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低钾血症中双孔钾离子通道KCNK1诱发恶性心律失常的分子机制研究

批准号:
82070329
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
刘铮
依托单位:
学科分类:
心电活动异常与心律失常
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘铮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
低钾血症是临床上最为常见的电解质紊乱,可诱发恶性心律失常,但其致病机制目前还不清楚。作为心肌细胞膜上最新发现的一类背景钾通道,双孔钾离子通道KCNK1参与维持静息膜电位,但其在心肌细胞中的功能也不明确。我们前期工作发现KCNK1在低钾环境中会改变离子选择性并传导内向钠漏电流,导致细胞电兴奋性异常。据此我们提出科学假说:KNCK1钾通道在低钾状态下通过介导内向钠漏电流,造成心肌细胞静息膜电位异常去极化或电兴奋性异常,进而诱发心律失常甚至心源性猝死。鉴于小鼠心脏不表达KCNK1,我们构建了可诱导的心脏特异性过表达KCNK1基因工程小鼠,计划应用动物实验、细胞电生理和分子生物学实验探讨KCNK1在活体、器官和急性分离心肌细胞水平上是如何参与静息膜电位和心电活动异常、诱发心律失常甚至心源性猝死的致病分子和细胞机制。本研究为探索低钾血症诱发恶性心律失常提供新的理论基础,为临床治疗提供新的靶点和思路。
英文摘要
Hypokalemia is the most common electrolyte disorders in clinical, it is also one of the major causes of life-threatening cardiac arrhythmias, however, the underlying pathogenic mechanisms are still elusive. As a newly discovered background potassium channel in the human heart, KCNK1, the two pore-domain potassium channel member 1, participates in maintenance of resting membrane potential, but its role in human cardiomyocytes is not yet clear. Our previous studies have demonstrated that under hypokalemic conditions KCNK1 potassium channels dynamically change ion selectivity and switch to conduct inward leak sodium currents. Therefore, we hypothesize that hypokalemia-induced functional changes of KCNK1 channels induce aberrant resting membrane potential and impaired excitability of cardiomyocytes, which in turn results in cardiac arrhythmias and sudden cardiac death. Since mouse and rat hearts do not express KCNK1, we have created a transgenic mouse model that conditionally and specifically overexpresses KCNK1 in hearts. To test the hypothesis, we will use both transgenic mice and negative control mice to characterize function of KCNK1 in freshly isolated cardiomyocytes, in the isolated whole hearts, and in live animals, with cellular electrophysiology, molecular biology, and experimental zoology approaches. This study will not only significantly advance our understanding of the pathogenic mechanism of KCNK1 in hypokalemia-induced cardiac arrhythmias, but also provide a new path for diagnose and therapy for hypokalemia-induced cardiac arrhythmias.
低钾血症是临床上最为常见的电解质紊乱,可诱发恶性心律失常,但其致病机制目前还不清楚。作为心肌细胞膜上最新发现的一类背景钾通道,双孔钾离子通道KCNK1参与维持静息膜电位,但其在心肌细胞中的功能也不明确。本项研究首次应用哺乳动物模型研究KCNK1在低钾血症中诱发心律失常,分析并总结了模型小鼠在急性、慢性低钾血症情况下诱发出各种心律失常类型,发现一个调控心肌细胞兴奋性的新机制,为探索低钾导致恶性心律失常提供新的理论基础。在本项基金资助下,主要研究内容、重要结果、关键数据和科学意义总结如下:(1). 构建了KCNK1心脏特异性过表达动物模型,揭示了在低血钾症时KCNK1导致细胞电兴奋性异常,诱发室速与室颤,并最终导致心源性猝死。(2). 探索了与KCNK1通道相关的心肌细胞触发活动,发现了低血钾下心肌细胞室性异位起搏,导致突发室速与室颤。(3). 从临床病人家系中鉴定出一例全新的与儿茶酚胺敏感型多形性室速(CPVT)相关的突变RYR2-A690E,从临床、动物、器官、细胞、生化以及结构角度对突变导致RYR2功能障碍在恶性心律失常中的具体机制进行了全面研究。(4). 探索了双重特异性磷脂酶DUSP7对心肌肥厚的作用,通过细胞生物学、代谢组学等方法研究DUSP7对心肌肥厚相关信号通路的分子机制。(5). 针对新冠病毒感染诱发心血管病开展相关的临床医学诊疗与基础研究,对心肌活检组织样本进行病理学、免疫组织化学、电镜细胞超微病理研究,在细胞水平上深入探讨新冠病毒对心肌细胞线粒体造成的损伤。在项目执行的四年中,申请立项的研究内容均按计划实施,研究目标已全部完成。发表论文8篇,全部为通讯作者,其中SCI论文6篇;2篇论文标注本基金项目为第一标注,5篇论文标注本基金项目为第二标注。授权国家发明专利2项。毕业博士研究生3人、硕士研究生3人、博士后1人。课题组成员获得国家自然科学基金重大研究计划培育项目1项、青年项目1项。
RYR2基因突变诱发心律失常CPVT的分子机制与药物干预研究
  • 批准号:
    81870246
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    刘铮
  • 依托单位:
儿茶酚胺敏感性多形性室速中钙离子释放通道突变的致病机制研究
  • 批准号:
    81570303
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘铮
  • 依托单位:
与心源性猝死相关的钙离子释放通道结构及功能紊乱的分子机理研究
  • 批准号:
    81370297
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    刘铮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金