超极化激活环核苷酸门控的超极化阳离子通道在神经系统中的分布与功能

对超极化激活环核苷酸门控的超极化阳离子通道（hyperpolarization—activated cyclic nucleotide—gated cation channel,HCN）的研究起源于Ih的发现,1976年Noma首次报道在家兔心脏窦房结组织记录到一种超极化激活的内向电流,称为。     

超极化激活的环核苷酸门控阳离子通道在心血管系统中作用的研究进展

超极化激活的环核苷酸门控阳离子(HCN)通道为超极化激活的阳离子通道,受电压和环核苷酸双重调节。近期科学家利用低温电磁仪探索了HCN通道的某些特殊结构,为研究相关的离子通道特性提供了理论依据。HCN通道及其亚型在心脏中的分布具有一定的种属特异性,病理状态下各亚型的异常分布常常引起各类心律失常,另外HCN基因突变亦参与病态窦房结的形成。诱导多能干细胞作为一种新兴的具有潜在发展前景的干细胞,将为研究HCN基因突变及其参与心脏离子通道病变的病理生理和分子学变化提供良好的模型,且有利于针对HCN通道的特异性药物和生物起搏器的研发。     

超极化激活环核苷酸门控阳离子通道的研究现状

0引言超极化激活环核苷酸门控的超极化阳离子通道（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated cation chan-nel,HCN）的研究起源于Ih的发现,Noma和Irisawa已经在研究窦房结起搏活动时发现这一离子流并命名为Ih（hyperpolar-ization-activated current）,20世纪80年代初Di Francesco和Irisawa等学者在研究兔窦房结起搏活动时发现并称之为特种离子流（funny current,If或queer current,Iq）,     

超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（HCN）与心脏生物起搏的研究进展

心脏兴奋刺激来源于窦房结（sinoatrial node,SAN）,并经结间束传导至房室结（atrioventrieular node,AVN）,通过房室结纤维传导至心室浦氏纤维。心脏兴奋起源、传导等障碍是形成心律失常的基础。研究发现在心脏起搏中,有一种在超极化时激活,受环核苷酸调控的离子通道,一般称作超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（hyperpolarization—activated and cyclic nucleotide—gate cation channel,HCN）。超极化激活的阳离子电流命名为If（funny current）或Ih（hyperpolarization current）。If的最重要作用在于使心脏起搏细胞产生自动节律,保证心脏的节律性和规则性跳动,是保证心脏正常的生理功能的前提。     

HCN通道与疼痛之间关系的研究进展

Noma和Irisawa首次报道,在兔窦房结细胞上存在着一个超极化激活的内向电流,并且被Brown等命名为If（为“funny”电流,因为它的不寻常的激活特性）。后来发现这一电流也存在于其他组织,称之为超极化激活电流（hyperpolarization-activated current,Ih）,也被称为Iq。研究发现,介导Ih的结构为超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide gated cation channels,HCN）。     

HCN通道相关性疾病在心脏中的表现

超极化激活环核苷酸门控阳离子通道(HCN)在心脏起搏细胞中呈高表达,并参与心脏起搏的产生及心率调控。而调控该通道蛋白的基因突变、错义均可导致心律失常的发生。目前已发现5种HCN基因突变所致的心律失常,且存在家族遗传性。不仅如此,该基因在心肌不同的微环境中可能呈现出不同的表达,进一步影响心律的变化。现对HCN通道生物生理特点及HCN通道相关性疾病的研究进展进行综述。     

大鼠心室肌HCN4质粒在HEK293细胞的表达及电流特征

目的 研究大鼠心室肌细胞超极化环核苷酸门控阳离子通道(HCN4)基因瞬时转染人胚胎肾细胞(HEK293)表达和通道电流特征.方法 利用脂质体介导大鼠HCN4基因pTracer-CMV-GFP穿梭载体,转染HEK293细胞进行扩增,用逆转录-聚合酶链反应(RT- PCR)检测HCN4 mRNA表达,采用全细胞膜片钳技术记录HEK293细胞上HCN4电流.结果 大鼠起搏通道基因瞬时转染HEK293细胞,记录到一系列超极化内向离子流,该电流呈电压、时间依赖性,没有明显的失活,在-150 mV时电流幅值为(540±24.1)pA,电流密度为(9.6±0.7)pA/pF(n＝12),半激活电压(V1/2)为(-105.7±12.0)mV,稳态激活曲线斜率(k)为-15.7mV,HCN4电流翻转电位为(-84.0±7.9)mV.结论 应用脂质体转染方法成功进行了起搏通道HCN4基因的异源性表达.     

人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4导入大鼠心脏构建生物起搏点的初步研究

目的探讨利用人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4在大鼠心脏中构建生物起搏点的可能性、安全性和时效性。方法6周龄SD大鼠分为对照组(10只)和实验组(10只),分别经心外膜注射50μl的腺病毒和人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4重组腺病毒(滴度为1010~1012)至左心室心尖部。术后3d内每天记录一次心电图,每次10min。术后第7天分离颈部双侧迷走神经干并进行双侧或单侧电刺激,同时记录体表心电图。随后在心尖部进行起搏标测。最后取出心脏进行病理学检查和免疫荧光检测。结果术后3d内心电图没有记录到室性心律失常事件。在术后第7天进行颈部迷走神经干电刺激时,实验组大鼠室性异搏节律的频率明显快于对照组(分别为69bpm±6bpm和41bpm±10bpm,P<0.001)。心电图和起搏标测均证实实验组大鼠室性异搏节律起源于注射部位附近。免疫荧光检测证实注射局部人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4蛋白过度表达。1个月后,注射部位心脏组织未检测到该蛋白的表达。结论人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4导入心室可以使通道蛋白在局部过度表达,提高室性异位起搏点的频率。利用人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4在体内构建生物起搏器的长期效果有待于进一步研究。     

HCN4与生物心脏起搏的基础研究现状

HCN4作为超极化激活环核苷酸门控阳离子通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated cation channel,HCN)基因家族亚型,被认为是心脏起搏细胞产生自动节律重要基础,其中超极化激活电流(funny current,If)是重要的起搏调控部分,HCN家族基因参与编码If电流,由于HCN4与心脏起搏的产生和调节关系密切,所以被称为起搏基因.     

HEK293细胞上表达的人类超极化激活环核苷酸门控钾通道亚型2和亚型4的电生理

目的将人类超极化激活环核苷酸门控钾通道亚型2（hHCN2）和亚型4（hHCN4）的基因表达于HEK293细胞系上,观察其表达的通道的电生理特点。方法包含目的基因hHCN2或hHCN4的cNDA亚克隆到腺病毒穿梭载体pAdTrack-CMV,穿梭载体和病毒骨架载体pAdEasy-1在大肠杆菌重组,病毒经过包装和扩增后分别转染HEK293细胞。利用全细胞膜片钳技术,记录分别转染了hHCN2和hHCN4的HEK293细胞上的超极化激活钾电流（If）。结果转染hHCN2和hHCN4的HEK293细胞上产生超极化激活的内向电流。两种通道的半数最大激活电压分别为-114．8mV±3．3mV和-125．9mV±2．9mV,反向曲线斜率分别为11．1mV±1．2mV和13．7mV±1．3mV。两者的激活动力学明显不同,刺激电压为一110mV时,通道的激活时间常数分别为0．99s±0．21s和8．47s±2．85s。两种通道对钠离子和钾离子的相对通透性分别为0．40和0．34。两种电流均可被2mmol／L的氯化铯（CsCI）阻断。结论目的基因hHCN2和hHCN4在HEK293细胞上成功表达,形成的两种通道具有明显不同的激活动力学。     

腺病毒介导超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型4过度表达对乳鼠心肌细胞电生理特性的影响

目的观察过度表达超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因亚型(HCN)4对乳鼠心肌细胞电生理特性的影响。方法酶解法分离20只乳鼠的原代心肌细胞并进行培养,用含HCN4基因的重组腺病毒AdHCN4感染心肌细胞,以未感染细胞作为对照组,通过RT-PCR及细胞免疫荧光方法检测心肌细胞中HCN4基因在mRNA和蛋白质水平的表达,用全细胞膜片钳方法测定转染HCN4基因的心肌细胞的动作电位和起搏电流If。结果AdHCN4感染组心肌细胞中HCN4mRNA和蛋白质的表达水平明显高于对照组细胞;感染组心肌细胞自发搏动的频率为(92·5±7·4)次/分,明显高于对照组心肌细胞的(68·9±6·2)次/分(P<0·05);动作电位出现明显的4相自动除极化,其最大舒张电位(-52·8±4·2)mV明显高于对照组细胞(-62·1±2·6)mV(P<0·05);动作电位复极50%和90%的时间两者比较差异无统计学意义;在感染组细胞中,起搏电流If的电流密度为(115·7±7·8)pA/pF,也明显高于对照组细胞的(7·2±0·6)pA/pF(P<0·05)。结论过度表达起搏通道基因HCN4能够明显增强乳鼠心肌细胞的自律性,从而增加心肌细胞自发搏动的频率,这提示HCN4基因有可能成为治疗缓慢性心律失常疾病的目的基因。     

窦房结细胞自律性与超极化激活起搏电流关系的研究进展

窦房结是正常心脏活动的起搏点,在心脏传导系统中自律性最高,窦房结细胞的自动除极是其自律性产生的基础,多种离子通道及相应电流参与窦房结细胞自律性活动,其中超极化激活环核苷酸门控通道(HCN)及其电流(If)在窦房结细胞自律性产生过程中起着重要作用,HCN通道共有HCN1~4四个亚型,在心脏窦房结细胞中HCN4是主要的亚型,负责形成If,HCN4及相关If对窦房结自律性有着重要的影响。     

转基因间充质干细胞自体移植治疗猪完全性房室传导阻滞

目的将携带人超极化激活环核苷酸门控通道2(hHCN2)基因的自体间充质干细胞(MSCs)移植入完全性房室传导阻滞(CHB)猪模型的希氏束中,探讨构建自体生物起搏器的可行性。方法构建包含hHCN2基因的重组腺病毒,转染猪MSCs。构建猪的CHB模型。将转基因的MSCs移植入希氏束后,观察其心率变化及对儿茶酚胺的反应性。对移植部位的心肌行组织学及免疫荧光检查。结果成功构建重组腺病毒pAd.hHCN2并转染猪MSCs。自体移植于CHB动物模型希氏束后,与对照组相比,转基因MSCs显著提升了实验组的心率(P<0.01),且其心律具有儿茶酚胺反应性。移植部位心肌取样检查显示MSCs在心肌中存活并且表达hHCN2蛋白。结论在猪CHB模型中,移植入希氏束的转hHCN2基因的自体MSCs短期内可以发挥生物起搏器的功能。     

大鼠脊髓背角胶状质神经元的去极化反跳及调控机制

目的 研究大鼠脊髓背角胶状质(SG)神经元的去极化反跳及调控机制,以期对去极化反跳相关疾病的临床治疗提供参考.方法 选取3～5周龄SD大鼠,制作离体脊髓纵切片,应用全细胞膜片钳技术记录SG神经元的电生理学特点及接受超极化刺激后的反应,并观察超极化激活环核苷酸门控阳离子(HCN)通道阻断剂和T型钙(Cav3)通道阻断剂对去极化反跳的作用.结果 共记录了63个SG神经元的电活动,其中23个无去极化反跳,19个为去极化反跳无放电,21个为去极化反跳伴放电.无去极化反跳组SG神经元的动作电位阈值(-28.7±1.6 mY)明显高于去极化反跳伴放电组(-36.0±2.0 mV)(P＜0.05).HCN通道阻断剂氯化铯和ZD7288可显著延长去极化反跳伴放电的潜伏期,分别从45.9±11.6 ms增加到121.6±51.3ms(P＜0.05)和从36.2±10.3 ms增加到73.6±13.6ms(P＜0.05);ZD7288也能显著延长去极化反跳不伴放电的潜伏期,从71.9±35.1 ms增加到267.0±68.8 ms (P＜0.05),而T型钙通道阻断剂氯化镍和米贝地尔可显著降低去极化反跳伴放电的振幅,分别从19.9±46.3 mV降到9.5±4.5 mV(P＜0.05)和从26.1±9.4 mV降到15.5±5.0mV(P＜0.05),米贝地尔同样能显著降低去极化反跳不伴放电的振幅,从14.3±3.0 mV降低至7.9±2.0 mY(P＜0.05).结论 近2/3的SG神经元有去极化反跳,其潜伏期和振幅分别受HCN通道和T型钙通道调控.     

参仙升脉口服液对病态窦房结综合征小鼠ROS表达的影响和对HCN4离子通道的调控作用

探讨参仙升脉口服液对病态窦房结综合征（SSS）小鼠窦房结线粒体活性氧（ROS）释放的影响及其对环化核苷酸调控阳离子通道蛋白亚型4（HCN4）离子通道的调控作用,探讨参仙升脉口服液改善SSS的作用机制。     

ATP敏感性钾通道开放剂的脑保护作用研究

细胞上存在两种三磷酸腺苷敏感性钾(KATP)通道,一是位于细胞膜上的ATP敏感的钾通道;二是位于线粒体膜上的ATP敏感的钾通道。KATP通道广泛存在于各种脑区,若给予KATP开放剂则可以使其开放发挥对脑的保护作用。越来越多的研究表明,KATP通道在脑缺氧缺血等病理状态下被激活开放,使大量K+外流,细胞膜超极化,从而使Na+、Ca2+内流减少,避免或减轻钙超载、减少能耗、减轻兴奋性氨基酸及氧自由基释放,保护脑细胞。     

肾上腺髓质瘤无性繁殖细胞膜上的异常整流钾通道

作者用斑片钳技术,在传代培养的大鼠肾上腺髓质瘤无性繁殖细胞(PC12 cell)膜上记录电压依赖性钾离子通道活动。观察到两种超极化时激活的内向离子流,电导为30～60皮西门(PS)及大于100 pS。电导大的通道活动常呈大的闪动样关闭及簇状猝发。电导30～60 pS的钾通道具有如下特征:①明显的电压依赖性。在膜超极化到阈电位水平(30 mV)时,通道开放。同一电压下,单通道电流幅度基本一致,呈正态分布。不同钳位电压下,随着超极化程度增大,电流幅度渐增大。②平均开放时间和开放概率随超极化程度增大而增大,关闭时间则随之而减小。③I-V曲线上显示翻转电位接近K~ 的平衡电位。④钾通道阻断剂TEA能阻断该通道。     

钙激活钾通道及ATP敏感性钾通道在海马神经元缺氧超极化中的作用

研究缺氧超极化缺氧海马神经元中的电生理机制,以提示缺氧超极化在脑损伤中的作用。方法：应用膜片钳制技术的细胞贴附式膜片记录缺氧海马神经元的单通道电流活动,经p-CLAMP软件进行采样储存数据和数据的分析处理。结果：缺氧引起钙激活钾通道（KCa通道）和ATP敏感性通道（KATP通道）的激活,增加通道的开放概率。结论：缺氧超极化可能是缺血性脑损伤早期的重要代偿机制。     

风湿性心脏病二尖瓣狭窄心房颤动与窦性心律心肌细胞起搏电流密度的差异

目的运用全细胞膜片钳技术,研究风湿性心脏病二尖瓣狭窄心房颤动(简称房颤)与窦性心律(简称窦律)心肌细胞起搏电流(If)的差异。方法急性分离人心肌细胞,将其分为风湿性心脏病二尖瓣狭窄房颤(atrial fibrillation,AF)组和窦律(sinus rhythm,SR)组,记录两组的If,观察两组心肌细胞If的差别。结果 AF组心肌细胞的If密度明显大于SR组,在-140～-40 mV,AF组和SR组电流密度的差异有统计学意义(P<0.01);其中,在-70 mV时,AF组与SR组If的电流密度分别为(-42.98±2.77)与(-26.93±1.08)pA/pF,此时两组电流密度差异最大。结论 AF心肌细胞的If密度较SR心肌细胞增大,提示If增大可能导致AF,可能是风湿性心脏病二尖瓣狭窄房颤发生的机制之一。     

椎间盘退变相关基因单核苷酸多态性的研究进展

椎间盘退变具有一定程度的遗传易感性,可能与人群中存在基因多态性有关。近年来,椎间盘退变与基因单核苷酸多态性的相关性研究逐渐增加并取得长足进展,目前研究的基因主要包括3类:(1)与椎间盘稳定性相关的基因,包括结构相关基因和代谢相关基因;(2)炎症相关基因;(3)疼痛信号通路相关基因。研究椎间盘退变相关基因单核苷酸多态性将有助于揭示椎间盘退变的遗传学机制,从而为个性化预防和治疗椎间盘退变疾病开辟新的道路。