通过重建心衰心室肌中Kv4.3-CaMKII复合物治疗心力衰竭的基础研究

According to the statistic results from WHO, the 6-year mortality of heart failure patients is nearly 82%. Due to the limited understanding of the underlying mechanisms, therapeutic treatments for heart failure are disappointingly ineffective. Recent studies indicate that excessive CaMKII activation plays a major role in heart failure development and therefore becomes a noval therapeutic target. However, due to the ubiquitous distribution of CaMKII, in vivo pharmocological CaMKII inhibition is not applicable. We recently discovered a dynamic molecular complex in ventricular myocytes composed of CaMKII and Ito channel subunit Kv4.3. Kv4.3 binds to CaMKII and inhibits its activation. In the setting of heart failure, Kv4.3 is down-regulated, leading to diminishment of this inhibitory mechanism. This causes excessive CaMKII activation and accordingly hyperphospholation of calcium regulatory proteins, leading to calcium mishandling, cardiac dysfunction and heart failure development. As an extension of these important studies, here, we propose to decipher the role of reestablishing Kv4.3-CaMKII units in reversal of calcium mishandling, improving heart function and inhibition of ventricular arrhythmia in heart failure in order to explore a new and effective approach for heart failure treatment.

据世界卫生组织统计,心衰患者6年死亡率高达82%。由于对发病机制不够了解，目前心衰治疗尚无明显突破。近期研究提示心衰心室肌中CaMKII的过度激活可能是心衰发生的重要环节，因此抑制过度激活的CaMKII成为心衰治疗的重要靶点。但因CaMKII在体内分布广泛，药物抑制CaMKII的可行性受到限制。我们最近首次在心室肌细胞中发现了由CaMKII和Ito通道亚基Kv4.3组成的活性分子复合物。Kv4.3通过与CaMKII结合而抑制CaMKII的激活；心衰时，Kv4.3表达下调，使CaMKII激活的抑制机制丧失，导致CaMKII过度激活而使得心肌细胞多种钙调蛋白被过度磷酸化而引起钙调节紊乱，心脏的收缩舒张功能障碍而促进心衰的发展。作为这一发现的延伸,本课题将探讨重建Kv4.3-CaMKII单元在逆转心衰心室肌细胞钙失调、改善心功能和抑制心律失常方面的作用及其机制，为心衰的治疗探索新的有效的方法。

心力衰竭是各种器质性心脏病的终末阶段，其治疗目前尚无明显突破。近期研究表明抑制心脏过度激活的CaMKII可能是心衰治疗的新靶点。但因CaMKII在体内分布广泛，药物抑制CaMKII的可行性受到限制。我们前期研究发现心脏中Ito通道亚基Kv4.3通过与CaMKII结合而抑制CaMKII的激活。心衰时Kv4.3表达下调，使CaMKII激活的抑制机制丧失，导致CaMKII过度激活引起心脏收缩舒张功能障碍，进而促进心衰的发展。本项目在前期研究的基础上，探究能否通过重建心衰心室肌中Kv4.3-CaMKII复合物来抑制CaMKII活性，从而改善心衰小鼠的心功能并抑制室性心律失常的发生。主要的研究内容包括：1）在正常心室肌细胞中, 检验Kv4.3-CaMKII单元对钙超载引起的CaMKII激活的抑制作用；2）检验增加Kv4.3的表达是否能抑制心衰心室肌细胞中的CaMKII活性，逆转ICa重塑，减少SR钙渗漏和改善心室肌细胞的收缩及舒张功能；3）检验重建Kv4.3的在体表达和分布是否能有效改善心衰动物的心功能和抑制室性心律失常的发生。本项目的主要结果表明，通过在体转染过表达Kv4.3可显著抑制心衰心室肌的CaMKII活性，逆转Ica的电重构并减少SR的钙渗漏，从而改善心衰小鼠的心脏收缩和舒张功能。同时，过表达Kv4.3后，心衰小鼠的室性心律失常发生率明显降低。在当前心衰疗效不佳的情况下，本项目具有较高的科学意义。我们证实恢复心衰心脏的Kv4.3表达对心力衰竭具有较好的治疗作用，这可能为心力衰竭的治疗提供一个新的途径。