心跳“发动机”点火原理被发现 有助防治心律失常

人体的每一次心脏跳动均由心脏起搏细胞自主发放的电脉冲所触发。局部钙释放（LCR）是心脏起搏细胞特有的生物学活动，它充当了上述电脉冲的“发动机”。但迄今为止人们还不清楚这个“发动机”的“点火”原理。作为医学领域的一个重要认知盲区，它从源头上阻碍了心律失常防治技术的进步。

近日，中国科学院院士、同济大学附属东方医院陈义汉教授研究团队发现了心脏起搏细胞电脉冲发生和心脏自主节律维系的重要信号通路，揭示了正常心跳产生的重要的“点火”装置和“点火”程序。最新成果已在线发表于国际期刊《细胞研究》（Cell Research）。

研究团队发现，心脏起搏细胞内谷氨酸的分布与局部钙释放的发生区域高度重叠，提示谷氨酸与局部钙释放之间存在着潜在的相关性。为了探索谷氨酸在局部钙释放产生中的作用，研究团队从心脏起搏细胞外部和内部两个层面控制谷氨酸浓度，观察局部钙释放的变化。实验结果显示，心脏起搏细胞外液的谷氨酸浓度的改变并不能有效地影响局部钙释放的动力学，提示细胞外部的谷氨酸对局部钙释放不产生显著作用；而显微注射技术带来的细胞内部谷氨酸浓度的改变可以引起局部钙释放频度、振幅、宽度和面积均显著增加，提示心脏起搏细胞内部的谷氨酸可以调控局部钙释放的动力学。为了确认这一初步发现，研究人员通过化学方法在心脏起搏细胞的表面膜打孔（以下简称“透膜”），然后将谷氨酸直接加到这些经“透膜”处理的细胞上，结果发现局部钙释放产生了类似于上述细胞内显微注射谷氨酸带来的变化，由此证明了细胞内谷氨酸确实对局部钙释放发挥了“点火”功能。

研究显示，心脏起搏细胞的线粒体膜上所富集的兴奋性氨基酸转运蛋白1（EAAT1）对谷氨酸介导的局部钙释放变化发挥了关键性作用。线粒体兴奋性氨基酸转运蛋白1转运胞浆中的谷氨酸进入线粒体内部，进而促进线粒体产生活性氧（ROS），活性氧氧化钙处理蛋白，最终“点燃”局部钙释放。重要的是，研究团队还分别从细胞、器官和整体三个层面证实了兴奋性氨基酸转运蛋白1可以充当窦房结起搏细胞自主节律的调控靶点。该研究工作发现了“谷氨酸—线粒体EAAT1—ROS—钙处理蛋白—LCR”是心脏起搏细胞电脉冲发生和心脏自主节律维系的重要信号通路。

此项研究揭开了心脏起搏细胞自主节律的上游机制，为心脏起搏细胞缺陷相关的心律失常和其他自律性异常相关的心律失常的防治提供了重要的基础研究数据。