慢性腎臟疾病誘發心房心律不整在肺靜脈和心房的電生理特徵和潛在機制之研究探討

背景 - 心房顫動是最常見的心律不整，而且會引起明顯的心血管發病率和死亡率。慢性腎臟疾病會增加由肺靜脈觸發和心房基質產生的心房顫動的風險。此外，纖維母細胞生長因子23會在慢性腎功能衰竭中升高以減少血清磷酸鹽，並且造成鈣調節恆定性的異常來增加心房顫動的發生。通常在慢性腎臟疾病觀察到的鈣調節的異常和活性氧化物，此兩者皆會增強肺靜脈心律不整的活性。然而慢性腎臟疾病導致心房心律不整的機制尚不清楚。因此，我們假設慢性腎臟疾病可透過發炎反應，氧化壓力或細胞纖維化來調節肺靜脈和心房的電生理特徵，並改變鈣調節和活性氧化物恆定進而導致心房顫動。此外，我們也假設慢性腎臟疾病中豐富的纖維母細胞生長因子23可能通過蛋白激酶信號傳導來導致肺靜脈細胞的鈣調節失衡和增強氧化壓力，進而引起心房心律不整。，本研究的目的是探討肺靜脈的觸發和心房的基質在慢性腎臟疾病引起心房顫動中所可能造成異常的電生理特性和鈣離子恆定，並評估了解其潛在引起心律不整的相關機制。
方法 - 在腎衰竭兔子研究中，在有和無或輕度慢性腎臟衰竭的雄性新西蘭兔子(每組n = 18，由150 mg/kg/day neomycin sulfate and 500 mg/kg/day cefazolin來誘發)中使用心電圖、心臟超音波、和相關生化抽血檢查來進行研究。使用分離之兔的肺靜脈、左心房、右心房和竇房結組織來進行傳統電極記錄，西方墨點法和病理組織學檢查。在慢性腎臟病變之肺靜脈心肌細胞研究中，使用對照組和慢性腎臟病變(每組n = 15隻兔子)中分離之單個肺靜脈心肌細胞培養於有無含有H89 (1 μM，蛋白激酶A的抑制劑)，KN93 (1 μM，鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II的抑制劑) 和N-(2-mercaptopropionyl)-glycine (MPG，100 μM，活性氧化物抑制劑) 之培養液中。利用共聚焦顯微鏡之螢光攝影和全細胞箝制的來評估鈣離子恆定和電生理學活性，而且透過細胞內螢光染色和脂質過氧化實驗進行確認粒腺體和細胞溶質中的活性氧化物。在纖維母細胞生長因子23培養的肺靜脈心肌細胞研究中，使用全細胞箝制，西方墨點法和共聚焦顯微鏡來評估肺靜脈心肌細胞培養於有無含有纖維母細胞生長因子23 (0.1或1 ng /mL) 約4~6小時下的電氣生理活性，鈣離子恆定和粒腺體活性氧化物。
結果 - 嚴重腎衰竭的兔子與輕度腎衰竭和對照組相比，心房心律不整的發生率較高。嚴重腎衰竭的兔子比較對照組表現出更快的肺靜脈自動跳動活性，延長的左心房動作電位，明顯的左心房纖維化程度，並且更慢的竇房結跳動速率，但在右心房中兩組具有相似的動作電位和纖維化程度。咖啡因 (1 mM) 在嚴重腎衰竭組中所引起的肺靜脈心律不整會受到Flecainide (10 μM) 或KB-R7943 (10 μM，鈉/鈣交換離子流的抑製劑) 而阻斷異常。此外，嚴重腎衰竭的兔子在肺靜脈中具有更高的鈉/鈣交換離子流、蛋白激酶A、磷酸化ryanodine receptor (Serine 2808)、和磷酸化phospholamban (Serine 16) 的表現，並且在左心房中Cav1.2的表現較高，在竇房結中hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated potassium channel 4有較少的表現。
與對照組相比，慢性腎臟病變中肺靜脈心肌細胞的跳動速度更快，鈣瞬變幅度與肌漿網內鈣含量更大，且鈉/鈣交換離子流和晚鈉離子流含量更多，但其L型鈣離子流含量較少。 慢性腎臟疾病中肺靜脈心肌細胞比對照組的鈣火花之頻率更高，持續時間更長，而且其細胞質和粒腺體中的活性氧化物更多。此外，與對照組肺靜脈心肌細胞相比，H89會抑制慢性腎臟疾病中肺靜脈心肌細胞中的所有鈣火花，且H89和MPG皆會使慢性腎臟病變中肺靜脈心肌細胞鈣瞬變減少至相似的程度。
與對照組相比，纖維母細胞生長因子23 (1，但不是0.1 ng /mL) 培養過的肺靜脈心肌細胞具有更快的跳動速率。纖維母細胞生長因子23 (1ng/mL) 培養的肺靜脈心肌細胞比對照組具有較大的晚鈉離子流、鈣瞬變、和粒腺體活性氧化物。然而，ranolazine（晚鈉離子流的抑製劑）會減弱纖維母細胞生長因子23 (1ng/mL) 增加的跳動速率、鈣瞬變、和粒腺體活性氧化物。另外，纖維母細胞生長因子23 (1ng/mL) 培養的肺靜脈心肌細胞表現出較明顯的鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II磷酸化。而且，纖維母細胞生長因子23 (1ng/mL) 培養的肺靜脈心肌細胞中，Chelerythrine chloride (蛋白激酶C的抑製劑) 會減少晚鈉離子流含量。然而，KN93在控制組和纖維母細胞生長因子23 (1ng/mL)培養的肺靜脈心肌細胞中的晚鈉離子流含量則都會降低至相似程度。
結論 - 慢性腎臟疾病透過調節肺靜脈、左心房、與竇房結的獨特電生理特徵來增加心房心律不整的發病。 而且，慢性腎臟病變透過活化蛋白激酶A和活性氧化物來造成肺靜脈的異常钙離子恆定，進而引起肺靜脈心律不整。 此外，纖維母細胞生長因子23會影響蛋白激酶C來引起鈉離子和鈣離子的恆定失調，進而造成肺靜脈心律不整。 這三項研究表明，鈣離子調節異常與活性氧化物和晚鈉離子流的增加導致慢性腎臟病變中肺靜脈和心房心律不整的發生。 最後利用這些研究可得知鈣離子相關調節和活性氧化物而導致慢性腎臟疾病誘發心房顫動的發病機制，而來提供慢性腎臟疾病誘發心房顫動的治療新策略。