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實驗室,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)同促進房顫進展。有關(guān)免疫細胞固有電生理特性及其作用的認知在不斷積累,由此提出“電免疫學(xué)”概念。免疫細胞通過離子通道和縫隙連接影響心肌細胞的電生理,當(dāng)心律失常發(fā)生時,免疫細胞與心肌細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]。現(xiàn)就房顫研究領(lǐng)域內(nèi)的電免疫學(xué)研究證據(jù)進行綜述,以明確免疫細胞電生理特性、免疫細胞與心肌細胞互作、免疫系統(tǒng)異?；顒釉诜款澲械淖饔眉皺C制。

1 心臟原位免疫細胞的電生理特性

免疫是指機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,由髓系細胞(如單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞)或淋巴樣細胞(自然殺傷細胞和先天淋巴樣細胞)的防御所介導(dǎo);后者是第二階段,由T和B淋巴細胞介導(dǎo)。先天免疫細胞通過其表達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淋巴細胞[4]。

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

免疫細胞與心肌細胞類似,可通過表達各種通道蛋白調(diào)整其膜電位、細胞內(nèi)鈣活動和其他信號。免疫細胞可表達鉀通道、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。

在細胞生理學(xué)中,鉀通道的主要功能是控制膜電位,巨噬細胞中的鉀通道主要促進負的膜電位,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,在免疫細胞中具有獨特的通道動力學(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)通道促進細胞內(nèi)鈣內(nèi)流,進一步增強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)巨噬細胞表達促炎細胞因子[如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等],有助于M1/M2型巨噬細胞的極化。淋巴細胞也廣泛表達KV1.3和KCa3.1,靜息的幼稚T淋巴細胞主要表達KV1.3,激活后T淋巴細胞主要表達KCa3.1,并參與維持胞內(nèi)Ca2+信號。1型和2型輔助性T細胞主要表達KCa3.1,并依賴KCa3.1產(chǎn)生細胞因子,輔助性T細胞17則主要表達KV1.3,并調(diào)節(jié)白細胞介素(interleukin,IL)-17的產(chǎn)生。因此,通過激活KV1.3和KCa3.1可維持Ca2+內(nèi)流所需的負的膜電位[10]。與T淋巴細胞相似,B淋巴細胞廣泛表達鉀通道KV1.3和KCa3.1來調(diào)節(jié)負的膜電位,并且KV1.3在IgD-CD27+類轉(zhuǎn)換記憶B淋巴細胞和漿細胞中表達較高,而KCa3.1是活化的幼稚和IgD+CD27+記憶B淋巴細胞中的主要鉀通道[11]。

在細胞生理學(xué)中,鈉通道可傳播動作電位和促進質(zhì)膜去極化。其中電壓門控鈉通道(voltage-gated sodium channel,NaV)主導(dǎo)可興奮細胞中動作電位的產(chǎn)生、傳播。巨噬細胞可表達包含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)巨噬細胞釋放一氧化氮,故NaV可在巨噬細胞的炎癥介質(zhì)釋放中發(fā)揮作用[12-13]。

Ca2+是細胞信號傳遞的關(guān)鍵第二信使,免疫細胞主要是通過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,在巨噬細胞中,ORAI1介導(dǎo)細胞內(nèi)的基礎(chǔ)Ca2+內(nèi)流。在中性粒細胞中,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。在肥大細胞中,STIM1和ORAI1調(diào)節(jié)著細胞內(nèi)的鈣內(nèi)流[14]。TRP通道是位于細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)表達于巨噬細胞、樹突狀細胞及T淋巴細胞中,其通過鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)增殖、凋亡、細胞因子分泌或T淋巴細胞活化[15]。在巨噬細胞中,TRPV1可引起Ca2+內(nèi)流,促進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型巨噬細胞極化[16]。在脾樹突狀細胞中,辣椒素(TRPV1激動劑)處理以劑量依賴的方式激活TRPV1以增加細胞內(nèi)鈣水平,并促進降鈣素基因相關(guān)肽的釋放,參與免疫動態(tài)平衡[17]。在T淋巴細胞中,TRPV1通過影響細胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流,促進T淋巴細胞激活或誘導(dǎo)T淋巴細胞死亡[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,由細胞外三磷酸腺苷激活,促進Na+、Ca2+和其他陽離子的內(nèi)流[19]。P2X1受體介導(dǎo)T淋巴細胞靜息態(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胞代謝穩(wěn)態(tài)[20]。

由此可見,免疫細胞表達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)免疫細胞驅(qū)動的炎癥反應(yīng)。研究[21]表明心肌細胞與免疫細胞擁有共同的離子通道,如ORAI1和STIM1等。在心肌細胞特異性敲除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胞和心肌細胞的共表達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 細胞免疫在房顫電重塑、結(jié)構(gòu)重塑和自主神經(jīng)重塑機制中的作用

2.1 免疫細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。

免疫細胞可通過與心肌細胞接觸、互作的形式,直接改變心肌細胞的電生理特性。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胞,它們通過表達縫隙連接蛋白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)心肌細胞APD和靜息膜電位,巨噬細胞特異性Cx43敲除和巨噬細胞缺陷小鼠均出現(xiàn)自發(fā)性房室傳導(dǎo)阻滯。Simon-Chica等[23]研究證實,心臟常駐巨噬細胞表面表達的Cx43是電偶聯(lián)的先決條件,計算機模擬實驗表明巨噬細胞可促進靜息心肌細胞的去極化、縮短或延長APD,這些作用可被偶聯(lián)強度及個體巨噬細胞的電生理特性影響。目前心房常駐巨噬細胞的特征、分布和數(shù)量,對心房肌細胞的互作形式,及其在房顫觸發(fā)、維持中的作用和確切分子機制尚不清楚。

免疫細胞可通過分泌細胞因子調(diào)節(jié)離子通道功能和鈣穩(wěn)態(tài)。巨噬細胞分泌許多細胞因子,包括TNF-α、巨噬細胞移動抑制因子(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胞中的TNF-α表達上調(diào),誘導(dǎo)細胞質(zhì)和線粒體活性氧產(chǎn)生,進而激活鈣調(diào)激酶,導(dǎo)致INa-L增強和肌質(zhì)網(wǎng)的Ca2+泄漏增加,使細胞內(nèi)Ca2+超載,促進房顫發(fā)生。在房顫患者心房組織中MIF呈高表達,MIF處理HL-1心房肌細胞后,細胞中的鈣瞬態(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,促炎巨噬細胞分泌IL-1β抑制心房心肌細胞震動蛋白的表達和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,從而誘導(dǎo)心房電重塑[27]。

2.2 免疫細胞在房顫結(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。巨噬細胞和成纖維細胞產(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,促進心房纖維化[28]。中性粒細胞、巨噬細胞中表達的趨化因子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表達上調(diào),與房顫誘發(fā)率、心房直徑、纖維化、巨噬細胞浸潤呈正相關(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來促進纖維化重塑[30]。由上可知,免疫細胞可通過釋放細胞因子參與心房組織的纖維化過程。

2.3 免疫細胞在房顫自主神經(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]。

免疫細胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎性浸潤可促進以交感神經(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)境可促進巨噬細胞釋放神經(jīng)生長因子,通過巨噬細胞上的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,進而促進心臟交感神經(jīng)支配[33]。Yang等[34]研究表明在實驗兔中給予神經(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制

B淋巴細胞通過分泌抗體在體液免疫中發(fā)揮作用,當(dāng)機體免疫系統(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呈正相關(guān)[36]。Deng等[37]建立兔M2R-AAbs過表達模型證實,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)過表達模型,發(fā)現(xiàn)高滴度β1-AAbs誘導(dǎo)心房電生理改變和促進心房纖維化,其潛在機制與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制認識仍有不足[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)。另一項雙盲、隨機、安慰劑對照臨床試驗[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)定細胞骨架,發(fā)揮抗炎作用。Yue等[44]在大鼠房顫模型中證實秋水仙堿干預(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對照試驗以評估和確定。

4 總結(jié)

心臟原位免疫細胞存在其特有的電生理特性,心房原位免疫細胞可通過與心肌細胞直接互作,或?qū)π募〖毎g接調(diào)控的形式參與心房重構(gòu),促進房顫進展。心肌細胞和免疫細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)支持免疫細胞的電生理特性改變在房顫中的作用,需進一步的基礎(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。