FXYD1蛋白在CaV1.1 R528H突变型低血钾周期性麻痹致病中的作用

血K+的相对恒定是生命活动的物质基础,急骤的钾负荷主要由细胞内K+缓冲,避免突然发生转移性的血K+异常,家族性低血钾周期性麻痹(HPP)和甲亢周期性麻痹是其代表。HPP代表性的遗传学发现为L-型电压依赖钙通道α1亚单位(CaV1.1) S4跨膜片段的精氨酸被组氨酸(R528H)替换,突变导致通道构型改变,Na+通过新生的渗漏孔进入细胞,升高的Na+浓度激活Na泵而致病。但携带突变的个体仅在β2激动剂等激发下发病,又可被β2拮抗剂阻止,β2激动剂增强Na泵活性则由FXYD1介导。申请者假设, β2激动剂通过一系列反应激活PKA后使FXYD1磷酸化,后者与CaV1.1 R528H突变相互协同,改变Na泵的运行状态而致病。已获检验此假设需要的表达上述突变的杂合子小鼠(4雄5雌)。获得纯合子后,将整体与细胞分子研究水平相结合,探索FXYD1在上述突变致病中的机制,为疾病诊治和药物研发提供依据和靶点

低血钾周期性麻痹是一种急症，以突发低血钾和肌肉瘫软无力为特征，严重者可导致猝死。我国在世界上是相对高发人群，尤以合并高甲状腺素毒症的青壮年男性多见。德国学者报道，在36个该病家系中，有15人死于该病发作，中位年龄仅仅22岁。本病机制的研究始于1994年发现该病患者携带有CACNA1S的528位精氨酸被组氨酸替换（CACNA1S-R528H），此后又发现1239位、900位、1132位，以及SCN4A的669位、672位氨基酸替换，个别患者携带有钾通道的突变，但CACNA1S的528位和1239位突变占已经发现总突变的85%~90%。这些突变如何导致低血钾、麻痹发作的机制尚不完全清楚，国外学者主要根据细胞电生理的研究结果提出“漏孔学说”，但无法解释麻痹的发生基础-低血钾的如何发生。.因此课题组从功能研究入手，通过构建CACNA1S R528H突变基因敲入小鼠模型，观察、模拟低血钾麻痹的发生，从功能角度研究低血钾的发生机制。由于国外的小鼠疾病模型研究均未使用血钾离子浓度这一关键指标作为模型与研究的评价标准，课题组创建了小鼠尾巴血连续血钾浓度测定技术，解决评价难题。应用低血钾明白的激发因素之一肾上腺素成功诱导了小鼠血钾浓度下降25%以上，首次用疾病指标证实CACNA1S-R528H突变。ERK通道阻滞剂U0126能够阻断、消除肾上腺素的低血钾效用，证实肾上腺素通过ERK通道诱发低血钾发生。高甲状腺素血症是我国及东亚地区低血钾周期性麻痹的促发因素，我们已经发现，单用胰岛素不能诱发低血钾，但是在高甲状腺素暴露后2周，胰岛素可以诱发低血钾发生。至此课题组证实，在人类疾病发生中的诱发因素高胰岛素血症、高肾上腺素血症和高甲状腺素血症在基因突变小鼠模型能够诱发低血钾发生，模型可以作为本病的替代模型用于疾病发病机制研究。在家系的先证者及散发患者中未发现FXYD1基因突变，它在CACNA1S-R528H突变小鼠低血钾发生中的作用正在总结中，但根据现在的初步临床研究结果，FXYD1在低血钾周期性麻痹发生中可能不起作用或仅仅是及其次要作用。根据我们的结果和文献，提出"K跨膜转运网络调节学说“，网络由骨骼肌细胞膜上的SCN4A、CACNA1S和BKca或其他钾通道及钠泵组成，任何造成该网络异常的突变均能够导致K跨膜转运异常，产生血钾的升降，表现为低血钾或高血钾而导致麻痹发作。