首都医科大学Circulation发文，阐释恶性高热如何引起心律失常

　　

首都医科大学罗大力教授领导的研究团队近日在《Circulation》杂志上发表文章，首次表明集钙蛋白Casq1在心脏中表达，调节肌浆网钙离子的释放和心率。Casq1的缺乏会引起恶性高热样心律失常。这揭示了一种新的遗传性心律失常。

肌浆网中钙离子结合蛋白的功能障碍是各种心律失常的关键病理特征之一。编码RyR2（兰尼碱受体2）和CASQ2（集钙蛋白2）的基因发生突变，往往会导致儿茶酚胺能多形性室性心动过速（CPVT），这是儿童和年轻人猝死的主要原因。

同样地，RyR1或CASQ1的突变会引起细胞内游离钙离子的过度增加，诱发恶性高热（MH）和环境中暑（EHS）。MH/EHS是一种遗传性肌病，以高代谢为特征，并伴有心动过速、肌肉强直和体温过高等症状。如果不及时治疗，大多数病例可能死亡。Dantrolene（丹曲林）这种药物专门用于MH/EHS的治疗。

大多数遗传性肌病为什么会引起明显的心脏疾病，这令人费解。此外，超过六成的MH/EHS患者在体温和血气指数正常的情况下也会出现心动过速的迹象。以往的研究在人类心脏和大鼠心室中发现了CASQ1基因表达的线索。因此，研究人员假设CASQ1也在心脏中表达，其变化导致MH/EHS患者出现异常的钙离子信号和心律失常。

Casq1在鼠类和人类心脏中表达

研究人员首先分析了大鼠和小鼠心脏、新生大鼠心室肌细胞（NRVM）和大鼠胚胎心肌细胞系（H9C2）中的Casq1表达。他们发现，在鼠类心室和心房肌浆网组分中，Casq1主要以低分子量单体和高分子量Casq1样蛋白的形式表达，后者预计是Casq1的聚合形式。在新鲜分离的心室肌细胞的肌浆网组分中，Casq1主要以聚合物的形式存在。此外，Casq1蛋白分别在二尖瓣关闭不全和心脏肥大患者的心耳和心室中表达。

异氟醚诱导Casq1敲除小鼠出现心动过速

为了确定Casq1在心脏中的功能，他们委托赛业生物构建了心脏特异性的Casq1敲除小鼠（Casq1-CKO），然后又生成了常规的Casq1敲除小鼠（Casq1-KO）。他们分别通过心电图和电标测在体外和体内监测基因敲除小鼠的心脏。数据表明，Casq1-KO和Casq1-CKO小鼠在暴露于2%异氟醚时出现更快的基础心率和室性心动过速，这可以通过丹曲林来缓解（2%的异氟醚可在患者和动物模型中诱导恶性高热，图1）。

图1. Casq1-CKO和Casq1-KO小鼠的心电图变化

与野生型的肌细胞相比，Casq1-CKO肌细胞在暴露于2%异氟醚后表现出钙离子过早瞬变（PCT）和钙振荡（CO）显著增加，这些变化对丹曲林敏感。此外，Casq1-CKO肌细胞还显示出钙火花和钙波的增加，这在暴露于异氟醚时特别明显。这些数据表明，钙波和钙离子过早瞬变的增加是导致恶性高热样心律失常的原因。

RyR2活性的上调引起了室性心律失常

之后，研究人员发现Casq1与RyR2间存在相互作用。他们发现，与野生型心室相比，Casq1-CKO心室中Casq1单体/二聚体与RyR2的相互作用显著减少，而聚合物与RyR2的相互作用及其定位仍保持不变。这也许解释了Casq1-CKO小鼠为何在未暴露于异氟醚时室性心律保持不变。

为了进一步研究心脏中Casq1与RyR2的关系，他们通过过表达Casq1（Casq1-wt）或Casq1截短基因（编码Casq1的钙离子结合结构域，Casq1-Δ9）来分析Casq1表达改变与功能异常之间的关系。

值得注意的是，与过表达Casq1细胞相比，Casq1-Δ9细胞中发现了大量的Casq1单体和极少的聚合物，并且RyR2的表达在Casq1-wt细胞中意外降低，而Casq1-Δ9细胞则不然。此外，过表达Casq1的细胞在暴露于2%异氟醚后表现出钙火花/瞬变的减少，而Casq1-Δ9细胞却没有这种现象。免疫共沉淀分析表明，在过表达Casq1的细胞中，Casq1聚合物与RyR2之间的相互作用增强。这些数据表明，对Casq1基因敲除小鼠来说，RyR2活性的上调引起了室性心律失常。

异氟醚和高温等因素诱导Casq1解聚

最后，研究人员还分析了异氟醚或高温等因素为何会诱发MH/EHS样心律失常。由于Casq1的构象对其功能很重要，他们检测了Casq1的构象在暴露于2%异氟醚时是否发生了变化。他们发现，在异氟醚处理正常心室后，聚合物形式的Casq1减少，单体形式的Casq1增加。交联Western blot分析表明，在暴露于异氟醚后，Casq1和Casq1/RyR2复合物都急剧下降，表明Casq1与RyR2的结合被破坏。41 °C加热同样会导致Casq1寡聚化甚至变性，从而影响Casq1与RyR2的结合（图2）。这些结果表明，Casq1的构象变化对挥发性麻醉剂和高温敏感。

图2. 异氟醚或加热诱导的Casq1寡聚化

结语

作者总结道，这项研究首次证明了Casq1在心肌细胞中表达，在功能上缓冲肌浆网钙离子并调节心率。Casq1的缺乏会导致基底窦性心动过速和室性心动过速，模拟了MH/EHS发作患者的心律失常。异氟醚和加热是MH/EHS的触发因素，可诱导Casq1寡聚化并降低Casq1对RyR2的调控作用，从而导致室性心动过速。

原文检索

Zhipeng Sun, Luqi Wang, et al. Functional Calsequestrin-1 Is Expressed in the Heart and Its Deficiency Is Causally Related to Malignant Hyperthermia-Like Arrhythmia. Circulation. 2021;144:00–00. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.121.053255