衰老与心房颤动：端粒功能障碍的作用

《Chinese Medical Journal》：Aging and atrial fibrillation: Role of telomere dysfunction

　　致编辑：心房颤动（AF）是一种常见的心律失常，老化被认为是其主要的风险因素。随着全球人口老龄化，AF的发病率持续上升，尤其是在65岁及以上的老年人中。AF会增加中风和心力衰竭的风险，并且与认知障碍、身体虚弱和生活质量下降密切相关。全面理解老化如何导致AF的机制，特别是端粒功能障碍的作用，对于寻找新的治疗靶点至关重要。

端粒的结构与功能：人类端粒由端粒DNA和端粒保护蛋白复合物组成，这些结构在真核生物线性DNA分子的末端形成了类似帽子的保护层。这些结构对于维持基因组稳定性至关重要，因为它们可以保护真核生物的遗传物质免受核酸酶的攻击，并防止DNA修复系统的激活。端粒DNA由高度重复的TTAGGG序列组成，形成了独特的T-loop结构。这种结构可以防止松散的DNA末端被误认为是需要修复的双链断裂。端粒DNA周围环绕着一组六种蛋白质，统称为端粒保护蛋白复合物，包括端粒重复结合因子1（TRF1）、TRF2、抑制/激活蛋白1、TRF1相互作用核蛋白2（TIN2）、端粒保护蛋白1（POT1）和POT1相互作用蛋白1（TPP1）。这个复合物对于稳定T-loop结构是必不可少的。端粒长度由端粒酶维持，端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，它通过提供端粒重复序列的模板来防止端粒缩短并延长端粒长度。

老化与端粒功能障碍之间的联系：在人类体细胞中，每次细胞分裂时端粒长度会逐渐缩短。当端粒长度达到临界阈值时，细胞会失去分裂能力，进入复制性衰老或死亡。心肌细胞（CMs）是终末分化的细胞，不再进行有丝分裂。它们的端粒缩短不太受复制相关因素的影响。然而，这些细胞中的端粒缩短与心肌细胞异常和功能障碍有关。线粒体活性氧（ROS）可以在体外诱导端粒缩短，端粒区域容易受到氧化损伤。在衰老的内皮细胞中，端粒功能障碍会导致与衰老相关的分泌表型，其特征是炎症和氧化应激的增加。人类和小鼠的心肌细胞都表现出端粒区域的ROS诱导的DNA损伤，这种损伤是不可逆且持续的。端粒DNA比非端粒DNA更容易被ROS切割，导致单链断裂。ROS通过形成8-氧基-7,8-二氢鸟嘌呤（8-oxo-7,8-dihydroguanine）这种修饰碱基来损伤端粒，这种碱基会终止端粒酶的延伸过程。随着年龄的增长，端粒酶的活性和端粒保护蛋白的表达都会下降。三种关键端粒保护蛋白（Trf1、Tpp1和Pot1）的表达减少与心肌细胞中的端粒缩短有关。

来自临床和实验研究的证据：在AF患者中，几乎没有证据表明心房细胞中的端粒显著缩短。然而，白细胞端粒长度（LTL）的缩短与阵发性AF（PAF）的发展有关。LTL缩短是PAF进展为持续性AF（PsAF）的预测指标，可能作为预测消融术后AF的生物标志物。一项体外研究发现，在HL-1细胞中沉默TERT会导致动作电位持续时间（APD）缩短、细胞内Ca2+过载、L型钙电流减少以及ROS水平升高。在一个高血压性心力衰竭的小鼠模型中，纤维化明显的心肌区域总端粒长度显著缩短。综上所述，端粒功能障碍可能通过电生理改变和结构重塑促进AF的发生。

端粒影响AF的机制：端粒保护蛋白TRF2可以正向调节端粒长度，并抑制端粒区域依赖ATM（ataxia telangiectasia）的DNA损伤信号传导。TRF2表达下调会导致端粒功能障碍和ATM激活。同时，端粒缩短通过ATM激活以及ATR（ataxia-telangiectasia和RAD3相关激酶）检查点途径介导的p53磷酸化，抑制过氧化物酶体增殖激活受体γ-共激活因子1-α（PGC-1α）的活性。这个涉及p53和PGC-1α的调节轴被认为会导致老化心房细胞膜中L型钙电流减少和细胞内钙过载。这些变化会触发心房的电生理和结构重塑，从而促进AF的发生。p53直接与肌浆网Ca2+-ATPase 1（SERCA1）结合，改变其氧化状态并增加Ca2+负荷。PGC-1α表达的减少以及1型Ryanodine受体功能的受损会通过增加钙释放加剧细胞内钙过载。此外，衰老还会增加2型Ryanodine受体（RyR2）的氧化和磷酸化，导致肌浆网Ca2+释放增加。PGC-1α表达的减少抑制SERCA1，从而减缓细胞内钙离子的循环利用，进一步加剧细胞内钙的积累。严重的细胞内钙过载会增强细胞膜上钠-钙交换器的活性，增加瞬时内向电流，引发延迟后去极化和触发性活动（TA），从而导致AF。PGC-1α表达的减少还会直接降低细胞膜上的L型钙电流，进一步缩短动作电位平台期，增加AF的风险。此外，PGC-1α表达的减少还会减少心肌细胞中的L型钙电流，缩短动作电位平台期。这个过程缩短了APD，增加了后去极化和TA的发生频率。端粒缩短还抑制PGC-1α及其下游的TERT表达，进而损伤线粒体DNA（MtDNA），影响线粒体功能。氧化应激会导致线粒体外膜通透性增加，使电压依赖性阴离子通道蛋白（VDAC1和VDAC3）寡聚化，导致孔洞形成，使MtDNA片段进入细胞质。同时，促凋亡蛋白Bak和Bax的激活促进了通道结构的形成，使MtDNA protrusion并释放到细胞质中。当MtDNA释放到细胞质和细胞外基质中时，会激活NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症小泡。长链非编码RNA TERC促进了NF-κB信号通路的激活，进一步加剧了氧化应激相关的线粒体损伤。端粒功能障碍导致TERC表达减少，从而过度激活NLRP3炎症小泡。激活的NLRP3信号通路增加了RyR2的表达，增加了肌浆网Ca2+的释放，导致延迟后去极化和TA，最终引发AF。此外，激活的NLRP3炎症小泡还会增加白细胞介素（IL）-1b和IL-18的产生，这与阵发性AF向持续性AF的进展和持续性AF的发展呈正相关。与老化相关的病理生理变化为AF的发生创造了有利条件。心房纤维化是AF结构重塑的标志。衰老激活了TGF-β/Smad信号通路，促进了Smad2、Smad3和Smad4三聚体的形成及其转移到细胞核中，随后诱导了纤维化相关基因的表达。此外，由端粒缩短激活的p53直接与这些三聚体相互作用，进一步加剧了心肌纤维化和炎症反应。

端粒锌指相关蛋白（TZAP）是端粒长度维持的负调节因子。其过表达与瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员7的表达显著增加有关，该基因参与细胞反应。TZAP可能促进端粒缩短和TGF-β/Smad信号通路的激活，从而加剧纤维化。最终，TZAP可能通过增强心房成纤维细胞中的TGF-β1活性来促进心房纤维化的进展，从而导致AF。

针对端粒的治疗策略：最近的研究表明，沉默信息调节因子1（SIRT1）可以通过去乙酰化来抑制p53，从而稳定端粒。他汀类药物通过减少氧化应激来防止端粒缩短，从而通过阻断DNA损伤和炎症反应来预防AF。通过抑制或删除NLRP3基因可以减轻由端粒功能障碍引发的炎症反应。腺相关病毒9型介导的NLRP3敲低可以预防AF，表明NLRP3抑制剂可能是一种可行的预防策略。选择性NLRP3抑制剂MCC950在直接抑制NLRP3方面显示出治疗AF的潜力。SIRT3通过促进还原型谷胱甘肽的生成来减少氧化应激。抗氧化剂如维生素C和E可以中和ROS，减少端粒DNA损伤并降低AF发病率。Pim-1激活剂通过减少Smad磷酸化和上调TERT来维持端粒长度。规律间隔短回文重复序列基因编辑旨在精确修复端粒DNA，维持基因组稳定性和心肌细胞功能，以预防或治疗AF。针对端粒维持、氧化应激和炎症的治疗策略在减缓心脏老化和预防AF方面显示出潜力。

总之，端粒缩短和功能障碍会影响心房的电生理特性，导致纤维化和异常的钙处理，可能诱发AF。氧化应激和炎症会促进端粒缩短，进一步推动AF的发展。尽管端粒长度通常不用于诊断，但它作为AF的生物标志物和治疗靶点具有潜力。抗氧化剂、NLRP3抑制剂和SIRT1激活剂等策略显示出希望，但它们的长期安全性和有效性仍需进一步验证。然而，端粒长度与AF的发展或维持之间没有显著关联。AF主要与结构重塑、炎症、氧化应激和心房电生理变化有关，而不是直接由端粒长度决定的。临床试验中没有发现端粒长度与AF表现或发病机制之间的一致相关性。一些研究中没有发现AF患者和对照组之间的端粒长度有显著差异。AF是由多种因素引起的，受高血压、糖尿病和冠状动脉疾病等风险因素的影响，这些因素都可能导致端粒缩短。尽管端粒缩短与老化有关，但AF的持续性和复发更多受到电生理特性和外部刺激的影响。尽管端粒缩短在老化中起作用，但支持其与AF直接关联的临床证据仍然不足。未来的研究可能为老年AF患者提供新的治疗选择，改善他们的生活质量，并减轻社会和经济负担。

利益冲突：无。