Navβ4对蒲肯野纤维晚钠电流的调控及其在心律失常发生中的作用和机制研究

Purkinje fiber (PF) plays an important role in ventricular arrhythmias. However, the underlying molecular mechanism is still unclear. Our previous studies demonstrated that PF has unique late sodium current（Heart Rhythm,2016,2017）, suggesting different molecular profile of sodium channel. Preliminary studies showed that the expression of Navβ4 in PF was markedly higher than that of ventricle; Knockdown of Navβ4 by siRNA significantly reduced late sodium current in PF; furthermore, the expression of Navβ4 was markedly increased in PF post heart failure. Therefore, we hypothesize that the higher expression of Navβ4 in PF is the underlying molecular mechanism for its unique late sodium current; the up-regulated Navβ4 would induce remodeling of late sodium current and cause arrhythmogenesis in PF post heart failure; while targeting Navβ4 may inhibit late sodium current and arrhythmogenesis. Thus, the project aims to investigate the modulation of late sodium current by Navβ4 in cardiac Purkinje fibers and its role in arrhythmogenesis by using gene transfection and electrophysiology technique. Our study will shed light on the molecular mechanisms of PF’s susceptibility to arrhythmias,and provide new molecular targets for the prevention and treatment of PF related arrhythmias.

蒲肯野纤维（Purkinje fiber, PF）在室性心律失常的发生中起着十分重要的作用，但其分子机制仍然不明。我们前期研究发现PF具有特征性的晚钠电流（Heart Rhythm,2016,2017），提示其钠通道分子构成可能有所不同，预实验发现： PF的Navβ4表达明显高于心室肌，运用siRNA敲除Navβ4的基因表达可使其晚钠电流明显减少；而且，心衰后PF的Navβ4表达明显增加。据此，我们假设Navβ4在PF的高表达是其特征性晚钠电流的潜在分子机制；心衰后，PF的Navβ4表达的改变诱发晚钠电流的重构及心律失常活动的发生，而针对Navβ4的分子干预可抑制PF晚钠电流和心律失常活动的发生。因而，本研究采用基因转染、 电生理等技术研究Navβ4对PF晚钠电流的调控及其在心律失常发生中的作用及机制。我们的研究将揭示PF好发心律失常的分子机制，为PF相关心律失常的防治提供新的分子靶点。

蒲肯野纤维广泛参与了室性心律失常的发生和维持，它的特征性的晚钠电流与室性心律失常的发生关系密切，但是其具体细胞和分子机制仍然不是十分清楚。本项目发现心室肌（VM）和浦肯野纤维（PC）钠通道亚单位的表达存在明显差异：Navβ4的表达（mRNA和蛋白的表达）在蒲肯野纤维明显高于心室肌，而Nav1.5、Navβ1、Navβ2和Navβ3的表达无明显差异。HEK 293 细胞表达实验显示，Navβ4的表达可增大Nav1.5钠电流，使其激活加快、失活减慢，模拟了浦肯野细胞钠电流的特征。在培养的浦肯野细胞低表达NaVβ4 (Adv-GFP-NaVβ4-siRNA) 可使浦肯野细胞的晚钠电流明显减小，加快晚钠电流的衰减，使浦肯野细胞动作电位时程缩短，并减少ATX-II诱发的早期后除极（EAD）发生率；而NaVβ4 过表达（Adv-GFP-NaVβ4）可明显增加浦肯野细胞的晚钠电流，并减慢晚钠电流的衰减，使动作电位时程延长，导致EAD的发生。犬心脏发生心衰后，NaVβ4的mRNA和蛋白表达均明显增加，而其它钠通道亚单位Nav1 5、Nav β 1、Navβ 2 and Navβ3的mRNA和蛋白表达无明显改变。与假手术组相比，心衰后浦肯野纤维细胞的晚钠电流明显增大，衰减减慢；低表达 NaVβ4（NaVβ4-siRNA）可明显降低心衰浦肯野细胞的晚钠电流，并加速其衰减。心衰后浦肯野纤维细胞的动作电位时程明显延长，EAD的发生率明显升高；而低表达 NaVβ4（HF-NaVβ4-siRNA）可明显缩短浦肯野细胞的动作电位时程，并显著降低心衰后浦肯野细胞EAD的发生率。本项目揭示了浦肯野纤维Navβ4的高表达是其特征性晚钠电流的潜在分子机制，它对蒲肯野纤维的晚钠电流起着十分重要的调节作用。Navβ4在心衰后蒲肯野纤维的表达明显升高，参与了心衰后蒲肯野纤维晚钠电流的重构和心律失常活动的发生，针对Navβ4的分子干预可明显降低心衰后蒲肯野纤维增大的晚钠电流，并抑制心律失常活动的发生，可望成为蒲肯野相关心律失常的新的分子靶点。