钠通道异常、钠钙超载诱导的内质网应激在心力衰竭中的作用及机制研究

Heart failure is the end-stage of various cardiomyopathy with complex clinical syndrome. In previous study, we did a series of research between endoplasmic reticulum (ER) stress responses and chronic heart failure. And we found relieving calcium overload and maintaining intracellular calcium homeostasis remarkably suppressed ER stress，apoptosis and myocardial remodeling. However, calcium homeostasis is tightly linked to sodium regulation, and sodium overload will lead to intracellular calcium overload and disturbance of ER calcium stores. We found sodium channel activator and sodium channel gene mutation, which induced intracellular sodium overload, strongly increased ER stress. And sodium influx blockers significantly suppressed ER stress and apoptosis in vivo and in vitro. This study, we will use chronic heart failure mice and a selective cardiac transgenic mouse model expresseing a new mutation in human SCN5A and mice with a heterozygous knock-in that mutation, which leads to sodium overload, and cultured cell to investigate the mechanism of sodium homeostasis disequilibrium inducing ER stress and heart failure in vivo and in vitro. Our study will elucidate the effects of intracellular sodium abnormality in heart failure, and provide a new probability of curing clinical heart failure.

心力衰竭是各种心血管疾病发展到终末期的临床症候群，其机制未完全阐明。我们前期对心力衰竭中内质网应激作用机制进行了系统研究，发现减少胞内钙超载，维持细胞钙稳态，能显著抑制内质网应激，减少心肌细胞凋亡及心肌重构，是潜在的治疗心力衰竭的靶点。而细胞内钙稳态和钠离子调节密不可分，钠超载将导致胞内钙超载及内质网钙库稳态失衡。我们研究发现钠通道激动剂及钠通道基因(SCN5A)突变导致钠离子超载，均能显著激活心肌细胞内质网应激，而钠通道阻断剂在体内外均能抑制内质网应激和减少心肌细胞凋亡。本项目将在此基础上采用慢性心力衰竭、心脏特异性SCN5A突变转基因和基因敲入小鼠模型及细胞模型，在体内和体外研究钠通道异常、钠钙稳态失衡在内质网应激及心肌重构中的作用。这将帮助阐明钠稳态失衡在心力衰竭中的作用，从而完善对心力衰竭发病机制的认识，为心力衰竭的防治提供新的思路。

背景：晚钠电流增加和Ca2+稳态失衡是心肌肥厚和心衰的重要特征。雷诺嗪能够选择性地抑制晚钠电流，从而缓解胞内钠钙超载。通过本研究，我们对雷诺嗪在压力负荷诱导的心肌肥厚和心力衰竭小鼠中的作用进行了探索。研究内容和结果：在横向主动脉缩窄术（TAC）构建的心肌肥厚和心衰小鼠中，晚钠电流抑制剂雷诺嗪可以有效地延缓心肌肥厚和心肌纤维化的进展；心脏超声、心脏导管结果证实雷诺嗪可以改善TAC小鼠的心功能。对原代心室肌细胞进行钙影像检测，显示TAC小鼠的心肌细胞存在肌浆网钙释放异常和钙漏增加，而雷诺嗪可以改善肌浆网钙调节失衡的状态。同时，雷诺嗪抑制了TAC小鼠心肌细胞的钠超载，从而减轻了钠钙交换体（NCX）介导的钙超载。TAC小鼠心肌中，钙依赖的肥厚通路 CaM/CaMKII/MEF2和CaM/CaMKII/calcineurin/NFAT被显著激活，而雷诺嗪可以缓解钙超载而抑制这些通路的激活。我们还在TAC小鼠心肌组织中检测到内质网应激和相应的凋亡通路被激活，而晚钠电流抑制剂雷诺嗪和NCX抑制剂均可以减轻TAC小鼠的内质网应激反应和细胞凋亡。结论：本研究在压力负荷诱导的心肌肥厚和心衰小鼠模型中，证实了晚钠电流抑制剂雷诺嗪可以抑制心肌钠钙超载，改善心肌细胞钙调控紊乱，进而抑制钙超载引起的肥厚通路的激活和内质网应激，缓解心肌肥大、纤维化和细胞凋亡，从而改善心功能。本研究结果提示雷诺嗪可能成为治疗心肌肥厚和心力衰竭新药物。