儿茶酚胺敏感性多形性室速与心肌复极异常

杨晓云

儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia，CPVT)是一种恶性程度较高的原发性心脏离子通道疾病，临床主要特征为出现运动或情绪激动诱发(肾上腺素介导)的双向性和/或多形性室性心动过速(室速)、晕厥和猝死，临床上比较少见。患者发病无明显性别差异，多于儿童和/或青少年期发病，经心脏检查多无器质性病变。

1 遗传学因素

CPVT为一种家族遗传性心律失常性疾病，目前研究发现，CPVT 的致病基因主要为RyR2 和CASQ2。这两种基因突变引起的CPVT 分别呈显性和隐性遗传。

1.1 RyR2基因突变

CPVT患者中常染色体显性表型占55%～60%，由编码心脏的兰尼碱受体(ryanodine receptor，RyR)基因突变引起。根据编码基因的不同，RyR可分为RyR1、RyR2和RyR3三种亚型。其中，RyR2主要分布在心肌细胞肌质网上，调节细胞内钙离子(Ca2+)水平，维持细胞正常的生理功能。RyR2基因突变可使RyR2通道过度开放，导致舒张期肌质网内Ca2+外漏到胞质内，引起细胞质内Ca2+浓度升高，导致细胞内Ca2+超负载，引起延迟后除极(delayed after depolarization，DAD)，除极达到一定阈值即可引起触发活动，进而诱发恶性心律失常。

1.2 CASQ2基因突变

CPVT患者中属常染色体隐性遗传的占3%～5%，由储钙蛋白(calsequestrin 2，CASQ2)基因突变引起。CASQ2蛋白位于心肌细胞肌质网终末池内，是一种缓冲钙蛋白，对肌质网内钙的储存、游离钙的调控、易化Ca2+-AT酶向肌质网内主动转运钙过程发挥着重要作用。研究发现，CASQ2 基因突变可使CASQ2蛋白结合钙的能力降低，肌质网储存和释放Ca2+的能力减弱，肌质网中有效Ca2+浓度降低，钙-耦联蛋白复合物对肌质网中钙的反应发生异常，进而影响钙介导的钙释放，导致CPVT的发生。CASQ2基因突变除了会导致隐性遗传CPVT外，也可以直接调节RyR2通道的活性，与CPVT常染色体显性表型或非血缘家族双杂合表型CPVT的发生有关。

1.3 其他基因突变

Priori等[1]研究发现，KCNJ2基因也可诱发CPVT的相关临床表现。离体实验显示，KCNJ2基因突变体发生心律失常的细胞学机制与RyR2基因及CASQ2基因突变相似。研究指出，临床上表现为周期性瘫痪、室性心律失常和QT间期延长、机体畸形三联征的Andersen-Tawil综合征患者，也存在KCNJ2基因突变。

2 发生机制

2.1 钙瞬变

心肌细胞除极时，心肌细胞膜上电压依赖性L型Ca2+通道开放，Ca2+进入细胞内并诱导肌质网的RyR2通道开放，继而触发肌质网瞬间释放出大量的Ca2+。当心肌细胞膜上冲动到达时，除极电活动所诱发的瞬间钙增高，被称作“钙瞬变”(calcium transient)，这一机制被称作“钙触发钙释放”[2]。钙瞬变是心肌细胞内的正常钙信号只在兴奋-收缩耦联时出现。每一次心动周期中，参与钙瞬变的钙释放单位数量是影响心脏兴奋-收缩时钙瞬变程度的一个重要因素。心肌细胞复极时，RyR2通道关闭，肌质网中Ca2+-ATP酶活化并将胞质内Ca2+泵回肌质网库中。这一过程可以清除细胞内约63%的Ca2+。此时位于细胞膜上的钠-钙交换体(Na+/Ca2+exchanger，NCX)也被激活，并将Ca2+转运到细胞外，同时将Na+转运至细胞内，其交换比例为1 ∶3，其净效应是产生瞬时内向电流(transient inward current，Iti)，Iti产生正向Na+/Ca2+交换。这一过程可以清除细胞内约37%的Ca2+[3]。

Paavola等[4]研究发现，CPVT患者心肌细胞的钙瞬变时程缩短。他们对连续30个钙瞬变的上升期、衰减期、50%振幅、全振幅及全面积的短期变异性分别进行定量分析，发现使用异丙肾上腺素对正常对照组心肌细胞钙瞬变的短期变异性无影响，却使CPVT组心肌细胞钙瞬变的50%振幅、全振幅和全面积的短期变异性指标升至原来的3倍。CPVT组与正常对照组心肌细胞钙瞬变的交替性变化较为罕见，但应用异丙肾上腺素后，两组的心肌细胞钙瞬变分别交替4.8%和3.2%。结果表明，肾上腺素刺激加剧了CPVT患者心肌细胞钙瞬变的不规则性变化。

2.2 延迟后除极

RyR2通道功能障碍造成的钙释放异常是引起CPVT的主要病理基础。当RyR2通道发生功能异常或被过度磷酸化时，可引起舒张期Ca2+渗漏，导致胞质内Ca2+浓度升高，细胞内Ca2+超载，NCX对Ca2+的清除作用增强，进而导致Iti增大、心肌细胞复极储备降低及不规则复极储备升高，引起心肌细胞DAD[5]。DAD是一次动作电位(action potential，AP)复极完成后(4相)接着出现的震荡电位。当震荡电位达到激活Na+通道的电压幅值，即阈电位值时，就会产生一个“触发”动作电位并向整个心脏传导，在心电图上相应地形成一次早搏。这一过程若反复发生，多个幅度不一的DAD达到激活Na+通道的阈电位值时，便会产生多个“触发”动作电位并向整个心脏传导，心电图上则相应地会连续出现多次室性早搏，从而形成多形性室速。

2.3 复极不规则性

Paavola等[4]研究发现，在基础状态下，CPVT组(8例)与对照组(4例)心肌细胞复极90%时的动作电位时程APD90平均值的短期变异性类似;应用肾上腺素灌注后，其结果不受影响。两组动作电位时程的交替性变化也与之类似。应用肾上腺素灌注后，对照组中1例、CPVT组中2例患者的诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPSC)心肌细胞的动作电位时程出现交替性变化。肾上腺素显著降低了CPVT患者IPSC心肌细胞动作电位的最大上升速度。

Paavola 等[4]记录了13例RyR2-p2328s突变CPVT患者与4例健康对照者的单相动作电位时程(monophasic action potential duration，MAPD)，测定其MAPD90短期变异性与交替性变化。当心动周期稳定时，对3例CPVT患者与3例健康对照者长时间记录MAPD。在基础状态下与应用肾上腺素灌注后，CPVT组与对照组心肌细胞MAPD90平均值的短期变异性相近，肾上腺素诱导的MAPD交替性变化可在所有3例健康对照者和其中2例CPVT患者中出现。从iPSC细胞模型中可一致发现，肾上腺素灌注可减慢CPVT患者MAPD的最大上升速度，而对照组的MAPD最大上升速度则无显著变化。

在CPVT心肌细胞实验中，β-肾上腺素刺激可导致逐搏心跳钙瞬变变异性增大，而钙瞬变电交替较为罕见。与对照组相比，CPVT组的QRS波起点至T波波峰(QTapex )变异性增大，T波电交替(TWA)降低，而QT间期变异指数(QTVI)相似。研究确定逐搏心跳的变异是短期变异，非常适用于捕捉快速不规则的事件。相比之下，QTVI虽有变异但不是逐搏心跳的变化，因此更适合于测定缓慢的变化。研究结果表明，快速不规则复极是CPVT患者出现QT间期变异的基础。研究还证实，快速起搏引起的QT间期瞬时变化与CPVT患者心律失常的发生相关[6]。

3 离体与在体实验

当肾上腺素刺激健康人的心肌细胞时，除极速度基本保持不变。而β-肾上腺素刺激能减慢CPVT患者心肌细胞的除极速度；在RyR2-p2328s突变体CPVT实验模型中，同样出现了除极速度降低，这与纯合子RyR2突变引发心律失常相关。RyR2突变时，心肌细胞内Ca2+水平升高，高钙抑制电压门控钠通道，降低单细胞动作电位0期的最大上升速度，促使缝隙连接关闭，导致逐搏心跳钙瞬变的变异和细胞间传导延迟。细胞内Ca2+浓度的升高可构成致心律失常基质，形成功能性阻滞与折返，诱发典型的多形性室速并进而演变为室颤。

单细胞动作电位缓慢除极在心电图上可通过24 h心电图QRS波时限、 R波最大上升速度得以表征。CPVT患者的R波最大上升速度，很大程度上取决于心室传导，而不能看作与动作电位上升速度直接相关。CPVT患者R波最大上升速度的下降，与动作电位及单相动作电位0期最大上升速度的降低相一致。然而，这种变化趋势并不能从QRS间期中反映出来。表明患者R波最大上升速度的显著降低，表明患者病情较重。 Chen等[7]研究发现，β-肾上腺素刺激使CPVT患者离体或在体心肌细胞动作电位的最大上升速度均减小。这在CPVT病史较长者的24 h动态心电图记录中，表现为R波最大上升速度的下降。

4 临床与心电图

应用肾上腺素激动剂刺激后，与正常对照组相比，CPVT患者细胞内钙瞬变不规则性与交替性变化程度加深。这在24 h动态心电图记录中，表现为QT间期短期变异程度增大，而TWA变异程度降低(表1)。研究还发现，QT间期短期变异增大与CPVT患者心律失常的严重程度相关。QT间期变异性增大、除极速度降低，可能是引起CPVT患者发生恶性心律失常的主要机制。

表1 应用肾上腺素激动剂后CPVT组和正常对照组24 h动态心电图参数比较

表1(续)

CPVT:儿茶酚胺敏感性多形性室速;QTend：QRS波起点至T波终末部；QTapex：QRS波起点至T波波峰；Tp-Te：T波峰末间期；STV：短时程变异；QTVI：QT变异指数；TWA：T波电交替； MMA：移动平均修正法；CDM：解调法；UWA：U波电交替

Viitasalo 等[8]对13例CPVT患者的临床及心电图特点进行研究，其中，9例发生运动相关性晕厥，4例发生室颤/猝死。随访中，1例有晕厥病史的CPVT患者发生猝死。深入分析各种与复极相关的心电图参数，采用移动平均算法(MMA)对两种RyR2基因突变携带者进行T波电交替(TWA)分析，并测定QTapex短期变异性和R波最大升速度，结果发现两种RyR2基因突变携带者上述指标比较，差异无统计学意义。因此可将这些患者都看作CPVT组。

4.1 QRS波时限与R波最大上升斜率

关于除极化率降低能否反映在心电图QRS波中，Paavola等[4]开展了深入研究。当RR间期从500 ms升至1200 ms时，CPVT患者R波最大上升斜率的平均值比对照组降低了4～7 mV/s [(91±11)mV/svs.(95±14 )mV/s]，但差异无统计学意义。当RR间期从500 ms提高到1200 ms时，两组的QRS间期相似，差异无统计学意义。以30岁为界将CPVT患者分为两组，30岁以上CPVT患者的R波最大上升斜率明显小于30岁以下者，而R波最大上升斜率的短时程变异与交替性比较，差异亦无统计学意义。

4.2 QT间期变异性

研究表明，当RR间期从400 ms升至600 ms时，CPVT患者与对照组的QT间期差值明显缩小[4]。在自动检测中，QTapex较QTend间期更可靠。当RR间期从510 ms升到1180 ms时， CPVT患者的QTapex 间期短时程变异、平均24 h的QTapex短时程变异均大于正常对照组。有室颤或猝死病史的CPVT患者，其QTapex短时程变异较对照组增大。有心律失常事件(晕厥、室颤或猝死)病史的CPVT患者，随着心率的增快，QTapex短时程变异呈增大的趋势。CPVT患者与正常对照组的QT变异指数值相近。

4.3 T波电交替

T波电交替(T-wave alternans，TWA)主要用于在不同的患者群体中评估室性心律失常的风险，但对其临床实用性仍有争议[9]。目前，国内外对CPVT患者TWA的研究尚未见报道。TWA是由于细胞内Ca2+循环不平衡，即Ca2+释放和/或再摄取异常造成的。RyR2-p2328s突变可使钙循环加快，诱发CPVT。大量研究表明，RyR2抑制剂可导致钙交替。心率较快时，CPVT患者TWA低于正常对照组。RyR2减少可以引起心肌细胞钙瞬变明显延长并发生交替性变化。这与我们在RyR2突变心肌细胞中观察到的钙瞬变有关。钙瞬变交替引起CPVT患者TWA降低的原因，可能是增加了逐搏心跳复极的不规则性，干扰了交替模式。

采用移动平均修正法(MMA)测定TWA，发现CPVT患者的TWA与对照组相比明显降低。在TWA-RR间期相关曲线中，当RR间期从510 ms到680 ms时，CPVT患者的TWA降低；当RR间期从550 ms到670 ms时，随着CPVT患者病情的加重，TWA呈降低趋势。当RR间期从500 ms到600 ms时，MMA 方法测得的CPVT患者的U波电交替(U-wave alternans，UWA)也降低。

CPVT患者表现出与疾病严重程度相关的明显的复极不规则，以及肾上腺素刺激时除极速度的下降。CPVT患者还存在逐搏心跳的复极不规则。肾上腺素刺激能引起钙瞬变电流的不规则变化和RyR2突变体单相动作电位形态的相应变化。APD能独立增加逐搏心跳的复极不规则性，主要是由于肾上腺素刺激RyR2诱导的Ca2+释放。 Oosterhoff等[10]研究指出，不规则的钙瞬变所引起的缓慢除极和不规则复极，均与CPVT患者发生严重心律失常事件密切相关。临床上可将心电图QT间期变异作为判断CPVT患者是否有潜在心律失常风险的指标，但其具体机制还需要进行更深入的研究。