5.心脏SCN10A通道

在骨骼肌、心肌、神经细胞等可兴奋细胞中，电压门控钠通道在细胞兴奋性调控上发挥着重要作用，参与动作电位的激发。经典的心脏电生理学认为，心肌细胞动作电位是由SCN5A编码的钠通道Nav1.5电流所诱发，并形成心电图上的QRS波群，亦参与心肌细胞之间的电兴奋传导。目前的研究发现，SCN5A的突变与多种心律失常的发生有关，例如LQT综合征第3型、Brugada综合征、传导系统疾病、心房颤动、心房阻滞、扩张型心肌病、病态窦房结综合征以及婴儿猝死综合征等。这些疾病的Nav1.5电流大多不同程度地表现出峰值电流下降、电流激活或失活动力学异常、窗口电流增大及晚钠电流增大等特点。

根据钠通道对于河豚毒素（TTX）的敏感性不同，大致将电压门控钠通道分为TTX敏感型和TTX不敏感型。心脏SCN5A编码的Nav1.5通道对于TTX相对不敏感，需要较高浓度的TTX才可抑制。然而最近有研究发现，在较高浓度TTX的作用下，SCN5A编码的晚钠电流中仅部分对TTX敏感，另一部分对于TTX不敏感，这提示晚钠电流可能存在两种成分，其中一种成分可能是曾经在神经系统中发现的由SCN10A基因编码的Nav1.8钠电流，现在发现它也存在于人类心脏，可能与包括Brugada综合征在内的多种心律失常的发生有关。因此，有必要重新认识电压门控钠通道在心律失常中的角色。

一　Nav1.8的结构与功能

（一）基因编码

迄今为止，人类的钠通道已发现9种，分别是Nav1.1～Nav1.9，其中TTX敏感性通道有Nav1.1、Nav1.2、Nav1.3、Nav1.6和Nav1.7，TTX抵抗性通道有Nav1.5、Nav1.8和Nav1.9。在背根神经节（DRG）细胞上存在3种动力学和药理学不同的钠通道，其中的一种表现为电导较小，激活和失活均较慢，且对于TTX不敏感。1996年，Veronika等报道了小鼠该基因的序列及结构，该基因包含27个外显子，位于9号染色体，和大鼠相关基因有95.3%的同源性。而SCN10A位于人类染色体3p22-24区域，编码Nav1.8的α亚基，与SCN5A相邻，且其Nav1.8相关基因与人类相比，同源性达93%。

（二）分子结构

钠通道主要是由构成孔道的α亚基和辅助单位β亚基构成，其中α亚基是维持通道功能所必需的。Nav1.8通道和其他电压门控钠通道一样，其核心单位的α亚基分子量较大，约为260kDa，含有4组同源结构域，每个结构域都由6个跨膜的α螺旋构成（S1～S6）。其中各个结构域的S5-S6区域与离子的选择性有关，S5与S6之间的P环和S6可能与药物敏感性有关。此外，目前发现钠通道含有β1～β4共4个亚基，其中β1亚基维持Nav1.5功能，β3的突变则与LQT有关。和Nav1.5通道一样，Nav1.8通道也有β亚单位，但是在常规的CHO和HEK细胞系中表达时，Nav1.8电流很小或是相互矛盾，研究发现在非神经源性细胞中，即使表达有β亚基，Nav1.8仍不能发挥主要功能，这就提示某些神经因子参与Nav1.8功能的调控。人类Nav1.8主要有β1和β3亚基，虽然它们的存在对于Nav1.8电流影响较小，但在神经组织相关研究中却有着不同的结论。

（三）Nav1.8的一般功能

神经源性钠通道包括Nav1.3、Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9。在神经组织中，Nav1.8主要表达在DRG等痛觉感知神经元和脑神经感觉神经元，而且Nav1.8也与温度，尤其是与冷刺激相关性疼痛有关。动物实验表明，在各类炎症、病理以及癌症等疼痛模型中，发现Nav1.8的表达上升；相反，在Nav1.8基因敲除的小鼠中，其痛觉阈值升高，这些证据都提示Nav1.8与痛觉的产生密切相关。传统意义上认为，心脏钠通道主要是SCN5A编码的Nav1.5，但最近的一些全基因组关联研究发现SCN10A与PR间期、QRS间期，甚至心房颤动的发生有关，这提示Nav1.8可能也参与心脏电生理的调控。

二　SCN10A在心脏中的作用

（一）SCN10A在心脏中的分布

Nav1.8属于神经源性钠通道，主要表达在DRG等痛觉感知神经元。以往在不同的细胞系中表达时，如HEK293或CHO细胞系，Nav1.8电流的测量结果存在争议。但是，在ND7/23细胞可以记录到较大且稳定的电流。而ND7/23细胞系来源于神经母瘤细胞，这提示ND7/23细胞中可能存在某种神经相关的调控因子与SCN10A/Nav1.8的功能相关。

由于Nav1.5为心脏主要的钠通道，参与心肌细胞动作电位激发和电兴奋的传导，而Nav1.8主要分布于神经，在心脏表达很少，这可能是Nav1.8在心脏中的作用一直未被关注的原因。最近有研究发现与正常小鼠相比，在SCN10A-/-小鼠的PR间期和QRS间期较长，且使用RT-PCR技术发现心脏中存在SCN10A转录，因此提示心脏中表达Nav1.8通道。

Facer等在人类心房组织中发现Nav1.8主要分布于心脏神经纤维和心肌纤维中；在心室中，Nav1.8在神经纤维的分布与心房类似，而且在心肌细胞闰盘和缝隙连接中也有发现。Boogaard等运用原位免疫杂交技术发现SCN10A和SCN5A的分布存在着相似性（图1-5-1），且Yang等认为在分离的心肌传导组织细胞中，Nav1.8的表达量较高（图1-5-2）。而且发现传导组织中的心肌细胞的动作电位时程最长，这可能就是晚钠电流起的作用。Pallante等也发现，SCN10A的mRNA转录在传导系统中分布更为集中，与链接蛋白40（Cx40）分布有关。这些结论都强烈提示Nav1.8在心脏中的分布存在一定的组织特异性，结合Nav1.8电流失活较慢的特性，因此有研究者认为可能是晚钠电流的另一个组成成分。

内皮源性一氧化氮合酶（eNOS）衍生的一氧化氮在舒张血管、血小板聚集、血管生成以及血管平滑肌细胞的增殖等方面起着重要的作用，此外它兼有第二信使和神经递质的功能，最近一个有意思的研究发现Nav1.8的分布与血管标志物eNOS有一定的关系，因此Nav1.8的分布是否还与心肌组织血管分布有关，以及是否有相关神经因子参与调控，还需进一步研究。

（二）心脏SCN10A的调控

心脏传导的异常及心脏骤停与关键的转录因子和增强子有关，这一点早已被人们所熟知。如TBX3表达于窦房结和房室传导系统中，TBX5表达于心房和所有传导组织中，而且它还与Cx40、Cx43的分布有关，两者皆参与了心脏包括Nav1.5在内的相关离子通道活性的调控。Boogaard等发现TBX3对Nav1.8通道功能至关重要，同时还研究了小鼠转录因子TBX3、NKX2-5和GATA4和增强子p300之间的关系，发现SCN10A作用与增强子TBX3有关，在TBX3表达活跃的心肌细胞中，SCN5A和SCN10A有明显的下调。而且SCN10A存在单核苷酸多态性（SNP），它干扰了增强子TBX3和TBX5的功能，这可能是传导系统异常的原因之一。另外，Possum（SCN10A的等位基因）突变的小鼠心电图表现虽然与正常小鼠类似，P波时限、PR间期和QRS间期也与正常小鼠类似，但是在运动中则发现其心率比正常小鼠小50%，且RR间期不规律。

Shao等研究了结合在loops区域的Pdzd2蛋白，Pdzd2是一种Nav1.8的通道伴侣分子，是Nav1.8发挥作用不可缺少的因素之一。研究中使用了siRNA下调Pdzd2蛋白，发现Pdzd2蛋白下调的小鼠与正常小鼠相比没有明显差异。这可能是因为Nav1.8的另一个调控因子p11上调所致，它是膜联蛋白的轻链（Nav1.8的一种新的调控因子），直接与Nav1.8的N端结合，并上调Nav1.8向细胞膜位移，使其掩盖了Pdzd2下调的影响。也有可能是Pdzd2蛋白只是发挥Nav1.8蛋白的膜锚固作用，而非蛋白转运功能。

（三）Nav1.8的通道特性

早期的研究，如Sangameswaran及Rabert等在蟾蜍卵母细胞上分别研究了大鼠和人类的Nav1.8电流的特性，结果提示它的激活峰值电压较Nav1.5正向右移。Yang等利用ND7/23细胞系研究Nav1.8在心脏的功能，特别是Nav1.5和Nav1.8的通道特性差异（图1-5-3），发现在ND7/23细胞导入SCN5A后，Nav1.5细胞的激活时间为（1.36±0.04）毫秒，失活时间常数为（1.3±0.1）毫秒和（2.9±0.2）毫秒，峰值电压在-30mV左右；而Nav1.8激活时间为（5.6±0.3）毫秒，失活时间常数为（3.2±0.2）毫秒和（18.2±0.9）毫秒，峰值电压为+20mV左右。这些结果提示若Nav1.8在心脏中表达，其电流特性会导致Nav1.5钠电流失活后仍存在尚未完全失活的钠电流，结合Nav1.8在心脏中表达量可能较低的特点，因此他们认为这可能是晚钠电流的另一个组成成分之一。而且当Nav1.8发生突变后，其门控特性如果发生变化，晚钠电流可能会进一步增大。

此外，Nav1.8在心脏存在一定的组织特异性，且有激活、失活均较慢的特点，因此可能导致不同细胞动作电位的差异，影响了心肌电传导性。Yang等的数据提示：Nav1.8的通道门控特性可能由SCN10A的非同义编码区SNP调控（V1073A）。目前认为V1073A突变可以导致野生型通道门控特性的改变，但是这些研究是在神经系统相关的细胞系中完成的，在心肌细胞中还需进一步验证。

（四）Nav1.8的药理学特性

A-803467是Nav1.8的特异性阻断剂，为呋喃类似物，Jarvis等发现A-803467以浓度依赖性的方式抑制Nav1.8电流，而与钳制电压无关，甚至在钳制电压为-100mV的条件下，这提示A-803467可以阻断静息状态下的Nav1.8通道。同时还发现，A-803467的抑制作用是可逆的。Browne等研究了Nav1.8的核心区域，发现位点I138A、F1710A和Y1717A的突变会导致丁卡因或A-803467对静息和失活状态下通道的亲和性下降。出乎意料的是，L1410A位点的突变会使两种药物在极低的浓度即可完全抑制静息状态下的通道。但是丁卡因对于正常状态的Nav1.8没有作用，仅对于L1410A和F1710A突变的通道起作用，提示A-803467和丁卡因结合于Nav1.8的共同区域。另一项研究结果也发现Nav1.8和其他类型钠通道一样，药物敏感性区域位于第1、3、4结构域的S6上。最新的研究发现A-803467对于心房颤动可能有治疗作用。

Nav1.8的阻断剂还有A-887826，该药物为吡啶类药物，结构与A-803467完全不同。研究发现100nmol/L的A-887826在静息电位下对于动作电位的激发影响不大，但是在-40mV的钳制条件下，它可以有效抑制动作电位的激发，但是当复极至-40mV时，它的抑制作用又几乎消失。另外A-803467与A-887826对于Nav1.8的阻断是没有频率依赖性的，然而传统的钠通道阻滞剂，如利多卡因、美西律、阿米替林具有频率依赖性。A-803467与A-887826在通道失活状态下对超极化反转电位影响不大（-7mV），且缺乏频率依赖性。此外，A-887826对于电压门控钾通道、钙电流激活的钾通道、L型钙通道的作用不大。而A-803467在较高浓度下对于L型钙通道有抑制作用，但是缺乏其在心肌细胞上的研究，且与A-803467作用的比较还需进一步研究。

三　心脏SCN10A的遗传学研究

过去的研究认为，LQT3的发生与钠通道变异有关，表现为快失活缺陷、动作电位平台期晚钠电流增大以及动作电位时程延长。而SCN5A的突变就可导致LQT3以及其他多种遗传性心律失常。Chambers等的研究提示SCN10A编码Nav1.8通道对于PR间期、P波和QRS间期均有影响。

Holm等针对欧洲人群做了全基因组关联分析，发现SCN10A与PR间期、QRS间期有关。TBX5的信号rs3825214的多态性与QRS间期、PR间期和QT间期延长有关。TBX编码的转录因子在心脏发育中发挥重要作用，它的异常可导致心脏发育的畸形和传导阻滞。它主要表达在小鼠窦房结和心室传导束，这提示TBX5的分布与SCN10A有一定的关联，且SCN10A多态性与PR间期和QRS间期有关。其中关联最大的是rs6795970与V1073A位点的突变有关。有研究发现，心脏钠通道SCN5A和SCN10A之间基因相似度达70.4%。此外，TBX5与心房颤动和房室传导阻滞有关。另外在2334名欧美患者中使用全基因组分析，发现了SCN10A相关的4个单核苷酸多态性（rs6800541、rs6795970、rs6798015、rs74303477）与PR间期有关。另外还有三个关于房室传导阻滞的GWAS的研究（PR间期），均发现与SCN10A的单基因多态性有关。其中Pfeufer等的大型研究发现，与PR间期关联最为密切的位点在3P22.2，在该位点相关的两个基因是SCN10A（rs6800541）和SCN5A（rs11708996）。SCN10A的两个非同义替换rs6795970和rs12632942与PR间期之间可能存在强烈的关联。Chambers等亦发现SCN10A的多态性与PR间期和QRS间期相关。在Scn10a-/-小鼠中，PR间期短于正常小鼠。且rs6795970与心脏传导阻滞和心室颤动有一定的联系。而且SCN10A多态性的rs6795970、rs6599257和rs6800541与PR间期关系较大。其中rs6795970与P波时程、QRS间期也有关系，但是与QTc和心率的关系不大。Sotoodehnia等的meta分析发现，QRS间期差异性相关的位点可能分布在染色体3p22区域，可能存在6个相关信号，其中的2个相关位点接近于SCN10A位点。

最近SCN10A与Brugada综合征的关系受到学者们的关注，一项对312名患者的研究发现，SCN10A非编码区突变（rs10428132）与Brugada综合征以及房颤的发病有关。最新的观点认为SCN10A的功能性位点rs6801957突变会影响SCN5A的转录与表达，原因是该位点与SCN5A的转录启动子有关。在人类，rs6801957突变可导致心脏传导缓慢，Nav1.5表达下降，这可能是SCN10A突变致心律失常的机制之一。此外，SCN5A的突变与肥厚型心肌病有关，这一点目前已被证实，而最近的研究发现肥厚型心肌病也存在SCN10A表达异常。

四　心脏SCN10A研究展望

Nav1.8主要表达于痛觉相关的神经组织，之前的研究提示其功能的发挥可能与某些神经相关调控因子有关。众所周知，神经因子与心脏功能及结构的改变密切相关，通常情况下，Nav1.8的表达量较低，而在病理情况下，相关神经因子表达的变化会影响Nav1.8的表达，因此，推测心脏重构过程中神经纤维或血管的再生与Nav1.8的表达和分布可能存在着一定的联系。同时，晚钠电流的增大是导致心律失常的重要原因之一，结合Nav1.8的通道特性，由此推测在其他导致心脏电重构和离子通道异常的疾病中，如心衰、LQT以及各种类型心肌病导致的心律失常，Nav1.8均可能参与其中。

总之，当使用了A-803467后，野生型小鼠的PR间期和QRS间期都有所延长，最新的研究还发现A-803467具有治疗心房颤动的效果。并且在分离的心肌传导组织细胞中，Nav1.8的表达量大大增加。另外，传导组织中的心肌细胞的动作电位时程最长，这可能就是晚钠电流起的作用。以及发现Nav1.8通道可能是晚钠电流的结构基础，而且Nav1.8的抑制可以减少早复极综合征的发生。抗心律失常药物的致心律失常作用是制约其应用的主要原因之一，其中的机制就是这类药物的选择性问题，而Nav1.8在心脏中表达量较低，如果心脏其他离子通道对于Nav1.8特异性阻断剂的敏感性较低，那么它可能成为一个潜在的抗心律失常药物作用靶点。但是，由于Nav1.8最早在神经细胞中发现，因此目前大多数实验均在神经细胞中完成，而对于心肌细胞的影响，还需要更多的研究。

（汪道武　韩钟霖）

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