TASK-1双孔钾离子通道在酸中毒诱发心律失常中的病理作用

Acidosis is a dominant type of acid-base disturbance in the clinic. Consequences of acidosis that might be arrhythmogenic, but its pathological mechanism is not well understood. TASK-1 two-pore domain potassium channels are expressed in the human heart abundantly, but its cardiac functional roles are unknown. Our recent study indicated that lowered acidic extracellular pH (pHo) strongly inhibits outward currents through TASK-1 K+ channels, changes its high K+ selectivity, and increases significantly the permeability of Na+. In order to further explore the mechanism of acidosis-induced cardiac arrhythmias, we hypothesize that in lowered pHo, TASK-1 potassium channels change function and result in abnormal excitability of cardiomyocytes, which is key to the mechanism of acidosis-induced cardiac arrhythmias. To test the hypothesis, we will employ HL-1 cell line as model, study how TASK-1 K+ channels contribute to the electrophysiological properties of cardiomyocytes in acidic condition by electrophysiology, RNAi, site-directed mutagenesis, Ca2+ image, Western Blotting. The proposed research will indicate how TASK-1 K+ channels modulate electric excitability of cardiac cells in acidosis, reveal the new molecular mechanism of acidosis-induced cardiac arrhythmias, and provide novel insights on anti-arrhythmias drug design.

酸中毒在临床十分常见。酸中毒易诱发心律失常，但其分子机制不明确。酸敏感型双孔钾离子通道TASK-1是一类对细胞外pH值降低十分敏感的通道，在人心脏表达丰富。我们的前期研究揭示：当胞外pH值降低时，TASK-1外向电流被显著抑制，同时其对钠离子的通透性显著增加。为此，我们提出假说：在酸中毒病理条件下，TASK-1双孔钾离子通道的功能发生改变，而导致心肌细胞的电兴奋性活动异常，从而在心律失常等心脏病发病机理中扮演重要角色。为验证这一假说，我们将利用小鼠心房肌细胞来源的HL-1细胞系作为模型，采用电生理，RNAi干扰，点突变等手段，从分子和细胞水平研究TASK-1双孔钾离子通道在酸中毒状态下，对心肌细胞电兴奋性活动的影响。本课题将首次从TASK-1双孔钾离子通道这个新视角入手，来揭示酸中毒诱发心律失常的分子机制，为临床上防治酸中毒及其并发并提供新思路，为开发抗心律失常的药物提供新靶点。

TASK-1是一类对细胞外pH值降低十分敏感的通道，在人心脏表达丰富。我们的前期研究揭示：当胞外pH值降低时，TASK-1外向电流被显著抑制，同时其对钠离子的通透性显著增加。为此，我们提出假说：在酸中毒病理条件下，TASK-1双孔钾离子通道的功能发生改变，而导致心肌细胞的电兴奋性活动异常，从而在心律失常等心脏病发病机理中扮演重要角色。为验证这一假说，我们将利用大鼠心房肌细胞来源的H9C2细胞系作为模型，采用电生理，RNAi干扰，点突变等手段，从分子和细胞水平研究TASK-1双孔钾离子通道在酸中毒状态下，对心肌细胞电兴奋性活动的影响。本项目执行过程中，我们成功制作了多个TASK-1突变体通道，发现了几个位点的氨基酸突变可能在TASK-1通道的酸敏感特性中发挥重要作用；在H9C2细胞系中，knockdown TASK-1，膜电位出现一定程度的去极化，过表达TASK-1，膜电位变化不明显；在整体动物实验中，我们观察到了酸中毒诱发的心律失常；在植物药物实验中，我们筛选出了几种对TASK-1通道电流有作用的有效成分。本课题首次从TASK-1双孔钾离子通道这个新视角入手，来揭示酸中毒诱发心律失常的分子机制，为临床上防治酸中毒及其并发并提供新思路，为开发抗心律失常的药物提供新靶点。