n-3脂肪酸与心律失常AlexanderLeafn-3鱼油脂肪酸对动物模型心律失常的影响：Charnok和McLenan(1)首
先证明，鱼油脂肪酸能预防动物发生心律失常。后来的报道说以脂肪酸化合物为主要的饮食喂养3月个月后，当它们的冠状动脉被结扎后，只有4
0%个体发展为致命的心室颤动(VF)。用橄榄油(单不饱和脂肪酸)喂养的动物，这种心室颤动（VF）的发生率并未明显下降，但是食用
植物油的个体心室颤动发生率下降了70%。然而，McLenan报告食用鲔鱼油者，不论有无血流回流的缺血心肌均可防止发生不可逆的室性心
律失常，这些引人注目的研究结果引导我们去探索鱼油抗心律失常活性的可能机制。心脏猝死的小狗模型中n-3PUFAs对缺血诱导的致命
性室性心律失常的预防作用测试狗的数量n-3PUFAs总数受保护数P值浓缩鱼油a1310<0.005EP
Ab75<0.02DHAc8
6<0.004-LNAd86<0.004a．72%n-3PU
FA游离EPA，33.9%且DHA25%.b．98.4%游离EPA；1.1%游离DHA.c．90.8%游离DH
A；0.9%游离EPA.d．>99%游离ALA但是，首先我们想要看看我们是否能证实Charnok和McLenan的研究结
果。我们与哥伦布俄亥俄州州立大学生理学系的GeorgeE.billman教授研究了一个可靠的突然心脏猝死的尖牙犬模型(3)。
通过结扎冠状动脉左主干并且在冠状动脉左旋支置入膨胀充气式导管套囊，一个犹如外科手术引起的心肌梗塞模型被建立。在一个月时间的康复期间
内，我们教会动物在运动平板上跑步。表1总结了我们的结论：13只狗中的10只静脉内灌输乳胶状的浓缩PUFAs，先作运动性缺血测试预
防致命性心室颤动的发生(p<0.005)（4）。对照组比食用浓缩PUFAs的小狗提早一周作运动性缺血测试，测试完毕的一周后所有动物
都发展为缺血诱导心室颤动，需要迅速除颤。在其他的研究中,我们已发现那些纯净的二十碳五烯酸酸(C20:5n-3,EPA)或者二十
二碳六烯酸(C22:6n-3,DHA)或者在血清白蛋白上运送的LNA(C18:3LNA)具有相同的抗心律失常效用(5)。为
了确定鱼油中预防致命性心室颤动的成分，我们特意灌输n-3脂肪酸而非给狗添加鱼油。在饮食研究中那些可能混淆研究的几件事情常常需要改变
,但是在缺血之前静脉输入游离脂肪酸后心室颤动得到预防，因此我们感到确信的是那些静脉输入的物品产生了这些效用。证实了前人的发现，P
UFAs可以通过静脉给药而不仅仅是通过饮食给药，我们开始着手于确定PUFAs产生的抗心律失常效应的机制。我们研究了培养的新生大鼠心
肌细胞为了得到一个简单有效的模型来研究在哪可以发现心律失常的产物及PUFAs预防心律失常的可能机制(6)。我们从一两天大小的老鼠
断头后迅速从它体内取得心脏。利用胰蛋白酶和胶原蛋白酶消化分离得到心肌细胞，然后将这些细胞置于显微载波片上，到培养第二天可以发现成团
生长的数百个心肌细胞，每一团细胞都在自发的、同步的、有节律的收缩。正如图1所示，拥有一台倒转显微镜，一台摄像机，一台电子数据监测仪
，我们能着重观察于细胞团块中单一心肌细胞并可记录化学药物的浓度。在这些体外模型中，我们用已知能在人体产生致命性心室颤动的多种化学药
物诱导心律失常的发生：细胞外高浓度的Ca2＋，中毒浓度的强心苷（6），过量的β受体激动剂（7），溶血磷脂胆碱,棕榈酰肉碱及钙A
23187(8)。每一种试剂都成功诱导了快速性心律失常。在致心律失常性毒素被给药之前，如果PUFAs被添加到相应液体中灌注隔离的心
肌细胞，它们能立刻防止发生预期的心律失常。如果已经有毒物诱导产生了心律失常，将添加PUFAs液体灌流于心肌细胞，在几分钟之内毒素诱
导的心律失常将被终止，并且这些心肌细胞将恢复节律性的跳动。那么在毒素继续存在的情况下，PUFAs可被有去脂作用的牛血清白蛋白提
取后，先前诱导的心律失常将再次快速出现（6)。图2显示的是给我们提供了大量信息的实验.这些结果表明只有游离PUFAs分隔膜磷脂才能
预防心律失常的发生。如果脂肪酸被细胞膜上某一物质化合后，我们无法将其从细胞膜上提取出来。当PUFAs的乙酯或甘油三酯被检测到，它们
就失去了抗心律失常作用；游离的脂肪酸对于抗心律失常活性是必要的。图1.显示通过倒转显微镜，摄像机，电子数据监测仪记录的黏附于显微载
波片用于灌流的细胞团块中培养的单个心肌细胞收缩的幅度和频率（6）。当在表面灌流液中加入低于微摩尔浓度的EPA或DHA，这些心肌
细胞可以节律跳动。这些可以减慢心肌细胞跳动的节律，然而，当在灌流液中加入有去脂作用牛血清白蛋白(2mg/ml)提取游离脂肪酸后，这
些效应是可逆的，如图所示将恢复到对照组的跳动节律。这幅描图提示具有Na+通道阻滞作用的抗心律失常的局部麻醉药也有相似效用。我
们测试出那些PUFAs具有抗心律失常作用（6）。经典的n-3和n-6PUFAs具有这种抗心律失常作用，然而单不饱和的油酸及饱
和的硬脂酸等等则没有这种效用。但是花生四烯酸(C20:n-6,AA)却是反常的。花生四烯酸（AA）的环氧酶代谢产物(除了前列环素
之外)能诱导心律失常，然而n-3EPA的环氧合酶代谢产物却不会导致心律失常(9).这个可以解释在McLenan(2)的研究中观
察到的用富含n-6PUFAs的植物油喂养老鼠后残留的致命性心律失常。为了避免被n-6花生四烯酸产生的前列腺素诱导心律失常，我们考
虑仅仅只有n-3PUFAs可以作为抗心律失常药物在临床试验中进行测试。图2.n-3PUFAs对培养的新生老鼠心肌症中由［Ca
2+］e(5或7毫摩尔)和强心苷(0.1毫摩尔)诱导的心律失常的影响(6)。提高Ca2+(A)和强心苷(B)的浓度可造
成心肌细胞挛缩和纤维性颤动。但是，当EPA先于钙或强心苷加入灌流液中，它可以减缓心肌跳动的频率并且防止纤维性颤动。(C).当钙和强
心苷都被添加到灌流液中，它们能造成剧烈的心律失常,但当把EPA添加到同样的灌流液中这些心律失常将被终止，这些细胞能恢复正常的节律，
但是在保留高浓度钙和强心苷时，游离脂肪酸被有去脂作用牛血清白蛋白从心肌细胞中提取后，严重心律失常又将重新出现。n-3脂肪酸的电
生理学效应:PUFAs的抗心律失常活性来自于它们对心肌细胞的电生理学影响（10）。它们导致静息膜电位发生轻度超极化,并且使Na+通
道的开放的阈电压变得更有活性。这些导致需要除极化刺激增加40％到50%才能诱导产生一次动作电位。此外，心肌细胞不应期（心动周期第4
期）被延长。所有心肌细胞上的这两种效应可解释心肌细胞增加的电稳定性和阻止心脏发生致命性心律失常。这种心肌症细胞中n-3PUFA
的电稳定效应能在体外试验中简单的得到证明(8)。图3描述的是生长在显微载波片上的细胞团块中培养的单个心肌细胞收缩的幅度和频率。
当两个铂电极横跨显微载波片放置时并连接到一个外接电源，通过外接的15伏特的电源可以刺激心肌细胞成倍的加快跳动频率。当外接电压被关
闭后，心肌细胞重新恢复到其先前跳动的频率。当同样的细胞用添加n-3EPA(15微摩尔)的液体表面灌流时，跳动的频率开始减
慢，是由于PUFAs在新生老鼠心肌症中可再生性效应，心肌细胞对15伏特或者20伏特外接电源带来的刺激失去了反应，但是，外部刺激在
25伏特时可引出心肌细胞收缩。当在同一载波片灌流液中加入有去脂作用牛血清白蛋白(2mg/ml)从心肌症心肌细胞中提取游离脂肪酸后
，心肌跳动的频率恢复到对照组的跳动频率，并且心肌细胞对外接电源15伏特开始有最初提到的反应。当有人认为这种电稳定作用是PUFAs直
接作用于心房和心室心肌细胞的的结果，如果没有神经或体液的作用,人们能感觉到n-3PUFA可能发挥了有力的抗心律失常效应。此外，
这种抗心律失常活性应该与病理情况下导致的心律失常区分开来。图3.EPA在有外接电源刺激的新生老鼠心肌症心肌细胞中的效应(8)。
这3幅描图是对细胞团块中的某一单一心肌细胞收缩频率和幅度的连续描述。最上一幅描图提示的是自发的心脏跳动频率和幅度。一个15伏特外接
电源刺激心肌细胞使心跳频率加倍。第二图提示用添加EPA(15微摩尔)的液体表面灌流时，心跳频率减慢，但是心肌细胞对外接电源
15仅仅能对外界其他刺激产生反应。在灌流液中加入有去脂作用牛血清白蛋收缩回复到对照组的频率，并且它们现在心肌细胞对外接电源15伏特
的刺激开始有最初提到的反应――心率加倍。这些效应依次是由于PUFAs能调节心细胞的原生质膜中的离子通道的导电性。电压门控钠电流，I
Na，在大多数心肌细胞中产生和传播动作电位。我们发现PUFAs增加产生动作电位要求的除极化强度使得PUFAs能影响钠电流，从而我
们开始从INa探索PUFAs对膜电流和离子通道的影响。PUFA在新生老鼠心肌症心肌细胞中通过浓度依赖方式阻滞INa，4.8微摩尔的
IC50(11)但是在人胚肾细胞株仅仅0.51＋－0.06微摩尔，HEK293t，短暂地表达人类心肌的钠通道α亚基的hH1α(
12)–图4.应用PUFAs的若干秒之内阻滞作用在心肌细胞中发生。它是电压依赖性的，而不是使用依赖性的，与PUFAs的亲
脂性质一致(13)。在人类心肌中HEK293细胞中表达的INaα和老鼠心肌症的INa的制备中，PUFAs导致电压依赖性的稳定
状态使过度去极化成为可能；当在V1/2=－19mV的新生老鼠心肌症和在hH1α中有-27.8mV且带有5微摩尔EPA时，PUF
As对激活的Na＋通道没有作用，仅仅对灭活的通道有作用－Fig.5PUFAs通过加速由激活的向灭活的通道转变和慢代谢时相来延长灭
活状态并且延缓慢通道。图4.EPA对HEK293细胞中表达的hH1α通道的INa的阻滞效应(12)。(A)全部细胞电压钳踪
迹中表达是重合的。他们被10ms测试脉冲从－90mV以0.2Hz的频率在5微摩尔EPA中以5mV消耗递减量变化到55mV
。在一个测试脉冲之前，心肌细胞在被保持在--80mV且200ms内超极化到160mV。(B)阻滞INa是浓度依赖于0.5
1的IC50的，0.06微摩尔。INa被单一的从-120mV--30mV的电压脉冲引出。每一数值代表暴露于不同浓度的EPA
下的6-12种单独标本。图5.人类胚肾细胞HEK293t细胞中表达的hH1α通道的INa的在缺乏(□),存在(○),及洗出(△)
5μMEPA时的激活和灭活12).(A一般和标准化的INaα电流电压特性关系(n=6)被绘成图相，显示存在EPA时阻滞Na
+峰值电流及而部分的冲洗EPA后恢复的情况。(B)激活INa(右)的一般关系，不受EPA的影响，三条曲线，包括对照组，EPA组
，冲洗EPA组是相互重叠的。相比之下(左),EPA产生一种印象深刻的稳定状态使之过度超极化，而这在EPA被冲洗后在很大程度上是可逆
的。对于新生老鼠心肌细胞(11)这不变的激活曲线可发现hH1αβ钠通道共表达α和β1单元(14)。灭活电位到更低的电位，使老鼠心肌
细胞和hH1α细胞保持稳定的状态不被去极化。这些相同的变化是在hH1α细胞中并不是那么明显。在更多最近的研究中(14)在HE
K293t细胞中β1亚基与α亚基有瞬时的共表达。新生老鼠心肌症曾经认为观察到对稳定的静息电位状态不起作用。EPA被发现对激活的I
Naαβ，INaα和INa不起作用，而只对非激活的产生影响。我们认为这些n-3PUFAs(包括DHA，LNA，EPA)的效用与
这些脂肪酸的抗心律失常活性的是相关的。我们的当前的假设是(14)，电压依从的静息电位的稳定状态到更超极化电位的这种变化，在缺血诱导
的致命性心律失常中对于证实PUFAs的抗心律失常活性是很重要的。有冠状动脉血栓形成的缺血组织之内将发生心肌症的大幅度的去极化。由
于缺乏氧气和代谢底物，在缺血组织中心的细胞将迅速地去极化并且发生细胞死亡。去极化是由于钠－钾ATP酶衰竭状态和缺血组织中间质中K+
浓度升高的结果。但是，在缺血地带周边的心肌细胞可能仅仅部分地去极化。当达到快速Na+通道的开放阈值时，它们的静息膜电位变得更具活
性。因此，任何进一步的很小的去极化刺激(e.g.损害电流)都可引出一次动作电位，这如果在心动周期中的一个脆弱的环节内发生，就可能
发生心律失常。在n-3PUFAs存在时，无论如何，电压依从的静息电位的稳定状态到更超极化电位的这种变化将会发生。这个电压依赖
的，超极化的变化的结果是必然使Na+通道从一种无活性的状态恢复到关闭的休眠状态，要求一种生理上难以得到的超极化静息膜电位状态。那些
局部的去极化心肌细胞在不引起动作电位时(12)，也有在几毫秒之内能从关闭的休眠状态滑落到“静息不起作用”中的Na+通道。这n
-3PUFAs的这两种效应是这些局部去极化心肌细胞的功能被迅速地消除，且它们的潜在心律失常伤害也不起任何作用了。相比之下，在非
缺血部位的心肌细胞，拥有正常的静息膜电位，将不会受到PUFAs的电压依赖活性的明显影响，并且将继续正常的发挥作用(14)。扰乱
正常细胞质钙浓度的调节是另一个在缺血部位中或者各种各样的心脏的毒素导致恶性心律失常的原因。细胞质钙浓度的提高能致心肌细胞收缩频率和
振幅的增加，也导致不规则运动过速及延迟后电位的发生。过量的细胞质Ca2+诱导的心律失常是如图2所示的由一些心脏毒物诱导的心律失常
产生的例子，n-3PUFAs对这些心律失常有影响。图6是在心肌症新生细胞收缩活性一起记录的细胞质中的游离Ca2+波动诱导心率失常
的又一例子(8)。在这实验中，溶血磷脂酰胆碱(LPC)――一种两亲化合物，是有毒的物质。它作为缺血心肌中的室性心律失常的内
源性化学介质，在早期缺血的心肌中蓄积。在图6A(8)中描述(上图)心肌收缩和细胞质中游离的Ca2+水平，由Fura2的360/3
80nm荧光强度比率所估计的，在增加EPA(10μM)用于表面灌流之后自发收缩(下图)。心肌细胞收缩是通过大约50ms间隔
形成的细胞质游离Ca2+的波峰。平均时间的细胞质游离Ca2+水平仍然是十分低的，正常地大约100nM。有报告示(6)EPA减
少心跳频率而没有改变收缩的振幅。在另一心跳缓慢的心肌细胞上，图6B显示溶血磷脂胆碱(LPC)(5μM)能增加细胞质游离Ca
2+浓度和波动导致的快速型心律失常。尽管并非不是这实验中的常规浓度，添加到表面灌流液的EPA(10μM)的存在可减少细胞质
［Ca2+］，并充分地终止快速型心律失常。图6.同时测量［Ca2+］和细胞收缩(正如fura2中的360/380荧光比率所指明的
)显示新近培养的老鼠中心肌症细胞中的EPA和致心律失常性溶血磷脂胆碱的效应(8)。(A)一代表性的记录解释［Ca2+］一过性现象(
下图)和细胞收缩（上图），在有EPA(10μM)，无LPC(n=6)前后。。(B)在另一个细胞中，在当细胞挛缩或者在快速性心
律失常发生时，LPC(5μM)诱导的［Ca2+］水平提高。另外，EPA(10μM)导致回复到初始的心跳频率，相对于瞬时变化的
［Ca2+］基础水平降低，而不是相对于正常的浓度水平。如图6B所示溶血磷脂酰胆碱影响后的细胞质中的游离Ca2+过度的波动能诱导后电
位发生，如果异常的行动电位在心动周期的某一脆弱瞬间内发生，可能触发致命性心律失常。因为ICa，L和肌浆网释放Ca2+后可成为许多心
律失常的基础，与A.M.Gomez博士及W.J.Lederer博士一道，我们检查了PUFAs对ICa，L和Ca2+电火花的影响(
15)。整个细胞电压门控L型Ca2+电流(ICa，L),基本的肌浆网组织Ca2+的释放事件(Ca2+电火花)，和隔离的成年老鼠心
室肌细胞［Ca2+］的瞬时现象。二十碳五烯酸和其它抗心律失常不饱和脂肪酸的细胞外应用，不包括饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，对浓度依赖
ICa，L产生了一个迅速的可逆的阻滞作用。产生50％阻滞作用的EPA浓度在新生老鼠心肌细胞中是0.8μ，在成年的老鼠心室肌细胞中为
2.1μM。当EPA引起的对ICa，L的抑制作用在相当大程度上没有改变电流电压关系，它确实产生了小的但有意义的稳定状态不起作用的
负性曲线变化(ΔV1/2=－3至－5mV)。除了稳定状态的ICa，L有较小幅度的变化，PUFAs对ICa，L的抑制作用电压
和时间依赖，但是不是使用依赖性的，与它对INa的抑制作用相似。虽然现在我们认为PUFAs对INa和ICa，L的抑制效应似乎是它们
抗心律失常活性的主要原因，但是我们留心到它们也影响其它离子电流。全部细胞电压钳测量，并且我们和他人(Xiao.未公布结果)已发现
PUFAs也阻滞K+电流――一过性流瞬时外向电流Ito，后发电流Ik而不能阻滞内向电流Ik1。然而，对重要的K+电流的影响将延长
动作电位的时期，而PUFAs影响两极分化K+电流比如上所述的INa和ICa，L影响更大。但是，Xiao已发现PUFAs也可影响其它
心脏的垮膜离子电流。事实上，(Xiao，未发表过的数据)他检测到心肌细胞氯化物电流及配体激活的乙酰胆碱电流等等都能同样的被PU
FAs阻滞。n-3PUFAs对其他可兴奋组织的影响曾经我们发现这些脂肪酸在心脏可兴奋组织中调节离子通道，我们能强烈怀疑它们同样
地也可影响其它易兴奋的组织，包括肌肉和神经系统，因为它们全都利用高度同源电流系统。Vreugdenhil博士(16)确定n-
3脂肪酸对老鼠海马神经组织CA1中的钠通道和钙通道的调节与它们对心脏的调节类似。应用刺激模型发现游离PUFAs有抗惊厥效应的Vo
skuyl博士(17)检测了这种钠通道和钙通道的活性。我尚未有时间更进一步的探索那些抗心律失常的脂肪酸对神经系统的影响，但
是我从内心支持我们已发现的结果，而且我们的研究结果有希望被其他人继续从事下去。脂肪酸与人类发展:最后，对于那些可能共享怀疑态度的人
，我证实这些描述是真实的，直到我看到了这些数据，我试着在人类营养宏图中拓展这些结论。P.C.Weber教授试图利用发展的药物学方法
找到人类营养中的n-3PUFAs的地位(18)。这个情况中的方法明显地是十分粗糙的，但是我们最好的评估建议这些脂肪酸总量几乎
和其它脂肪酸或n-6PUFAs一样多。这是人类生存的2－4百万年间，我们的基因适应我们的环境，包括我们的饮食。图7.偏差开始于
大约10到15千年以前(时间太短而不能明显影响遗传适应)，从人类接受农业和以反刍动物为主的畜牧业开始。农业上将谷物和富含n-6的蔬
菜种子油引入到饮食和反刍动物中，特别是氢化的多不饱和脂肪酸剥夺了PUFAs的一些特殊优点。工业革命带来的人造黄油和大量动物脂肪的消
费，使得PUFAs更进一步的氢化，形势被更进一步的恶化。n-3脂肪酸在我们的饮食中逐渐减少，而n-6植物油已经在逐渐增加。现在没
有人会觉得惊奇的是n-6脂肪酸已天然的被提供给人类，它通过花生四烯酸放大极联反应，许多有用的细胞信使产生了：包括前列腺素，白细胞调
理素，脂氧素和环氧酶产物。但是如果有人建议在同一时期内n-3PUFAs也适应了许多重要的功能，其中一些可能对抗我们体内过多的花生
四烯酸带来的不良效应，怀疑是普遍的反应。我认为我们才刚开始领悟这些安全且有趣的PUFAs可能会对人类健康产生好处。图7.当代人口的
代表性分析，人类营养中的脂肪与不同脂肪酸家族的相对百分比关系假设（18）。冠心病(CAD)的关联分析是对过去的100年进行纵向
的观察和假定的变化而获得的。结论：这明显存在心脏和其他易激动组织的一个基础对照，因为普通的脂肪酸饮食往往被大家在很大程度上忽略。
单单在美国每年有250,000例心脏猝死，在全世界范围内有数百万例，很多都是因为心室颤动，将最近的理论进行实践应用，可能会对人群健
康带来很大的益处。最初的报道提示n-3PUFAs能对抑郁症(19)及其他双向的行为疾病（20)的治疗带来好处。这些脂肪酸对神经
系统的基本性质有直接物理性影响，换句话说，它的生物电活性能鼓励对其在影响正常和病理的脑功能方面进行进一步的探索。似乎我们正好刚抓住
了这些有趣的PUFAs的潜在影响的表面。致谢：作者实验室的研究工作有幸得到了美国国家健康研究院公众健康服务中心NIDDK（DK38
165）和HLBL(HL62284)的支持。作者将感谢以下各位学者对本次研究工作的贡献：JingXKang博士，Yong－
FuXiao博士，RobertA.Voskuyl博士及GeorgeE.Billman博士，没有他们这些试验可能无法进行。作者
遗憾的是由于空间有限，本次研究参考的许多重要研究结果不能在这里列出，但是本次研究也包括了其他人的参考文献。┛七|、几部欧米伽3的科
普专著《生命保护神》（链接）《健康新发现——认识欧米伽3》《欧米伽3膳食》《吃出健康的智慧》┏（附录）n-3脂肪酸与心律失常A
lexanderLeafn-3鱼油脂肪酸对动物模型心律失常的影响：Charnok和McLenan(1)首先证明，鱼油脂肪
酸能预防动物发生心律失常。后来的报道说以脂肪酸化合物为主要的饮食喂养3月个月后，当它们的冠状动脉被结扎后，只有40%个体发展为致
命的心室颤动(VF)。用橄榄油(单不饱和脂肪酸)喂养的动物，这种心室颤动（VF）的发生率并未明显下降，但是食用植物油的个体心室
颤动发生率下降了70%。然而，McLenan报告食用鲔鱼油者，不论有无血流回流的缺血心肌均可防止发生不可逆的室性心律失常，这些引
人注目的研究结果引导我们去探索鱼油抗心律失常活性的可能机制。心脏猝死的小狗模型中n-3PUFAs对缺血诱导的致命性室性心律失常的
预防作用测试狗的数量n-3PUFAs总数受保护数P值浓缩鱼油a1310<0.005EPAb
75<0.02DHAc86<0
.004-LNAd86<0.004a．72%n-3PUFA游离EP
A，33.9%且DHA25%.b．98.4%游离EPA；1.1%游离DHA.c．90.8%游离DHA；0.9%游
离EPA.d．>99%游离ALA但是，首先我们想要看看我们是否能证实Charnok和McLenan的研究结果。我们与哥伦
布俄亥俄州州立大学生理学系的GeorgeE.billman教授研究了一个可靠的突然心脏猝死的尖牙犬模型(3)。通过结扎冠状动脉
左主干并且在冠状动脉左旋支置入膨胀充气式导管套囊，一个犹如外科手术引起的心肌梗塞模型被建立。在一个月时间的康复期间内，我们教会动物
在运动平板上跑步。表1总结了我们的结论：13只狗中的10只静脉内灌输乳胶状的浓缩PUFAs，先作运动性缺血测试预防致命性心室颤动
的发生(p<0.005)（4）。对照组比食用浓缩PUFAs的小狗提早一周作运动性缺血测试，测试完毕的一周后所有动物都发展为缺血诱导
心室颤动，需要迅速除颤。在其他的研究中,我们已发现那些纯净的二十碳五烯酸酸(C20:5n-3,EPA)或者二十二碳六烯酸(C2
2:6n-3,DHA)或者在血清白蛋白上运送的LNA(C18:3LNA)具有相同的抗心律失常效用(5)。为了确定鱼油中预防
致命性心室颤动的成分，我们特意灌输n-3脂肪酸而非给狗添加鱼油。在饮食研究中那些可能混淆研究的几件事情常常需要改变,但是在缺血之
前静脉输入游离脂肪酸后心室颤动得到预防，因此我们感到确信的是那些静脉输入的物品产生了这些效用。证实了前人的发现，PUFAs可以通过
静脉给药而不仅仅是通过饮食给药，我们开始着手于确定PUFAs产生的抗心律失常效应的机制。我们研究了培养的新生大鼠心肌细胞为了得到一
个简单有效的模型来研究在哪可以发现心律失常的产物及PUFAs预防心律失常的可能机制(6)。我们从一两天大小的老鼠断头后迅速从它体
内取得心脏。利用胰蛋白酶和胶原蛋白酶消化分离得到心肌细胞，然后将这些细胞置于显微载波片上，到培养第二天可以发现成团生长的数百个心肌
细胞，每一团细胞都在自发的、同步的、有节律的收缩。正如图1所示，拥有一台倒转显微镜，一台摄像机，一台电子数据监测仪，我们能着重观察
于细胞团块中单一心肌细胞并可记录化学药物的浓度。在这些体外模型中，我们用已知能在人体产生致命性心室颤动的多种化学药物诱导心律失常的
发生：细胞外高浓度的Ca2＋，中毒浓度的强心苷（6），过量的β受体激动剂（7），溶血磷脂胆碱,棕榈酰肉碱及钙A23187(8)
。每一种试剂都成功诱导了快速性心律失常。在致心律失常性毒素被给药之前，如果PUFAs被添加到相应液体中灌注隔离的心肌细胞，它们能立
刻防止发生预期的心律失常。如果已经有毒物诱导产生了心律失常，将添加PUFAs液体灌流于心肌细胞，在几分钟之内毒素诱导的心律失常将被
终止，并且这些心肌细胞将恢复节律性的跳动。那么在毒素继续存在的情况下，PUFAs可被有去脂作用的牛血清白蛋白提取后，先前诱导的
心律失常将再次快速出现（6)。图2显示的是给我们提供了大量信息的实验.这些结果表明只有游离PUFAs分隔膜磷脂才能预防心律失常的发
生。如果脂肪酸被细胞膜上某一物质化合后，我们无法将其从细胞膜上提取出来。当PUFAs的乙酯或甘油三酯被检测到，它们就失去了抗心律失
常作用；游离的脂肪酸对于抗心律失常活性是必要的。图1.显示通过倒转显微镜，摄像机，电子数据监测仪记录的黏附于显微载波片用于灌流的细
胞团块中培养的单个心肌细胞收缩的幅度和频率（6）。当在表面灌流液中加入低于微摩尔浓度的EPA或DHA，这些心肌细胞可以节律跳动
。这些可以减慢心肌细胞跳动的节律，然而，当在灌流液中加入有去脂作用牛血清白蛋白(2mg/ml)提取游离脂肪酸后，这些效应是可逆的
，如图所示将恢复到对照组的跳动节律。这幅描图提示具有Na+通道阻滞作用的抗心律失常的局部麻醉药也有相似效用。我们测试出那些PU
FAs具有抗心律失常作用（6）。经典的n-3和n-6PUFAs具有这种抗心律失常作用，然而单不饱和的油酸及饱和的硬脂酸等等则
没有这种效用。但是花生四烯酸(C20:n-6,AA)却是反常的。花生四烯酸（AA）的环氧酶代谢产物(除了前列环素之外)能诱导心律
失常，然而n-3EPA的环氧合酶代谢产物却不会导致心律失常(9).这个可以解释在McLenan(2)的研究中观察到的用富含n-
6PUFAs的植物油喂养老鼠后残留的致命性心律失常。为了避免被n-6花生四烯酸产生的前列腺素诱导心律失常，我们考虑仅仅只有n-3
PUFAs可以作为抗心律失常药物在临床试验中进行测试。图2.n-3PUFAs对培养的新生老鼠心肌症中由［Ca2+］e(5或
7毫摩尔)和强心苷(0.1毫摩尔)诱导的心律失常的影响(6)。提高Ca2+(A)和强心苷(B)的浓度可造成心肌细胞挛缩和
纤维性颤动。但是，当EPA先于钙或强心苷加入灌流液中，它可以减缓心肌跳动的频率并且防止纤维性颤动。(C).当钙和强心苷都被添加到灌
流液中，它们能造成剧烈的心律失常,但当把EPA添加到同样的灌流液中这些心律失常将被终止，这些细胞能恢复正常的节律，但是在保留高浓度
钙和强心苷时，游离脂肪酸被有去脂作用牛血清白蛋白从心肌细胞中提取后，严重心律失常又将重新出现。n-3脂肪酸的电生理学效应:PU
FAs的抗心律失常活性来自于它们对心肌细胞的电生理学影响（10）。它们导致静息膜电位发生轻度超极化,并且使Na+通道的开放的阈电压
变得更有活性。这些导致需要除极化刺激增加40％到50%才能诱导产生一次动作电位。此外，心肌细胞不应期（心动周期第4期）被延长。所
有心肌细胞上的这两种效应可解释心肌细胞增加的电稳定性和阻止心脏发生致命性心律失常。这种心肌症细胞中n-3PUFA的电稳定效应能在
体外试验中简单的得到证明(8)。图3描述的是生长在显微载波片上的细胞团块中培养的单个心肌细胞收缩的幅度和频率。当两个铂电极横跨
显微载波片放置时并连接到一个外接电源，通过外接的15伏特的电源可以刺激心肌细胞成倍的加快跳动频率。当外接电压被关闭后，心肌细胞重
新恢复到其先前跳动的频率。当同样的细胞用添加n-3EPA(15微摩尔)的液体表面灌流时，跳动的频率开始减慢，是由于PUF
As在新生老鼠心肌症中可再生性效应，心肌细胞对15伏特或者20伏特外接电源带来的刺激失去了反应，但是，外部刺激在25伏特时可引出
心肌细胞收缩。当在同一载波片灌流液中加入有去脂作用牛血清白蛋白(2mg/ml)从心肌症心肌细胞中提取游离脂肪酸后，心肌跳动的频率
恢复到对照组的跳动频率，并且心肌细胞对外接电源15伏特开始有最初提到的反应。当有人认为这种电稳定作用是PUFAs直接作用于心房和心
室心肌细胞的的结果，如果没有神经或体液的作用,人们能感觉到n-3PUFA可能发挥了有力的抗心律失常效应。此外，这种抗心律失常活
性应该与病理情况下导致的心律失常区分开来。图3.EPA在有外接电源刺激的新生老鼠心肌症心肌细胞中的效应(8)。这3幅描图是对细
胞团块中的某一单一心肌细胞收缩频率和幅度的连续描述。最上一幅描图提示的是自发的心脏跳动频率和幅度。一个15伏特外接电源刺激心肌细胞
使心跳频率加倍。第二图提示用添加EPA(15微摩尔)的液体表面灌流时，心跳频率减慢，但是心肌细胞对外接电源15仅仅能对外界
其他刺激产生反应。在灌流液中加入有去脂作用牛血清白蛋收缩回复到对照组的频率，并且它们现在心肌细胞对外接电源15伏特的刺激开始有最初
提到的反应――心率加倍。这些效应依次是由于PUFAs能调节心细胞的原生质膜中的离子通道的导电性。电压门控钠电流，INa，在大多数心
肌细胞中产生和传播动作电位。我们发现PUFAs增加产生动作电位要求的除极化强度使得PUFAs能影响钠电流，从而我们开始从INa探
索PUFAs对膜电流和离子通道的影响。PUFA在新生老鼠心肌症心肌细胞中通过浓度依赖方式阻滞INa，4.8微摩尔的IC50(11
)但是在人胚肾细胞株仅仅0.51＋－0.06微摩尔，HEK293t，短暂地表达人类心肌的钠通道α亚基的hH1α(12)–
图4.应用PUFAs的若干秒之内阻滞作用在心肌细胞中发生。它是电压依赖性的，而不是使用依赖性的，与PUFAs的亲脂性质一致(1
3)。在人类心肌中HEK293细胞中表达的INaα和老鼠心肌症的INa的制备中，PUFAs导致电压依赖性的稳定状态使过度去极化
成为可能；当在V1/2=－19mV的新生老鼠心肌症和在hH1α中有-27.8mV且带有5微摩尔EPA时，PUFAs对激活的Na
＋通道没有作用，仅仅对灭活的通道有作用－Fig.5PUFAs通过加速由激活的向灭活的通道转变和慢代谢时相来延长灭活状态并且延缓慢
通道。图4.EPA对HEK293细胞中表达的hH1α通道的INa的阻滞效应(12)。(A)全部细胞电压钳踪迹中表达是重合的
。他们被10ms测试脉冲从－90mV以0.2Hz的频率在5微摩尔EPA中以5mV消耗递减量变化到55mV。在一个测试脉
冲之前，心肌细胞在被保持在--80mV且200ms内超极化到160mV。(B)阻滞INa是浓度依赖于0.51的IC50的，
0.06微摩尔。INa被单一的从-120mV--30mV的电压脉冲引出。每一数值代表暴露于不同浓度的EPA下的6-12种单
独标本。图5.人类胚肾细胞HEK293t细胞中表达的hH1α通道的INa的在缺乏(□),存在(○),及洗出(△)5μMEPA时
的激活和灭活12).(A一般和标准化的INaα电流电压特性关系(n=6)被绘成图相，显示存在EPA时阻滞Na+峰值电流及而部
分的冲洗EPA后恢复的情况。(B)激活INa(右)的一般关系，不受EPA的影响，三条曲线，包括对照组，EPA组，冲洗EPA组是
相互重叠的。相比之下(左),EPA产生一种印象深刻的稳定状态使之过度超极化，而这在EPA被冲洗后在很大程度上是可逆的。对于新生老鼠
心肌细胞(11)这不变的激活曲线可发现hH1αβ钠通道共表达α和β1单元(14)。灭活电位到更低的电位，使老鼠心肌细胞和hH1α细
胞保持稳定的状态不被去极化。这些相同的变化是在hH1α细胞中并不是那么明显。在更多最近的研究中(14)在HEK293t细胞中
β1亚基与α亚基有瞬时的共表达。新生老鼠心肌症曾经认为观察到对稳定的静息电位状态不起作用。EPA被发现对激活的INaαβ，INa
α和INa不起作用，而只对非激活的产生影响。我们认为这些n-3PUFAs(包括DHA，LNA，EPA)的效用与这些脂肪酸的抗心
律失常活性的是相关的。我们的当前的假设是(14)，电压依从的静息电位的稳定状态到更超极化电位的这种变化，在缺血诱导的致命性心律失常
中对于证实PUFAs的抗心律失常活性是很重要的。有冠状动脉血栓形成的缺血组织之内将发生心肌症的大幅度的去极化。由于缺乏氧气和代谢
底物，在缺血组织中心的细胞将迅速地去极化并且发生细胞死亡。去极化是由于钠－钾ATP酶衰竭状态和缺血组织中间质中K+浓度升高的结果。
但是，在缺血地带周边的心肌细胞可能仅仅部分地去极化。当达到快速Na+通道的开放阈值时，它们的静息膜电位变得更具活性。因此，任何
进一步的很小的去极化刺激(e.g.损害电流)都可引出一次动作电位，这如果在心动周期中的一个脆弱的环节内发生，就可能发生心律失常。
在n-3PUFAs存在时，无论如何，电压依从的静息电位的稳定状态到更超极化电位的这种变化将会发生。这个电压依赖的，超极化的变化
的结果是必然使Na+通道从一种无活性的状态恢复到关闭的休眠状态，要求一种生理上难以得到的超极化静息膜电位状态。那些局部的去极化心肌
细胞在不引起动作电位时(12)，也有在几毫秒之内能从关闭的休眠状态滑落到“静息不起作用”中的Na+通道。这n-3PUFAs
的这两种效应是这些局部去极化心肌细胞的功能被迅速地消除，且它们的潜在心律失常伤害也不起任何作用了。相比之下，在非缺血部位的心肌细
胞，拥有正常的静息膜电位，将不会受到PUFAs的电压依赖活性的明显影响，并且将继续正常的发挥作用(14)。扰乱正常细胞质钙浓度
的调节是另一个在缺血部位中或者各种各样的心脏的毒素导致恶性心律失常的原因。细胞质钙浓度的提高能致心肌细胞收缩频率和振幅的增加，也导
致不规则运动过速及延迟后电位的发生。过量的细胞质Ca2+诱导的心律失常是如图2所示的由一些心脏毒物诱导的心律失常产生的例子，n-
3PUFAs对这些心律失常有影响。图6是在心肌症新生细胞收缩活性一起记录的细胞质中的游离Ca2+波动诱导心率失常的又一例子(8)
。在这实验中，溶血磷脂酰胆碱(LPC)――一种两亲化合物，是有毒的物质。它作为缺血心肌中的室性心律失常的内源性化学介质，在
早期缺血的心肌中蓄积。在图6A(8)中描述(上图)心肌收缩和细胞质中游离的Ca2+水平，由Fura2的360/380nm荧光强度
比率所估计的，在增加EPA(10μM)用于表面灌流之后自发收缩(下图)。心肌细胞收缩是通过大约50ms间隔形成的细胞质游离
Ca2+的波峰。平均时间的细胞质游离Ca2+水平仍然是十分低的，正常地大约100nM。有报告示(6)EPA减少心跳频率而没有
改变收缩的振幅。在另一心跳缓慢的心肌细胞上，图6B显示溶血磷脂胆碱(LPC)(5μM)能增加细胞质游离Ca2+浓度和波动
导致的快速型心律失常。尽管并非不是这实验中的常规浓度，添加到表面灌流液的EPA(10μM)的存在可减少细胞质［Ca2+］，并
充分地终止快速型心律失常。图6.同时测量［Ca2+］和细胞收缩(正如fura2中的360/380荧光比率所指明的)显示新近培养的
老鼠中心肌症细胞中的EPA和致心律失常性溶血磷脂胆碱的效应(8)。(A)一代表性的记录解释［Ca2+］一过性现象(下图)和细胞收缩
（上图），在有EPA(10μM)，无LPC(n=6)前后。。(B)在另一个细胞中，在当细胞挛缩或者在快速性心律失常发生时，L
PC(5μM)诱导的［Ca2+］水平提高。另外，EPA(10μM)导致回复到初始的心跳频率，相对于瞬时变化的［Ca2+］基础
水平降低，而不是相对于正常的浓度水平。如图6B所示溶血磷脂酰胆碱影响后的细胞质中的游离Ca2+过度的波动能诱导后电位发生，如果异常
的行动电位在心动周期的某一脆弱瞬间内发生，可能触发致命性心律失常。因为ICa，L和肌浆网释放Ca2+后可成为许多心律失常的基础，与
A.M.Gomez博士及W.J.Lederer博士一道，我们检查了PUFAs对ICa，L和Ca2+电火花的影响(15)。整个细
胞电压门控L型Ca2+电流(ICa，L),基本的肌浆网组织Ca2+的释放事件(Ca2+电火花)，和隔离的成年老鼠心室肌细胞［Ca2
+］的瞬时现象。二十碳五烯酸和其它抗心律失常不饱和脂肪酸的细胞外应用，不包括饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，对浓度依赖ICa，L产生了
一个迅速的可逆的阻滞作用。产生50％阻滞作用的EPA浓度在新生老鼠心肌细胞中是0.8μ，在成年的老鼠心室肌细胞中为2.1μM。当
EPA引起的对ICa，L的抑制作用在相当大程度上没有改变电流电压关系，它确实产生了小的但有意义的稳定状态不起作用的负性曲线变化(Δ
V1/2=－3至－5mV)。除了稳定状态的ICa，L有较小幅度的变化，PUFAs对ICa，L的抑制作用电压和时间依赖，但是
不是使用依赖性的，与它对INa的抑制作用相似。虽然现在我们认为PUFAs对INa和ICa，L的抑制效应似乎是它们抗心律失常活性的
主要原因，但是我们留心到它们也影响其它离子电流。全部细胞电压钳测量，并且我们和他人(Xiao.未公布结果)已发现PUFAs也阻滞
K+电流――一过性流瞬时外向电流Ito，后发电流Ik而不能阻滞内向电流Ik1。然而，对重要的K+电流的影响将延长动作电位的时期，
而PUFAs影响两极分化K+电流比如上所述的INa和ICa，L影响更大。但是，Xiao已发现PUFAs也可影响其它心脏的垮膜离子电
流。事实上，(Xiao，未发表过的数据)他检测到心肌细胞氯化物电流及配体激活的乙酰胆碱电流等等都能同样的被PUFAs阻滞。n-
3PUFAs对其他可兴奋组织的影响曾经我们发现这些脂肪酸在心脏可兴奋组织中调节离子通道，我们能强烈怀疑它们同样地也可影响其它易
兴奋的组织，包括肌肉和神经系统，因为它们全都利用高度同源电流系统。Vreugdenhil博士(16)确定n-3脂肪酸对老鼠海
马神经组织CA1中的钠通道和钙通道的调节与它们对心脏的调节类似。应用刺激模型发现游离PUFAs有抗惊厥效应的Voskuyl博士
(17)检测了这种钠通道和钙通道的活性。我尚未有时间更进一步的探索那些抗心律失常的脂肪酸对神经系统的影响，但是我从内心支持我
们已发现的结果，而且我们的研究结果有希望被其他人继续从事下去。脂肪酸与人类发展:最后，对于那些可能共享怀疑态度的人，我证实这些描述是真实的，直到我看到了这些数据，我试着在人类营养宏图中拓展这些结论。P.C.Weber教授试图利用发展的药物学方法找到人类营养中的n-3PUFAs的地位(18)。这个情况中的方法明显地是十分粗糙的，但是我们最好的评估建议这些脂肪酸总量几乎和其它脂肪酸或n-6PUFAs一样多。这是人类生存的2－4百万年间，我们的基因适应我们的环境，包括我们的饮食。图7.偏差开始于大约10到15千年以前(时间太短而不能明显影响遗传适应)，从人类接受农业和以反刍动物为主的畜牧业开始。农业上将谷物和富含n-6的蔬菜种子油引入到饮食和反刍动物中，特别是氢化的多不饱和脂肪酸剥夺了PUFAs的一些特殊优点。工业革命带来的人造黄油和大量动物脂肪的消费，使得PUFAs更进一步的氢化，形势被更进一步的恶化。n-3脂肪酸在我们的饮食中逐渐减少，而n-6植物油已经在逐渐增加。现在没有人会觉得惊奇的是n-6脂肪酸已天然的被提供给人类，它通过花生四烯酸放大极联反应，许多有用的细胞信使产生了：包括前列腺素，白细胞调理素，脂氧素和环氧酶产物。但是如果有人建议在同一时期内n-3PUFAs也适应了许多重要的功能，其中一些可能对抗我们体内过多的花生四烯酸带来的不良效应，怀疑是普遍的反应。我认为我们才刚开始领悟这些安全且有趣的PUFAs可能会对人类健康产生好处。图7.当代人口的代表性分析，人类营养中的脂肪与不同脂肪酸家族的相对百分比关系假设（18）。冠心病(CAD)的关联分析是对过去的100年进行纵向的观察和假定的变化而获得的。结论：这明显存在心脏和其他易激动组织的一个基础对照，因为普通的脂肪酸饮食往往被大家在很大程度上忽略。单单在美国每年有250,000例心脏猝死，在全世界范围内有数百万例，很多都是因为心室颤动，将最近的理论进行实践应用，可能会对人群健康带来很大的益处。最初的报道提示n-3PUFAs能对抑郁症(19)及其他双向的行为疾病（20)的治疗带来好处。这些脂肪酸对神经系统的基本性质有直接物理性影响，换句话说，它的生物电活性能鼓励对其在影响正常和病理的脑功能方面进行进一步的探索。似乎我们正好刚抓住了这些有趣的PUFAs的潜在影响的表面。致谢：作者实验室的研究工作有幸得到了美国国家健康研究院公众健康服务中心NIDDK（DK38165）和HLBL(HL62284)的支持。作者将感谢以下各位学者对本次研究工作的贡献：JingXKang博士，Yong－FuXiao博士，RobertA.Voskuyl博士及GeorgeE.Billman博士，没有他们这些试验可能无法进行。作者遗憾的是由于空间有限，本次研究参考的许多重要研究结果不能在这里列出，但是本次研究也包括了其他人的参考文献。┛ |
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