三磷酸肌醇受体调控心肌细胞间通讯在心力衰竭中作用及其潜在治疗意义

慢性心力衰竭是心血管系统疾病严重的并发症和致死的主要原因，心肌组织进行性重构和心脏功能逐渐衰退是该病症的病理生理学基础，由于病变机制不清，目前难以有效防控其发生与发展。近期研究发现心衰时心肌细胞缝隙连接蛋白重构：出现表达和磷酸化水平降低，亚细胞分布改变及其细胞间通讯功能下降，进而降低心肌的收缩性和协调性，增加自律性，及加重心肌重构。我们前期研究发现心脏三磷酸肌醇受体（IP3R）可调控缝隙连接的通透性和细胞间通讯，并对缝隙连接蛋白表达和磷酸化水平亦有显著影响。因此，该项目采用分子生物学和药理生理学方法，通过激光扫描共聚焦和双细胞膜片钳技术研究IP3R对生理性心肌和病理性心衰心肌细胞间通讯及其缝隙连接重构的作用，进而研究对衰竭心肌重构病理过程的作用机制。该项目着重解决心衰缝隙连接重构机制，为心脏生理学和病理生理学心肌细胞间通讯的调控提供新的理论依据，为心衰治疗提供潜在的新靶点。

研究表明三磷酸肌醇受体（IP3R）参与心脏生理功能的调节以及病理过程信号转导，但具体的作用机制及其病理生理学意义不清。本项目研究发现：.1. IP3R除参与心肌细胞生理性钙信号调节和病理性钙信号形成外，还可调节心肌细胞间通讯。具体作用和机制是：IP3R分布在缝隙连接处并与缝隙连接蛋白Cx43共定位和相互作用，进而使其C末端丝氨酸279/282（S279/282）磷酸化发生改变；激活IP3R时S279/282磷酸化水平升高和细胞间通讯加强，反之则减弱。此外，持续性S279/282磷酸化缺失可致缝隙连接蛋白显著功能性抑制并伴随大量无功能性Cx43高表达，提示丝氨酸279/282位点磷酸化在缝隙连接蛋白Cx43介导的功能具有至关重要的作用。.2. 在二种心衰模型研究表明，心衰时Cx43表达减少并由细胞端分布转变为侧分布（Cx43重构），与此同时伴随IP3R的表达水平下降。进一步研究发现心衰心肌的S279/282磷酸化水平亦减低。在离体心肌细胞发现IP3R敲减可致Cx43的S279/282磷酸化水平和Cx43的表达均减少，Cx43在细胞膜上分布亦减少。说明IP3R与其介导的信号转导可能参与了心衰心肌缝隙蛋白的重构和细胞间通讯异常的发生与发展。.3. 心肌细胞钙瞬变的频率和幅度与缝隙连接通道功能呈正相关，同理，也与IP3R功能呈正相关，说明缝隙连接处IP3R在钙瞬变中发挥重要的调节作用。.4. 围绕钙信号研究方向，在其他拓展性研究中发现：1）糖尿病血小板和血管均出现对刺激反应性增强，钙信号异常升高，易于发生血管收缩和血小板聚集，其具体机制与内质网钙贮蛋白之一的集钙蛋白1型(CSQ-1) 表达下调，进而导致基础钙和释放钙水平升高有关。该结果为国内外首次报道；2）花生四烯酸可剂量依赖性通过内钙释放和外钙内流形式直接升高细胞内钙离子浓度，与此同时又抑制各种激动剂引起的容积性钙内流，其确切的机制与花生四烯酸可激活蛋白激酶C以稳定细胞膜和内质网膜，进而减少钙的跨膜流动作用。. 以上结果表明：IP3R可直接调节心肌细胞间通讯，以及钙瞬变的发生及其幅度。此外，IP3R可能亦参与心衰时Cx43的重构和功能的改变。该项目为IP3R在心肌细胞的功能作用及其机制提供了新的实验依据和理论基础。