利用果蠅模型研究運(yùn)動對心臟L-型鈣通道調(diào)節(jié)作用的進(jìn)展

摘要：L-型鈣通道是介導(dǎo)鈣離子進(jìn)入心肌細(xì)胞主要通道，對心臟正常功能的維持具有重要作用。研究表明L-型鈣通道蛋白編碼基因（CACNA1D）mRNA表達(dá)隨年齡的增長其表達(dá)有所減弱，因鈣穩(wěn)態(tài)失衡的心臟疾病隨之而來。如何減緩、逆轉(zhuǎn)其衰退過程或是重塑心臟機(jī)能成為了心臟疾病研究的熱點(diǎn)問題。適宜的運(yùn)動可作為臨床治療心血管疾病的一種有效介入手段。心臟結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及人體不能作為實(shí)驗(yàn)材料的局限性，利用模式生物進(jìn)行心臟機(jī)能的研究愈發(fā)常見。

關(guān)鍵詞：果蠅;心臟;L-型鈣通道;運(yùn)動

當(dāng)前，心血管疾病是威脅人類健康最嚴(yán)重的疾病之一，其發(fā)病率和死亡率逐年上升。Ca2+是一種重要的生物信號分子，其穩(wěn)態(tài)失衡可能通過導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和代謝紊亂進(jìn)而導(dǎo)致心臟功能障礙。蘭尼堿受體2 （RyR2）， L -型鈣通道（LTCC）和鈉鈣交換體（NCX）和三磷酸腺苷依賴鈣泵（SERCA2a）等都參與維持鈣穩(wěn)態(tài)， 深入認(rèn)識它們在鈣穩(wěn)態(tài)過程中的調(diào)控機(jī)制和及其影響因素，對因其導(dǎo)致的心血管疾病的治療與預(yù)防具有重要作用。

1. L-型鈣通道與心肌鈣穩(wěn)態(tài)

L-型鈣通道主要介導(dǎo)鈣離子進(jìn)入心肌細(xì)胞，產(chǎn)生L-型鈣通道電流（ICa-L）， 和外向鉀電流一起構(gòu)成動作電位平臺期，參與復(fù)極化過程。同時少量的Ca2+通過心肌細(xì)胞膜上的L-型鈣通道進(jìn)入心肌細(xì)胞后，能夠與心肌細(xì)胞中肌漿網(wǎng)上的RyR2結(jié)合，使肌漿網(wǎng)上的通道開放，大量的Ca2+從心肌細(xì)胞中的肌漿網(wǎng)中釋放進(jìn)入胞漿，這一過程使心肌細(xì)胞胞漿內(nèi)Ca2+濃度急劇上升，從肌漿網(wǎng)中釋放的Ca2+與肌鈣蛋白C結(jié)合而引起心肌的收縮，形成了心臟的每一次跳動。此外，L-型鈣通道參與一些鈣依賴過程，包括心肌收縮、神經(jīng)肽釋放、細(xì)胞分化與死亡及基因表達(dá)。研究顯示多種心臟疾病的患者存在不同程度的心肌細(xì)胞鈣調(diào)控異常，鈣循環(huán)在心室重構(gòu)和心力衰竭發(fā)病過程中起重要作用。

2.果蠅心臟與鈣調(diào)控

果蠅的生命周期短，易于飼養(yǎng)，對其遺傳背景、基因的定位與表型分析遠(yuǎn)勝于其它模式動物，具有比較成熟的遺傳學(xué)分析方法，這些優(yōu)勢使它適合用于遺傳與發(fā)育分析。目前遺傳和發(fā)育研究已證實(shí)果蠅與哺乳動物的心臟發(fā)育具有顯著且保守的分子發(fā)育機(jī)制，許多執(zhí)行哺乳動物心臟功能的蛋白質(zhì)也存在于果蠅心臟中并起著相似的作用。果蠅Ca-α1D基因與人類α1D（CACNA1D）、α1C（CACNA1C）、α1S（CACNA1S）、α1F（CACNA1F）基因同源，是編碼L型鈣通道的核心基因;L-型鈣通道中α1亞基在脊椎動物和無脊椎動物體內(nèi)的同源性較高，α1亞基缺失可使胚胎致死。研究發(fā)現(xiàn)將將全身轉(zhuǎn)錄調(diào)控果蠅品系（arm-Gal4）與Ca-α1D基因的RNAi果蠅品系構(gòu)建Ca-α1D基因全身敲減模型，發(fā)現(xiàn)其后代為致死系，果蠅幼蟲不能正常孵化。顯示出該基因?qū)壍幕旧δ艿木S持是必需的。而前期實(shí)驗(yàn)采用GAL4/UAS系統(tǒng)選用心臟特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控品系（Hand-GAL4）與Ca-α1D基因的RNAi果蠅品系則成功構(gòu)建Ca-α1D基因心臟特異性敲減模型。

3.運(yùn)動與果蠅心臟L-型鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制

目前關(guān)于運(yùn)動對心臟L-型鈣通道調(diào)節(jié)確切機(jī)制尚無定論。有學(xué)者從心臟收縮期Ca2+釋放和舒張期Ca2+恢復(fù)兩個方面對運(yùn)動改善心肌L-型鈣通道的機(jī)制進(jìn)行了推測。認(rèn)為隨著運(yùn)動訓(xùn)練后心肌動作電位延續(xù)時間明顯變長，可能導(dǎo)致更多的Ca2+穿過胞膜進(jìn)入胞漿，進(jìn)而刺激RyR2釋放更多Ca2+，引起收縮期鈣瞬變速率升高。運(yùn)動對舒張期Ca2+的調(diào)控主要表現(xiàn)為鈣瞬變下降速率加快和游離Ca2+濃度降低。舒張期Ca2+的回收主要和SERCA 2a有關(guān)。運(yùn)動后，CaMKⅡ（鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ） 會刺激PLN（受磷蛋白）磷酸化， PLN對SERCA 2a的抑制作用得以解除，進(jìn)而使心肌SERCA 2a升高，肌漿網(wǎng)對游離Ca2+的回收增加，也可能因此增加了肌漿網(wǎng)中Ca2+含量，加快鈣瞬變恢復(fù)速率。

果蠅體內(nèi)編碼L-型鈣通道的基因是Ca-α1D。研究表明Ca-α1D基因表達(dá)下調(diào)可引起心律不齊、心臟收縮力下降，心臟泵血功能的減弱及心律不齊的發(fā)生，致使果蠅壽命的縮減。規(guī)律運(yùn)動能夠改善因Ca-α1D基因表達(dá)引起的心動過緩、提高運(yùn)動能力。此外，有研究發(fā)現(xiàn)采用低氧運(yùn)動干預(yù)對于果蠅心臟功能改善作用優(yōu)于低氧或運(yùn)動單一干預(yù)。低氧運(yùn)動干預(yù)既能改善正常表達(dá)組的增齡性衰退，也能改善心臟特異性Ca-α1D基因表達(dá)下調(diào)果蠅的心臟功能損傷。

4.展望

心肌細(xì)胞鈣調(diào)控異常存在于多種心臟疾病，所以我們一直在尋找合適的方法來維持機(jī)體鈣離子穩(wěn)態(tài)。伴隨衰老的進(jìn)行及疾病的發(fā)生，心肌細(xì)胞膜上的L-型鈣通道電流密度下降、心肌細(xì)胞膜上的 L-型鈣通道下調(diào)，可導(dǎo)致心肌收縮力下降等一系列不良反應(yīng)，通過研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動能改變L-型鈣通道表達(dá)下調(diào)的影響來維持鈣穩(wěn)態(tài)，但關(guān)于不同運(yùn)動干預(yù)形式對心臟L-型鈣通道調(diào)節(jié)確切機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：

江西省體育局科研項(xiàng)目（編號：2018016）;萍鄉(xiāng)學(xué)院青年科研基金項(xiàng)目（2018D0222）