心跳“发动机”点火原理被发现为心律失常防治提供依据

科技日报讯人体的每一次心跳都是由心脏起搏细胞独立发出的电脉冲触发的。局部钙释放(LCR)是心脏起搏细胞的独特生物活性，其充当上述电脉冲的“引擎”。但到目前为止，人们还不知道这款发动机的点火原理。作为医学领域重要的认知盲点，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产生电脉冲和维持心脏自主节律的重要信号通路，揭示了正常心跳的重要“点火”装置和“点火”程序。最新结果已经在线发表在国际期刊《细胞研究》上。

研究团队发现，谷氨酸在心脏起搏细胞中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，研究组从心脏起搏细胞的外部和内部水平控制谷氨酸的浓度，观察局部钙释放的变化。结果表明，心脏起搏细胞外液中谷氨酸浓度的变化不能有效地影响局部钙释放的动力学，提示细胞外谷氨酸对局部钙释放无明显影响。而微注射技术引起的细胞内谷氨酸浓度的变化，可以显著增加局部钙释放的频率、幅度、宽度和面积，提示心脏起搏细胞内的谷氨酸可以调节局部钙释放的动力学。为了证实这一初步发现，研究人员通过化学方法在心脏起搏细胞的表面膜上钻孔，然后直接向这些“透膜”细胞中加入谷氨酸。发现局部钙释放产生了类似于上述细胞内微量注射谷氨酸所引起的变化，证明细胞内谷氨酸确实对局部钙释放起着“点火”作用。

研究表明，心脏起搏细胞线粒体膜中富含的兴奋性氨基酸转运蛋白1 (EATP 1)在谷氨酸介导的局部钙释放中起着关键作用。线粒体兴奋性氨基酸转运蛋白1将细胞质中的谷氨酸转运到线粒体中，进而促进线粒体产生活性氧(ROS)。氧化钙处理蛋白质，最后“点燃”局部钙释放。重要的是，研究团队还从细胞、器官和整体三个层面证实了兴奋性氨基酸转运蛋白-1可以作为窦房结起搏细胞自主节律的调控靶点。本研究发现，谷氨酸-线粒体eaat 1—ROS—-钙蛋白酶—-LCR是心脏起搏细胞产生电脉冲和维持心脏自主节律的重要信号通路。

该研究揭示了心脏起搏细胞自主节律的上游机制，为预防和治疗与心脏起搏细胞缺陷和其他自主异常相关的心律失常提供了重要的基础研究数据。