微秒脉冲电场（μsPEF）：心肌消融新希望，开启房颤治疗新篇章

《Scientific Reports》：Microsecond pulsed electric fields induce myocardial ablation by secondary mitochondrial damage and cell death mechanisms

为探究微秒脉冲电场（μsPEF）消融心肌细胞的参数和机制，浙大研究人员开展研究，发现 μsPEF 可致心肌细胞凋亡，为房颤治疗提供依据。

　　《微秒脉冲电场（μsPEF）：心肌消融新希望，开启房颤治疗新篇章》

在医学的广阔领域中，心律失常一直是困扰着无数患者的难题，而房颤（Atrial fibrillation，AF）作为最常见的心律失常之一，更是如同隐匿在人体中的 “定时炸弹”。全球约有 3300 万人深受其害，美国就有超过 300 万患者，并且随着时间推移，患病数量还在不断攀升，预计到 2050 年，美国患者将达 600 - 1200 万，2060 年欧洲患者会增至 1790 万。房颤不仅会引发缺血性中风，还带来了沉重的经济负担和较高的致残率、死亡率，严重影响着患者的生活质量。

目前，房颤的治疗手段主要包括抗心律失常药物和消融治疗。药物治疗虽有一定效果，但消融治疗凭借其安全性和有效性的不断提升，逐渐成为主要的治疗方式。其中，脉冲电场消融（Pulsed electric field ablation，PEF）作为新兴技术，通过不可逆电穿孔在不造成大量蛋白质变性或组织损伤的情况下，创建非热心脏组织损伤，相比传统导管消融优势明显，还能减少透视和消融时间。不过，除了电穿孔，电场导致细胞死亡的机制尚不明确，关于微秒脉冲电场（μsPEF）的电压幅值和频率与心肌细胞关系的研究也较少。

为了深入探索这些未知领域，浙江大学医学院附属第一医院等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为房颤治疗带来了新的曙光。

研究人员开展了一系列实验，用到的主要关键技术方法包括：细胞实验，选用 H9C2 和 HL - 1 细胞，经不同条件 μsPEF 处理；采用多种检测技术，如 CCK8 检测细胞活力、Annexin V - FITC/PI 染色结合流式细胞术检测细胞凋亡、EdU 细胞增殖实验评估细胞增殖；进行 RNA 测序、RT - PCR 和 Western blotting，从基因和蛋白水平分析；利用透射电镜（TEM）观察线粒体形态；在小鼠体内实验中，构建小鼠心肌消融模型，通过多种染色技术观察病理变化。

在研究结果方面：

• μsPEF 治疗导致心肌细胞活性显著降低：研究人员通过 CCK8 和 Annexin V/PI 检测，发现心肌细胞的活性和凋亡与电压、脉冲数及脉冲电场持续时间有关。固定 50 脉冲、1500 V/cm 时，脉冲持续 30 μs 及以上，相对细胞活性降至 0.2 以下；100 μs 时细胞死亡率达 91.26%，消融稳定。固定 50 脉冲数，电压达 1500 V/cm 时，相对细胞活性持续下降；固定 1500 V/cm 电压，超过 30 脉冲，细胞活性也持续下降。同时，电压和脉冲数增加，凋亡率上升，EdU 实验也验证了高脉冲数会抑制细胞增殖，表明高电压、高脉冲数的 μsPEF 会对心肌细胞造成不可逆损伤。
• 经 μsPEF 处理的心肌细胞呈现不同的基因表达模式：对 EP50、EP10 和正常对照组（NC）的 H9C2 细胞进行 RNA 测序，发现 μsPEF 处理后基因表达谱发生改变，EP50 组与 NC 组相比，有大量基因上调和下调，EP10 组变化较小，两组差异表达基因重叠少，这暗示 μsPEF 刺激会引发细胞复杂的反应，与细胞活力下降和凋亡增加有关。
• 通路富集分析揭示心肌细胞对 μsPEF 的反应：对 EP50 组与 NC 组差异表达基因进行 KEGG 通路富集分析，发现 μsPEF 主要影响心肌细胞线粒体功能相关过程，如细胞色素 C（Cyt C）氧化酶、NADH 脱氢酶等。GO 富集分析显示，上调基因集中在线粒体活动等功能，下调基因集中在 PI3K - Akt 等信号通路，且与心脏疾病和细胞相关过程有关。交互网络分析表明，上调基因在聚合肌动蛋白结合等功能上相互关联，参与电子传递链和氧化还原功能的基因也存在聚类相互作用，同时，μsPEF 处理后 Cyt C 氧化酶相关活性增加，部分信号通路受到抑制。
• μsPEF 通过破坏线粒体和升高细胞色素 C 水平诱导心肌细胞凋亡：聚焦 Cyt C 和 PI3K - Akt 通路，RT - PCR 和 Western blotting 结果显示，EP50 组 Cyt C 相关通路蛋白表达显著增加，PI3K - Akt 相关通路蛋白表达下调；EP10 组则相反。电镜观察发现，NC 组线粒体结构正常，10 脉冲后部分线粒体破裂，50 脉冲后几乎无正常线粒体，这表明 μsPEF 通过损伤线粒体和增加 Cyt C 水平导致细胞死亡。
• μsPEF 通过诱导细胞色素 C 扩散导致心血管组织消融：在小鼠体内实验中，组织学和 Masson 染色显示，电场处理后小鼠心肌出现动态变化，如细胞间隙增大、细胞破碎、炎症细胞浸润等。TUNEL 结果表明凋亡细胞数量随时间变化，24 h 早期凋亡达到峰值。免疫荧光显示，24 h 时 NF - κB 核转位激活，72 h 时在细胞核和细胞质均有丰富表达；Cyt C 在 72 h 扩散至细胞核和细胞质，说明 μsPEF 刺激先引发炎症反应，后因 Cyt C 积累导致心肌细胞坏死凋亡。

研究结论和讨论部分指出，μsPEF 在合适条件下极有可能用于心肌消融，为房颤治疗提供了有力的机制支持。研究确定了有效诱导心肌细胞死亡的 μsPEF 参数，即 1500 V/cm、50 脉冲、100 μs，为后续研究提供了参考。同时发现 μsPEF 通过激活线粒体凋亡途径造成细胞损伤，这一结论与其他相关研究相符。不过，该研究也存在局限性，主要探索了 μsPEF 对正常心肌的作用，对病变心肌消融效果的参考有限。未来，研究人员将继续探索 μsPEF 的作用靶点和机制，寻找稳定的房颤模型并进行相关研究，为房颤治疗的发展持续助力。