心率容易受到环境因素的影响。控制心率的过度反应有利于保护心脏免受包括心肌病在内各种疾病的损伤,但是目前仍然没有令人满意的临床方案。许多控制心率的药物都有各种有害的副作用。而且用于心率控制的有效新靶点仍然较少。
 
      从生理上讲,心跳通常由窦房结细胞(SANCs)触发,窦房结控制着心脏的每一次正常窦性跳动。正常的自律性是由细胞固有的环磷酸腺苷(cAMP)依赖的钙钟与膜钟的偶联来调节的。在应激条件下,肾上腺素能系统被激活,导致在SANCs中cAMP的积累。这种变化进一步触发蛋白激酶A(PKA)的激活和下游蛋白的磷酸化,最终导致自适应的心率提高。而冷诱导RNA结合蛋白(CIRP)则可以起到调节这种应激反应的作用。先前的研究显示CIRP在转录后水平调节瞬时外向钾通道的表达,在心脏复极中发挥重要作用。然而,在应激的条件下CIRP在心率调节和窦房结可塑性中的作用尚不清楚。本文作者对CIRP在活体动物和细胞水平对心率影响的机理做了进一步的研究。
 
 
      作者在CIRP基因敲除(CIRP-KO)大鼠中发现了更高浓度的cAMP(一种起搏激活的重要调节因子)。而调控cAMP降解的磷酸二酯酶(PDE),其4B和4D两种亚型在CIRP-KO鼠中则是显著降低的。在体ECG等检测结果显示,使用异戊胺(ISO)刺激CIRP-KO鼠可引起心率过度加速,这种加速可被PDE4抑制剂(Rolipram)消除。
 
      随后研究者在体外细胞模型上,检测到CIRP通过调节PDE4B/4D的表达来维持cAMP水平,通过cAMP通路调节肾上腺素能反应从而降低心率过速。 作者在Maestro Pro平台上使用人诱导多能干细胞衍生心肌细胞(hiPSC-CMs),以无意义siRNA作为对照组(siNC)与CIRP靶向siRNA(siCIRP)进行对比检测。结果如下:
 

 

使用ISO刺激心肌加速跳动,模拟应激反应。

 

(A)单层培养的hiPSC-CMs代表性场电位波形图。

使用无义siRNA(siNC)或CIRP靶向siRNA(siCIRP)转染hiPSC-CMs,首先记录基线的场电位波形(图A-左)。然后上到下依次加入Vehicle、H89(PKA抑制剂)、Rolipram与10nM ISO混合刺激后,立刻记录各样本波形图(图A-右)。

 

(B) ISO诱导hiPSC-CMs心率变化柱形图。小圆圈和小方框分别是对照和CIRP-KO样本。从左到右依次是加入Vehicle、H89、Rolipram处理。

vehicle组结果说明ISO可引起siNC组心率增加,并且CIRP的缺陷会进一步加剧心动过速。而H89和Rolipram处理则抑制了CIRP缺陷引起的心率过速,表明这两种化合物均可消除ISO刺激下siNC组和siCIRP组之间的心率差异。

 

 
 
从以上结果可以得出结论:CIRP作为特定PDEs 的mRNA稳定调节因子可调节窦房结中cAMP的浓度,从而可以防止心脏发生过度应激反应。这一研究成果有可能为心率控制提供了一个潜在的新靶点。
 

 

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