ALK7对心力衰竭小鼠室性心律失常的影响及其机制研究

Ventricular arrhythmia is the most common cause of sudden cardiac death in patients with heart failure (HF). Structural and electrical remodeling mediated by intracellular signaling pathways are the main mechanisms underlying ventricular arrhythmias after HF. Activin receptor-like kinase 7 (ALK7), a type I receptor of the TGF-β family of proteins, can modulates multiple downstream signaling pathways. Our preliminary study showed ventricular myocytes isolated ALK7 knockout mice displayed decreased IK1 and Ito currents compared with wide-type mice. More importantly, ALK7 knockout mice were susceptible to electrical stimulation-induced ventricular arrhythmia. Furthermore, ALK7 knockout mice exhibited aggravated structural remodeling compared with wide-type mice in pressure overload-induced HF model. These findings suggest that ALK7 may play an important role in ventricular arrhythmia. However, the effects and the underlying mechanisms of ALK7 on ventricular arrhythmia after HF have not yet been studied. Therefore, in the present proposal, we will investigate the effects of ALK7 on ventricular arrhythmia after HF, and to explore the underlying mechanisms of structural and electrical remodeling using ALK7 knockout mice and transgenic mice with cardiac-specific overexpression of ALK7. We aim to provide new molecular target for treatment and prevention of ventricular arrhythmia after HF.

室性心律失常是心力衰竭（心衰）患者猝死的主要原因。细胞内信号转导通路介导的组织重构和电重构是心衰后室性心律失常的重要发生机制。激活素受体样激酶7（ALK7）是转换生长因子-β（TGF-β）超家族I型受体，可调控下游多个信号通路。我们的前期研究结果发现，ALK7基因敲除小鼠较野生型小鼠心室肌细胞IK1和Ito电流明显减低，室性心律失常易感性显著增加；在压力负荷诱导的小鼠心衰模型上进一步研究发现，ALK7基因敲除小鼠较野生型小鼠心室组织重构更明显，提示ALK7 可能对室性心律失常有重要调控作用。然而，目前尚无ALK7对心衰后室性心律失常的影响及其机制的研究报道。本项目拟运用ALK7基因敲除小鼠和心脏特异性ALK7转基因小鼠研究ALK7对心衰后室性心律失常的影响，并从电重构和组织重构的角度探讨其作用机制，以期发现防治心衰后室性心律失常的新靶点。

心力衰竭（心衰）常合并各种类型室性心律失常，心衰后室性心律失常发生机制至今尚未完全明确，阐明心衰后室性心律失常发生机制，寻找防治心衰后室性心律失常的新靶点具有重要的理论和临床意义。激活素受体样激酶7（Activin receptor-like kinase 7，ALK7）是一种转换生长因子-β（TGF-β）超家族I型受体，在组织发育、内分泌紊乱、肥胖和肿瘤发生中发挥重要调节作用。然而，ALK7在心血管疾病中的研究，特别是心律失常中的研究，目前国内外尚无报道。为明确ALK7对心衰后室性心律失常的影响；阐明ALK7影响心衰后室性心律失常的具体机制，为临床防治心衰后室性心律失常提供实验室工作基础。以ALK7敲除小鼠、心脏特异性ALK7转基因小鼠和野生型小鼠为研究对象，进行了主动脉缩窄术后，采用病理分析、超声心动图测量、血液动力学测量和RT-PCR，Western blot方法评估心脏肥大及心功能情况；采用遥测心电图记录技术、离体心脏电生理技术、单细胞膜片钳技术，观察ALK缺失对心脏电生理的影响。结果：ALK7在扩心病患者心脏及主动脉缩窄术（AB术）后小鼠心脏中表达降低；组织学分析、心肌肥厚标志物的表达、心脏彩超结果提示ALK7缺陷加重压力负荷诱导的心肌肥厚，而ALK7过表达可以减轻长期压力负荷引起的心肌肥厚； ALK7抑制MEK-ERK1/2和Smad2/3信号通路，在压力负荷诱导的心肌重构中，MEK-ERK1/2信号的失活可以缓解ALK7缺陷的不利影响。ALK7-/-小鼠心房复极时间增加、窦房结功能降低、房性心律失常诱发率增加、离体心脏的心室动作电位时程延长、离体心脏的室性心动过速诱发率升高、心室肌细胞外向K+电流密度减低； ALK7基因缺失抑制了心肌细胞Kv4.2和KCHIP2的表达。结论 ALK7是一种通过抑制MEK-ERK1/2信号传导而引起的心脏病理性肥厚的新型负调节因子；ALK7 在心室肌细胞中的表达对复极 K+电流的维持十分重要，该基因的缺失为室性心律失常的触发提供条件。