文献解读 | 晚钠电流与钙/钙调蛋白激酶II之间的协同作用，在β-肾上腺素能激活诱导的心房颤动中起到了重要的作用

研究背景

心房颤动（AF）是最常见的快速心律失常，具有较高的发病率和死亡率。AF的心率控制策略包括抗心律失常药物、消融术、手术和上游治疗干预。然而这些治疗方法疗效有限，因此仍然需要新的治疗药物。在心力衰竭、缺血性心脏病或其他心血管疾病和慢性肾脏疾病患者中，AF的发病率较高，通常与交感神经系统的过度激活有关。自主神经系统的过度激活是心律失常的触发因素，可能参与了AF从阵发性发展为持续性的过程。然而，β-肾上腺素能受体拮抗剂不足以控制节律。雷诺嗪（RAN）和一种选择性更强的晚钠电流（late I_Na）抑制剂（ELEC）通过抑制late I_Na，在动物模型中对缺血和乙酰胆碱诱导的AF具有保护作用，而且没有明显的促心律失常作用。

研究发现在动物模型中，late I_Na在持续性房颤中增强，并参与了AF的发病机制。此外，在睡眠呼吸障碍的患者中，钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaMKII）依赖磷酸化Na_V1.5导致I_Na的失调，即I_Na降低和late I_Na增强，增加了AF的风险。[Ca²⁺]i-CaMKII-late I_Na-[Na⁺]i的恶性循环会促进室性和房性心律失常。CaMKII活性的增强通过直接磷酸化Na_V1.5增加late I_Na。理论上，干预该循环的任何环节都有可能破坏心室和心房的心律失常机制。因此，进一步了解late I_Na与CaMKII在电生理异常和发生心律失常方面的相互作用，对于研究和临床都具有重要意义。

在这个基础上，北京大学第一医院心内科吴林教授团队发表了“Late sodium current in synergism with Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II contributes to β-adrenergic activation-induced atrial fibrillation”相关文章，研究旨在探讨β激活-CaMKII-late I_Na通路在β-肾上腺素能过度激活的房颤发病机制中的作用，并探讨联合抑制late I_Na和CaMKII在减轻心房电生理功能障碍和房颤严重程度中的协同作用。在研究药物对心房传导不均一性的影响中采用了Mapping技术，直观呈现了传导趋势变化。

研究结果

（a）在ATX-II预处理心脏中，增加了异丙肾上腺素（ISO）诱发房颤的倾向

在对照条件下给予程序性刺激，没有观察到房颤（Figure 1a）。相对于对照，随着ISO (1-15 nM)灌流浓度的增加，降低心房有效不应期（aERP）(从79.4±2.1 ms降至52.0±3.8 ms, p＜0.05)，以剂量依赖的方式增加刺激性房颤的发生率、诱发窗等(n = 12, p＜0.05)（figure 1b and figure 2a–c(i)）。

为了测试增强late I_Na对诱发AF的影响，在ATX-II存在的情况下向心脏灌注ISO。ATX-II (2 nM)预处理不足以诱发任何房性心律失常，却使aERP从79.4±3.1 ms延长至84.7±4.0 ms，并加强了ISO诱发AF的倾向(n = 6, p＜0.05)。单独使用15 nM ISO时，AF的发生率增加到100%。在2 nM ATX-II的作用下，随着ISO浓度的增加，AF诱发窗口和burden曲线向上和向左移动。与单独使用15 nM ISO处理的心脏相比，AF诱发窗口和burden分别增加了7.2±1.5 ms和14.4±2.1 s (p＜0.05;图2b,c(i))。此外，存在ATX-II时，ISO诱导AF发生率、诱发窗口和burden的EC50值较低。综上所述，late I_Na的增强加重了ISO诱发的房颤。

（b）Ranolazine和Eleclazine抑制late I_Na，进而抑制ISO引起的房颤

采用late I_Na抑制剂RAN和ELEC评估其对ISO诱导的心房颤动的影响。结果显示，RAN和ELEC显著抑制了ISO诱导的AF的发生率、诱发窗口和Burden。RAN的IC50值分别为1.0、0.3和0.2 µM（n = 8；图2a–c(ii)）。ELEC的IC50值分别为1.5、0.7和0.5 µM（n = 8；图2a–c(ii)）。在浓度为10 µM时，它们能够完全消除心房颤动（图1e,f）。这表明late I_Na可能参与了ISO诱导的AF。此外，使用RAN和ELEC还延长了aERP，并降低了IHI值（图3）。这些结果表明，Late I_Na可能在ISO诱导的心房颤动中发挥作用。

(c)通过KN-93抑制Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶，可消除ISO引起的心房颤动

在ISO干预的心脏中，使用KN-93抑制了AF的发生率、诱发窗口和Burden。KN-93在0.1和0.06 µM浓度下效果最显著（图2a-c(ii)），并在6 µM浓度下完全消除了心房颤动（图1g）。此外，KN-93还显著延长了aERP。相比之下，无活性类似物KN-92对这些参数没有影响（图2a-c(ii)）。此外，在ISO存在下灌注3µM KN-93后，IHI分别在固定频率减少了0.4±0.02，在第一次心房颤动中减少了1.0±0.03（图3）。总的来说，KN-93通过抑制特定信号通路对ISO诱导的AF产生了抗心律失常的效果。

图1. 兔离体心脏中对照组和存在异丙肾上腺素，Ranolazine（RAN）、Eleclazine（ELEC）或ISO治疗时房颤的代表性记录。

图2. ATX-II干预(n = 12)和ISO不干预(n = 12)情况下及Ranolazine(RAN;n = 8)/elecazine (ELEC;n = 8)/KN-93 (n = 8)/KN- 92 (n = 6)治疗条件下AF诱发率(a)、诱发窗(b)和burden(c)的量效关系; 2 nM, n = 6)。

图3. 药物对心房传导不均匀性的影响。

(d) Ranolazine, Eleclazine和KN-93抑制心房ISO增强Na_V1.5和Ca²⁺/钙调素依赖性蛋白激酶的活性

ISO显著提高了573丝氨酸位点磷酸化- Na_V1.5和17苏氨酸位点磷酸化- CaMKII蛋白的表达水平，分别提高了65%和135%（n=5，p<0.05；图4a）。相比之下，RAN（10µM）、ELEC（10µM）和KN-93（6µM）减弱了这些作用，磷酸化Na_V1.5分别降低62%、48%和70%，磷酸化CaMKII分别降低67%、66%和75%（p<0.05；图4a）。各组中均有代表性的蛋白表达(图4a (i))。

图4.Late I_Na或CaMKII抑制剂对载体(CTL)、ISO或ISO +RAN、ELEC和KN-93干预的Na_V1.5和CaMKII磷酸化的逆转作用。

(e) 无论是late I_Na抑制剂还是Ca²⁺/钙调蛋白激酶依赖蛋白抑制剂，都减弱了ISO引起的late I_Na和触发活动的增强作用

研究发现，ISO (15 nM)显著增加了离体心房肌细胞中的late I_Na（图4b）。ISO引起的late I_Na增加被RAN（10 µM）、ELEC（10 µM）或KN-93（3 µM）分别逆转了49%、41%和48%（图4b）。在心房肌细胞中，ISO加入后AP形态及APD没有显著变化（201.7 ± 24.6 ms对比213.3 ± 30.1 ms，n = 10，p > 0.05）（图5a）。ISO诱发了EADs/DADs，5 min内的发生率为7.8 ± 0.2（图5）。与RAN（10 µM）、ELEC（10 µM）或KN-93（3 µM）联合应用几乎抑制了所有细胞的触发活动（图5b）。这些结果表明late I_Na和Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶在ISO诱导的电生理改变中起到了重要作用。

图5.late I_Na和CaMKII抑制剂降低了ISO诱导的心房肌细胞的早/迟后除极（EADs/DADs）。

(f)late I_Na与Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶的联合抑制ISO诱发房颤

单独使用时，0.1 µM RAN、0.3 µM ELEC或0.03 µM KN-93可使ISO诱发的AF的发生率、诱发窗口和Burden降低8-30%（图6）。KN-93与RAN联合使用对iso诱导的AF发生率、诱导窗和Burden的增加分别抑制了75%、81.7%和85.9% (n = 5, p＜0.05；图6)。在联合使用KN-93和ELEC治疗的心脏中获得了类似的结果（n = 5，p < 0.05，图6）。与电生理数据一致，与单个抑制剂相比，联合使用KN-93和RAN或ELEC对磷酸化Na_V1.5和磷酸化CaMKII蛋白的表达水平和late I_Na产生了更强的抑制效果。提示late I_Na和CaMKII抑制剂协同抑制ISO诱导的AF。

图6. late I_Na和CaMKII抑制剂联合使用对异丙肾上腺素（ISO）诱发的AF有协同抑制作用。

研究结论

late I_Na增强是介导β肾上腺素能刺激介导的AF中的一个重要因素，这可能与CaMKII和Na_V1.5的磷酸化有关。抑制CaMKII-late I_Na在抑制与儿茶酚胺能激活相关的房颤中具有协同作用的效果。

原文链接

https://doi.org/10.1098/rstb.2022.0163