心肌细胞力敏感BK通道功能的多层调控以及对基底刚度的响应

心肌肥厚和纤维化是心肌对各种损伤所产生非特异性适应的结果，主要表现为心肌细胞肥大和间质成分的改变，即心脏重建（remodeling）。心脏重建直接导致心肌细胞细胞外基质（ECM）刚度增加。而细胞外基质刚度变化对心肌细胞功能的影响及其生理机制尚不清楚。本项目拟合成化学成分恒定而弹性模量不同的基质材料来模拟心肌细胞ECM刚度的变化，采用膜片钳记录并结合免疫荧光、免疫沉淀技术分析基底刚度变化对心肌细胞功能的影响以及在此过程中BK通道的门控（gating）、转运(trafficking），分选（sorting）等多层次调控。应用过表达与RNA干扰技术，确定BK通道在心肌细胞感受基底刚度中的作用。这些研究为认识心血管疾病的发病机制和防治提供力学生物学依据。

心肌肥厚和纤维化是心肌对各种损伤所产生的非特异性适应的结果，主要表现为心肌细胞肥大和间质成分的改变，即心脏重建。而心肌收缩能力减弱和应力分布的变化始终伴随着心脏重建的发生和发展过程。在心脏重建过程中不仅胶原成分和数量发生改变，胶原的交联程度也会发生变化。胶原成分、数量和交联程度的改变，会导致心肌细胞ECM力学性质的变化。因此，阐明力学因素对心脏重建和心肌细胞功能影响的机制，对心血管疾病的防治具有十分重要的理论意义和潜在的临床价值。本项目取得以下几个方面的研究结果：.1 用PDMS作为基质合成不同硬度的基底。研究结果显示，应用PDMS作为基质可合成弹性模量不同，但表面拓扑结构相同的细胞生长基底。这些不同弹性模量的基底经鼠尾胶原包覆后，心肌细胞和心肌成纤维细胞可良好的贴壁并稳定的生长。.2 分析了不同基底上BK通道的生物物理特性：全细胞记录结果显示，无论是原代心肌细胞，还是表达有BK通道的HEK细胞，在软的基底上其电流密度均明显的高于硬的基底。本项目还制备了缺少膜张力感受器（STREX）的BK通道突变体。全细胞记录显示，在软的基底上突变体的膜电位依赖性明显的低于野生型BK通道。推测STREX同样对基底刚度敏感。.3 RT-PCR与Western Blots分析显示，无论在蛋白质水平还是mRNA水平，在软的基底上BK的表达均有所增加。免疫荧光检测显示，在软的基底上BK在细胞膜上的表达量也明显增加。在软的基底上STREX的表达也明显的增强。.4 本项目还分析了基底刚度对心肌细胞与心肌成纤维细胞基质金属蛋白酶（MMP s）家族活性与表达的影响。研究发现，在软的基底上MMP2在心肌细胞与心肌成纤维细胞均呈下降趋势，而MMP9仅在心肌成纤维细胞上呈下降趋势。这些结果提示，心肌细胞与心肌成纤维细胞对基底硬度的感受可能存在不同的机制。