心臟神經(jīng)重塑對(duì)心肌細(xì)胞瞬時(shí)外向鉀電流的影響及其分子機(jī)制.pdf

1、心律失常大都受到心臟自主神經(jīng)直接和間接的影響。越來越多的研究顯示心臟交感和副交感神經(jīng)功能紊亂是心律失常發(fā)生和維持的一個(gè)重要因素。心臟自主神經(jīng)重塑(cardiacautonomicnerveremodeling，CANR)是指心臟由于某些疾患導(dǎo)致的自主神經(jīng)的分布密度和空間排布的改變(主要表現(xiàn)為區(qū)域性神經(jīng)分布密度增高或缺失，即去神經(jīng))，以及由此導(dǎo)致的自主神經(jīng)功能改變。神經(jīng)分布密度增高常由神經(jīng)軸突再生(或稱芽生)(axonregenemati

2、onorsprouting)引起，多見于器質(zhì)性損傷(如心肌梗塞、心肌病)后的修復(fù)階段。去神經(jīng)的病因可見于許多心肌器質(zhì)性病變，如心肌梗塞、糖尿病性自主神經(jīng)病變、原發(fā)性室顫等。心率失常的發(fā)生有兩個(gè)條件：一個(gè)是心臟解剖或功能的基礎(chǔ)條件即“基質(zhì)”(substrate)；另一個(gè)是觸發(fā)因素(trigger)。但對(duì)于CANR如何導(dǎo)致致命性心律失常，其分子機(jī)制如何，目前仍不清楚，這方面的研究已成為心律失常領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 瞬時(shí)外向鉀電流(t

3、ransientoutwardcurrent，Ito)是一種心肌細(xì)胞復(fù)極化的重要電流，它對(duì)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程(actionpotentialduration，APD)的影響重大。在嚙齒類動(dòng)物的心臟，由于Ito在心外膜、中層和心內(nèi)膜層心肌組織的分布不同，從而造成心肌組織電生理特性明顯的異質(zhì)性。當(dāng)某種病因引起Ito在心肌的這種異質(zhì)分布出現(xiàn)變化時(shí)，就會(huì)引起心肌電異質(zhì)性的增加，心室肌跨壁復(fù)極離散度增大，由此可誘發(fā)心律失常。心肌細(xì)胞的Ito通道

4、中形成通道孔道的亞單位(α亞單位)由Kv1.4(編碼Ito.s)、Kv4.2(嚙齒類，編碼Ito.f)或Kv4.3(犬科類，編碼Ito.f)亞單位構(gòu)成。電壓門控鉀通道相互作用蛋白2(Kvchannelinteractingprotein2，KChIP2)是一種在心肌組織中能和Kv4通道結(jié)合且能使之從胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)到胞膜定位的蛋白質(zhì)。在心肌組織，KChIP2的表達(dá)、功能變化會(huì)影響到心肌細(xì)胞的Ito電流密度，改變了心肌組織的電生理特性，從而成為心

5、律失常的一個(gè)誘因。然而，心臟疾患(如心肌梗塞)引發(fā)的神經(jīng)重塑是否對(duì)心肌細(xì)胞Ito的電流密度產(chǎn)生影響，以及這種影響的分子機(jī)制如何，目前并不清楚，這正是本研究要探討的問題。 本工作從整體、細(xì)胞和分子水平研究了心臟神經(jīng)重塑對(duì)心肌細(xì)胞Ito電流密度的影響及對(duì)其分子機(jī)制。主要內(nèi)容包括三部分：神經(jīng)再生對(duì)Ito的影響；去神經(jīng)對(duì)Ito的影響以及促離子型谷氨酸受體NMDAR與Ito的關(guān)系。 在整體水平上，我們以內(nèi)源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerv

6、egrowthfactor,NGF)合成刺激劑4-甲基鄰苯二酚(4-Methylcatechol，4-MC)誘導(dǎo)心交感神經(jīng)芽生，建立了心臟神經(jīng)芽生模型；用6-羥多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)化學(xué)殺傷心交感神經(jīng)，建立了大鼠心臟去交感神經(jīng)模型；利用經(jīng)隔肌液氮冷凍損傷心肌的方法建立了模擬心肌梗塞(myocardialinfaretion，MI)模型。在這些模型的基礎(chǔ)上，我們分別觀察了心交感神經(jīng)芽生以及心臟去神經(jīng)對(duì)I

7、to的影響；分析了大鼠心肌組織Kv1.4、Kv4.2、KChIP2轉(zhuǎn)錄、蛋白表達(dá)的變化以及引起這些分子變化的信號(hào)通路(膜受體-ERK-CREB信號(hào)通路)。結(jié)果表明：1)心交感神經(jīng)芽生和去神經(jīng)都會(huì)導(dǎo)致心肌組織Ito電流密度降低，在心臟神經(jīng)芽生合并MI時(shí)Ito電流密度進(jìn)一步降低；2)心交感神經(jīng)芽生和去神經(jīng)都導(dǎo)致了心肌組織Kv4.2和KChIP2的表達(dá)降低，在神經(jīng)芽生的心臟，合并MI時(shí)，二者的表達(dá)進(jìn)一步下降；交感神經(jīng)芽生對(duì)Kv1.4轉(zhuǎn)錄和蛋白

8、的表達(dá)均沒有明顯影響，但在去神經(jīng)的心臟Kv1.4蛋白的表達(dá)卻出現(xiàn)了一定程度的降低；3)在心臟神經(jīng)重塑引發(fā)這些分子變化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控通路的研究上，我們分析了心臟ERK-CREB通路與Ito的關(guān)系。ERK/MAPK通路可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的許多代謝過程，是一條重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。磷酸化后的ERK，能將轉(zhuǎn)錄因子CREB絲氨酸133位點(diǎn)磷酸化，激活的CREB從胞漿移位到核內(nèi)，與DNA上啟動(dòng)子區(qū)域中的cAMP反應(yīng)元件位點(diǎn)結(jié)合，進(jìn)而啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。已知ER

9、K/MAPK通路可通過調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞Ito的表達(dá)而影響心臟記憶。我們認(rèn)為心交感神經(jīng)芽生和心臟去神經(jīng)可導(dǎo)致ERK/MAPK信號(hào)通路的改變，從而影響Ito。結(jié)果顯示，心臟神經(jīng)芽生和心臟去神經(jīng)都導(dǎo)致了ERK/MAPK信號(hào)通路中ERK1/2的磷酸化和CREB的磷酸化程度降低，從而使CREB調(diào)控的KChIP2的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)出現(xiàn)下調(diào)。 我們研究室近來的研究發(fā)現(xiàn)，在MI修復(fù)期心肌細(xì)胞膜離子型谷氨酸受體(iGluRs)的表達(dá)出現(xiàn)了明顯上調(diào)(待發(fā)表)

10、。我們的研究以及他人研究顯示，iGluRs在心肌有豐富表達(dá)。鑒于iGluRs在神經(jīng)系統(tǒng)中的重要作用，我們推測(cè)離子型谷氨酸受體NMDAR很可能在心臟神經(jīng)重塑與心律失常的關(guān)系中發(fā)揮一定作用。基于大鼠的整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)研究在培養(yǎng)心肌細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)：1)NMDA10-7-10-5mol/L均導(dǎo)致心肌細(xì)胞Ito電流密度劑量依賴性降低；2)NMDA10-7-10-5mol/L導(dǎo)致心肌細(xì)胞Kv4.2及KChIP2的表達(dá)劑量依賴性地降低(P＜0.01

11、)，但Kv1.4的變化不明顯(P＞0.05)；3)激光共聚焦研究顯示，當(dāng)NMDA達(dá)到10-5mol/L時(shí)，Kv4.2蛋白向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)及定位出現(xiàn)障礙，部分散布在胞質(zhì)中；4)NMDA(10-5mol/L)可引起心肌細(xì)胞內(nèi)可逆性游離鈣濃度的增加，同時(shí)可以激活ERK和CREB的活性，使pERK42/44和pCREB(Ser133和Ser142磷酸化)的水平增高，尤其pCREB(Ser142磷酸化)的水平升高更加明顯。 綜合上述各部分結(jié)

12、果，我們得出如下結(jié)論：1)心臟神經(jīng)重塑(神經(jīng)芽生和去神經(jīng))導(dǎo)致了心肌細(xì)胞膜Ito電流密度的降低，其降低的分子機(jī)制之一是鉀通道的a亞單位Kv4.2及胞質(zhì)內(nèi)參與轉(zhuǎn)運(yùn)Kv4.2的KChIP2表達(dá)出現(xiàn)下調(diào)，導(dǎo)致Kv4.2從胞漿到膜的轉(zhuǎn)運(yùn)出現(xiàn)不同程度的障礙，使其不能順利地在胞膜上功能性定位；2)心臟神經(jīng)重塑(神經(jīng)芽生和去神經(jīng))通過某種未知的上游信號(hào)導(dǎo)致ERK和CREB的磷酸化水平降低，使ERK-pCREB(Ser133)信號(hào)的激活程度降低，從而抑

13、制了轉(zhuǎn)錄因子pCREB向核內(nèi)轉(zhuǎn)移，因而KChIP2表達(dá)降低；這一信號(hào)通路可能是：膜受體-ERK-CREB-KChIP2；3)心臟神經(jīng)再生使NMDAR表達(dá)上調(diào)，后者的激活導(dǎo)致Ca2+-CaMKII-pCREB(Ser142)信號(hào)通路激活，從而抑制pCREB(Ser133)與KChIP2基因上游調(diào)控序列(CRE)的結(jié)合，于是KChIP2表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致Kv4.2向膜的轉(zhuǎn)運(yùn)和定位發(fā)生障礙。這兩條信號(hào)通路在調(diào)節(jié)KChIP2表達(dá)方面起著非常重要的相