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编号:10271653
心肌肽素抗心律失常作用及对钙和钾离子通道的影响
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 2000年第2期
     作者:孔祥平 万华印 李茹冰 王丽华 吴燕 李婉 王晓良

    单位:孔祥平 万华印 李茹冰 王丽华(中国人民解放军第四五八医院传染病中心分子生物学科, 广东 广州 510602);吴燕 李婉 王晓良(中国医学科学院药物研究所, 北京 100050)

    关键词:肽类;心肌;心律失常;钙通道;钾通道

    中国病理生理杂志000212 [摘 要] 目的:观察心肌肽素对室速、室颤发生率及心室肌细胞钙、钾电流的影响。方法:建立整体动物心肌缺血-再灌流损伤模型。以膜片钳技术记录单个心室肌细胞内向钙电流及电流-电压曲线、内向整流钾电流及延迟整流钾电流。结果:心肌肽素可降低室速、室颤发生率,在一定浓度下对心肌细胞内向钙电流有明显的抑制作用,且该作用具有一定的电压依赖性,而对内向整流钾电流及延迟整流钾电流均无作用。 结论:心肌肽素能降低缺血-再灌流损伤大鼠严重室性心律失常的发生率,这可能与其抑制心室肌细胞内向钙电流有关。
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    [中图分类号] R541.7 [文献标识码]A

    [文章编号] 1000-4718(2000)02-0139-04

    Effect of cardiomyopeptidin against arrhythmia and influence on calcium and potassium ion channel

    KONG Xiang-ping,WAN Hua-yin,LI Ru-bing,WANG Li-hua

    ( Department of Molecular Biology,Infectious Disease Center,the 458th Hospital of PLA,Guangzhou 510602)

    WU Yan,LI Wan,WANG Xiao-liang
, 百拇医药
    (Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100050,China)

    [Abstract] AIM: To observe the effect of cardiomyopeptidin (CMP) on incidence rate of ventricular tachycardia(VT) and ventricular fibrillation(VF)and the influence of CMP on the inward calcium current and potassium current. METHODS: The ischemia-reperfusion model were developed in rat heart in vivo. The influence of CMP on the inward calcium current(ICa) and its current-voltage relationship,the inward rectifier and delayed rectifier potassium current were recorded by patch-clamp techniques in guinea pig ventricular myocytes. RESULTS: The results showed that CMP could decrease the incidence rate of VT and VF, and could inhibited the inward calcium current of myocardial cells in certain concentration range and in a voltage-dependent manner. But CMP had no effect on both of inward rectifier and delayed rectifier potassium current. CONCLUSION: CMP could decrease the incidence rate of serious ventricular arrhythmia in rat heart injured by ischemia-reperfusion,this may be related to its decreasing ICa in ventricular myocytes.
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    [MeSH] Peptides; Myocardium; Arrhythmia;Calcium channels; Potassium channels

    心律失常的原因之一是心肌细胞膜离子通道功能障碍[1],抗心律失常药物主要为影响Na+、Ca2+及K+的各种化合物[2],而近年来多肽类物质抗心律失常的报道日渐增多。我们发现从乳猪心脏提取的小分子多肽(心肌肽素)有抗钙超载作用,本实验研究心肌肽素(cardiomyopeptidin,CMP)抗心率失常作用及对钙、钾离子通道的影响,旨在探索一种防治心肌缺血-再灌注损伤的新药。

    材 料 和 方 法

    一、药物与试剂

    (一)药物 CMP溶液,由中国人民解放军第四五八医院提供,多肽含量为10 mg/mL,置冰箱-18℃冻存,临用时配成所需浓度。盐酸维拉帕米(verapamil hydrochloride,Ver)注射液,由江苏省连云港制药厂生产。盐酸普萘洛尔(propranolol hydrochloride)由北京第二制药总厂生产。
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    (二)试剂 胶原酶Ⅲ,HEPES, EDTA等均为Sigma公司产品。

    二、动物

    Wistar大鼠及豚鼠,由中国医学科学院实验动物中心供应,Wistar大鼠体重250~350 g,雌雄兼用。豚鼠体重220~250 g,雄性。

    三、实验模型

    (一)整体动物心肌缺血-再灌流损伤模型 参考文献[3],于距冠状动脉左前降支(left anterior descent, LAD)根部约2~3 mm处穿线结扎LAD。心肌缺血10 min,松开再灌流30 min。记录Ⅱ导联心电图。

    (二)膜片钳全细胞记录方法[4] 1.分离豚鼠心室肌细胞:豚鼠心脏先以无钙液灌流5 min,然后用胶原酶溶液(0.33 mg/mL)灌流10~15 min。剪碎心脏,置37 ℃胶原酶溶液消化10 min后,经离心及无钙液洗涤,得到膜片钳实验用单个细胞。2.膜片钳全细胞记录: 将细胞悬液加入细胞池,置倒置显微镜工作台上。细胞贴附于细胞池底后,用台氏液灌流,流速1~1.5 mL/min,温度30℃~32 ℃。利用三维操纵器移动电极,并轻压在细胞表面,用负压使电极尖端与细胞膜表面间形成10~100 GΩ水平的高阻抗封接后,再以较大的负压吸破细胞膜,补偿电容电流及电极串联阻抗,形成全细胞记录。信号经Ag/AgC1电极引导至膜片钳放大器。玻璃电极内径1~2μm,充灌电极液后的电阻为2~3 MΩ。 实验过程由计算机软件pClamp 5.51控制,电流信号经八道滤波器滤掉噪音,滤波频率为2 kHz。
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    四、主要仪器

    动物小型呼吸机(上海第二军医大学),RM-6000型多导生理仪(日本),三维操纵器(Narishige PB-7,日本),膜片钳放大器(L/M EPC-7,德国),A/D、D/A转换器(Axon TL-1,美国)。

    五、实验分组

    (一)抗心律失常实验分以下7组 假手术对照组,心肌缺血-再灌流组,心肌缺血-再灌流+CMP 3个剂量组,生理盐水对照组及心肌缺血-再灌流+普萘洛尔对照组。各组大鼠数为11~21只,缺血后5 min经舌静脉注射给药。

    (二)对离子通道影响实验分6组 正常组,CMP 4个剂量组及Ver对照组。

    六、统计处理

    数据以±s或百分率表示,行t检验或χ2检验。
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    结 果

    一、对缺血-再灌注大鼠心脏室性心动过速/室性纤维颤动(ventricular tachycardia/ventricular fibrillation,VT/VF)发生率的影响

    缺血-再灌注后大鼠心脏室速、室颤明显增加,与假手术组比较差异非常显著(P<0.01)。生理盐水组VT、VF发生率与缺血-再灌注组比较差异无显著(P>0.05)。1 mg/kg CMP组与缺血-再灌注组比较,VT、VF发生率差异也无显著(P>0.05);而5 mg/kg及10 mg/kg CMP组与缺血-再灌注组比较,差异有显著或非常显著(P<0.05或P<0.01);且CMP剂量与VT、VF发生率呈非常显著负相关(r=-0.983)。普萘洛尔2 mg/kg对VT、VF发生率无明显影响(P>0.05),见表1。

    表1 CMP对缺血-再灌注损伤大鼠
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    心脏VT/VF发生率的影响

    Tab 1 Effects of cardiomyopeptidin on incidence rate of VT and

    VF in rat heart injuried by ischemia-reperfusion(±s) Group

    Dose

    (mg/kg)

    n

    VT/VF

    n

    %
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    SO

    —

    21

    2

    9.52

    I/R

    —

    21

    20

    95.2△△△

    I/R+NS

    —

    19
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    18

    94.7*

    I/R+CMP

    1.0

    11

    9

    90.9*

    5.0

    11

    7

    63.5**

    10

, 百拇医药     11

    5

    45.5***

    I/R+Pro

    2.0

    11

    8

    72.7*

    VT:ventricular tachycardia; VF: ventricular fibrillation; SO: sham operation; I: ischemia; R: reperfusion; NS: normal saline; CMP: cardiomyopeptidin; Pro: propranolol hydrochloride. △△△P<0.01,vs SO group;*P>0.05,**P<0.05,***P<0.01,vs I/R group
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    二、心肌肽素对钙电流的影响

    (一)对豚鼠心室肌细胞内向钙电流(ICa)的影响 当钳制电压为-40 mV(使Na+通道灭活)时,去极化至0 mV,可得到明显的内向钙电流。CMP浓度为3~500 μg/mL时,可见其对钙电流有一定的抑制作用,但无典型的量效关系,即当浓度较低(3 μg/mL)和较高(500 μg/mL)时均无抑制作用,而10 μg/mL组和100μg/mL组可见钙通道电流减少,尤以10 μg/mL组明显,从589±116减至182±93(P<0.01),CMP 100 μg/mL组ICa则从522±66减至409±66(P<0.05)。加钙通道阻断剂Ver后ICa被完全阻断,见表2。

    表2 心肌肽素对豚鼠心室肌细胞内向钙电流的影响

    Tab 2 Effect of cardiomyopeptidin on inward calcium current(ICa)
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    in guinea pig ventricular myocytes(±s) Group

    Dose

    (μg/mL)

    n

    ICa-pA

    Pre-administration

    Administration

    Control

    —

    5
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    450±50

    450±50*

    CMP

    3

    3

    430±129

    646±231*

    10

    3

    589±116

    182±93***

    100
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    5

    522±66

    409±66**

    500

    4

    707±124

    681±99*

    Verapamil

    1μmol/L

    5

    500±90

    0**
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    CMP:cardiomyopeptidin. * P>0.05,** P<0.05,*** P<0.01, vs pre-administration

    (二)对电流-电压曲线影响 同样证明10 μg/mL和100 μg/mL可抑制钙电流,仍以10 μg/mL时作用明显,反映出心肌肽素可引起钙通道电流电压依赖性的抑制,见图1。

    Fig 1 Effect of cardiomyopeptidin on current-voltage relationship of Ca2+ channel in guinea pig ventricular myocytes ○-Pre-administration ●-Administration

    图1 心肌肽素对豚鼠心室肌细胞钙通道电流-电压曲线的影响
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    三、心肌肽素对钾通道电流的影响

    (一)内向整流钾电流Ik1 观察不同浓度CMP对内向整流钾电流(背景钾电流)的影响。将细胞超极化至-100 mV,然后每隔10 mV去极化一次,直至+30 mV,得到一系列电流,与膜电压作图,得到电流-电压曲线。它反映了Ik1的特性。结果显示3~500 μg/mL CMP对该钾通道电流无显著影响,见图2。

    Fig 2 Effect of cardiomyopeptidin on current-voltage curve of K+ channel in guinea pig ventricular myocytes

    ○-Pre-adminstration ●-Administration
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    图2 心肌肽素对豚鼠心室肌细胞钾通道电流-电压曲线的影响

    (二)延迟整流钾电流IK 无论超极化或去极化状态,CMP对内向整流钾电流均无影响,尤其是去极化至+30 mV,CMP仍不能使电流下降,说明该药对延迟整流钾电流可能也没有抑制作用。

    讨 论

    心肌缺血-再灌注损伤时,细胞内酸中毒,H+浓度升高,通过H+/Na+交换和Na+/Ca2+交换,导致细胞内Ca2+超载,上述离子的异常活动容易诱发心律失常[5]。VT、VF为严重的室性心律失常,是心源性猝死的主要原因之一[6]。心肌肽素治疗性给药能明显降低严重室性心律失常的发生率,有一定的抗心肌缺血-再灌注损伤作用。为进一步研究其可能机制,我们采用单细胞膜片钳技术,观察它对心肌细胞两种主要离子通道的影响。因为大鼠心室肌细胞以外向整流钾电流Ito为主,而几乎没有延迟整流钾电流Ik,故选用豚鼠作为实验动物[7]。结果发现CMP对心室肌细胞内向钙电流有明显的抑制作用,且具有一定的电压依赖性,但无典型的量效关系,即较高剂量(500 μg/mL)抑制作用反不明显,详细机制有待进一步研究。心肌肽素对内向整流钾电流及延迟整流钾电流均无作用。上述结果提示,心肌肽素抗缺血-再灌注损伤引起的严重心律失常作用可能与其抑制心室肌细胞内向钙电流有关,而与钾电流关系不明显。至于其对缺血-再灌注损伤心肌细胞内游离钙离子浓度的影响将另文报道。
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    [基金资助] “九五”国家重点科技攻关项目(96-902-01-04)

    [参 考 文 献]

    [1] Grant AO. Mechanisms of action of antiarrhythmic drugs: from ion channel blockage to arrhythmia termination[J]. Pacing Clin Electrophysiol,1997,20(2 Pt 2):432~444.

    [2] 林曙光,陈灏珠.抗心律失常药[M].见:陈 修,陈维洲,曾贵云主编.心血管药理学.第2版.人民卫生出版社,1997. 422~437.

    [3] Cai Q,Takemura G,Ashraf M. Antioxidative properties of histidine and its effect on myocardial injury during ischemia
, 百拇医药
    /reperfusion in isolated rat heart[J]. J Cardiovasc Pharmacol,1995,25(1):147~155.

    [4] 王逸平,陈维洲,王晓良,等. 关附甲素对豚鼠心室肌细胞延迟整流钾电流的抑制作用[J]. 药学学报,1996,31(8):581~584.

    [5] Yoshizumi M,Kitagawa T,Masuda Y,et al. Effect of amiloride on ischaemia and reperfusion injury in isolated,perfused rat hearts[J]. Scand Cardiovasc J,1998,32(3):167~172.

    [6] 浦寿月,李志善,冯学敏.心律失常[M].见:陈灏珠主编.实用内科学. 第2版.人民卫生出版社,1998.1153~1154.

    [7] 张 琼,王晓良. 比较奎尼丁,E-4031对大鼠和豚鼠药物诱发心律失常模型的作用[J].中国药理学与毒理学杂志,1998,12(3):181~182.

    [收稿日期]1999-03-16 [修回日期]1999-07-14

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