晚钠电流介导的细胞内Ca2+超载在乌头碱致心律失常中的作用及机制研究

Aconitine is the main effective ingredient of aconite, which is a traditional Chinese medicine for clinical treatment of shock, coronary heart disease and angina pectoris ，it is also the primary component for cardiotoxicity which greatly limits its clinical application. The proarrhythmia mechanism of aconitine is still unclear until now. Generally, the arrhythmogenic effect of aconitine is due to open cardiac sodium channel. However, the inhibitor of sodium channel can not reverse the arrhythmia induced by aconitine completely. Recently we found aconitine induced Ca2+ overload through activating late sodium current and the inhibitor of late sodium current alleviated the arrhythmia induced by aconitine significantly. So we speculate that sodium calcium exchanger mediated [Na+]i dependent intracellular Ca2+ overload by late sodium current activation is the key mechanism of aconitine-induced arrhythmia. The project will combine patch clamp with fluorescent imaging technique to investigate the effect of late sodium curren activation on [Na+]i and [Ca2+]i by aconitne and their role in aconitine-induced arrhythmia. We further use hiPSC-CMs to study the molecular mechanism of aconitine regulating late sodium current. This study is of great significance for understanding the arrhythmogenic mechanism of aconitine systematically and provides new targets and evidences for the treatment of aconite poisoning in clinic.

乌头碱是乌头类中药治疗休克、冠心病、心绞痛等疾病的主要有效成分，也是该类药物诱发致死性心律失常的最主要成分，严重的心脏毒性极大的限制了其临床应用。目前，乌头碱致心律失常的机制尚不明确，一般认为与其开放心肌钠通道有关，然而，钠通道阻断剂并不能完全抑制乌头碱所致的心律失常。我们前期工作发现乌头碱可兴奋晚钠电流引起细胞内Ca2+超载，且晚钠电流阻断剂可明显减轻乌头碱所致的心律失常。因此，我们推测：兴奋晚钠电流诱发 [Na+]i依赖性的细胞内Ca2+超载是乌头碱致心律失常的关键机制。本项目将结合膜片钳和荧光成像技术研究乌头碱兴奋晚钠电流对[Na+]i和[Ca2+]i的影响及其在乌头碱致心律失常中的作用，并借助hiPSC-CMs深入研究乌头碱调节晚钠电流的分子机制。此研究对系统深入认识乌头碱的致心律失常机制具有重要意义，同时为乌头类药物中毒的治疗提供新的靶点和理论依据。

乌头类中药在我国使用已有两千多年的历史，是临床常用的祛风散寒、除痹止痛之良品，具有回阳救逆之功效，临床广泛用于休克、冠心病、心绞痛和关节疼痛等疾病的治疗。然而，该类药物具有严重的心脏毒性，可引起多种类型的心律失常，如室速、室颤、尖端扭转型室性心动过速等，严重限制了其在临床应用。乌头碱是乌头类药物的主要活性成分，也是该类药物产生心脏毒性的最主要成分。先前对乌头碱致心律失常的研究主要集中在其对心肌钠通道的调节上，而对晚钠电流（INaL）、细胞内Na+浓度（[Na+]i）、细胞内Ca2+超载及三者之间调控关系等致心律失常的关键因素研究较少。本项目研究主要研究（1）记录豚鼠在体及离体心电图（ECG）发现乌头碱具有严重致心律失常作用，引起多种类型的心律失常。在组织及细胞水平发现晚钠电流抑制剂（Ranolazine， GS967）、CaMKⅡ抑制剂（KN-93， AIP）和钠钙交换体抑制剂（SEA400， KBR-7943）能显著抑制乌头碱的致心律失常作用，且联合应用晚钠电流和CaMKⅡ抑制剂具有协同效应。（2）利用激光共聚焦荧光成像技术发现兴奋晚钠电流在乌头碱引起细胞内（[Ca2+]i）超载中的作用，且该作用被晚钠电流和钠钙交换体抑制剂阻断。（3）CaMKⅡ磷酸化修饰水平及活性升高是乌头碱调节晚钠电流的重要分子机制。总之，我们的研究主要发现乌头碱引起CaMKⅡ磷酸化修饰水平及活性升高是其兴奋晚钠电流的关键分子机制，且乌头碱兴奋晚钠电流引起的[Na+]i依赖性的细胞内Ca2+超载是其重要的致心律失常机制。本项目研究结果将对于全面深入认识乌头碱的致心律失常机制具有重要意义，为临床上治疗乌头类药物中毒提供新的靶点和理论基础，同时也有助于抗心律失常新型药物的研发。