光遗传学技术双向精准调控心交感神经放电对心梗后室性心律失常的影响及其机制

Fatal ventricular arrhythmias (VAs) is one of the main causes of cardiac sudden death in patients with myocardial infarction （MI）. Previous studies had showed that VAs and sudden cardiac death were preceded by left stellate ganglion (SG) nerve burst discharge activity within tens of seconds. Our previous studies found that left sympathetic stimulation caused cardiac repolarization dispersion in normal and infracted heart. We hypothesize that the abnormal increased cardiac sympathetic nerve activity might be one of the key reasons for the post-infarction VAs. This project intends to control specific cardiac sympathetic nerve activity by using a new optogenetics technology . CHR2 ( a blue photosensitive activating ion channel protein) and NpHR ( a yellow photosensitive suppressing chloride pump) were microinjected into rat SG and used for further optical stimulation. We try to investigate the following aims: (1) to compare the regulate effects of light stimulation and electrical stimulation on cardiovascular function in normal rats; (2) to investigate the impact of specific controlling of cardiac sympathetic nerve discharge on cardiac electrophysiology and VAs occurrence both in acute myocardial infarction and chronic myocardial infarction; (3) to illustrate the mechanism of specific regulation cardiac sympathetic nerve activity on electrophysiological effects by electrophysiology, histology and molecular biology techniques. Therefore, the project will illustrate the role of the cardiac sympathetic nerve discharge in VAs occurrence in myocardial infarction and underline mechanisms. Potentially, the results of this project might provide experimental evidences for the specific control of sympathetic nerve activity to treat postinfarcted VAs.

研究发现心肌梗死后恶性室性心律失常（VAs）发生前数十秒可记录到异常增强的心交感神经放电。申请者也观察到交感神经电刺激增加梗死心脏致VAs风险并扩大复极化离散，但心肌局部交感神经再生与交感神经活性增强并不一致，推测认为异常的心交感放电可能是心梗后VAs的关键原因之一，但其确切影响及其具体机制尚不清楚。本研究拟以光遗传学技术（optogenetics）双向精确调控在体大鼠星状神经节（SG）心交感放电(蓝光激活阳离子通道CHR2促放电，黄光激活氯离子泵NpHR抑制放电)，通过研究以下内容：（1）比较光刺激与电刺激对正常大鼠心血管功能调节作用；（2）观察双向精确控制心交感神经放电对心肌梗死大鼠急性期和慢性期VAs的影响；（3）探讨心交感神经放电对心梗后VAs影响的电生理学及分子学机制；最终明确交感神经参与心梗后VAs发生的具体机制，并为控制交感神经放电治疗梗死后VAs奠定理论依据。

项目背景：.心肌梗死后恶性室性心律失常（VAs）发生前数十秒可记录到异常增强的心交感神经放电，推测认为异常的心交感放电可能是心梗后VAs的关键原因之一，但其确切影响及其具体机制尚不清楚。本研究原计划拟以光遗传学技术（optogenetics）双向精确调控在体大鼠星状神经节（SG）心交感放电，探讨心交感神经放电对心梗后 VAs影响的电生理学及分子学机制；最终明确交感神经参与心梗后VAs发生的具体机制，并为控制交感神经放电治疗梗死后VAs奠定理论依据。研究过程中因试验进展中发现，将精准调控的靶位置由原先的颈交感神经节调整到脊髓（胸部T1-4），增强了精准调节的可操作性和临床转化能力，同时也避免了颈交感神经微创操作的技术难度。.主要研究内容和结果.（1）.从整体水平直接破坏心交感神经末梢随可以降低梗死后心律失常的发生，但显著增加死亡，提高心交感神经局部调控的十分必要；.（2）.以超强辣椒素（RTX）在胸部脊髓水平干预脊髓后角，阻断心脏传入神经传入损伤信号，可以较长时期内消除心脏传入神经活动，避免了反馈性的心交感神经激活。分别通过心肌肥厚模型和心肌梗死模型发现RTX阻断心传入神经功能，并改善了心脏重构和梗死后心律失常的发生。.（3）.以光遗传学技术选择性地激活胸部脊髓水平的谷氨酰胺酶能神经元活动后，可降低后续心脏损伤传入信号。显著降低缺血和再灌注诱导的室性心律失常和心律失常积分；光刺激尽管增加了正常动物心交感神经放电活动，却可以显著抑制缺血再灌注引起的心交感神经过度激活；光刺激轻度增加了正常动物的心脏APD90离散度，却显著缩小了缺血再灌注导致的心脏复极化离散度增加。.科学意义：.在脊髓水平精准调控心肌梗死后心交感神经过度放电和激活有利于控制心衰和恶性心律失常。通过光遗传学技术对脊髓后角神经调控进一步探索可阐明其机制，并结合现代的脊髓神经微创操作技术，有可能实现向临床的技术转化，具有良好的应用前景。