诱导兰尼丁受体（RyR2）功能障碍在药物相关性心律失常中的作用及其机制研究

Drug-related arrhythmia is a critical clinic problem. Now the study is focus on the effects of drugs on prolonging QT interval and consequently Torsade de Point (TdP). However, some drug-related arrhythmia events did not show the change of QT interval, which were probably related to other underlying mechanisms. Imbalanced calcium homeostasis of cardiomyocytes has been shown can induce spontaneous calcium release via sarcoplasmic reticulum calcium release channel (RyR2) and then triggered arrhythmias. In previous study, we found that theophylline targets RyR2 channel, changes its opening feature, and then induces spontaneous calcium release that is reltated to arrhythmogenesis. Based on these observations, we hypothesize that dysfunction of RyR2 could be one of the target of drug-related arrhythmias. In this project, we propose to employ single cell calcium imaging, single channel recording, and transgenic technique to explore the following 3 specific aims. Firstly, the effects of clinic well-known proarrhythmic agents on the spontaneous calcium release will be screened in a specific transgenic cell line. Secondly, we will confirm these effects with quiescent and field stimulated cardiomyocytes in terms of spontaneous calcium release. Finally, we will study the effects of positive drugs on the channel kinetics of RyR2 based on the above study. This study will provide a better understanding of the mechanism underlying drug-related arrhythmia, and may lead to generation of new screen model for drug-related arrhythmias risk.

药物相关性心律失常是重要的临床问题，其机制研究目前主要集中在药物延长QT间期导致尖端扭转性室速（TdP）。然而，不少药物相关性心律失常事件并未发现QT间期的变化，推测可能涉及其他发病机制。心肌细胞钙稳态失衡可诱导肌浆网钙释放通道（RyR2）自发性钙释放而触发心律失常。我们前期的研究发现，茶碱可作用于RyR2改变其通道开放功能而诱发钙释放。因此，我们推测RyR2可能是药物相关性心律失常的作用靶点之一。在本研究中，我们将应用钙离子成像、单通道记录和转基因等技术，构建特异的RyR2 HEK293细胞系用以筛查目前临床上有明确报道的致心律失常风险药物是否诱发自发性钙释放，并进一步在心肌细胞水平验证其作用，最后再研究筛选的阳性药物对RyR2通道门控功能的影响。本研究将从全新的思路探讨药物相关性心律失常的新机制及其分子基础，这也将为建立新的药物相关性心律失常风险筛查模型提供新的思路。

目前药物相关性心律失常的研究主要集中在药物延长QT间期导致尖端扭转性室速（TdP）。然而，不少药物相关性心律失常事件并未发现QT间期的变化，推测可能涉及其他发病机制。心肌细胞钙稳态失衡可诱导肌浆网钙释放通道（RyR2）自发性钙释放而引起触发性心律失常。部分药物或毒物相关的抗心律失常作用或致心律失常作用可能与此有关。通过本研究发现：1. 致心律失常药物或化合物乌头碱、西沙比利、红霉素、司帕沙星、索他洛尔和阿齐利特对RyR2 WT/R4496C HEK293细胞钙库超载诱导钙释放（SOICR）无明显的影响。也即它们致心律失常作用与钙库超载诱导钙释放无关。2. 同时，我们发现氨茶碱、咖啡因和特非拉丁在高浓度时可以诱导增加自发性钙释放事件，可能与它们的致心律失常作用有关。茶碱可作用于RyR2改变其通道开放功能而诱发钙释放，具有明显的致心律失常性。3. 我们发现, 卡维地洛显著抑制起搏心肌细胞SOICR的发生，而α阻断剂酚妥拉明、B受体阻断剂美托洛尔和L型钙通道阻断剂硝苯地平均没有此作用。显然卡维地洛的这个作用是独立于其对细胞膜离子通道的作用的。各种药物处理的心肌细胞钙瞬变的振幅和肌浆网钙库总量并没有明显变化，说明卡维地洛抑制心肌细胞SOICR发生的作用机制不是通过减少细胞钙负载实现的，而是直接作用于肌浆网钙释放通道起效的。4. 我们的研究发现，RyR2 WT/R4496C HEK293细胞SOICR事件与钙超载和RYR2开放功能活跃有关，药物或化合物在RyR2 WT/R4496C HEK293细胞系上的作用可以在心肌细胞上重复验证。由于HEK293细胞系统显然的优势，可用于药物/化合物对SOICR作用的大量筛查。 因此，我们推测RyR2可能是药物相关性心律失常的作用靶点之一。这不但可加深对药物诱导心律失常机制的认识，也将为其防治提供新的理论基础和潜在作用靶点。本研究还为建立新颖的药物相关性心律失常风险筛查模型提供了新的思路和有益的探索，该思路具有独创性。