上海科研团队发现谷氨酸递质系统控制心电活动 为心律失常防治带来新理念

2021-04-08 14:22:41 来源: 科技日报 作者: 王春

科技日报记者 王春

作为兴奋性递质系统,谷氨酸递质系统控制神经元的兴奋性和传导性。4月6日,同济大学陈义汉院士团队在Cell Research在线发表研究论文,该研究证明了心房心肌细胞和窦房结起搏细胞存在内源性的谷氨酸递质系统,该系统调节动作电位的产生和传播,为心律失常防治带来了新的策略。

研究论文刊发  采访对象供图

心电活动驱动心脏收缩,心电活动的紊乱可以导致多种多样的心律失常甚至心源性猝死的发生。正常情况下,人类个体的每一次心跳均由心脏起搏细胞释放的电脉冲所触发。起搏细胞可以比作心脏跳动的指令策源地或者控制中枢。传统观念认为,起搏细胞释放的电脉冲通过心脏的“导线”,也就是通过心脏的电传导系统和心肌细胞间的缝隙连接通道,发送到每一个心肌细胞,从而引起心肌同步收缩和心脏的泵血,维持机体的血液供应。同济大学陈义汉院士团队发现心房心肌细胞和窦房结起搏细胞存在内源性的谷氨酸递质系统,该系统以类似大脑谷氨酸能神经元的兴奋和传导模式在心房心肌细胞中行使功能,并且作为起搏细胞内在固有模件显著性地调控心脏起搏活动和心跳频率。

针对心房心肌细胞的研究,陈义汉院士团队发现:首先,在大鼠心房心肌细胞的质膜下有大量含有谷氨酸的囊泡。其次,大鼠心房心肌细胞表达谷氨酸能递质系统的关键要素,例如谷氨酸代谢酶,离子型谷氨酸受体(iGluRs)和谷氨酸转运体。第三,iGluR激动剂引起iGluR门控电流并降低大鼠心房心肌细胞的电兴奋性阈值。第四,iGluR拮抗剂在体外和体内均显著减弱大鼠心房心肌电脉冲的传导速度。

敲除心房中两种高度表达的iGluR亚型的GRIA3或GRIN1,大大降低了兴奋易感性,并减慢了培养的人诱导多能干细胞衍生的心房心肌细胞的兴奋性。最后,iGluR拮抗剂在大鼠离体心脏模型中有效预防和终止了房颤。另外,谷氨酸能递质系统的关键元件也存在于人心房心肌细胞中,并且显示出电生理功能。

该研究数据揭示了一种内在固有的谷氨酸能递质系统,可通过控制iGluR门控电流直接调节心房心肌细胞的兴奋性和传导性。该系统的操纵可能会为心律失常的防治开辟潜在的新途径。

针对窦房结起搏细胞的研究中,陈义汉院士团队发现起搏细胞类似于大脑皮层谷氨酸能神经元。他们发现,无论在胚胎期还是在成年期,起搏细胞都具备该类型神经元的细胞属性和特征性分子元件。他们的研究证明,起搏细胞自身存在独立而完整的谷氨酸递质系统,而针对谷氨酸递质系统的干预可以显著性地改变心率。

众所周知,传统观念认为交感神经和副交感神经关键性地调控心跳频率,但是它们属于心脏外来调控系统,该研究揭示谷氨酸递质系统充当了心脏内源性心率调控模件。该发现对心律失常特别是起搏细胞缺陷带来的心动过缓或者心动过速的防治具有潜在重要意义。杂志配发同期述评,认为此项研究第一次定义了起搏细胞的新的细胞属性,为心律失常防治带来了新的策略,代表了领域的概念性突破,开启了一个研究方向。

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责任编辑:冷媚