SNTA1基因缺陷导致人心肌细胞场电位时程缩短和传导速度减慢的机制研究

本研究针对α-1-syntrophin(SNTA1)基因突变相关心律失常的发病机制，利用CRISPR/Cas9技术构建SNTA1敲除的人胚胎干细胞系，通过二维分化获得心肌细胞模型。研究发现SNTA1缺陷导致Nav1.5通道蛋白定位紊乱，使心肌细胞场电位时程(FPD)显著缩短(438.13±6.98 ms vs 630.49±12.91 ms)和传导速度减慢(0.309±0.018 mm/ms vs 0.514±0.057 mm/ms)，为长QT综合征(LQTS)等心律失常疾病提供了新的人源化研究模型。

　　

心脏节律的精确调控是维持生命的关键，而这一过程依赖于心肌细胞膜上离子通道的有序工作。在众多调控因子中，α-1-syntrophin(SNTA1)作为重要的支架蛋白，通过与钠通道Nav1.5的相互作用，维持着心脏电信号的正常传导。临床研究发现，SNTA1基因突变与长QT综合征(LQTS)、Brugada综合征等多种致命性心律失常相关，但既往研究多局限于动物模型，难以真实反映人类心脏的病理特征。这一领域面临着关键的科学问题：SNTA1缺陷如何影响人心肌细胞的电生理特性？其分子机制是什么？

为回答这些问题，来自齐齐哈尔医学院的研究团队在《Scientific Reports》发表了创新性研究成果。研究采用CRISPR/Cas9基因编辑技术，精准构建了SNTA1敲除的人胚胎干细胞系(H9SNTA1KO)，通过二维分化方法获得心肌细胞模型。研究团队运用微电极阵列(MEA)系统、免疫荧光染色、Western blot等技术，系统评估了SNTA1缺陷对心肌细胞电生理特性和Nav1.5通道蛋白分布的影响。

关键技术方法包括：1) CRISPR/Cas9靶向编辑SNTA1基因第二外显子，建立纯合敲除的H9胚胎干细胞系；2) 化学小分子诱导的二维分化方案获得人心肌细胞；3) 微电极阵列(MEA)系统记录场电位时程(FPD)和传导速度；4) 免疫荧光和膜蛋白分离技术分析Nav1.5的亚细胞定位。

研究结果

Establishment of homozygous SNTA1-deficient human embryonic stem cell

研究成功构建了SNTA1敲除的H9胚胎干细胞系(H9SNTA1KO)，基因测序证实第二外显子插入了腺嘌呤(A)核苷酸，导致第149位氨基酸出现提前终止密码子，使α-1-syntrophin蛋白在PDZ结构域发生截断。Western blot证实敲除细胞完全缺失α-1-syntrophin表达，但多能性标志物(SSEA4、OCT4等)表达正常，保持未分化状态。

H9SNTA1KO differentiation to cardiomyocytes

通过小分子抑制剂诱导的二维分化方案，成功将H9SNTA1KO细胞分化为具有自主搏动功能的心肌细胞。透射电镜观察到肌原纤维结构，免疫荧光检测到心肌特异性标志物TNNT2和α-actinin的表达。流式细胞术分析显示，敲除细胞与野生型(WT)的心室肌特异性标志物MYL2阳性率相似，证实SNTA1缺陷不影响心肌细胞分化效率。

H9SNTA1KO derived cardiomyocytes showed shorter field potential duration and slower conduction velocity

微电极阵列(MEA)分析显示，SNTA1敲除心肌细胞的搏动周期(1.510±0.005 s)显著短于野生型(2.028±0.004 s)。更重要的是，反映心脏复极过程的场电位时程(FPD)在敲除细胞中明显缩短(438.13±6.98 ms vs 630.49±12.91 ms)，同时传导速度显著减慢(0.309±0.018 mm/ms vs 0.514±0.057 mm/ms)。这些电生理异常与临床心律失常表型高度相关。

H9SNTA1KO derived cardiomyocytes showed the disorganization of Nav1.5

研究发现SNTA1缺陷虽不影响Nav1.5的转录水平，但导致其细胞膜定位显著紊乱。免疫荧光显示敲除细胞中Nav1.5分布无序，Western blot证实膜定位的Nav1.5蛋白减少。这解释了电生理异常的原因——SNT