利用果蠅模型研究運動對心臟L-型鈣通道調節作用的進展

摘要：L-型鈣通道是介導鈣離子進入心肌細胞主要通道，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表達隨年齡的增長其表達有所減弱，因鈣穩態失衡的心臟疾病隨之而來。如何減緩、逆轉其衰退過程或是重塑心臟機能成為了心臟疾病研究的熱點問題。適宜的運動可作為臨床治療心血管疾病的一種有效介入手段。心臟結構的復雜性，以及人體不能作為實驗材料的局限性，利用模式生物進行心臟機能的研究愈發常見。

關鍵詞：果蠅;心臟;L-型鈣通道;運動

當前，心血管疾病是威脅人類健康最嚴重的疾病之一，其發病率和死亡率逐年上升。Ca2+是一種重要的生物信號分子，其穩態失衡可能通過導致細胞功能障礙和代謝紊亂進而導致心臟功能障礙。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）等都參與維持鈣穩態， 深入認識它們在鈣穩態過程中的調控機制和及其影響因素，對因其導致的心血管疾病的治療與預防具有重要作用。

1. L-型鈣通道與心肌鈣穩態

L-型鈣通道主要介導鈣離子進入心肌細胞，產生L-型鈣通道電流（ICa-L）， 和外向鉀電流一起構成動作電位平臺期，參與復極化過程。同時少量的Ca2+通過心肌細胞膜上的L-型鈣通道進入心肌細胞后，能夠與心肌細胞中肌漿網上的RyR2結合，使肌漿網上的通道開放，大量的Ca2+從心肌細胞中的肌漿網中釋放進入胞漿，這一過程使心肌細胞胞漿內Ca2+濃度急劇上升，從肌漿網中釋放的Ca2+與肌鈣蛋白C結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、神經肽釋放、細胞分化與死亡及基因表達。研究顯示多種心臟疾病的患者存在不同程度的心肌細胞鈣調控異常，鈣循環在心室重構和心力衰竭發病過程中起重要作用。

2.果蠅心臟與鈣調控

果蠅的生命周期短，易于飼養，對其遺傳背景、基因的定位與表型分析遠勝于其它模式動物，具有比較成熟的遺傳學分析方法，這些優勢使它適合用于遺傳與發育分析。目前遺傳和發育研究已證實果蠅與哺乳動物的心臟發育具有顯著且保守的分子發育機制，許多執行哺乳動物心臟功能的蛋白質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的同源性較高，α1亞基缺失可使胚胎致死。研究發現將將全身轉錄調控果蠅品系（arm-Gal4）與Ca-α1D基因的RNAi果蠅品系構建Ca-α1D基因全身敲減模型，發現其后代為致死系，果蠅幼蟲不能正常孵化。顯示出該基因對果蠅的基本生命功能的維持是必需的。而前期實驗采用GAL4/UAS系統選用心臟特異性轉錄調控品系（Hand-GAL4）與Ca-α1D基因的RNAi果蠅品系則成功構建Ca-α1D基因心臟特異性敲減模型。

3.運動與果蠅心臟L-型鈣通道調節機制

目前關于運動對心臟L-型鈣通道調節確切機制尚無定論。有學者從心臟收縮期Ca2+釋放和舒張期Ca2+恢復兩個方面對運動改善心肌L-型鈣通道的機制進行了推測。認為隨著運動訓練后心肌動作電位延續時間明顯變長，可能導致更多的Ca2+穿過胞膜進入胞漿，進而刺激RyR2釋放更多Ca2+，引起收縮期鈣瞬變速率升高。運動對舒張期Ca2+的調控主要表現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。運動后，CaMKⅡ（鈣調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，進而使心肌SERCA 2a升高，肌漿網對游離Ca2+的回收增加，也可能因此增加了肌漿網中Ca2+含量，加快鈣瞬變恢復速率。

果蠅體內編碼L-型鈣通道的基因是Ca-α1D。研究表明Ca-α1D基因表達下調可引起心律不齊、心臟收縮力下降，心臟泵血功能的減弱及心律不齊的發生，致使果蠅壽命的縮減。規律運動能夠改善因Ca-α1D基因表達引起的心動過緩、提高運動能力。此外，有研究發現采用低氧運動干預對于果蠅心臟功能改善作用優于低氧或運動單一干預。低氧運動干預既能改善正常表達組的增齡性衰退，也能改善心臟特異性Ca-α1D基因表達下調果蠅的心臟功能損傷。

4.展望

心肌細胞鈣調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體鈣離子穩態。伴隨衰老的進行及疾病的發生，心肌細胞膜上的L-型鈣通道電流密度下降、心肌細胞膜上的 L-型鈣通道下調，可導致心肌收縮力下降等一系列不良反應，通過研究發現運動能改變L-型鈣通道表達下調的影響來維持鈣穩態，但關于不同運動干預形式對心臟L-型鈣通道調節確切機制還有待進一步研究。

參考文獻：

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基金項目：

江西省體育局科研項目（編號：2018016）;萍鄉學院青年科研基金項目（2018D0222）