10　右室流出道的胚胎发育与心律失常

右室流出道（RVOT）是室性心律失常常见的起源部位，其中包括常见的特发性流出道心律失常，也包括如Brugada综合征及致心律失常右室心肌病（ARVC）等少见疾病。近年来，尽管针对这些心律失常的机制有大量深入研究，但为何RVOT能成为这些心律失常的好发部位目前仍不清楚，一种可能的解释就是与心脏及RVOT的组织发育有关。

一、RVOT心律失常类型

1.特发性流出道心动过速

是指发生于无器质性心脏疾病患者中的室性心动过速，约占总室速病例中的10%。80%特发性流出道室速源于RVOT，15%起源于左室流出道（LVOT），源于间隔部、肺动脉内的心肌延伸、主动脉窦、希氏束旁以及心室心外膜者共约5%。流出道心律失常多是儿茶酚胺敏感性，在运动、情绪激动、外界压力增加情况下常发作增加。特发性流出道心动过速多为良性过程，但也有部分呈恶性过程（<16%）。

2.Brugada综合征

直到1992年Brugada综合征才被正式诊断，之前一直被认为是一种特发性室性心律失常，Brugada综合征患者典型心电图表现：至少一个胸前出现导联ST段抬高伴随T波倒置，可以有自发室性心律失常或者电生理检查程序刺激可以诱发出室性心律失常，多有家族遗传。人群发病率为0.5‰～1‰，亚洲人发病率高于欧洲及美洲人，25%的Brugada综合征患者有家族史，据报道20%～30%患者存在SCN5A基因变异功能缺失。目前，针对本疾病病因尚无有效治疗方法，对高危患者需植入ICD以预防心源性猝死发生，右室流出道心外膜的射频消融是一项有前途的治疗方式。

3.致心律失常性右室心肌病（ARVC）

致心律失常性右室心肌病（ARVC）又称致心律失常性右室发育不良（ARVD），其特征为右心室心肌被进行性纤维脂肪组织所替代，少数病例此种心肌病变可以扩展到左室心肌组织，疾病逐渐进展，临床常表现为右心室扩大、心力衰竭、心律失常和猝死。人群中的发病率约（1～2）/5000。约40%的患者存在与细胞桥粒功能和结构形成相关基因的变异。尽管室性心律失常可起源于右心室的任何部位，但RVOT占其中重要部分。由于一部分ARVC/D患者其致心律失常基质与Brugada相重叠，故此也可以将ARVC/D视为RVOT起源的心律失常。

二、RVOT的组织发育

心脏的发育是一个非常保守的过程，通过对哺乳动物心脏的研究，在一定程度上可再现人类心脏的发育过程。心脏前体细胞池分化形成心脏祖细胞，进一步分化成为早期心肌层（称之为第一生心区），在此后，第二生心区细胞分化参与形成心脏结构促进心脏进一步发育。在早期原始心管，由胚胎心肌构成流出道和流入道结构，此部分组织主要由第二生心区的祖细胞分化并附加到流入道、流出道及心背系膜而形成。在心脏不断生长延展过程中，心管袢和心室工作心肌分化形成于心管腹侧，而心房工作心肌分化形成于心管背侧。当工作心肌扩展分化时，右心室心肌层细胞向心包腔扩展，构成流出道外层曲面，而左心室心肌层向心包腔扩展形成流出道的内层曲面，此两层心肌仍旧维持原心肌表型不变。心肌祖细胞及其后续的分化过程是渐进的，并持续到哺乳动物的晚期胚胎或早期胎儿阶段。祖细胞首先分化形成左心室，然后是右心室，最后形成流出道。这三个心腔的祖细胞有不同的形成历史，并且在其分化之前已经有不同的信号和基因程序参与调控，这可能是成年后表型的差异原因。

在胎儿期（小鼠胚胎期14.5天后，人类8周后），大部分胚胎期肌性流出道合并入右室游离壁，并参与形成肺动脉瓣下心肌组织（与成年后的RVOT相一致），这里的上部形成主动脉下心肌组织以连接左心室和主动脉。以上各部分存在不同的基因表达谱，例如，小鼠中Tbox-1变异特异性影响肺动脉下心肌组织导致此处大面积缺失。故此，尽管RVOT和LVOT有相同的起源，但其分子构成并不完全相同。RVOT和LVOT仅在个体出生前才具备工作心肌细胞的表型。然而，瓣下心肌依然保留与左右心室入口的房室环心肌相似的初始表型。

三、RVOT组织发育的基因调控

目前决定胚胎及成体后组织发育不同时期流出道表型的确切因素并不清楚。转录因子Tbx2在人和小鼠流出道处特异性表达，并且抑制胚胎房室管工作心肌基因表达（Cx40，Cx43及SCN5A）。然而与正常对照组相比，Tbx2基因缺失组Cx40，Cx43表达并无明显差别。

另一可能参与调控的基因是Hey2（Hrt2/Hesr2/Chf1）。心脏胚胎发育期间，Hey2在工作心肌层呈梯度分布（外膜下水平较高），其作用是抑制SCN5A的表达，但此基因在流出道并无表达。胎儿期，整个心脏Hey2表达水平逐渐降低至原位杂交方法不能检出，而在成年大鼠心脏仍可通过定量PCR方法检测到Hey2，但其表达水平在ROVT和左右心室肌并无不同。研究显示Hey2基因变异与Brugada综合征相关，基因变异影响HEY2表达，并降低SCN5A 表达水平，减少Na+电流，并产生类似于部分Brugada综合征患者的SCN5A功能缺失的异常表现。

四、ROVT电生理特性与基因的关系

人体心脏工作心肌SCN5A及Cx43表达水平较高，相应的激动传导速度也较快，但在胚胎时期，流出道处SCN5A表达水平较低，并且Cx40和Cx43表达缺失，心肌细胞间信号传导主要由Cx45完成，但其传导速度相对较慢。相应的，对比研究分离培养的小鼠胚胎期流出道细胞和左右心室肌细胞，可见流出道细胞膜动作电位上升速率较慢，静息膜电位负向程度较小。研究显示，胎鼠流出道传导速度（5～10cm/s）快于胚胎期流出道，但低于工作心肌（约40cm/s）。

胚胎时期Cx43主要表达于小鼠心室肌细胞，而流出道中并无表达。成年心脏中，Cx43阴性心肌细胞仅存在于肺动脉瓣下，与胚胎时期左右心室入口处原始心肌环的特性相似。成年小鼠RVOT游离壁Cx43和SCN5a（mRNA以及蛋白水平）表达水平高于胚胎时期。尽管如此，成年动物（猪和小鼠）右室流出道的传导速度并不比右室心肌慢（均约40cm/s）。在某些病理或药物作用情况下，成年动物RVOT心肌传导速度可慢于右室或左室心肌，但这种现象仅见于小鼠。

关于成年心脏RVOT动作电位时程的研究数据较少，而且结果并不一致。在动物研究中，RVOT与右室心肌相比动作电位时程有短有长。在人体内，RVOT动作电位时程较其他部位心肌组织并无明显变化。但Brugada综合征患者RVOT心外膜动作电位时程可能比正常对照组延长。

五、RVOT发育过程与心律失常的关系

特发性RVOT室性心律失常通常起源于肺动脉肌袖，多数为异丙肾上腺素敏感性，提示潜在机制可能是自律性增高和触发活动。我们研究显示折返也是RVOT持续性室速的机制之一。腺苷敏感性有助于射频消融成功的预测和位置的判断。可能胚胎期流出道肺动脉瓣膜下心肌呈现原始心肌表型Cx43缺失，在局部心肌结构或细胞间偶联发生改变时，这些原始心肌细胞可能成为产生自发活动的病灶。

Brugada综合征患者临床心电图表现为胸前导联ST段的抬高，其心律失常大多起源于RVOT游离壁。在这些患者中，使用钠离子通道阻滞剂（ajmaline或flecainide）可以导致ST段抬高并诱发心律失常。对其中心律失常的机制目前仍有争议，近10年来研究提示，在Brugada综合征患者中，整个右心室及RVOT可见细微的组织结构不连贯，导致不同心肌组织间电流负荷不匹配，进而产生传导阻滞及折返。工作心肌快速传导相关基因（如Cx43和SCN5a）在成人RVOT并不表达，导致局部传导速度和可兴奋性低于右心室心肌。细胞间偶联与传导速度并不成线性相关，由于细胞间偶联解离的不均一性，Brugada综合征患者RVOT较右室更易出现传导延迟或阻滞，在应用钠通道阻滞剂或者组织纤维化时更易出现传导异常。

ARVC/D患者，心律失常通常起源于右心室，部分也可起源于RVOT，相比Brugada综合征，ARVC/D患者的心律失常为儿茶酚胺敏感性、运动时更易发生。有研究显示，两种疾病可能存在共同的发病机制：细胞间偶联异常或MRI难以检测的细微的组织结构异常。尽管ARVC为桥粒蛋白相关基因变异所致，但其确切分子机制仍不清楚。Wnt信号通路是支配房室管胚胎发育的一个关键的转录因子，Wnt信号异位激活在小鼠心室足以诱导形成异位房室交界样组织（表现为Cx40，SCN5A表达缺失或缓慢传导），房室管异常发育可导致产生心室预激现象。Plako-珠蛋白基因突变可导致Wnt信号改变，研究显示此与ARVC发病相关。对Wnt信号通路对右心室电生理特性调节的深入理解，将有助于观察右心室和RVOT心律失常的特性以及RVOT与ARVC的关系。

六、心脏成熟及老化在心律失常中的作用

尽管心脏胚胎发育以及形成过程产生可致心律失常的心肌组织特性，但是临床心律失常的发生往往晚于右室流出道的形成很多年。这样的观点看似矛盾，可能的解释是随着心脏的发育，原来有致心律失常性胚胎表型的心肌可能会显露其致心律失常的作用。随着年龄的增长，心脏最显著的结构变化是纤维化的形成。在Brugada综合征和ARVC/D患者中，心肌纤维化导致的心肌不连续导致局部心肌兴奋性改变，而在特发性RVOT心律失常患者中，心肌纤维化导致心肌电偶联解离进而利于触发活动产生。人类出生以后，心脏不断生长、重构、成熟，这些过程与心脏疾病的心律失常发生有着重要的关联。

右室流出道的发育与多个细胞类型有关。如位于动脉极的心脏神经嵴细胞，它将动脉极分为全身性通道和肺部通道，同时也参与了副交感神经的形成分布。虽然心脏神经嵴细胞没有直接分化形成右室流出道心肌组织，但是在右室流出道的形成过程中，可向右室流出道的前体细胞发出调控信号。因此，目前认为心脏神经嵴细胞可能参与了RVOT心肌特殊表型的激活。其他影响基因表达的机制，比如心脏修复或血流动力学改变过程中局部信号调控等也需要被充分考虑。

七、结论

右心室或RVOT起源心律失常通常成年后发病，纯胚胎发育原因似乎并不能很好解释其中机制。总结起来，组织发育与心律失常的关系如图1-10-1所示，尽管尚需进一步证据支持，但可以推测的是，RVOT组织细胞特性这些细微差异是成年后心律失常易感性的基础，额外因素叠加后心律失常就易产生。例如，老龄化、室壁张力增加或其他原因导致的心肌纤维化提供了心律失常产生的基质。离子通道基因变异会进一步影响这种心律失常易感性。

（李毅刚 张澎湃）

参考文献

［1］Birati EY，Belhassen B，Bardai A，et al.The site of origin of torsade de pointes.Heart，2011，97（20）：1650-1654.

［2］Marcus FI，McKenna WJ，Sherrill D，et al.Diagnosis of arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy/dysplasia：proposed modification of the task force criteria.Circulation，2010，121（13）：1533-1541.

［3］Shimizu W.Arrhythmias originating from the right ventricular outflow tract：how to distinguish“malignant” from“benign”？Heart Rhythm，2009，6（10）：1507-1511.

［4］Nademanee K，Veerakul G，Chandanamattha P，et al.Prevention of ventricular fibrillation episodes in Brugada syndrome by catheter ablation over the anterior right ventricular outflow tract epicardium.Circulation，2011，123（12）：1270-1279.

［5］Sizarov A，Ya J，de Boer BA，et al.Formation of the building plan of the human heart：morphogenesis，growth，and differentiation.Circulation，2011，123（10）：1125-1135.

［6］Boukens BJ，Christoffels VM，Coronel R，et al.Developmental basis for electrophysiological heterogeneity in the ventricular and outflow tract myocardium as a substrate for life-threatening ventricular arrhythmias.Circ Res，2009，104（1）：19-31.

［7］Boukens BJ，Sylva M，de Gier-de Vries C，et al.Reduced sodium channel function unmasks residual embryonic slow conduction in the adult right ventricular outflow tract.Circ Res，2013，113（2）：137-141.

［8］Bezzina CR，Barc J，Mizusawa Y，et al.Common variants at SCN5A-SCN10A and HEY2 are associated with Brugada syndrome，a rare disease with high risk of sudden cardiac death.Nat Genet，2013，45（9）：1044-1049.

［9］Park DS，Cerrone M，Morley G，et al.Genetically engineered SCN5A mutant pig hearts exhibit conduction defects and arrhythmias.J Clin Invest，2015，125（1）：403-412.

［10］Liang S，Lin C，Li Y，et al.L-type calcium current in right ventricular outflow tract myocytes of rabbit heart.Sci China Life Sci，2012，55（1）：41-46.

［11］Nagase S，Kusano KF，Morita H，et al.Longer repolarization in the epicardium at the right ventricular outflow tract causes type 1 electrocardiogram in patients with Brugada syndrome.J Am Coll Cardiol，2008，51（12）：1154-1161.

［12］Mao J，Yin X，Zhang Y，et al.Ablation of epicardial ganglionated plexi increases atrial vulnerability to arrhythmias in dogs.Circ Arrhythm Electrophysiol，2014，7（4）：711-717.

［13］Li YG，Grönefeld G，Israel C，et al.Sustained monomorphic ventricular tachycardia ablation from the aortic sinus of valsalva.J Cardiovasc Electrophysiol，2002，13（2）：130-134.

［14］Feng XF，Wang QS，Sun J，et al.Adenosine sensitivity is associated with ablation success rate and recurrence rate with nonirrigated catheters in patients with ventricular premature contractions/tachycardia from the ventricular outflow tract.Chin Med J（Engl），2015，128（2）：147-152.

［15］Xie Y，Sato D，Garfinkel A，et al.So little source，so much sink：requirements for afterdepolarizations to propagate in tissue.Biophys J，2010，99（5）：1408-1415.

［16］Hoogendijk MG，Potse M，Linnenbank AC，et al.Mechanism of right precordial ST-segment elevation in structural heart disease：excitation failure by current-to-load mismatch.Heart Rhythm，2010，7（2）：238-248.

［17］Agullo-Pascual E，Cerrone M，Delmar M.Arrhythmogenic cardiomyopathy and Brugada syndrome：diseases of the connexome.FEBS Lett，2014，588（8）：1322-1330.

［18］Gillers BS，Chiplunkar A，Aly H，et al.Canonical wnt signaling regulates atrioventricular junction programming and electrophysiological properties.Circ Res，2015，116（3）：398- 406.