失常,發(fā)病率和患病率呈逐年上升趨勢[1]。房顫嚴(yán)重影響患者的生命健康和生活質(zhì)量,已成為中國重要的公共衛(wèi)生健康問題。房顫的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣,包括電重塑、結(jié)構(gòu)重塑、自主神經(jīng)重塑等在內(nèi)的心房重塑是房顫發(fā)生發(fā)展的病理生理基礎(chǔ)[2]。近期研究表明免疫系統(tǒng)參與心房重塑的多個階段,協(xié)同促進(jìn)房顫進(jìn)展。有關(guān)免疫細(xì)胞固有電生理特性及其作用的認(rèn)知在不斷積累,由此提出“電免疫學(xué)”概念。免疫細(xì)胞通過離子通道和縫隙連接影響心肌細(xì)胞的電生理,當(dāng)心律失常發(fā)生時,免疫細(xì)胞與心肌細(xì)胞之間的電生理異常參與心律失常的病理生理過程。電免疫學(xué)為心律失常領(lǐng)域的免疫機(jī)制研究提供了概念框架,搭建了電生理學(xué)與免疫學(xué)之間的橋梁[3]?，F(xiàn)就房顫研究領(lǐng)域內(nèi)的電免疫學(xué)研究證據(jù)進(jìn)行綜述,以明確免疫細(xì)胞電生理特性、免疫細(xì)胞與心肌細(xì)胞互作、免疫系統(tǒng)異?；顒釉诜款澲械淖饔眉皺C(jī)制。

1 心臟原位免疫細(xì)胞的電生理特性

免疫是指機(jī)體抵御病原微生物侵襲及抵抗多種疾病的能力,包括免疫防御、免疫監(jiān)視和免疫穩(wěn)定。免疫反應(yīng)包括兩個階段:先天免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。前者是免疫反應(yīng)的第一階段,由髓系細(xì)胞(如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞)或淋巴樣細(xì)胞(自然殺傷細(xì)胞和先天淋巴樣細(xì)胞)的防御所介導(dǎo);后者是第二階段,由T和B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)。先天免疫細(xì)胞通過其表達(dá)的模式識別受體識別病原體相關(guān)分子模式,誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的分泌,隨后刺激抗原表位的產(chǎn)生和呈遞,激活獲得性免疫反應(yīng)。淋巴細(xì)胞受到病原體刺激后會產(chǎn)生抗原特異性反應(yīng),且部分會分化為長期記憶的T和B淋巴細(xì)胞[4]。

成年哺乳動物的心臟由心肌細(xì)胞和非心肌細(xì)胞組成。非心肌細(xì)胞包括成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等[5]。單細(xì)胞RNA測序結(jié)果表明成人非心肌細(xì)胞在心房、心室中分別占70%、50%,其中免疫細(xì)胞在成年心臟中占5%～20%[6]。心臟免疫細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和肥大細(xì)胞等,其中心臟巨噬細(xì)胞的數(shù)量最多,約占總細(xì)胞的4.7%,其次是單核細(xì)胞,約占4.3%[7]。

免疫細(xì)胞與心肌細(xì)胞類似,可通過表達(dá)各種通道蛋白調(diào)整其膜電位、細(xì)胞內(nèi)鈣活動和其他信號。免疫細(xì)胞可表達(dá)鉀通道、鈉通道、鈣通道、瞬時受體電位(transient receptor potential,TRP)通道、配體門控離子通道等。

在細(xì)胞生理學(xué)中,鉀通道的主要功能是控制膜電位,巨噬細(xì)胞中的鉀通道主要促進(jìn)負(fù)的膜電位,包括電壓門控鉀通道KV1.3和Ca2+激活的鉀通道KCa3.1。KV1.3參與設(shè)定靜息膜電位,與KV1.5形成異源四聚體,在免疫細(xì)胞中具有獨(dú)特的通道動力學(xué)。KCa3.1和鈣庫操縱性Ca2+內(nèi)流之間存在緊密耦合,KCa3.1經(jīng)Ca2+釋放所激活的Ca2+釋放激活Ca2+(Ca2+release-activated Ca2+,CRAC)通道促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣內(nèi)流,進(jìn)一步增強(qiáng)CRAC電流,延長鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和鈣庫再充盈[8]。Xu等[9]研究證明KCa3.1通道有可能通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表達(dá)促炎細(xì)胞因子[如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等],有助于M1/M2型巨噬細(xì)胞的極化。淋巴細(xì)胞也廣泛表達(dá)KV1.3和KCa3.1,靜息的幼稚T淋巴細(xì)胞主要表達(dá)KV1.3,激活后T淋巴細(xì)胞主要表達(dá)KCa3.1,并參與維持胞內(nèi)Ca2+信號。1型和2型輔助性T細(xì)胞主要表達(dá)KCa3.1,并依賴KCa3.1產(chǎn)生細(xì)胞因子,輔助性T細(xì)胞17則主要表達(dá)KV1.3,并調(diào)節(jié)白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-17的產(chǎn)生。因此,通過激活KV1.3和KCa3.1可維持Ca2+內(nèi)流所需的負(fù)的膜電位[10]。與T淋巴細(xì)胞相似,B淋巴細(xì)胞廣泛表達(dá)鉀通道KV1.3和KCa3.1來調(diào)節(jié)負(fù)的膜電位,并且KV1.3在IgD-CD27+類轉(zhuǎn)換記憶B淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞中表達(dá)較高,而KCa3.1是活化的幼稚和IgD+CD27+記憶B淋巴細(xì)胞中的主要鉀通道[11]。

在細(xì)胞生理學(xué)中,鈉通道可傳播動作電位和促進(jìn)質(zhì)膜去極化。其中電壓門控鈉通道(voltage-gated sodium channel,NaV)主導(dǎo)可興奮細(xì)胞中動作電位的產(chǎn)生、傳播。巨噬細(xì)胞可表達(dá)包含NaV1.1、NaV1.3～1.7、NaV1.9在內(nèi)的7種NaV,并且NaV(NaV1.1～1.4、NaV1.6和NaV1.7)的選擇性抑制劑可以抑制脂多糖誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞釋放一氧化氮,故NaV可在巨噬細(xì)胞的炎癥介質(zhì)釋放中發(fā)揮作用[12-13]。

Ca2+是細(xì)胞信號傳遞的關(guān)鍵第二信使,免疫細(xì)胞主要是通過CRAC通道調(diào)節(jié)Ca2+內(nèi)流,CRAC通道對Ca2+高度選擇,其可通過耗盡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+庫激活。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+庫耗盡將誘導(dǎo)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的基質(zhì)相互作用分子(stromal interaction molecule,STIM)1和STIM2發(fā)生構(gòu)象變化,招募CRAC并導(dǎo)致鈣池操縱Ca2+內(nèi)流。ORAI1是CRAC通道的編碼基因,在巨噬細(xì)胞中,ORAI1介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的基礎(chǔ)Ca2+內(nèi)流。在中性粒細(xì)胞中,G蛋白耦聯(lián)受體和酪氨酸激酶相關(guān)受體參與鈣內(nèi)流。在肥大細(xì)胞中,STIM1和ORAI1調(diào)節(jié)著細(xì)胞內(nèi)的鈣內(nèi)流[14]。TRP通道是位于細(xì)胞膜上的非選擇性陽離子通道。其中瞬時受體電位香草酸亞型1(transient receptor potential vanilloid 1,TRPV1)表達(dá)于巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞及T淋巴細(xì)胞中,其通過鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)增殖、凋亡、細(xì)胞因子分泌或T淋巴細(xì)胞活化[15]。在巨噬細(xì)胞中,TRPV1可引起Ca2+內(nèi)流,促進(jìn)Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ的磷酸化和核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2的核定位,從而抑制M1型巨噬細(xì)胞極化[16]。在脾樹突狀細(xì)胞中,辣椒素(TRPV1激動劑)處理以劑量依賴的方式激活TRPV1以增加細(xì)胞內(nèi)鈣水平,并促進(jìn)降鈣素基因相關(guān)肽的釋放,參與免疫動態(tài)平衡[17]。在T淋巴細(xì)胞中,TRPV1通過影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流,促進(jìn)T淋巴細(xì)胞激活或誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞死亡[18]。

配體門控離子通道中的P2X受體是一種非選擇性陽離子通道,由細(xì)胞外三磷酸腺苷激活,促進(jìn)Na+、Ca2+和其他陽離子的內(nèi)流[19]。P2X1受體介導(dǎo)T淋巴細(xì)胞靜息態(tài)的Ca2+內(nèi)流、三磷酸腺苷產(chǎn)生,并以自反饋的形式維持細(xì)胞代謝穩(wěn)態(tài)[20]。

由此可見,免疫細(xì)胞表達(dá)的離子通道可通過調(diào)節(jié)膜電位和離子變化來調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞驅(qū)動的炎癥反應(yīng)。研究[21]表明心肌細(xì)胞與免疫細(xì)胞擁有共同的離子通道,如ORAI1和STIM1等。在心肌細(xì)胞特異性敲除STIM1小鼠中易誘發(fā)出心律失常、心肌傳導(dǎo)速度下降和動作電位時程(action potential duration,APD)增加。據(jù)此,有理由推測心臟原位免疫細(xì)胞和心肌細(xì)胞的共表達(dá)分子決定了心臟整體電生理性質(zhì)的穩(wěn)定,并在心律失常發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。其他免疫細(xì)胞的離子通道功能對心臟電生理穩(wěn)態(tài)的作用暫未知,未來仍需要更多相關(guān)基礎(chǔ)研究來闡明。

2 細(xì)胞免疫在房顫電重塑、結(jié)構(gòu)重塑和自主神經(jīng)重塑機(jī)制中的作用

2.1 免疫細(xì)胞在房顫電重塑中的角色

房顫時,心房發(fā)生電重塑使心房有效不應(yīng)期增加從而適應(yīng)房顫,心肌電紊亂會加重心房組織結(jié)構(gòu)的損傷,降低心房的自我代償儲備功能。房顫導(dǎo)致電重構(gòu)的機(jī)制與離子通道功能改變有關(guān),尤其是INa-L減少,導(dǎo)致APD縮短、心房有效不應(yīng)期縮短。

免疫細(xì)胞可通過與心肌細(xì)胞接觸、互作的形式,直接改變心肌細(xì)胞的電生理特性。Hulsmans等[22]首次表明在小鼠和人類的房室結(jié)和竇房結(jié)中均存在常駐巨噬細(xì)胞,它們通過表達(dá)縫隙連接蛋白43(connexin 43,Cx43)維持電傳導(dǎo),在房室結(jié)中的Cx43調(diào)控小鼠房室結(jié)心肌細(xì)胞APD和靜息膜電位,巨噬細(xì)胞特異性Cx43敲除和巨噬細(xì)胞缺陷小鼠均出現(xiàn)自發(fā)性房室傳導(dǎo)阻滯。Simon-Chica等[23]研究證實(shí),心臟常駐巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的Cx43是電偶聯(lián)的先決條件,計算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)表明巨噬細(xì)胞可促進(jìn)靜息心肌細(xì)胞的去極化、縮短或延長APD,這些作用可被偶聯(lián)強(qiáng)度及個體巨噬細(xì)胞的電生理特性影響。目前心房常駐巨噬細(xì)胞的特征、分布和數(shù)量,對心房肌細(xì)胞的互作形式,及其在房顫觸發(fā)、維持中的作用和確切分子機(jī)制尚不清楚。

免疫細(xì)胞可通過分泌細(xì)胞因子調(diào)節(jié)離子通道功能和鈣穩(wěn)態(tài)。巨噬細(xì)胞分泌許多細(xì)胞因子,包括TNF-α、巨噬細(xì)胞移動抑制因子(macrophage migration inhibition factor,MIF)、IL-1β、IL-6等。Tai等[24]在兔模型中發(fā)現(xiàn)齊拉西酮可使心房肌細(xì)胞中的TNF-α表達(dá)上調(diào),誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)和線粒體活性氧產(chǎn)生,進(jìn)而激活鈣調(diào)激酶,導(dǎo)致INa-L增強(qiáng)和肌質(zhì)網(wǎng)的Ca2+泄漏增加,使細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載,促進(jìn)房顫發(fā)生。在房顫患者心房組織中MIF呈高表達(dá),MIF處理HL-1心房肌細(xì)胞后,細(xì)胞中的鈣瞬態(tài)、肌質(zhì)網(wǎng)鈣含量、Na+-Ca2+交換器流出率、鈣泄漏、瞬時外向鉀電流和超快速延遲整流鉀電流均增加,促進(jìn)心房異位搏動[25]。在脂多糖誘導(dǎo)的炎性房顫模型中,促炎巨噬細(xì)胞分泌IL-1β抑制心房心肌細(xì)胞震動蛋白的表達(dá)和ICa-L的α1C亞單位的轉(zhuǎn)錄,參與心房電重塑[26]。此外,IL-6水平升高會迅速降低心臟Cx43和Cx40的表達(dá),從而誘導(dǎo)心房電重塑[27]。

2.2 免疫細(xì)胞在房顫結(jié)構(gòu)重塑中的角色

房顫心房結(jié)構(gòu)重塑中最突出的特征是纖維化,纖維化后心房傳導(dǎo)速度降低并誘導(dǎo)心房異質(zhì)性。巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞產(chǎn)生半乳糖凝集素3與轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)相互作用,激活下游的TGF-β1/Smad途徑,促進(jìn)心房纖維化[28]。中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞中表達(dá)的趨化因子C-X-C基序配體-1,通過結(jié)合膜受體趨化因子受體-2增加促炎細(xì)胞因子,從而導(dǎo)致心房纖維化。Zhang等[29]發(fā)現(xiàn)房顫患者的循環(huán)血液中趨化因子C-X-C基序配體-1水平更高,在動物房顫模型中趨化因子受體-2表達(dá)上調(diào),與房顫誘發(fā)率、心房直徑、纖維化、巨噬細(xì)胞浸潤呈正相關(guān),敲除趨化因子受體-2基因后可緩解這些改變。肥大細(xì)胞可通過分泌TNF-α和IL-1β誘導(dǎo)炎癥和產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶9來促進(jìn)纖維化重塑[30]。由上可知,免疫細(xì)胞可通過釋放細(xì)胞因子參與心房組織的纖維化過程。

2.3 免疫細(xì)胞在房顫自主神經(jīng)重塑中的角色

房顫自主神經(jīng)重塑主要表現(xiàn)為交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的過度支配和神經(jīng)芽生。迷走神經(jīng)主要是通過作用于繼發(fā)于毒蕈堿受體激活的離子通道功能,乙酰膽堿影響G蛋白調(diào)節(jié)的內(nèi)向整流鉀通道影響心房復(fù)極化,激活G蛋白調(diào)節(jié)的內(nèi)向整流鉀通道和抑制ICa-L參與房顫的發(fā)生發(fā)展過程。交感神經(jīng)激活主要是通過刺激β1腎上腺素受體(β1受體)、β2腎上腺素受體(β2受體)等激活引發(fā)ICa-L、肌質(zhì)網(wǎng)鈣釋放通道Ryanodine受體,增加鈣內(nèi)流、鈣再攝取,最終誘發(fā)房顫[31]。

免疫細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎性浸潤可促進(jìn)以交感神經(jīng)芽生為主的交感過度支配。Lyu等[32]發(fā)現(xiàn)兒茶酚胺誘導(dǎo)的炎癥環(huán)境可促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放神經(jīng)生長因子,通過巨噬細(xì)胞上的β1受體調(diào)節(jié)心臟交感神經(jīng)重塑。激活NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3炎癥小體后,成熟的IL-1β可調(diào)節(jié)合成神經(jīng)生長因子,進(jìn)而促進(jìn)心臟交感神經(jīng)支配[33]。Yang等[34]研究表明在實(shí)驗(yàn)兔中給予神經(jīng)生長因子和去甲腎上腺素處理,房顫發(fā)生率明顯升高,伴左心房ICa-L增加,瞬時外向鉀通道電流減少。

2.4 自身免疫抗體在房顫中的作用及可能機(jī)制

B淋巴細(xì)胞通過分泌抗體在體液免疫中發(fā)揮作用,當(dāng)機(jī)體免疫系統(tǒng)功能失調(diào)時,就會產(chǎn)生病理性自身抗體,心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)激活性自身抗體被證明可能參與房顫的發(fā)展[35]。M2毒蕈堿膽堿能受體(M2-muscarinic acetylcholine receptor,M2R)可介導(dǎo)心臟的副交感神經(jīng)信號,β1/2受體激活后可介導(dǎo)心臟交感神經(jīng)反應(yīng)。房顫患者血清M2毒蕈堿受體自身抗體(M2-muscarinic receptor autoantibody,M2R-AAbs)濃度升高,且與左心耳TGF-β1和結(jié)締組織生長因子表達(dá)呈正相關(guān)[36]。Deng等[37]建立兔M2R-AAbs過表達(dá)模型證實(shí),M2R-AAbs可增加房顫易感性。Shang等[38]建立兔β1受體自身抗體(β1-adrenergic receptor autoantibody,β1-AAbs)過表達(dá)模型,發(fā)現(xiàn)高滴度β1-AAbs誘導(dǎo)心房電生理改變和促進(jìn)心房纖維化,其潛在機(jī)制與TGF-β/Smad3信號通路激活有關(guān)。近期,Sun等[39]的研究表明β1-AAbs會加重心房纖維化,延長鈣瞬變不應(yīng)期,促進(jìn)致心律失常的房性交替和空間不協(xié)調(diào)交替。綜上所述,自主神經(jīng)受體自身抗體可在房顫電重塑和結(jié)構(gòu)重塑中起關(guān)鍵作用。

3 免疫治療在房顫中的應(yīng)用

目前房顫的治療以抗凝、改善癥狀和控制危險因素為目的,主要通過控制心室率或節(jié)律改善癥狀,治療方案包括以調(diào)控離子通道為主的藥物治療和介入治療,盡管取得了不俗的成績,但這些治療手段仍未能徹底解決房顫治療問題,主要原因是對房顫機(jī)制認(rèn)識仍有不足[40]。免疫系統(tǒng)在房顫的病理生理過程中發(fā)揮作用,因此,靶向免疫調(diào)控的治療策略有望成為房顫治療的潛在方向。

3.1 抗炎治療在房顫中的應(yīng)用

目前,多種具有抗炎特性的藥物包括皮質(zhì)類固醇、秋水仙堿等已展現(xiàn)出抗心律失常的治療潛力。在臨床研究領(lǐng)域,一項(xiàng)meta分析[41]結(jié)果表明秋水仙堿可顯著降低術(shù)后房顫發(fā)生率(RR= 0.62,95%CI0.52～0.74),其療效隨治療時間的延長而略有提高,無明顯不良反應(yīng)。另一項(xiàng)雙盲、隨機(jī)、安慰劑對照臨床試驗(yàn)[42]中,治療組在手術(shù)前24 h以及術(shù)后第2、3、4、5天分別接受1 mg秋水仙堿治療,結(jié)果顯示治療組與對照組在術(shù)后7 d內(nèi)房顫發(fā)生頻率無統(tǒng)計學(xué)意義(OR=0.53,95%CI0.21～1.35),可能是由于研究樣本量不足導(dǎo)致無統(tǒng)計學(xué)差異。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,皮質(zhì)類固醇可通過抑制促炎因子釋放而限制免疫級聯(lián)反應(yīng)的激活。Zhang等[43]在房性心動過速犬模型中證實(shí)潑尼松可防止四氫生物蝶呤的下調(diào)和內(nèi)皮型一氧化氮合酶解耦,從而抑制心房纖維化。秋水仙堿可通過靶向微管蛋白,抑制微管聚合,從而穩(wěn)定細(xì)胞骨架,發(fā)揮抗炎作用。Yue等[44]在大鼠房顫模型中證實(shí)秋水仙堿干預(yù)可縮短房顫持續(xù)時間、減輕左心房纖維化程度,顯著下調(diào)TGF-β、激活素A、膠原蛋白Ⅰ和膠原蛋白Ⅲ的分泌。由于研究設(shè)計、樣本量大小和人群差異等因素制約,有關(guān)秋水仙堿治療房顫有效性和可行性仍需更多高質(zhì)量的研究證據(jù)的支撐。

3.2 中和抗體在房顫治療中的應(yīng)用

Li等[45]發(fā)現(xiàn)靶向β1-AAbs反向肽逆轉(zhuǎn)并延長心房有效不應(yīng)期,有效阻斷β1-AAbs誘導(dǎo)的房顫。Dong等[46]研究表明環(huán)肽RD808可中和β1受體,減少β1受體誘導(dǎo)心肌壞死和細(xì)胞凋亡,從而改善心功能。靶向β1-AAbs可能是房顫治療的一個新方向。目前針對免疫在房顫治療的研究仍較少,精準(zhǔn)免疫治療防治房顫的臨床可行性和有效性仍然需要更多隨機(jī)對照試驗(yàn)以評估和確定。

4 總結(jié)

心臟原位免疫細(xì)胞存在其特有的電生理特性,心房原位免疫細(xì)胞可通過與心肌細(xì)胞直接互作,或?qū)π募〖?xì)胞間接調(diào)控的形式參與心房重構(gòu),促進(jìn)房顫進(jìn)展。心肌細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的電生理特性是電免疫學(xué)領(lǐng)域研究的生物學(xué)基礎(chǔ),但目前仍未有直接證據(jù)支持免疫細(xì)胞的電生理特性改變在房顫中的作用,需進(jìn)一步的基礎(chǔ)研究探索。深入了解免疫系統(tǒng)在心房重塑中的作用和機(jī)制及靶向免疫系統(tǒng)治療方法,可為靶向免疫系統(tǒng)防治房顫提供更多方向。