心跳“發(fā)動機”點火原理被發(fā)現(xiàn) 為心律失常防治提供依據(jù)
來源：科技日報 發(fā)布時間：2022-07-31 18:09:00
科技日報訊 （記者王春）人體的每一次心臟跳動均由心臟起搏細胞自主發(fā)放的電脈沖所觸發(fā)。局部鈣釋放（LCR）是心臟起搏細胞特有的生物學活動，它充當了上述電脈沖的“發(fā)動機”。但迄今為止人們還不清楚這個“發(fā)動機”的“點火”原理。作為醫(yī)學領(lǐng)域的一個重要認知盲區(qū)，它從源頭上阻礙了心律失常防治技術(shù)的進步。近日，中國科學院院士、同濟大學附屬東方醫(yī)院陳義漢教授研究團隊發(fā)現(xiàn)了心臟起搏細胞電脈沖發(fā)生和心臟自主節(jié)律維系的重要信號通路，揭示了正常心跳產(chǎn)生的重要的“點火”裝置和“點火”程序。最新成果已在線發(fā)表于國際期刊《細胞研究》（Cell Research）。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，心臟起搏細胞內(nèi)谷氨酸的分布與局部鈣釋放的發(fā)生區(qū)域高度重疊，提示谷氨酸與局部鈣釋放之間存在著潛在的相關(guān)性。為了探索谷氨酸在局部鈣釋放產(chǎn)生中的作用，研究團隊從心臟起搏細胞外部和內(nèi)部兩個層面控制谷氨酸濃度，觀察局部鈣釋放的變化。實驗結(jié)果顯示，心臟起搏細胞外液的谷氨酸濃度的改變并不能有效地影響局部鈣釋放的動力學，提示細胞外部的谷氨酸對局部鈣釋放不產(chǎn)生顯著作用；而顯微注射技術(shù)帶來的細胞內(nèi)部谷氨酸濃度的改變可以引起局部鈣釋放頻度、振幅、寬度和面積均顯著增加，提示心臟起搏細胞內(nèi)部的谷氨酸可以調(diào)控局部鈣釋放的動力學。為了確認這一初步發(fā)現(xiàn)，研究人員通過化學方法在心臟起搏細胞的表面膜打孔（以下簡稱“透膜”），然后將谷氨酸直接加到這些經(jīng)“透膜”處理的細胞上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)局部鈣釋放產(chǎn)生了類似于上述細胞內(nèi)顯微注射谷氨酸帶來的變化，由此證明了細胞內(nèi)谷氨酸確實對局部鈣釋放發(fā)揮了“點火”功能。
研究顯示，心臟起搏細胞的線粒體膜上所富集的興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白1（EAAT1）對谷氨酸介導的局部鈣釋放變化發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。線粒體興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白1轉(zhuǎn)運胞漿中的谷氨酸進入線粒體內(nèi)部，進而促進線粒體產(chǎn)生活性氧（ROS），活性氧氧化鈣處理蛋白，最終“點燃”局部鈣釋放。重要的是，研究團隊還分別從細胞、器官和整體三個層面證實了興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白1可以充當竇房結(jié)起搏細胞自主節(jié)律的調(diào)控靶點。該研究工作發(fā)現(xiàn)了“谷氨酸—線粒體EAAT1—ROS—鈣處理蛋白—LCR”是心臟起搏細胞電脈沖發(fā)生和心臟自主節(jié)律維系的重要信號通路。
此項研究揭開了心臟起搏細胞自主節(jié)律的上游機制，為心臟起搏細胞缺陷相關(guān)的心律失常和其他自律性異常相關(guān)的心律失常的防治提供了重要的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。
責任編輯：邢敏
