氯离子通道在心脏起搏活动中的作用研究进展

薄冰

摘 要：本文对在心脏起搏活动中发挥重要作用的3种氯离子通道进行综述，包括：内向整流Cl-电流，容积感受性外向整流Cl-电流及细胞内钙激活Cl-电流，上述通道在心脏起搏活动的调节及起搏活动异常类心律失常的治疗中发挥重要作用。

关键词：心脏 氯离子通道 起搏活动 心律失常

中图分类号：R541.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0210-02

氯离子通道（chloride channels）是生物膜上广泛分布的一类阴离子通道，因Cl-是其转运及发挥生物学作用的主要离子，故将此通道称为Cl-通道[1]。研究表明，在多个物种的心脏窦房结（sinoatrial node， SAN）细胞中，有3种Cl-通道发挥重要的生物学作用，包括：（1）超级化细胞肿胀激活内向整流Cl-电流（inwardly rectifying Cl- current， ICl，ir），介导该电流的通道可能由ClC电压门控Cl-通道基因家族的ClC-2编码[2]；（2）容积感受性外向整流Cl-电流（volume-regulated outwardly-rectifying Cl- current， ICl，vol），由ClC家族的ClC-3编码；（3）细胞内钙激活Cl-电流（Ca2+-activated Cl- current，ICl，Ca）[3]，可能是由TEME16A（或Anol）编码[4]。

1 氯离子通道在心脏起搏活动中的作用

早期研究利用离子替换技术观察Cl-通道在PFs和SAN组织细胞膜电位、舒张期去极化及动作电位时程调节中的作用。1961年，Hutter&Noble发现将细胞外Cl-在替换前置于阴离子溶液中可引起心率（heart rate，HR）瞬间增加并最终降至Cl-溶液中的40%～90%之间。使用阴离子替换Cl-可导致心跳骤停或是引发节律增加后的减慢。这一内向整流Cl-电流仅在膜电位低于-60 mV时激活并可能影响舒张期去极化。应用低通透性的醋酸盐代替Cl-消除Cl-电流时可引起SAN节律的下降和动作电位幅度的增大。心脏传导系统细胞Cl-的平衡电位（ECl）为-65 mV～-45 mV，在膜电位比ECl为正时（去极化），ICl为外向电流，引起动作电位时程（action potential duration，APD）变短；比ECl为负时（静息水平），ICl为内向电流引起静息电位幅值减小，从而呈现轻微去极化状态。正常生理状态下，ICl在心肌细胞电活动中的作用并不明显，但在缺血缺氧及代谢抑制状态下，ICl可活化并对心肌细胞功能活动产生重要影响，可见，Cl-通道在心脏传导系统电生理活动中具有重要的作用。

2 ClC-2通道及内向整流氯离子电流

ClC-2最初是由大鼠心脏和大脑克隆，ClC-2 cDNA的表达可产生一种超级化激活内向整流Cl-电流，该电流对于细胞容积及细胞外pH值的变化非常敏感，豚鼠和小鼠心肌细胞ICl，ir的特性也与由ClC-2 Cl-通道携带的电流一致，随后的相关研究也为ClC-2编码的ICl，ir及心脏中ClC-2剪接体的表达提供证据[2]。Britton等进行的RT-PCR和免疫组织化学实验为SAN细胞ClC-2表达提供了直接证据，此外，SAN细胞内源性ICl，ir分布较心房和心室肌细胞更为广泛（28/35，80%）。

由ClC-2通道携带的ICl，ir可能与超级化激活阳离子通道（If）类似[5]，在SAN或AVN区域发挥着重要作用。Huang等[2]研究发现，豚鼠SAN细胞ICl，ir在细胞膜超级化及低渗条件下激活并具有较强的内向整流性，其翻转电位接近ECl并可被镉（Cd2+）阻断，上述ICl，ir特性在其它物种的心房和心室肌中均得到证实。在膜电位接近最大舒张电位时活化的较小瞬时ICl，ir和膜电位低于最大舒张电位时活化的较大时间依赖性ICl，ir均可对SAN细胞动作电位4期自动去极化产生重要影响。当膜电位高于ECl时，Cl，ir通道开放引导内向电流（Cl-内流）从而引起膜电位（可能包括最大舒张电位）更负，但Cl，ir通道内向整流的特性可能会减少外向电流的幅度以及限制其对复极和动作电位时程的影响。

在离体SAN细胞中，通过吸管灌流anti-ClC-2 Ab 20 min抑制ICl，ir后可引起低渗压力诱导舒张期去极化（diastolic depolarization，DDs）增加的减弱，这提示ICl，ir可能在SAN细胞舒张期去极化调节和自发动作电位速率调节中具有重要作用。在体实验研究发现，选择性去活化ClC-2通道可引起HR的减少，这一现象在运动状态下更为明显。与Clcn2+/+和Clcn2+/-小鼠相比，Clcn2-/-小鼠的安静心率减慢，这可能是由于基础状态下经由ClC-2通道的ICl，ir相对较小。然而，在急性运动状态下，Clcn2-/-小鼠的最大心率明显低于Clcn2+/+和Clcn2+/-小鼠，这提示ClC-2通道参与运动状态下心脏的变时效应。可见，ClC-2通道通透性及ICl，ir密度的改变可能成为心脏起搏活动中缺血缺氧导致酸中毒以及细胞容积电生理变化的原因之一。

3 ClC-3通道及容积感受性外向整流氯离子电流

细胞容积的急性增加可引起容积下降调节（regulatory volume decrease， RVD）机制的产生并引导细胞回归至正常体积，在这一过程中，容积感受性外向整流Cl-通道（VRCCs）发挥重要作用。1992年，Hagiwara等在牵拉离体兔SAN细胞膜引起细胞肿胀时观察到一种与ICl，vol特性类似的Cl-电流。随后的研究相继证实SAN细胞中容积感受性Cl-通道的存在。生理条件下，ICl，vol可能承担力传导与容积调节的中介作用，从而在牵拉和容积刺激下对心脏传导系统起搏细胞功能活动的调节中发挥重要作用。VRCCs具有较强的外向整流特性，可引起静息期膜电位去极化并显著缩短APD。VRCCs携带的ICl，vol在等渗液中处于失活状态，在高渗溶液、细胞膨胀或直接的机械牵拉引起细胞容积增加时激活，并参与SAN细胞在缺氧、缺血和再灌注过程中APD缩短及心律失常的发生。研究发现，电压依赖型ClC家族的ClC-3是构成心肌细胞内源性ICl，vol的主要分子结构基础[4，6，7]。Xiong等[8]对心脏ClC-3基因敲除小鼠（Clcn3-/-）研究发现，组成内源性VRCCs的ClC-3基因表达出现时间依赖性失活现象，并累及心脏功能。然而，对于SAN细胞中ClC-3通道的表达及在构成ICl，vol中的作用，还缺少进一步的实验研究。endprint

4 钙激活Cl-电流ICl，Ca

Ca2+激活Cl-通道（CACCs）广泛分布于心肌组织中，并在心脏电兴奋的调节中具有重要作用。Verkerk等[3]应用穿孔膜片钳技术在1/3的兔SAN细胞中检测到ICl，Ca的存在。对于ICl，Ca在SAN细胞中分布不均一性的原因还不明晰，可能与SAN组织本身的结构功能差异有关。ICl，Ca在起搏活动周期中活化，该电流是具有钟形电流-电压曲线的瞬时外向电流，使用去甲肾上腺素刺激肾上腺素能受体可引起电流密度增加一倍。动作电位测量记录的数据证实ICl，Ca在动作电位上升后期激活，电流钳实验表明，在去甲肾上腺素存在和缺失时，阻断ICl，Ca可引起动作电位超射及时程增加，但对于固有心跳周期、超射速率及舒张期去极化均无明显影响[9]，可见，ICl，Ca对于起搏同步化及动作电位传导的影响相对局限。

5 结语

综上，由氯离子通道携带的内向整流Cl-电流，容积感受性外向整流Cl-电流及细胞内钙激活Cl-电流在心脏起搏活动的生成和调节中发挥着重要作用，同时参与起搏活动异常等多种类型心律失常的形成。随着研究的不断深入，氯离子通道在药物靶向通道治疗中可能发挥更有效的抗心律失常作用。

参考文献

[1] Duan DD.Phenomics of Cardiac Chloride Channels[J].Comprehensive Physiology，2013.

[2] Huang ZM，Prasad C，Britton FC，et al.Functional role of CLC-2 chloride inward rectifier channels in cardiac sinoatrial nodal pacemaker cells[J].J Mol Cell Cardiol，2009，47（1）：121-32.

[3] Verkerk AO，Wilders R，Zegers JG， et al.Ca2+-activated Cl- current in rabbit sinoatrial node cells[J].J Physiol， 2002，540（1）：105-107.

[4] Hartzell HC，Yu K，Xiao Q，et al.Anoctamin/TMEM16 family members are Ca2+-activated Cl-channels[J].J Physiol，2009，587（10）：2127-39.

[5] DiFrancesco D.The role of the funny current in pacemaker activity[J].Circ Res，2010，106（3）：434-436.

[6] Duan DD.Volume matters：novel roles of the volume-regulated CLC-3 channels in hypertension-induced cerebrovascular remodeling[J].Hypertension，2010，56（3）：346-348.

[7] Hume JR，Wang GX，Yamazaki J，et al.CLC-3 chloride channels in the pulmonary vasculature[J].Adv Exp Med Biol，2010：237-247.

[8] Xiong D，Heyman NS，Airey J，et al.Cardiac-specific，inducible ClC-3 gene deletion eliminates native volume-sensitive chloride channels and produces myocardial hypertrophy in adult mice[J].J Mol Cell Cardiol，2010，48（1）：211-219.endprint