钙蛋白酶抑素对L型钙通道的调节在大鼠心肌缺血-再灌注损伤中的作用

心肌缺血-再灌注损伤是冠脉再通术后的一个严重并发症。研究发现，在心肌缺血-再灌注时心肌细胞的L型钙电流受抑制、钙蛋白酶抑素表达减少。本课题组曾在郝丽英教授指导下发现钙蛋白酶抑素的结构域L具有调节L型钙通道的功能。据此我们推测，心肌缺血-再灌注损伤时，L型钙通道的功能降低可能是由钙蛋白酶抑素的结构域L表达异常所致，从而引起细胞内钙稳态的失衡，导致心肌顿抑、心律失常等的发生。本项目拟分别采用膜片钳技术和分子生物学技术，探讨大鼠心肌缺血-再灌注损伤中钙蛋白酶抑素和L型钙通道表达、细胞内定位及相互作用的变化，以及改变钙蛋白酶抑素的水平对心肌细胞L型钙电流及细胞内钙离子水平的影响，从而明确钙蛋白酶抑素对L型钙通道的调节在心肌缺血-再灌注损伤机制中的作用。本研究有助于进一步阐明心肌缺血-再灌注损伤的分子机制，为临床上预防和治疗缺血-再灌注损伤提供重要的理论依据。

缺血性心脏病在世界范围内已经成为导致人类死亡的主要原因。迄今为止，对于心肌缺血性损伤的发生机制尚未完全阐明。已有证据表明，L型钙通道作为调节细胞外钙离子进入胞内的重要蛋白，介导肌肉收缩、突触传递等多种生理效应，而L型钙通道表达或功能的异常与缺血性心脏病等多种心脏疾病有关。我们课题组近年来的研究发现，钙蛋白酶（calpain）的内源性抑制剂calpastatin其功能未明的结构域Ｌ具有恢复run-down钙通道活性的作用，是L型钙通道的潜在的调节蛋白。本项目的研究从L型钙通道的表达和功能改变为切入点，探讨了calpastatin对L型钙通道的调节在心肌缺血性损伤中的作用。研究发现，L型钙通道亚单位Cav1.2和calpastatin的mRNA及蛋白水平在心肌缺血-再灌注损伤、心肌梗死损伤晚期的左室组织和缺氧损伤的H9c2心肌细胞中均显著减少。预先给予缺氧的H9c2细胞calpain抑制剂MDL28170并不能阻止Cav1.2和calpastatin的表达减少。在正常心肌组织切片中，Cav1.2和calpastatin在心肌细胞膜上存在共定位，而心肌梗死损伤中，两种蛋白在细胞膜上的共定位消失。同时，在低氧损伤的H9c2细胞中，由Cav1.2钙通道介导的KCl刺激引起的细胞内钙瞬变也受到抑制。Calpastatin特异性siRNA 在降低calpastatin表达的同时，能够使Cav1.2钙通道mRNA和蛋白水平显著下降，且使Cav1.2钙通道的钙离子调控功能受抑制。此外,本研究还发现calpastatin的结构域L能够与Cav1.2钙通道C末端的PreIQ和IQ基序直接结合，且该结合作用具有钙离子浓度依赖性。据此，我们得出结论，calpastatin是Cav1.2钙通道的重要调节蛋白，它通过钙依赖性的方式直接结合到Cav1.2钙通道的C末端PreIQ和IQ基序从而调节其表达和功能，进而影响Cav1.2钙通道的活性。在心肌缺血-再灌注损伤和心肌缺血-缺氧性损伤中，calpastatin和Cav1.2钙通道的表达减少、细胞内定位改变以及功能受抑制可能是心肌缺血损伤的分子基础之一，从而导致心肌细胞内钙离子稳态的失调，进而影响心脏的舒缩功能。本项目的研究为进一步阐明心肌缺血性损伤的发生机制并且有针对性地采取干预措施提供了新的理论基础，具有重要的临床价值