慢性心力衰竭发展过程中离子通道谱的稳态调节和代偿机制研究

心力衰竭时离子通道的异常与恶性心律失常的发生密切相关，而现有研究主要集中于单个离子通道水平，缺乏对离子通道基因表达谱变化的研究。离子通道的表达可能存在稳态调节机制。本研究拟通过分子生物学、基因芯片、蛋白质芯片和膜片钳技术及计算机仿真研究：1. 利用大鼠压力超负荷性心力衰竭模型，观察心力衰竭不同发展阶段的Na+和K+离子通道表达谱特点，寻找心力衰竭心电重构的离子通道分子机制；2. 利用SCN5a基因敲除模型，观察离子通道亚单位表达之间的相互关系；3.利用β-受体阻滞剂与ACEI对心力衰竭模型和SCN5a基因敲除模型的干预，探索β-受体阻滞剂与ACEI对心力衰竭心电重构离子通道表达谱影响的分子机制。研究的预期结果将会加深人们对慢性心力衰竭发展过程中离子通道谱的稳态调节和代偿机制的认识，并为开发新的抗心律失常药物提供靶点，进而改善心力衰竭心律失常的治疗、降低死亡率。

慢性心力衰竭时存在结构重构与心电重构，心肌细胞离子通道表达与功能改变是心电重构的发生基础，现有的研究多数集中于单个离子通道水平，而缺乏对多种离子通道同时协调变化的研究。同时，心力衰竭发展过程中神经内分泌因素、miRNA对离子通道表达的影响作用都尚不明确。我们认为心力衰竭过程中离子通道表达存在多因素稳态调节机制，这是心力衰竭电生理异常与恶性心律失常发生的基础。本研究通过动物模型、药物干预、分子生物学、基因芯片和膜片钳技术等观察：1. 大鼠容量超负荷性心力衰竭模型中，观察左室心肌细胞Na+、K+和Ca2+通道亚型的表达与功能改变情况，以及β-受体阻滞剂比索洛尔的干预作用 ；2.利用钠通道Scn5a基因敲除小鼠观察单一通道亚型敲除后其他钠通道亚型的表达情况；3. 观察外源性Neuregulin-1对心力衰竭大鼠心衰的作用；4. 观察miRNA在心力衰竭发展过程中的作用。结果发现：1. 心力衰竭离子通道亚单位基因mRNA表达呈谱样改变，各亚型之间可能存在部分代偿作用，比索洛尔干预后可以部分逆转这种改变。2. 心衰大鼠左室心肌细胞Ito、IK1电流密度均减低，是通道蛋白表达量减少、通道动力学功能下降、细胞膜电容增加等因素共同作用的结果。比索洛尔干预可显著改善容量超负荷心衰大鼠的心功能，部分逆转钾通道蛋白表达改变，Ito、IK1电流密度及通道动力学改变。3. 心衰大鼠心肌钙调节蛋白Cav1.2、SERCA2a表达降低、NCX1表达升高，ICa-L降低；NRG-1β干预后，Cav1.2、SERCA2a表达量增加、NCX1表达降低，ICa-L明显增加。提示Neuregulin-1治疗心衰的机制可能是基于其对ICa-L的调节。4. 心衰大鼠心肌组织miRNA发生差异表达，比索洛尔可影响miRNA的表达。这些结果提示心力衰竭心室肌离子通道表达呈谱样改变，各亚型之间有代偿作用，而且miRNA也发生差异改变。比索洛尔干预可以部分逆转离子通道表达谱及miRNA表达谱，进而改善心衰心脏功能及整体电生理表现。这些结果有助于加深认识慢性心力衰竭发展过程中心肌电生理改变及离子通道谱表达改变基础，以及β-受体阻滞剂的新的作用机制。同时也为开发新的抗心律失常药物提供了靶点。