肌鈣蛋白I亞基NH2-末端磷酸化對(duì)心肌舒張功能的調(diào)節(jié)作用.pdf

1、心肌肌鈣蛋白I亞基(cardiac troponin I, cTnI)在心肌收縮調(diào)節(jié)中發(fā)揮了“分子開(kāi)關(guān)”的重要作用。cTnI的調(diào)節(jié)方式分為磷酸化和非磷酸化兩種。蛋白降解作為cTnI非磷酸化調(diào)節(jié)方式,可通過(guò)降解cTnI上含磷酸化的片段,達(dá)到間接去磷酸化的調(diào)節(jié)作用;或者降解其重要的結(jié)構(gòu)域,改變分子的空間構(gòu)象,達(dá)到調(diào)節(jié)心肌收縮性能的目的。本實(shí)驗(yàn)室以往研究發(fā)現(xiàn)尾部懸吊模擬失重四周的大鼠心肌內(nèi)cTnI的NH2-末端降解增加,降解后的cTnI缺失了

2、PKA的磷酸化位點(diǎn)第23/24位絲氨酸。PKA磷酸化cTnI后可降低肌絲的Ca2+敏感性,加速Ca2+從肌絲上解離,促進(jìn)心肌舒張。PKA介導(dǎo)的cTnI磷酸化還可以提高橫橋循環(huán)速度,增加心肌無(wú)負(fù)荷收縮速度的作用。如果該磷酸化位點(diǎn)被去除,就有可能影響大鼠心肌收縮性能的調(diào)節(jié),特別是心肌對(duì)于β-腎上腺素能受體激動(dòng)劑的反應(yīng)性。為觀(guān)察cTnI NH2-末端的降解是否會(huì)對(duì)模擬失重大鼠心臟收縮功能產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用,我們利用離體工作心臟灌流、心肌單細(xì)胞無(wú)負(fù)荷

3、收縮功能測(cè)量、裸露肌纖維張力-pCa關(guān)系曲線(xiàn)測(cè)量、Western Blot和免疫組化染色等多種技術(shù),對(duì)尾部懸吊模擬失重大鼠心肌進(jìn)行多層次檢測(cè),主要結(jié)果如下:
　　1.模擬失重大鼠的離體工作心臟對(duì)于異丙腎上腺素(isoproterenol, ISO)的反應(yīng)性降低。在10 mmHg的前負(fù)荷與60 mmHg的后負(fù)荷下,模擬失重組的心輸出量與對(duì)照組相比無(wú)明顯差異,但心率明顯高于對(duì)照組。ISO作用后,模擬失重組心輸出量和心率的增加低于對(duì)照組

4、。模擬失重組在基礎(chǔ)狀態(tài)下,左心室舒張末期壓力(left ventricular end-diastolic pressure, LVEDP)和心室內(nèi)壓力最大舒張速度(maximal rate of left ventricular pressure development,-dP/dtmax)均低于對(duì)照組。ISO灌流后LVEDP的降低和-dP/dtmax的增加程度仍顯著低于對(duì)照組。
　　2.模擬失重組心肌細(xì)胞對(duì)于β-腎上腺素能受體

5、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中幾個(gè)重要環(huán)節(jié)激動(dòng)劑的反應(yīng)性降低。模擬失重組心肌細(xì)胞收縮的頻率依賴(lài)性反應(yīng)存在,但其在1 Hz、2 Hz和4 Hz頻率下的收縮幅值低于對(duì)照組。在進(jìn)行了β-腎上腺素受體激動(dòng)劑ISO,腺苷酸環(huán)化酶激動(dòng)劑forskolin, cAMP的模擬劑DB-cAMP和可抑制cAMP降解的IBMX等藥物灌流后,模擬失重組心肌細(xì)胞的收縮幅值仍低于對(duì)照組。在ISO,forskolin,DB-cAMP和IBMX最大濃度的作用下,模擬失重組心肌細(xì)胞收縮

6、和舒張速度的增幅低于對(duì)照組,其收縮和舒張時(shí)間的降低程度也低于對(duì)照組。
　　3. PKA磷酸化引起的裸露肌纖維Ca2+敏感性降低作用在模擬失重后受到限制。模擬失重組和對(duì)照組裸露肌纖維的Ca2+敏感性無(wú)明顯差異,使用PKA催化亞基作用后,兩組的Ca2+敏感性均發(fā)生明顯降低,但模擬失重組的降低程度低于對(duì)照組。
　　4. Western Blot結(jié)果顯示,模擬失重組和對(duì)照組心肌內(nèi)均存在cTnI的降解片段,但模擬失重組cTnI的降解片

7、段占總cTnI的比例高于對(duì)照組。模擬失重組cTnI的磷酸化水平無(wú)論在基礎(chǔ)狀態(tài)下還是20 nM ISO作用后均明顯低于對(duì)照組。
　　5. Western blot和免疫組化結(jié)果顯示,20 nM ISO作用前后,模擬失重組PKA活化亞基的表達(dá)水平與對(duì)照組相比均無(wú)明顯差異,ISO作用后PKA的活化增強(qiáng),并且產(chǎn)生向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)位,但兩組之間仍無(wú)明顯差異。
　　6. Western blot結(jié)果顯示,模擬失重組PLB的表達(dá)水平未發(fā)生改變

8、,20 nM ISO作用后第16位絲氨酸發(fā)生磷酸化的PLB占總PLB的比例與對(duì)照組相比也無(wú)明顯差異。以上結(jié)果表明,cTnI NH2-末端降解增加是模擬失重大鼠心臟舒張功能降低的一個(gè)重要影響因素。而心臟舒張功能增強(qiáng)受限可能會(huì)減少模擬失重大鼠的心輸出量,這可能是引起航天員在返回地面后出現(xiàn)立位耐力不良的因素之一。
　　為進(jìn)一步探討cTnI NH2-末端及其磷酸化在增強(qiáng)心肌舒張功能方面發(fā)揮的作用,本文還比較了異丙腎上腺素依賴(lài)性舒張功能增強(qiáng)

9、和頻率依賴(lài)性舒張功能增強(qiáng)這兩種不同的途徑在增強(qiáng)心臟舒張功能方面的差異。主要結(jié)果如下:
　　1.在增強(qiáng)離體工作心臟舒張功能的方面,ISO灌流高于單純提高刺激頻率。20 nM ISO作用后離體工作心臟的心率達(dá)到300 beats/min左右,LVEDP明顯降低,而300 beats/min的電刺激則顯著提高LVEDP。最大舒張速度-dP/dtmax在ISO和電刺激的作用下表現(xiàn)出與LVEDP類(lèi)似的反應(yīng)。ISO和單純提高刺激頻率都可減少舒

10、張時(shí)間,但I(xiàn)SO減少舒張時(shí)間大于單純提高心率。在灌流不同濃度ISO時(shí),再給予離體工作心臟較高的刺激頻率如420 beats/min后,灌流10 nM ISO的舒張時(shí)間縮短最為顯著。
　　2. ISO有利于心肌細(xì)胞舒張期Ca2+再攝取,提高心肌細(xì)胞的收縮和舒張功能。細(xì)胞內(nèi)Ca2+瞬變的峰值和靜息Ca2+濃度均隨刺激頻率提高而增加,過(guò)高的刺激頻率(＞5 Hz)反而降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+瞬變的峰值。灌流ISO后,心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+瞬變的峰值

11、明顯提高,而靜息Ca2+濃度有所下降。在灌流ISO的同時(shí)提高刺激頻率,細(xì)胞內(nèi)靜息Ca2+濃度仍隨刺激頻率的提高而有所增加,但增加幅值明顯低于單純提高刺激頻率。ISO縮短細(xì)胞內(nèi)Ca2+瞬變舒張時(shí)間大于單純提高刺激頻率。
　　3. cTnI第23/24位絲氨酸的磷酸化水平隨ISO的灌流濃度增加而顯著提高。而提高工作心臟的刺激頻率對(duì)cTnI第23/24位絲氨酸的磷酸化水平無(wú)明顯影響。
　　4. PLB第16位絲氨酸和第17位蘇氨酸

12、的磷酸化水平均隨著ISO的濃度提高而提高,但第16位絲氨酸的增加程度更為顯著。單純提高工作心臟的刺激頻率可明顯提高PLB第17位蘇氨酸的磷酸化水平,但對(duì)第16位絲氨酸的磷酸化水平無(wú)明顯影響。灌流ISO的同時(shí)提高刺激頻率,還可繼續(xù)增加PLB第17位蘇氨酸的磷酸化水平。以上結(jié)果表明,提高刺激頻率僅磷酸化PLB第17位蘇氨酸,故舒張功能增強(qiáng)作用較弱,而ISO同時(shí)磷酸化PLB和cTnI,使得PLB和cTnI之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),所以對(duì)舒張功能具有更