利用转基因表达心脏Kv1.5钾离子通道研究新型房颤治疗药物

The atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia in clinic. However, the the currently available drugs for the treatment of AF are highly liable to cause more serious ventricular arrhythmias. IKur (Kv1.5) potassium channel has been confirmed to be expressed only in human atrium. Therefore, IKur as a target for the selective and specific blocker used for the treatment of AF now has been one of the most frontier hotspots in the world. But no such a blocker with the specificity and high efficiency has been introduced up to now. In the present study, the methods such as heterologous transgene expression and PCR-based site-directed mutagensis are used to transfect human Kv1.5 gene (encoding IKur channel) and its mutants into CHO cells. And then patch-clamp technique is employed to study the effects of compound LY294002 and its derivatives on both hKv1.5 and its mutant channels. The aim of present study is to seek ideal Kv1.5 channel blockers that could prolong the atrial action potential duration (APD) and effective refractory period (ERP) to abolish reentry so as to be developed as new drugs for the AF treatment. It is expected that,while being used to treat AF, the new drugs do not affect other cardiac ion channel (eg.ventricular IKs and IKr) to induce ventricular arrhythmias. The present study can directly examine the functional correlation between chemical compounds and target ion channel, resultantly providing new chemical componuds for the new drug development to treat the refractory disease AF.

心房纤颤是临床最常见的心律失常，而现有治疗药物极易引起更为严重的室性心律失常。IKur（Kv1.5）钾离子通道仅在人心房表达，以IKur通道为作用靶点寻找选择性和特异性阻滞剂治疗房颤已成为国际前沿热点，但目前尚无特异、高效的IKur阻滞剂问世。本课题利用转基因表达和以PCR为基础的碱基定点变异等技术方法，将构成人心脏IKur通道的hKv1.5 基因及其变异转基因表达到CHO细胞，再采用膜片钳技术，研究化合物LY294002及其结构衍生物对hKv1.5通道及变异通道的影响，寻找理想的选择性Kv1.5通道阻断剂，延长心房动作电位有效不应期、消除折返激动治疗房颤的同时，对心脏其它离子通道（如心室IKs和IKr钾通道）无影响，以期发现不引起室性心律失常的新型房颤治疗药物。本研究直接从分子水平上观察化合物与靶离子通道的作用，可为房颤这一顽疾的创新治疗药物研发提供全新化合物。

项目背景：心房颤动是临床上最为常见的心律失常。目前常用的治疗药物对心房的选择性低，在终止房颤的同时存在严重的不良反应(如TdP)。因此，亟需开发更为安全有效的新型房颤治疗药物。..研究内容：观察LY294002结构衍生物对房颤最新治疗靶点—心脏Kv1.5钾离子通道的阻滞作用；观察LY294002及其结构衍生物对心脏其它离子通道的影响；利用计算机软件建立相应的Kv1.5钾离子模拟通道，并对LY294002及其结构衍生物与模拟通道进行对接分析；对多种遗传性心律失常的发生机制进行研究。..重要结果：①先后观察了HMQ1611（WJ3）等二十四个化合物对Kv1.5钾离子通道的影响，发现HMQ1611对Kv1.5通道有较高的阻滞作用，其阻滞作用呈开放通道抑制剂特性，半效抑制浓度IC50为2.07μM（K=1.87μM），低于LY294002的7.9μM（K=1.3μM）； ②分别观察了LY294002对心脏主要离子通道IKr、IKs、IL-Ca、INa、IK1、Ito通道的抑制作用，IC50分别为26.3μM 、21.5μM、46.5μM、131.6μM、181.5μM、55.9μM；③利用计算机对接模拟软件对HMQ1611与Kv1.5通道嵌合程度进行分析，发现Kv1.5通道选择性滤器上的T480、S6片段上的I508，I512等氨基酸碱基是HMQ1611与通道的潜在结合位点；④此外，对多种遗传性心律失常的研究首次发现，厄贝沙坦对房颤的治疗作用与其阻滞AT1受体有关；NCN4-G1097W基因突变可导致房室传导阻滞；KCNE3-T4A基因突变可引发Brugada综合征；KCNQ1基因突变导致心脏钾离子IKs通道对交感神经的反应减弱是导致1型长QT综合征的主要发病机制。..关键数据及科学意义：对比唯一已上市的同类新药维纳卡兰，LY294002对Kv1.5钾离子通道具有更高的选择性，对其它心脏离子通道的抑制作用较弱。此外，从众多化合物中筛选出了对Kv1.5通道有更高选择性抑制作用的HMQ1611，并通过对接软件推断出其作用位点，这些结果对新型房颤治疗药物（全新化合物）的研发具有重要的理论意义和实用价值。同时，本项目研究首次发现了多个基因突变与遗传性心律失常的发生机制。本项目研究共发表学术论文9篇，其中SCI收录论文6篇，最高影响因子16.503，另有一篇影响因子15.