張建成,陳美煙,李 泱,傅義程,高進(jìn)遼
(1.福建醫(yī)科大學(xué)省立臨床醫(yī)學(xué)院,福州350001;2.解放軍總醫(yī)院老年心血管病研究所,北京100853)
近年發(fā)現(xiàn)神經(jīng)生長(zhǎng)因子的營(yíng)養(yǎng)因子p75受體(neurotrophin p75 receptor,p75NTR)與心臟交感神經(jīng)生長(zhǎng)發(fā)育及分布密度相關(guān),尤其在心肌梗死后心肌組織交感神經(jīng)的過度增生過程中起重要作用[1]。p75NTR在交感神經(jīng)生長(zhǎng)過程中呈高表達(dá),當(dāng)突觸一旦成功聯(lián)接外周靶器官后,這種表達(dá)立即降低。在心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)中,p75NTR主要在心室高表達(dá),神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerve growth factor,NGF)可通過其促進(jìn)交感神經(jīng)纖維增生,而交感神經(jīng)過度支配的心室間質(zhì)細(xì)胞的p75NTR表達(dá)較低;p75NTR分布于心臟神經(jīng)干及神經(jīng)末梢,而且主要存在于新生的交感神經(jīng)中[2]。心肌梗死(myocardial infarction,MI)后神經(jīng)過度增生可促進(jìn)梗死心臟的電不穩(wěn)定性。研究證明交感神經(jīng)在心臟中并非呈均勻分布,其主要存在于心室肌外膜下,并呈跨室壁梯度分布的特點(diǎn)。MI后在梗死周邊區(qū)空間分布紊亂,呈現(xiàn)較大的不均一性。正常心肌組織上p75NTR主要通過介導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抑制交感神經(jīng)的生長(zhǎng)作用,而病理狀況下該受體的表達(dá)減少將引起凋亡途徑抑制,從而導(dǎo)致交感神經(jīng)過度增生[3]。與此同時(shí),MI后心肌本身發(fā)生一系列電重塑,心臟左室跨壁三層心肌動(dòng)作電位時(shí)程不均勻性延長(zhǎng),導(dǎo)致跨室壁復(fù)極離散度(transmural dis-persion repolarization,TDR)顯著增加,最終引起心律失常的發(fā)生。因此本文通過干預(yù)p75NTR及對(duì)MI后兔心室肌TDR的作用,來探討心梗后心律失常發(fā)生的原因。
膠原酶II、胰蛋白酶、牛血清白蛋白、天門冬氨酸鉀(K-aspartate)、丙酮酸鈉(Na-pytuvate)、MgATP、4-羥乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎘(CdCl2)、氯化鋇(BaCl2)、4-氨基吡啶(4-aminopyridine,4-AP)均為Sigma公司產(chǎn)品;乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)購(gòu)自Fluka Biochemika;其他試劑均為分析純。
Tyrode液的組成成份(mmol/L):NaCl 135,KCl 5.4,CaCl21.8,MgCl21.0,NaH2PO40.33,HEPES 10,glucose 10,pH值用 NaOH調(diào)至 7.3;無鈣 Tyrode液和0.2mmol/L Ca2+Tyrode液,分別為 Tyrode液中不加CaCl2和加 0.2mmol/L CaCl2
記錄鉀電流的細(xì)胞外液(mmol/L):N-methyl-D-glucamine(NMG)149,MgCl25,CaCl20.65,HEPES 5,用 HCl調(diào) pH值至7.4。
記錄鉀電流的細(xì)胞內(nèi)液(mmol/L):KCl 45,K-aspartate 85,Na-pytuvate 5,MgATP 5.0,EGTA 10,HEPES 10,glucose 11,用 KOH調(diào) pH值至 7.4。
細(xì)胞保護(hù)液(KB液,mmol/L):L-Glutamic acid 50,KCl 30,KOH 80,KH2PO430,taurine 20,EGTA 0.5,HEPES 10,glucose 10,MgSO43,用 KOH調(diào) pH值至 7.4。
日本大耳兔40只,雌雄不拘,體重1.5~2.0 kg(自解放軍總醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心)隨機(jī)分成4組(n=10):Sham組、HMI(healed myocardial infarction)組、p75NTR激活組和p75NTR抑制組。HMI組結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左回旋支中下1/3處,扎線以下的心肌出現(xiàn)局部紫紺,心電監(jiān)護(hù)胸前導(dǎo)聯(lián)ST段抬高,立即靜脈給予利多卡因25mg,觀察30 min后關(guān)胸,術(shù)后喂養(yǎng)10周,造成HMI模型;p75 NTR激活組亦行上述冠狀動(dòng)脈結(jié)扎術(shù),并行頸部正中切口,放置直徑1.5 mm乙烯管于左側(cè)星狀神經(jīng)節(jié)處(LSG),另一端經(jīng)皮下隧道于頸背部穿出,供注射NGF用400 U×30 d;p75 NTR抑制組:采用與NGF同樣方法植管,于術(shù)后經(jīng)導(dǎo)管注射p75NTR受體單克隆抗體50 U×30 d。假手術(shù)組開胸但不結(jié)扎冠狀動(dòng)脈和頸部置管,術(shù)后四組均肌注青霉素3 d。四組動(dòng)物術(shù)后單籠喂養(yǎng)。
于術(shù)后30 d,取每組家兔檢測(cè)心臟基礎(chǔ)指標(biāo),包括心率、心重/體重、左室周邊區(qū)厚度、心肌梗死范圍,沿左心室長(zhǎng)軸將心室水平切為間隔0.25 cm的心肌環(huán),計(jì)算心肌環(huán)梗死長(zhǎng)度占全部心肌環(huán)長(zhǎng)度的比率,作為心肌梗死的范圍。
術(shù)后10周,實(shí)驗(yàn)兔3%戊巴比妥鈉靜脈麻醉,心電監(jiān)護(hù),氣管插管接呼吸機(jī),開胸,縫制心包吊床。雙極起搏電極,直徑 0.3 mm,兩針相距 0.3 cm,在心肌梗死兔梗死蒼白色邊緣2 mm處,刺入2 mm深,假手術(shù)組起搏電極放置于心臟的相應(yīng)部位。用XD-22A心臟診療儀間斷刺激(100 Hz,每次持續(xù)刺激1 s),強(qiáng)度從1 V開始,每次按遞增0.5 V的方法通過起搏電極刺激心臟,以引起心室顫動(dòng)的最低強(qiáng)度為室顫閾值。
離體心臟灌流試驗(yàn)觀察 Sham組、HMI組、p75NTR激活組和p75NTR抑制組的復(fù)極時(shí)程改變。心臟快速剪下放入臺(tái)氏液中停搏臺(tái)氏液(mmol/L):NaCl 118、KCl 5.8、MgCl21、CaCl21.8、NaH2PO41、NaHCO324.88、葡萄糖 5.55,以 NaOH調(diào)整 pH值至7.4。修剪心臟主動(dòng)脈插管進(jìn)行Langendorff臺(tái)氏液灌流灌流壓70 mmHg溫度37℃、95%純氧和5%二氧化碳飽和熱烙術(shù)搗毀房室結(jié)和希氏束直到出現(xiàn)緩慢的室性逸搏心律要求逸搏周期達(dá)1 000 ms以上IBZ位于梗塞纖維化的蒼白色邊緣3 mm內(nèi)NIZ位于梗塞纖維化的蒼白色邊緣6 mm之外,參照文獻(xiàn)[4]報(bào)道的方法心外膜MAP電極用外殼包有聚四氟乙烯的銀絲直徑0.3 mm制成吸附式電極固定于IBZ和NIZ心外膜表面Sham組放置在心外膜相應(yīng)部位參比電極固定于主動(dòng)脈根部MAP電極連接于BL-400生物信號(hào)采集與處理系統(tǒng)(泰盟電子有限公司生產(chǎn)四川成都)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)面板上的時(shí)間參數(shù)為0.1濾波為500~1 000 Hz用電生理刺激儀華子電子儀器廠生產(chǎn)河南開封以周長(zhǎng)1 000ms起搏右室穩(wěn)定20 min后同步記錄心肌MAP,并計(jì)算TDR(心梗周邊區(qū)心外膜與心內(nèi)膜及中層心肌MAPD90的差值)。
于術(shù)后30 d,取各組剩余家兔按文獻(xiàn)采用酶解法制備心室肌單細(xì)胞并進(jìn)行了改進(jìn)。取兔(約1.5~2.5 kg)經(jīng)戊巴比妥鈉(30 mg/kg,iv)麻醉,迅速取心臟,在37℃和通氧條件下行Langendorff灌流。用無 Ca2+Tyrode′s液灌流 3~5 min,用含Ⅰ型膠原酶16mg、蛋白酶E 5.0 mg和牛血清白蛋白5.0 mg的無 Ca2+Tyrode′s液灌流(40 ml)10 min以消化心肌。除心房肌,取左室游離壁,用剃須刀平行于心室游離壁分別切取心外膜肌條(≤1.5 mm)和心內(nèi)膜肌條(≤1.5 mm),余下部分為中層心肌,將上述三層心肌切碎并分別置于含有上述膠元酶的無Ca2+Tyrode′s液灌流中繼續(xù)血血清白蛋白和200 U/ml氨芐青霉素的Tyrode′s液中,室溫保存1 h。取保存液加于1ml灌流槽中,待細(xì)胞貼壁后,于倒置顯微鏡下選擇邊緣整齊、表面無顆粒、橫紋清晰、無收縮的細(xì)胞,在37℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
采用全細(xì)胞膜片鉗記錄方法,在電流鉗模式下記錄動(dòng)作電位;在電壓鉗制下記錄電流。膜片鉗放大器(AXON-700B,USA)同計(jì)算機(jī)連接。刺激信號(hào)及電壓輸入信號(hào)的采集均由軟件(pCLAMP)控制。玻璃毛坯(GG-17)經(jīng)微電極拉制儀(Narishige,pp-83)拉制成電阻為2.5~3.5 MΩ的電極。調(diào)節(jié)三維操縱器進(jìn)行封接,使封接電阻達(dá)1 GΩ以上,吸破細(xì)胞膜形成全細(xì)胞記錄模式。測(cè)定電容時(shí),施以0.4 V/s的斜坡刺激,測(cè)電流并按方程 Cm=I/(dV/dt)計(jì)算,其中Cm為膜電容,I為電流值,dV/dt即電壓斜率。為消除細(xì)胞間誤差,電流值以電流密度(pA/pF)表示。信號(hào)經(jīng)截止頻率為1 kHz的四階貝塞爾低通濾波器濾波,采樣率為5 kHz。在記錄動(dòng)作電位時(shí)采用電流鉗模式,在記錄電流時(shí)采用電壓鉗模式。
數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,數(shù)據(jù)處理采用 pCLAMP 9.2處理,采用 SPSS 10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,用oneway ANOVA和t-test分析。
陳舊性心梗(HMI)組有8只制模成功,1只術(shù)中發(fā)生心律失常至室顫死亡,另1只在飼養(yǎng)過程中死亡;p75 NTR激活組有7只制模成功,其中3只均死于術(shù)后飼養(yǎng)過程中;p75NTR抑制組8只成功,1只死于術(shù)后感染,另1只在飼養(yǎng)過程中死亡;假手術(shù)(Sham)組10只制模成功。
結(jié)果可見,HMI組和p75 NTR激活組的心率、心重/體重、左室周邊區(qū)厚度較 Sham組明顯增加。HMI組與p75 NTR激活組之間差異無顯著性。p75 NTR抑制組較HMI組與p75 NTR激活組均有所減少,更接近于Sham組(表1)。
Tab.1 Change of heart basic indicators of every group(±s)
Tab.1 Change of heart basic indicators of every group(±s)
HMI:Healed myocardial infarction;HMI+p75NTR(+):Application p75NTR activator of healed myocardial infarction;HMI+p75NTR(-):Application p75NTR inhibitor of healedmyocardial infarction*P<0.05 vs sham group
Group Heart rate(beats/min)Heartweight/body weight(g/kg)Thickness of left ventricular border area(mm)Infarction area(%)Sham(n=10) 226±25 3.87±0.14 4.84±0.41 0 HMI(n=8) 256±31 5.42±0.21* 7.42±0.51* 13.2±3.2 HMI+p75NTR(+)(n=7) 272±28 6.58±0.15* 7.80±0.48* 16.8±4.7 HMI+p75NTR(-)(n=8)235±22 3.67±0.17 5.47±0.37 10.6±4.2
p75 NTR激活組的室顫閾值為(8.32±1.34)V,較HMI組和 Sham組室顫閾值顯著升高(10.01±1.11)V,與p75 NTR激活組相比有顯著性差異(P<0.05)。
在1 000ms起搏周長(zhǎng)HMI組和p75NTR激活組TDR分別為(34.6±6.4)ms、(57.9±6.8)ms較Sham組(9.6±2.6)ms有顯著性差異(P<0.01),HMI組與NGF組之間亦有顯著性差異(P<0.01),而p75 NTR抑制組 TDR雖然延長(zhǎng),但幅度較小,為(27.6±4.1)ms,與 HMI組和 p75 NTR激活組均有顯著性差異(P<0.01),但與假手術(shù)組也有顯著性差異(P<0.01,圖 1、表 2)。
Fig.1 Three layers ofmyocardial single-phase action potential of every group(MAPD)
假手術(shù)組Mid細(xì)胞的APD明顯長(zhǎng)于 Endo和Epi,以Endo的APD最短,即三層心肌細(xì)胞間的APD存在跨室壁離散。與假手術(shù)組相比,HMI組三層心肌細(xì)胞的APD90均延長(zhǎng),以Mid細(xì)胞的APD90延長(zhǎng)更明顯,TDR顯著增加。p75NTR受體激活組使這種變化更加明顯,而p75NTR受體抑制組細(xì)胞則顯示三層心肌細(xì)胞的APD較p75NTR受體激活組和心梗組明顯減小,TDR降低,與p75NTR受體激活組有極顯著差異,但仍較大,與假手術(shù)組相比也存在明顯差異(P<0.05,P<0.01,圖 2、表 3)。
Tab.2 Single-phase action pontential and transmural dispersion repolarization of every group(±s)
Tab.2 Single-phase action pontential and transmural dispersion repolarization of every group(±s)
MAPD20:Duration of20%myocardial single-phase action potential;MAPD50:Duration of50%myocardial single-phase action potential;MAPD90:The duration of 90%myocardial single-phase action potential;TDR:Transmural dispersion repolarization;ECG:Electrocardiography;Epi:Epicardial;Mid:Midcardial;Endo:Endocardial**P<0.01 vs sham group;##P<0.01 vs HMIgroup
Group Endo MAPD90 MAPD50 MAPD20 MAPD90 MAPD50 MAPD20 MAPD90 MAPD50 MAPD20 TDR(ms Epi Mid)Sham(n=10) 253±26.0 198±17.0 138±13.0 282±25.0 235±18.0 158±16.0 254±18.0 188±22.0 135±17.0 29±3.0 HMI(n=8) 283±25.0** 266±21.0** 196±18.0** 334±34.0** 297±15.0** 173±20.0 277±19.0 219±24.0 187±14.0** 57±9.0**HMI+p75NTR(+)(n=7) 342.7±41.3**##291.8±52.1**##204.6±15.0** 404.4±55.7**##322.9±56.0**##230.7±17.4** 396.2±14.2**##254.5±18.4**##198.8±15.8** 62±7.0**HMI+P75NTR(-)(n=8) 261±19.0 194±23.0 146±14.0 300±26.0 236±22.0 156±17.0 256±18.0 192±15.0 133±18.0 48±6.0**
Tab.3 Three layers of action pontential and transmural dispersion repolarization of every group(±s)
Tab.3 Three layers of action pontential and transmural dispersion repolarization of every group(±s)
APD20:Duration of 20%action potential repolarization;APD50:Duration of 50%action potential repolarization;APD90:Duration of 90%action potential repolarization;TDR:Transmural dispersion repolarization*P<0.05,**P<0.01 vs sham group;##P<0.01 vs HMIgroup
Group Endo APD90 APD50 APD20 APD90 APD50 APD20 APD90 APD50 APD20 TDR(ms Epi Mid)Sham(n=12) 242.6±45.2 114.7±23.0 56.2±17.9 294.5±52.3 175.0±46.4 80.2±26.8 239.2±40.3 107.5±24.4 53.2±15.2 52±8.1 HMI(n=14) 301.7±51.2* 151.8±26.8* 64.6±15.6 366.4±53.1** 232.9±36.4* 110.7±27.1 289.2±34.3* 146.5±20.5* 67.8±10.5 78±9.2*HMI+p75NTR(+)(n=15) 340.7±42.2**##191.8±32.0** 84.3±19.3* 402.4±45.6**##289.9±36.1** 153.7±13.4* 306.2±60.2** 174.5±28.9** 88.8±12.3* 96±14.9**HMI+P75NTR(-)(n=15) 283.1±45.0 128.6±33.8 58.5±9.4 337.0±42.2 254.1±30.6 121.0±24.5 268.4±38.7 119.6±17.2 75.8±11.4 65±13.5
Fig.2 Three layers ofmyocardial single-celled action potential of every group
保持電位-80 mV,施予-40 mV,20 ms的預(yù)刺激失活鈉通道,緊接著給予-40~+50mV,300ms的脈沖,記錄 Ito。其可被5 mmol/L 4-AP完全阻斷。四組中Ito電流密度均以中層心肌細(xì)胞最大,外膜細(xì)胞次之,內(nèi)膜細(xì)胞最小。在+50 mV的去極化刺激時(shí),p75NTR受體激活組和HMI組三層心肌Ito峰電流密度較假手術(shù)組均明顯下降(P<0.05,P<0.01),以中層心肌下降程度最大。其中p75NTR受體激活組較假手術(shù)組三層心肌細(xì)胞分別下降(Epi:32.4%,Mid:41.9%,Endo:26.3%),與而假手術(shù)組相比,p75NTR受體抑制組電流密度明顯不大,二者之間也無顯著性差異(P>0.05,圖 3、表 4)。
Fig.3 Three layers ofmyocardial single-celled transient outward potassium current of every group
Tab.4 Three layers ofmyocardial single-celled transient outward potassium currentdensity ofevery group(pA/pF,±s,+50 mV)
Tab.4 Three layers ofmyocardial single-celled transient outward potassium currentdensity ofevery group(pA/pF,±s,+50 mV)
Epi:Epicardial;Mid:Midcardial;Endo:Endocardial*P<0.05,**P<0.01 vs sham group; #P<0.05,##P<0.01 vs HMI+p75NTR(+)
10.8±1.6 Group Epi Mid Endo Sham(n=10) 29.1±2.4 32.3±3.3 11.5±2.5 HMI(n=12) 23.4±2.5*25.4±3.2* 9.1±0.8 HMI+p75NTR(+)(n=13)20.9±1.9*17.3±0.6**7.8±1.1 HMI+p75NTR(-)(n=12) 25.2±2.5# 29.3±3.7##
保持電位-50mV,施予-20 mV~+70 mV,7 s的去極化脈沖,記錄時(shí)間依賴性電流(IKs),復(fù)極至-30 mV時(shí),記錄尾電流(IKs,tail)。各組中層心肌細(xì)胞 IKs和IKs,tail均較外膜細(xì)胞和內(nèi)膜細(xì)胞小。在+70 mV的去極化刺激時(shí),p75NTR受體激活組三層心肌IKs,tail電流密度較假手術(shù)組及p75NTR受體抑制組明顯下降,以中層心肌下降比例最大約為32.1%與Epi(20.4%)和 Endo(19.5%)相比有顯著性差異(P<0.05,P<0.01,圖 4、表 5)。
Fig.4 Three layers ofmyocardial single-celled delayed rectifier potassium current of every group
Tab.5 Three layers ofmyocardial single-celled delayed rectifier potassium current density of every group(pA/pF,±s,+70mV)
Tab.5 Three layers ofmyocardial single-celled delayed rectifier potassium current density of every group(pA/pF,±s,+70mV)
*P<0.05,**P<0.01 vs Sham group;#P<0.05 vs HMI+p75NTR(+)
Group Epi Mid Endo Sham(n=12) 6.3±1.2 3.7±1.1 5.3±1.9 HMI(n=14) 4.7±1.1* 3.2±0.9 4.2±0.8 HMI+p75NTR(+)(n=14)3.9±0.7**2.0±0.3**3.8±0.5*HMI+P75NTR(-)(n=12) 5.4±1.0# 3.3±0.4#4.7±1.1
本研究發(fā)現(xiàn),無論是整體心臟還是單個(gè)心室肌細(xì)胞,心梗后復(fù)極離散度均增加,事先用NGF激活p75NTR后,復(fù)極離散度增加更顯著,相反在用p75NTR抗體抑制后離散度改變被緩解,室顫閾值也得到相應(yīng)的增加。提示p75NTR激活直接參與心肌梗死后的電重塑,使跨室壁復(fù)極離散度增加,這可能是心梗后發(fā)生惡性心律失?;蜮赖闹饕?。研究還顯示,用p75NTR激活后三層心肌細(xì)胞Ito峰電流密度均下降,但降低程度各異。p75NTR受體激活組三層心肌IKs,tail電流密度較Sham組及p75NTR受體抑制組明顯下降。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與 Heath BM[5]報(bào)道相符,我們推測(cè)這種改變可能是由于通道穩(wěn)態(tài)失活和關(guān)閉態(tài)失活的改變所致,提示MI后,心肌發(fā)生一系列電重構(gòu),其中通道本身也發(fā)生重構(gòu),從而影響動(dòng)作電位時(shí)程,導(dǎo)致跨室壁復(fù)極離散度增加,最終引起心律失常發(fā)生。
Beth[6]等發(fā)現(xiàn),p75NTR主要調(diào)節(jié)交感神經(jīng)的發(fā)育和穩(wěn)定,也制約著交感神經(jīng)纖維的分布,進(jìn)而影響心臟功能的發(fā)揮。通過對(duì)p75NTR-/-小鼠的研究,發(fā)現(xiàn)右心房的交感神經(jīng)主干分布明顯減少,且交感神經(jīng)纖維分布不均衡,導(dǎo)致交感神經(jīng)遞質(zhì)釋放降低,繼而降低基礎(chǔ)心率和應(yīng)激系統(tǒng)對(duì)去甲腎上腺素的反應(yīng)。我們的結(jié)果進(jìn)一步證明,p75NTR在交感神經(jīng)分布及其生長(zhǎng)發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用,并與其分布的異質(zhì)性密切相關(guān)。其作用機(jī)制可能是,p75NTR不僅促進(jìn)交感神經(jīng)的增生,而且還調(diào)節(jié)心臟神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,實(shí)現(xiàn)心臟生理功能,此效應(yīng)為 p75NTR與TrkA/B兩者協(xié)同作用的結(jié)果[7,8]。Slonimsky[9]等發(fā)現(xiàn)p75NTR、BDNF及CaMKII相互作用促進(jìn)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)釋放。最新研究證實(shí)[10],小鼠心肌梗死模型中,NGF過度表達(dá)減少梗死周圍內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞的死亡,同時(shí)改善新生血管形成、心肌灌注及左心室射血分?jǐn)?shù),但不是由TrkA或p75NTR所介導(dǎo)。我們的發(fā)現(xiàn)說明,NGF是通過p75NTR的作用,而且可能存在直接對(duì)電重塑的作用。這困難成為防治心梗的新的作用靶點(diǎn)。
【參考文獻(xiàn)】
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