氧应激状态与心房kv1.5通道表达及功能改变在心房颤动发生机制中的作用
目的
心房颤动(房颤)是临床上最常见的慢性心律失常，是影响人口死亡率的独立因素。但临床上始终未发现解决房颤的根本方法，最大的阻碍就是房颤的发生机制始终不明确。
自从1995年Wijffels等提出心房重构的概念以来，对其机制进行了大量的动物实验和临床研究，形成比较一致的观点：心房重构是心房颤动发生和持续的分子基础，其核心内容为心肌细胞动作电位时程和绝对不应期缩短，不同因素对重构的影响决定了房颤发生的复杂性。近年研究发现kvl．5通道在人类心房明显表达，而心室没有表达或很少表达且无生理功能，是构成心房肌细胞复极化的主要成分之一，是心房肌细胞超速延迟整流性钾电流(Ikur)的分子基础，对心房的复极以及动作电位时程(APD)起重要作用。
多项研究发现，房颤时心房肌存在不同程度的能量代谢失衡导致氧应激损伤。体外细胞培养实验证实氧自由基可以直接影ⅡNkvl．5通道的电生理特性，在动作电位复极相增大kvl．5通道的电流幅度，促进通道闸门的快速开放，进而导致APD明显缩短。人类房颤心肌细胞中氧自由基对kvl．5通道影响的机制如何，尚无文献报道。
尽管现有的研究结果尚不能够做出肯定的结论，但是心房肌组织的氧应激问题将会是研究和治疗房颤的新靶点。本课题以人类房颤心房肌细胞为研究对象，同时检测kVl．5通道和氧化还原酶在心房肌细胞的表达情况，以及氧自由基对kvl．5通道的影响等，探讨氧应激及其kvl．5通道的影响在心房重构中的内在作用。
材料和方法
一、研究对象
本实验标本取自风湿性心脏病接受心脏瓣膜置换手术患者的右心耳组织，根据患者基本心律将标本分为心房颤动组和窦性心律组。
二、研究方法
1、RT-PCR研究kvl．5通道和氧化还原酶在心房肌细胞的表达情况
采用Trizol法提取心肌组织标本的总RNA，二步法RT-PCR试剂盒首先逆转录合成cDNA，再进行kvl．5通道、含黄素单加氧酶一1(flavin containing monooxygenase．1，FMO一1)、单胺氧化酶-B(monoamine oxidase B，MAO—B)、谷胱甘肽过氧化物酶一1(glutathione peroxidase-1，GPX一1)和血红素加氧酶一2(heine oxygenase一2，HO一2)的扩增。扩增产物在1．5％琼脂糖上电泳，以GAPDH作为内参照，图像扫描仪测定电泳条带的光密度值，计算目的基因的相对表达量。
2、Western Blot检测kvl．5通道蛋白的表达
提取右心耳组织总蛋白，采用考马斯亮蓝法测定蛋白浓度。电泳、转膜、封闭、加用kvl．5和GAPDH一抗、二抗、ECL发光显色、扫描计算kvl．5的相对表达量。
3、膜片钳技术研究氧自由基对kvl．5通道的影响
(1)人心房肌细胞的分离
体外循环插管前取右心房组织O．5cm3，将组织块用预先充氧的无钙液反复冲洗后，洗去血液和Ca2+后，组织块放入含150U／mlV型胶原酶、12．5U／mlXXIV型蛋白酶和lmg／ml牛血清白蛋白的无Ca2+台式液(100％02，36il℃)5mL中消化30分钟，再用无蛋白酶的上述新鲜液体5mL消化大约10分钟。当镜下细胞明显增多时，采用两步离心法(800转，4分钟)终止消化。离心后的细胞悬液用190目(岬)尼龙网滤掉碎片，留置细胞悬液，无钙液5倍稀释，逐步复钙至0．6mmol／L，备用。
(2)膜片钳全细胞记录技术
分别记录SR组、AF组、4一氨基吡啶(4．AP)+AF组、过氧化氢(H202)“．AP+AF组的Ikur电流密度(pA／pF)和动作电位时程(APD)各15个细胞(n=15)。
使用膜片钳放大器(Axopatch 200B)、数模转换装置(Digidata 1200)、Pclamp 5．5．1软件采集数据，所得的数据采用Clampfit及ORIGIN(6．0)分析及绘图。所测电流用膜电容标化后以电流密度(pA／pF)表示，绘制电流电压(I／V)曲线，记录动作电位。
4、统计学分析
所有数据均以均值士标准差(i±s)表示，应用SPSSl3．0软件采用配对t检验进行统计学处理，P<0．05为有统计学差异。
结果
1、心房颤动时心房肌kvl．5通道及细胞氧化还原酶的基因表达水平
应用凝胶图像扫描定量分析系统获取GAPDH和目的基因扩增产物的含量发现，与窦性心律组比较，窦性心律组kvl．5／GAPDH比值为O．91+0．17，AF组比值为0．63+0．11，较SR组明显减低，P<0．05，有统计学差异。慢性房颤组FMO一1或MAO—B／GAPDH比值增高；GPX一1或HO一2／GAPDH比值减低，P<0．05，有统计学差异。
2、心房肌细胞kvl．5通道蛋白表达的水平
应用图像灰度定量分析GAPDH和kvl．5蛋白的表达量，结果发现，窦性心律组kvl．5／GAPDH比值为1．31+0．19，AF组比值为0．52士0．17，较SR组明显减低，P<0．05，有统计学差异。
3、氧自由基对kvl．5通道的影响
Ikur的IⅣ关系指令电压为+10～+50 mV时，AF组Ikur密度较SR组明显降低，4一AP十AF组较AF组明显降低，H202十4一AP+Af组较4-AP+AF组明显升高。其中，在+50mV时，电流密度由SR的(8．91土1．86)pA／pF降为AF组的(4．124-1．37)pA／PF，P<0．01；4．AP+AF组的电流密度(2．754-0．84)pA／pF较AF组(4．124．1．37)pA／pF明显降低，P<0．01；H202+4一AP+AF组的电流密度(3．864-1．18)pA／pF较4一AP+AF组(4．124．1．37)pA／pF明显升高，P<0．01。AF组的APD(310土21ms)较SR组的APD(4254．17ms)明显缩短，4．AP+AF组的APD(387+19ms)较AF组(310士21ms)明显延长，P<0．01；H202+4．AP+AF组的APD(297+22ms)较4．AP+AF组的(3874-19ms)明显缩短，P<0．01。
讨论
近年的临床研究结果显示针对心房重构的治疗在预防房颤方面十分有效，这使我们看到深入研究心房重构的机制以及如何遏止和逆转心房重构对临床治疗房颤的重要意义。
多项研究发现，房颤时心房肌存在不同程度的能量代谢失衡导致氧应激损伤。Carnes等研究证实犬经快速心房起搏后，氧自由基生成显著增多，应用抗氧化剂维生素c后，电重构发生的时间明显延后。Shiroshita等的一系列研究显示，具有抗氧化作用的辛伐他汀等药物，可以延缓心房快速起搏诱发的电生理重构及房颤的发生。Ikur是近年来发现的一种仅在心房细胞特异表达的离子通道电流，主要是心房细胞复极2期的外向离子流，能促进动作电位3期复极，是有效不应期和动作电位时限的决定因素之一。
本组AF组的Ikur研究结果与Vanwagoner等研究中Ikur有相似程度的下降，与Ikur通道蛋白kvl．5表达下降有关；但Bosch等发现，房颤时Ikur无明显改变。结果不同可能与所选病例的心脏病性质、房颤持续存在时问以及用药方案等有关。有研究表明，慢性房颤使正常时心房潜在的电不均一性的弥散度增大。近年的研究显示Ikur仅存于心房肌，而于心室肌仅有微量表达，无明确功能，对心室的动作电位没有不利影响。数学模型法研究发现，房颤时，ICaL较大程度降低(如60％)时，Ikur 50％下调可能是一种代偿性措施，可使APD恢复至正常范围，可能对3期复极产生影响。提示通过干预Ikur通道下调而延长AERP，改变心房兴奋周期来影响心房传导、复极，将使以Ikur为潜在靶点的抗心律失常药物研究成为可能。所以一些选择性抑制Ikur的研究显示，特异性Ikur抑制剂对AF具有良好的治疗效果，同时不会导致室性心律失常，从而达到安全有效的治疗目标，但是此种治疗并不能完全控制和转复AF。
本组结果发现，AF组Ikur密度较SR组明显降低，4一AP+AF组较AF组明显降低，H202+4一AP+AF组较4一AP+AF组明显升高，P<0．01。AF组的APD较SR组的明显缩短，4一AP+AF组的APD较AF组明显延长，H202+4．AP十AF组的APD较4．AP+AF组的明显缩短，P<0．01。提示H202具有改变kvl．5通道功能的作用，在H202超量存在的时候，kvl．5通道开放加快，导致电流密度增加，APD缩短，为房颤的发生和维持提供条件，一定程度上解释了单纯应用特异性Ikur抑制剂不能完全控制AF的部分原因。
随着对Ikur认识的深入以及氧自由基对离子通道的影响的进一步明确，应用特异性Ikur抑制剂和调整心肌能量代谢状态治疗AF，具大广阔的临床应用前景。
结论
(1)心房颤动时kvl．5通道基因和蛋白水平的表达均减低。
(2)AF中心房肌细胞存在氧自由基生成和消除之间的失衡，提示氧应激状态在AF的发生发展过程中起到重要作用。
(3)氧自由基能够影响AF心房肌细胞的kvl．5通道的开放特性，进一步提示氧应激和能量代谢障碍在AF的发生发展过程中起到重要作用。
心房颤动;kvl.5通道基因;氧应激损伤;基因表达;膜片钳技术;临床应用
中国医科大学
博士
外科学
谷天祥
2006
中文
R541.750.2
56
2009-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）