协调一致的肌浆网（sarcoplasmic reticulum，SR）钙释放对心肌细胞正常兴奋收缩偶联（excitation-contraction coupling，ECC）具有关键作用，理想情况下在心脏舒张期SR的钙释放通道应处于完全关闭状态^[1-2]。然而，心肌细胞内会出现其他SR钙释放事件，称为钙泄漏（calcium leak），主要包括钙火花（calcium sparks）、钙波（calcium waves）和难以检测的比钙火花更小的钙释放事件等^[3]。钙泄漏增多可能会导致很多疾病的发生，如心房颤动（atrial fibrillation, AF）^[4-6]、心力衰竭（heart failure, HF）^[7]。目前认为，心房肌细胞钙泄漏是AF发生和维持的重要因素之一，2型雷尼丁受体（ryanodine receptor 2，RyR2）是SR上最主要的钙释放通道，磷酸化^{[6, 8]}、氧化修饰^[6]、自身空间排列结构的改变^[9]、自身突变^[6]和线粒体功能^[10]等的影响均会导致钙泄漏，而晚钠通道同钠钙交换蛋白（Na⁺-Ca²⁺ exchanger 1，NCX1）的功能偶联也可以诱发舒张期的钙泄漏，最终导致AF的发生和维持^[11]。

钙火花是激光共聚焦显微镜下观测到的局部自发性SR钙释放事件，是最明显和广泛认可的舒张期钙泄漏^[12]。钙火花是由某一簇RyR2通道随机开放导致的，通常局限于一个接头间隙（junctional cleft）内，相邻接头处（横向距离0.5~1.0 μm，纵向距离约2 μm）的局部钙离子浓度受钙扩散及SR摄钙的影响，难以继续激活钙释放，进而诱发钙波^[13]。

钙火花通常难以在细胞内传导扩散，然而在某些情况下，如细胞质Ca²⁺浓度或SR Ca²⁺浓度过高、RyR2通道过度敏感时，某一接头处的钙火花可以激活周边相邻接头出现钙火花样的钙释放，从而产生全细胞内的钙波^[14]。钙波是指心肌细胞内Ca²⁺负荷增高、细胞内Ca²⁺在局部自发性释放增加并伴传导的现象，其特点是在激光共聚焦显微镜下可见心肌细胞内Ca²⁺在某个区域瞬时性增高，并快速在细胞内传播^[14]。钙火花和钙波是心肌细胞钙泄漏的基本表现形式^{[1, 3, 15]}。

钙泄漏既包括钙火花或爆发式的钙波，也包括无形的钙泄漏^[16-17]。有学者通过定量分析心肌细胞SR钙泄漏的不同成分，发现一部分RyR2介导的钙泄漏形式并非钙火花，可被丁卡因、钌红以及高浓度Mg²⁺阻断，即共聚焦显微镜难以观测到结果，但RyR2通道开放仍然存在^[18-19]。研究发现，该形式的钙泄漏通常是由单个RyR2通道开放导致，亦称为钙夸克（calcium quark）；或是数个RyR2通道开放但不足以诱发出一个完整的钙火花^[20]。

可被细胞质内Ca²⁺激活是RyR2通道最基本的特性之一。平面脂质膜系统是定量检测RyR2通道性质的重要手段。实验表明，RyR2的开放概率受细胞质Ca²⁺浓度的调节^[21]。50 nmol/L的细胞质Ca²⁺可降低钙泄漏，且几乎检测不到钙火花的发生，提高浓度至50~250 nmol/L可增加钙泄漏，可见钙火花和非钙火花形式钙泄漏均增多；而继续增加至350 nmol/L可诱发钙波，导致SR内Ca²⁺快速排空；该调节机制并不依赖于钙离子/钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ（Ca²⁺-calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CaMKⅡ），而是直接调节RyR2通道活性^[21]。

影响细胞质Ca²⁺最终浓度的因素很多，包括细胞质Mg²⁺、ATP、pH以及SR腔内的Ca²⁺浓度等^[22-23]。Ca²⁺浓度越高，越容易导致RyR2钙泄漏，使病情进一步恶化，该机制在临床HF和AF患者心肌标本中已经得到证实^{[4, 24]}。

细胞质条件固定时，RyR2的开放概率对于SR腔内的Ca²⁺浓度十分敏感，高于生理浓度0.4~2.0 mmol/L的SR Ca²⁺浓度可以增加RyR2的开放概率。SR Ca²⁺浓度调节RyR2的开放概率的分子机制尚不明确。Györke等^[25]发现，集钙蛋白（calsequestrin，CSQ）可以与junctin/triadin等直接结合形成复合体，经变构作用影响RyR2。心肌细胞SR肌浆网-内质网钙离子转运ATP酶（sacro-endoplasmic reticulum calcium transport ATPase，SERCA）在心肌细胞SR钙稳态的调节中发挥重要作用。研究发现SERCA2过表达小鼠模型中SR摄钙和钙瞬变增多，钙泄漏未见显著改变；而在过表达SERCA负性调节蛋白sarcolipin的小鼠中，SR摄钙及钙瞬变均减少，钙泄漏同样未见显著改变，可见选择性调节SERCA可以调节SR钙含量，且不影响钙泄漏^[25]。

RyR是一个体积较大的大分子复合体，包括4个RyR2单体以及他克莫司结合蛋白12/12.6（FK506 binding protein-12/12.6，FKBP 12.6）^[26]、钙调蛋白（calmodulin，CaM）、蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）^[11]、CaMKⅡ^[11]、磷脂酶1、磷脂酶2A^[27]、亲联蛋白2（junctophilin-2，JPH2）^[28]等分子，这些分子均可影响RyR2介导的钙泄漏。CaM、FKBP12.6和JPH2等蛋白与RyR2结合可抑制其通道开放，其中CaM可使钙火花发生率降低约70%^[29]，而开关蛋白FKBP12.6降低了18%的钙火花发生率^[30]，JPH2基因突变或其蛋白表达降低均可增加钙火花的发生率^{[28, 31]}。研究发现，心肌肥大患者心肌中CaMKⅡ和PKA均可导致RyR2蛋白磷酸化，但与正常对照患者差异无统计学意义，抑制这些蛋白激酶可减少钙泄漏；相较于心肌肥大患者，HF患者心肌细胞钙泄漏增加近2倍，CaMKⅡ导致的RyR2磷酸化也增加，但PKA的磷酸化作用未见显著改变^[30]。受制于疾病种类和发展阶段的复杂性，目前调节RyR2功能活性的具体激酶作用尚未有定论。此外，RyR2通道自身点突变是导致心律失常疾病，如儿茶酚胺引起的多形性室性心动过速（catecholamine-induced polymorphic ventricular tachycardia，CPVT）的重要机制之一^[32]。研究发现目前已知最严重的CPVT相关点突变K4750Q可通过降低细胞质Ca²⁺浓度激活RyR2通道阈值、抑制细胞质Ca²⁺/Mg²⁺介导的RyR2通道失活以及降低SR Ca²⁺浓度激活RyR2通道阈值等机制诱发钙泄漏^[32]。

心房肌细胞钙稳态异常是AF发生的重要机制之一，SR钙通道RyR2稳定性下降导致的钙泄漏是钙稳态异常的重要原因。心肌细胞SR RyR2是最主要的钙释放通道，在心肌的舒张期应保持理想的关闭状态，其对细胞内钙稳态具有重要作用^[33]。舒张期RyR2异常开放会导致钙泄漏增多，产生钙火花以及钙波等自发性钙释放事件，从而导致细胞质Ca²⁺浓度异常升高，影响心肌细胞的钙稳态^[33]。在这种情况下，Ca²⁺通过细胞膜上的NCX1外排，与细胞外的Na⁺以1:3的比例进行交换，进而产生异常的净内向阳离子移动即瞬时内向电流（transient inward current，Iti），导致心肌细胞延迟后除极（delayed after depolarization，DAD）。一旦达到心肌细胞兴奋的阈值，即可诱发自发性动作电位和心肌局部的异位电触发活动，而局部电活动可进展为折返环（reentrant circuit）维持AF^[33]。

前期动物模型及患者来源标本的研究提示，RyR2通道功能异常和SR自发钙泄漏事件发生率增高等致心律失常性的异常电触发活动是AF发生的可能机制。研究发现，阵发性AF患者的发病机制包括SERCA2a活性增强导致的SR钙含量增多和RyR2蛋白表达水平及开放率增加^[33]，如miR-106b-25缺乏可导致RyR2蛋白表达水平的增加，最终增加AF的风险^[5]。此外，JPH2是新发现的位于心肌横管与SR膜之间的膜偶联蛋白，研究发现JPH2-E169K突变的肥厚性心肌病患者由于RyR2与JPH2的结合减少、RyR2释放钙火花和钙泄漏增多，可出现阵发性AF的临床表现^[30]。

目前研究认为，慢性AF或长程持续性AF患者的发病机制可能与PKA和CaMKⅡ分别作用于RyR2的S2808和S2814位点导致RyR2超磷酸化^[34]，从而增大了RyR2通道的开放概率有关。磷酸酶活性的调节异常，如磷酸酶抑制剂1（phosphatase inhibitor 1，PPI-1）的功能异常也可能导致心律失常患者的RyR2超磷酸化^[35]。此外，线粒体氧化应激会导致RyR2通道被氧化，钙泄漏增多，进而导致心律失常的发生，而针对线粒体的抗氧化剂可减轻这一现象^[36]。Li等^[4]研究发现，钙泄漏在AF中的作用不仅限于诱发心房肌细胞异常电活动，亦可经由钙调磷酸酶/活化T淋巴细胞核因子等钙依赖结构重构机制，参与AF异常基质的生成，如心房扩大、传导障碍、心肌肥厚等，进而导致AF的进展。近期研究发现，晚钠通道可以通过激活CaMKⅡ和PKA参与心房肌细胞的钙稳态异常，抑制晚钠电流可减少患者心房肌细胞钙泄漏^[11]。之后研究证实CaMKⅡ主要参与经RyR2的钙泄漏，而PKA参与增强心房肌细胞的SR摄钙，可能是通过磷酸化受磷蛋白（phospholamban，PLN）“去抑制”PLN/SERCA2a通路发挥作用，提示CaMKⅡ及PKA的共同激活参与了钙稳态异常的形成与维持，是AF发生的重要机制之一。

大量临床和动物实验研究表明，RyR2活性异常和钙泄漏增加可导致DAD及异常电触发活动，但由于AF临床发展阶段和AF动物模型的不同，心房肌细胞钙泄漏的具体机制各有不同。因此，进一步研究单个RyR2通道的特性、RyR2通道的翻译后调节机制、细胞水平DAD的检测，以及不同AF发展阶段患者心肌标本的生物学改变，对于阐明AF发生、发展的分子机制非常重要。而研发针对RyR2通道功能异常的药物有望从钙稳态异常的临床治疗思路出发，抑制钙泄漏诱发的电活动异常及其导致的折返基质等心房结构重构，临床应用前景良好。