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观察SK通道在AF早期阶段心房肌细胞中的功能变化

更新时间:2020-09-29 08:26点击:

   摘要:目的观察小电导钙激活钾(SK)通道在心房颤动(AF)早期阶段的功能变化,并探讨其意义。方法成年比格犬分为快速心房起搏组(5只)和对照组(3只),快速心房起搏组犬经右心房快速起搏(400次/min)4h,分离获取左心房肌细胞;对照组手术方法相同,但不进行起搏,获取左心房肌细胞;采用全细胞膜片钳技术,记录两组sK通道介导的钙激活钾电流(IK, Ca) 电流密度变化。结果当钳制电位为- 100mW时,快速心房起搏组心房肌细胞电流密度为(-1.7土0. 3)pA/pF, 对照组为(-0.7士0. 1)p8/pF, P<0. 01;+80mV时,快速心房起搏组心房肌细胞电流密度为(4.1士0. 6)pA/pF, 对照组为(-1.6士0. 2)p8/pF, P<0. 01。结论SK通道的功能上调是AF初始阶段的重要分子机制之一。
 
   关键词:小电导钙激活钾通道;心房颤动;膜片钳;犬
 
心房颤动(AF)是临床常见病,心房重构是其重要病理生理基础。小电导钙激活钾(SK)通道是钙激活钾通道家族成员,包括3种亚型(SK1~3),是介导细胞内Ca2+调控与细胞膜电活动的重要离子通道。近年来发现,SK通道呈“心房选择性”分布,且与AF发生密切相关。本课题组前期工作首次证实,慢性AF患者心房肌细胞SK1、SK2亚型下调。
 
  但在AF早期阶段,SK通道功能如何变化却存在争议。本研究观察SK通道在AF早期阶段心房肌细胞中的功能变化并探讨其意义。
 
  1、材料与方法
 
  1.1动物与分组成年雄性比格犬8只,体质量13~15kg。分为快速心房起搏组5只与对照组3只。
 
  1.2方法
 
  1.2.1快速心房起搏犬模型的制备快速心房起搏组犬置于无菌环境、全麻状态下(氯胺酮5.0mg/kg+地西泮0.2mg/kg,静脉注射;1.5%异氟醚吸入),气管插管后机械通气(潮气量10mL/kg,频率20次/min),于胸骨右缘第5肋间开胸,暴露心脏将起搏电极缝合在右心耳部,起搏器(华南理工大学电子研究所制作,输出电压4V,脉宽0.5ms)频率调至400次/min,持续起搏4h。对照组手术方法相同,但不进行起搏。
 
  1.2.2膜片钳全细胞记录1.2.2.1心房肌细胞分离采用自制改良的Lan-gendorff灌流法和自制的冠脉插管装置。分离后的左心房肌细胞保存在改良KB液中,室温下静置孵育6h后进行实验。
 
  1.2.2.2全细胞钙激活钾电流(IK,Ca)记录选取纹理清晰、杆状和大小适中的细胞在24℃条件下进行实验。将适量细胞(约1.5mL)放于倒置显微镜(OL-PUSIX70型,日本)的细胞池中,贴壁8min后,开始实验,灌流速度约1.5mL/min。在电极拉制仪(Nar-ishigePP830型,日本)分两部拉制电极,灌电极液后电阻为2~4MΩ,并置于推进器上,通过三维操纵器(Narishige,日本)驱动电极,并轻压在细胞表面。用负压使电极与细胞表面形成高阻封接后,用ZAP或给负压破膜,给予电容及串联电阻补偿,形成全细胞记录。电流信号经Ag/AgCl电极引导,由膜片钳AX-ON200B放大器放大通过AD/DA转换板(AXONDigiDatal200,美国),存储于计算机硬盘中。实验过程由pClAMP9.0软件程序(AXON,美国)刺激发放和信号采集。采用pCLAMP9.0软件对单个全细胞记录进行数据和图形转换,Prism3.0软件对数据进行曲线拟合及绘制离子通道电流密度—电压(Ⅰ-Ⅴ)曲线。
 
  根据文献,本研究中将电极内液的游离Ca2+浓度设定为1000nmol/L,以最大限度地保证SK通道激活。形成全细胞封接状态后,将细胞钳制在-55mV,给予指令电位从-100mV~+80mV,步长20mV,波宽为500ms的刺激。记录用药前电流后,用含SK通道特异性阻断剂蜂毒明肽(100nmol/L)的电极外液灌流3min,再次记录电流,给蜂毒明肽前后的电流相减获得“蜂毒明肽敏感性电流”,此电流即“IK,Ca”。记录每个细胞电容,计算电流密度(pA/pF)=电流(pA)/电容(pF)。
 
  1.2.3统计学方法采用SPSS13.0统计学软件。数据以珋x±s表示,组间数据比较采用Student'st检验。P≤0.05为差异有统计学意义。
 
  2、结果
 
  全部犬顺利完成实验,每只犬至少取3个心房肌细胞进行膜片钳实验。当钳制电位为-100mV时,快速心房起搏组心房肌细胞电流密度为(-1.7±0.3)pA/pF,对照组为(-0.7±0.1)pA/pF,P<0.01;+80mV时,快速心房起搏组心房肌细胞电流密度为(4.1±0.6)pA/pF,对照组为(-1.6±0.2)pA/pF,P<0.01。
 
  3、讨论
 
  SK通道家族的特性是电压非依赖性、仅由细胞内的Ca2+激活和可被蜂毒明肽特异性阻断,蜂毒明肽对SK通道有高度选择性,对其他离子通道则不敏感。SK通道是细胞内的钙调控和细胞膜的电活动之间的重要功能链接。AF的发生、发展与离子通道表达异常和细胞内的钙调控失常密切相关。
 
  Li等发现,SK2基因敲除小鼠的心肌细胞动作电位延长,更易于诱发AF。Ellinor等发现,人类1q21位点的KCNN3(SK3)基因多态性与孤立性AF的发生相关。最近3项动物实验结果显示,阻断SK通道可以中止AF的发作,提示SK通道可能是一种新型的AF相关性离子通道。Tuteja等和Xu等的研究证实,SK1和SK2通道呈“心房选择性”分布。该特性使SK通道极有可能成为新的“选择性”治疗AF的药物靶点,即特异性阻断SK通道的药物可以有效治疗或预防AF,且无其他抗心律失常药物常见的致室性心律失常的风险。
 
  我们的前期实验已经证实,慢性AF(AF维持阶段)患者心房肌细胞中IK,Ca电流密度减低、SK1和SK2表达下调。但Nagy等报道,在生理状态下,大鼠、犬和人心室肌细胞的SK2通道处于失活状态,对动作电位的复极化过程不产生影响。Ozgen等的研究显示,短时间(3h)快速起搏(模拟AF早期阶段)可使兔肺静脉肌袖细胞IK,Ca电流密度增强,SK2亚型表达增加,但该研究是在离体组织模型上进行的。本研究采用活体犬AF模型,结果显示IK,Ca电流密度在AF早期阶段增强。该结果与Nagy等的研究结果吻合。这说明SK通道在AF的不同时期功能变化不同,即SK通道在AF初始(早期)阶段和维持阶段(慢性AF)呈“矛盾性重构”改变。
 
  综上所述,SK通道的功能上调是AF初始阶段的重要分子机制之一。由此推测,未来开发新型的特异性SK通道阻断剂,并预防性应用于AF高危人群中,可能大大降低AF的发生率。

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