Nav1.5通道的模型研究以及人β-防御素2对BK通道的作用研究

摘要

离子通道是一类特殊的大分子跨膜蛋白，是细胞膜上带电离子及其他一些水溶性物质的运输通道。离子通道在生命活动中起着至关重要的作用，不仅参与调节神经兴奋性的传递，肌肉的收缩与舒张，腺体的分泌，学习与记忆等各种生理活动，还与多种临床疾病密切相关。深入研究离子通道的门控机制与动力学特性，以及多肽药物对其特性的影响，对进一步揭示疾病的机理以及寻找治疗的方法具有深远的现实意义。
　　本文的研究工作主要包含两部分的内容：
　　第一部分是通过结合膜片钳技术以及计算机建模与仿真技术研究了Nav1.5通道的门控特性，尤其是慢失活特性及其与心肌细胞兴奋性之间的关联。Nav1.5通道是心肌细胞中电压依赖型钠通道的主要类型，它与心肌细胞的兴奋性以及多种临床疾病有着重大的关联，如Brugada综合征、病态窦房结综合征以及进行性心脏传导障碍等。遗传性的Nav1.5通道慢失活特性的改变被发现是直接导致这些疾病的原因之一，然而其门控机制一直没有得到彻底的阐明。在这一部分的研究中，主要研究结果和结论如下：
　　（1）先通过膜片钳技术记录Nav1.5通道各个门控过程中的电流，再以此为依据成功建立了一个新的Nav1.5通道的12态的两步失活动力学模型，并利用其研究Nav1.5的慢失活特性，阐明了实验中Nav1.5的时间依赖的双指数恢复的机制。
　　（2）随后建立了一个仅包含5种通道的简单心肌细胞模型，成功的仿真模拟出心室细胞中动作电位的基本过程和特征。
　　（3）通过两个“突变”的细胞模型，SIW和SIE，研究并揭示出Nav1.5的慢失活特性显著的影响着通道本身的活性和心肌细胞动作电位的传导及兴奋性，为相关疾病机制的解释和研究提供了一个坚实的基础和良好的平台。
　　第二部分是通过膜片钳方法研究人β-防御素2对含有β1亚基的BK通道电流的作用，并进一步研究了其作用机制以及作用位点。BK通道及其β1亚基在血管平滑肌细胞中有着大量的表达，对血管的收缩与舒张有着重要的调控作用。增强BK通道的活性有助于缓解血管的过度收缩，为治疗高血压等疾病提供了有利的线索。在这一部分的研究中，主要研究结果和结论如下：
　　（1）发现人β-防御素2对HEK293细胞中表达的含有β1亚基的BK通道电流具有明显的增强作用。并且这种增强作用的机理是增强了通道的电压敏感性，使通道的开放几率增加，而单通道电导保持不变。
　　（2）发现人β-防御素2对BK通道电流的增强作用离不开β1亚基，而β1亚基上第41位的亮氨酸和第43位的谷氨酰胺可能参与了其中的结合或者调控过程。
　　（3）进一步发现人β-防御素2对大鼠血管平滑肌细胞中的BK通道电流有着同样的增强作用，机理也是增加通道开放几率，不改变单通道电导。为进一步的活体动物实验，探明人β-防御素2是否对生物体的血流，血压等有调节作用提供了理论依据和线索。
　　综上所述，本文通过研究离子通道的门控以及多肽调控等，进一步研究了离子通道与疾病之间的相互关系，为揭示疾病的机理以及进一步寻找治疗的方法提供了可行性的思路和方案。

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1 绪论

1.1 离子通道概述

1.2 Nav1.5通道的生理功能与相关疾病

1.3 BK通道

1.4 动作电位与离子通道模型

1.5 本课题的研究内容

2 实验技术原理和材料方法

2.1 人胚胎肾细胞的培养与实验前准备

2.2 分子生物学技术

2.3 电生理膜片钳技术

3 Nav1.5通道的模型研究及其慢失活特性对心肌细胞兴奋性的影响

3.1 引言

3.2 实验材料和方法

3.3 实验结果与分析

3.4 讨论

4 人β-防御素2对BK通道的作用研究

4.1 引言

4.2 实验材料和方法

4.3 实验结果与分析

4.4 讨论

5 全文总结及展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文目录

附录2 主要缩略词