心房肌SK2通道蛋白转运调节异常在心房颤动发生和维持中的作用机制研究

Atrial electrical remodeling (AER) is an important mechanism for the occurrence and maintenance of Atrial fibrillation (AF) . Small conductance calcium-activated potassium channels (SK2), which has been found in the heart for ten years, is considered a potential therapeutic target for AF, due to its coupling with intracellular calcium and membrane potential, and the relative atrial specific expression of this channel. Previous reports including ours showed that rapid atrial pacing promoted the trafficking of SK2 channels to the cell membrane, increased SK2 currents but decreased the total protein level of SK2 in human AF, suggesting that the trafficking of SK2 protein towards cell membrane is damaged in AF. However, the underlying mechanism is still unknown. This project aims to test the hypothesis that SK2 protein turnover, including trafficking to the membrane, endocytosis and reinsertion to membrane (recycling), are abnormal in AF, and further to investigate the underlying mechanisms, using models of human AF, canine AF and engineered HEK293 cells, and multiple techniques including electrophysiology, cellular and molecular biology. The project may help to illuminate the important role of SK2 channel in AF at a new viewpoint and provide new strategy for the treatment of AF.

心房电重构是心房颤动（AF）发生和维持的重要机制之一。心脏上的小电导钙激活钾通道（SK2）因其具有偶联胞内钙和膜电位、心房相对特异性表达等特点，被认为是AF的潜在治疗靶点。前期研究和文献表明，心房快速起搏促进SK2通道蛋白向细胞膜转运，而AF时SK2电流上调但其总体蛋白水平却下调，提示SK2通道蛋白在AF时向细胞膜转运过程可能存在异常，然其机制未明。本项目提出假说：AF时SK2通道蛋白在转运蛋白VAMP2等作用下，由胞浆向细胞膜的转运、膜上SK2通道蛋白的内吞及内吞后再循环到细胞膜的过程出现异常，引起AF时SK2通道的功能改变。为此，本项目以AF患者心房肌、犬房颤模型结合工具细胞为研究对象，采用电生理、细胞和分子生物学等技术，系统研究心房肌SK2通道蛋白三个转运过程的时空特性与调控规律及其在AF发生和维持中的改变机制。从一个新的角度阐释SK2通道与AF的相互关系，为AF的治疗提供新的思路。

心房电重构是心房颤动（AF）发生和维持的重要机制之一。心脏上的小电导钙激活钾通道（SK2）因其具有偶联胞内钙和膜电位、心房相对特异性表达等特点，被认为是AF的潜在治疗靶点。为此，本项目以AF患者心房肌、心脏PAK1条件性敲除小鼠、新生乳鼠心肌细胞和HEK293工具细胞为研究对象，采用多种方法（包括流式细胞术、膜片钳技术、生物素法膜蛋白提取技术、免疫荧光共聚焦显微成像技术、光标测技术等），系统研究心房肌SK2通道蛋白转运过程的调控规律，房颤时SK2通道的变化调控机制，研究了转运蛋白VAMP2、PAK1、CaMKII等对SK2通道的作用及机制。研究表明，房颤时通过增加转运蛋白VAMP2表达、增加CaMKII活性、抑制PAK1表达等机制，通过下游多个信号分子促进了SK2通道基因转录、蛋白表达和转运过程。VAMP2可以与SK2通道相互作用，并能促进了SK2通道蛋白向细胞膜的转移和稳定SK2蛋白在细胞膜上的表达，而房颤时VAMP2表达明显增加，促进了SK2通道向细胞膜的转运，是房颤时SK2通道蛋白在细胞膜上表达增加的原因之一。房颤时PAK1表达和磷酸化水平下调，PAK1通过CaMKII/CREB通路抑制了AngII诱导的SK2通道蛋白增加和向细胞膜的转运。该项目从一个新的角度阐释SK2通道转运调控机制与AF的相互关系，为AF的治疗提供了新的思路。通过干预SK2通道蛋白上游转运调控过程可能是房颤等心律失常的潜在靶点。同时，在该项目的实施过程中，建立和完善了多种技术相结合的离子通道转运研究平台、光标测技术平台，丰富了离子通道的研究策略和拓展了电生理的研究领域。对于其他离子通道功能调控研究和心血管疾病电生理机制提供了借鉴。