KCNE2调节心脏L-型钙通道的分子机制及生理和病理意义

电压依赖性L-型钙通道（L-type calcium channel,LCC）在心脏兴奋-收缩偶联和钙稳态调节中起重要作用。我们新近发现，电压依赖性钾通道的beta亚基KCNE2对心肌细胞LCC具有双向调节作用：在心肌细胞过表达KCNE2减小LCC电流，降低KCNE2表达则增大LCC电流。后者还增高心肌肥大标志物心钠素mRNA水平。本项目首先探讨KCNE2调节LCC功能的分子机制，明确KCNE2是否（1）直接影响LCC通道alpha和/或beta亚基功能；或（2）通过调节calcineurin活性，来调节LCC功能。其次，通过使离体培养的心肌细胞和在体心脏过/低表达KCNE2，查明KCNE2在心脏兴奋-收缩偶联中的调节作用；以及KCNE2低表达在心肌肥大发生中的作用和钙信号机制。旨在找到心脏LCC和兴奋-收缩偶联调节的新机制，为阐明心脏相关疾病发生机制和寻找新的治疗靶标提供理论和实验依据。

电压依赖性L-型钙通道（L-type calcium channel，LCC）在心脏兴奋-收缩偶联和钙稳态调节中起重要作用，其结构功能异常可引起房颤、室颤、兴奋-收缩偶联障碍和心肌肥大等严重病理改变。我们前期研究发现电压依赖性钾通道的亚基KCNE2对心肌细胞LCC具有双向调节作用，在此基础上，本项目主要研究了KCNE2调节LCC活性、维持心电稳定性、调节心脏兴奋收缩耦联及影响心肌肥大发生的分子机制，从以下四个方面论述：. 首先，本研究发现KCNE2通过与LCC的亚基Cav1.2的N末端的抑制结构域结合，从而降低LCC电流。同时，我们还发现引起家族性房颤的一个KCNE2突变R27C引起房颤的重要机制是增强KCNE2对LCC电流的抑制作用，通过缩短心房肌动作电位时程（action potential duration, APD），引起房颤发生。. 其次，我们进一步发现KCNE2对乳鼠和成年鼠心肌细胞APD的调节存在不均一性。敲低心肌细胞KCNE2表达延长乳鼠和成年鼠心肌细胞APD，而过表达KCNE2缩短乳鼠心肌细胞APD，但对成年鼠APD无影响。与APD变化一致，KCNE2敲低减小乳鼠和成年鼠Ito电流密度，KCNE2过表达增加乳鼠Ito电流密度但对成年鼠无影响。模拟大鼠心肌细胞APD发现，KCNE2对APD的调节主要是通过对Ito和LCC调节所致，揭示心肌细胞內源KCNE2通过对K+和Ca2+通道的调节而在维持心电稳定性中发挥重要作用。. 再次，我们研究了KCNE2对心肌细胞兴奋-收缩偶联的调节作用，发现过表达KCNE2抑制心肌收缩期钙瞬变和收缩力，而降低KCNE2表达起反作用。调控KCNE2表达对肌浆网钙库容量、钙泵功能等无影响。但无论增加还是降低KCNE2表达都显著增加钙火花频率。. 最后，我们还发现心肌肥大时心肌细胞KCNE2蛋白表达量显著降低，敲低正常心肌细胞KCNE2表达量可引起心肌肥大与Ca2+/CaM激活的calcineurin-NFAT和MAPK信号通路激活有关。而且，过表达心肌细胞KCNE2加重心肌肥大。因此，推测心肌肥大降低了KCNE2表达并参与心肌肥大的发生，本研究提出心肌肥大发生的新机制，为其治疗提供了新思路。