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目的:犬常被用于研究各种心律失常(房颤)及其机制。本研究以杂种犬为研究对象,旨在探讨犬心肌细胞Kv1.5通道的特性,为房颤机制研究提供理论依据。本研究课题包括:(1)快速心房起搏建立房颤犬模型;(2)探讨一种改良的两步酶分离法分离犬心房肌细胞,并适用于膜片钳实验。(3)通过全细胞膜片钳实验,观察幼年犬心房、心室肌细胞Kv1.5通道电流的差异;成年犬心房肌细胞SR组与AF组Kv1.5通道电流的差异;犬心房肌细胞Kv1.5通道电流的增龄性变化。(4)通过分子生物学实验,检测幼年犬心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白及基因水平的差异;成年犬心房、心室肌组织SR组与AF组Kv1.5通道蛋白水平的差异;犬心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白的增龄性变化。 方法:(1)快速心房起搏建立房颤犬模型,选取健康成年杂种犬12只,体重10.0±2.0 kg,年龄24.0±0.5月,于动物手术室无菌环境下开胸,暴露左心耳,将起搏电极缝于左心耳,另外一端的心脏起搏器安置于皮下囊袋中,连接起搏器并调试起搏器参数,起搏频率为400次/分,脉冲宽度为0.1 ms,脉冲幅度为6V,待起搏器正常工作后关闭起搏器,逐层缝合关胸。术后1周,连接起搏器,连续刺激4周后监测犬ECG。(2)改良的两步酶分离法:犬称重麻醉后获取心肌组织,置于100%氧饱和的冰冷Cradiplegic液中,用眼科剪剪成小块组织(约1 mm3),置于含酶Ⅰ(含(ⅩⅩⅣ)型蛋白酶、Ⅴ型胶原酶和白蛋白)的小瓶中消化,在消化20 min后于显微镜下发现单个犬心肌细胞即可终止消化,将组织转入酶Ⅱ(含Ⅴ型胶原酶和白蛋白)中继续消化,消化5 min后于显微镜下观察,找到3~5个杆状细胞且细胞膜完整光滑,折光性好时,可终止消化并收集细胞悬液。酶液消化过程在37℃水浴箱中进行,并需持续充氧。(3)全细胞膜片钳实验:倒置相差显微镜下选择细胞膜边缘光滑,立体感和折光性强,横纹清晰可见,具活性的心肌细胞进行电生理记录。记录Kv1.5通道电流的记录方案为:维持电压-80 mV,给予-40 mV的预刺激,指令电压从-40 mV去极化至+60 mV,持续200 ms,阶跃电压为10 mV,然后又回到-80 mV,可记录到一外向混合电流,向浴液中加入0.1mM4-AP,再次记录外向混合电流,在相同的指令电压下,加入0.1 mM4-AP前后记录到的混合电流相减得到一快速激活、缓慢失活的IKur。用以观察幼年犬心房、心室肌细胞Kv1.5通道电流的差异和成年犬心房肌细胞SR组与AF组Kv1.5通道电流的差异以及犬心房肌细胞Kv1.5通道电流的增龄性变化。(4)分子生物学实验:1)Western blotting实验,使用试剂盒提取心肌组织总蛋白并采用BCA法测定样品蛋白的含量;取组织总蛋白进行SDS-PAGE电泳,然后转移至PVDF膜上,抗体孵育,采用Bio-Rad凝胶成像处理系统和Quantity One软件检测成像并分析处理所得图像,以GAPDH为内参照,检测幼年犬心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白水平的差异和成年犬心房、心室肌组织SR组与AF组Kv1.5通道蛋白水平的差异以及犬心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白的增龄性变化。2)RT-PCR实验,使用Trizol试剂盒提取犬心肌组织总RNA,并检测犬心肌组织总RNA的纯度及浓度;按照Takara逆转录试剂盒将已提取的总RNA逆转录成cDNA,采用SYBR GreenⅠ法实时荧光定量PCR,检测幼年犬心房、心室肌组织 KCNA5 mRNA水平的差异。 结果:(1)起搏犬连续起搏4周后,检测ECG显示:心律绝对不齐,P波消失,代之以大小不等的f波,持续30 min以上,提示快速心房起搏房颤犬模型建立成功。(2)分离出的心肌细胞约有一半具有以下特性:横纹清晰可见、膜边缘光滑,立体感和折光性强,细胞无自主性收缩,并记录到典型的IKur和INa。(3)全细胞膜片钳实验:1)观察到犬心肌细胞IKur具有外向整流特性且能被0.1 mM4-AP阻断。2)在-40 mV~+60 mV钳制电压下,与幼年犬心房肌细胞相比,犬心室肌细胞IKur电流密度较小,但两者比较差异无统计学意义(n=5,P>0.05)。3)与SR组成年犬心房肌细胞相比,AF组IKur电流密度下调,钳制电压为+30 mV~+60 mV时,两组比较差异有统计学意义(n=5,P<0.05)。4)在+30 mV~+60 mV钳制电压下,与幼年组相比,成年组IKur电流密度增强,两者比较差异有统计学意义(n=5,P<0.05)。(4) Western blotting实验:1)Kv1.5通道蛋白在幼年犬心房组和心室组均有表达,心房组表达较丰富,但两组之间的表达量无统计学差异(n=8,P>0.05)。分别比较幼年犬左、右心房,左、右心室Kv1.5通道蛋白的相对表达,结果显示两组的Kv1.5通道蛋白表达量均无统计学差异(n=8,P>0.05)。2)与SR组比较,AF组成年犬心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白表达均下调,结果显示差异有统计学意义(n=8,P<0.05)。3)与幼年组相比,成年组心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白表达水平均增加,两者比较差异有统计学意义(n=5,P<0.05)。(5) RT-PCR实验:KCNA5 mRNA在幼年犬心房、心室肌组织均表达,心房表达较丰富,但两组之间的表达量差异无统计学意义(n=8,P>0.05)。分别比较幼年犬左、右心房,左、右心室的KCNA5 mRNA的相对表达,两组的表达量差异均无统计学意义(n=8,P>0.05)。 结论:(1)快速心房起搏建立房颤犬模型,是研究房颤发生、维持机制和寻找新的治疗方法的重要工具。(2)改良的两步酶分离法分离的犬心肌细胞数量多,且具有正常的电生理特性,适用于心肌细胞电生理研究。(3)幼年犬心房、心室肌均检测到Kv1.5通道电流、蛋白及基因的表达,且心房肌中表达较丰富。(4) AF时,成年犬心房肌细胞Kv1.5通道电流降低,犬心房、心室肌组织Kv1.5通道蛋白表达下调。(5)犬心肌细胞Kv1.5通道具有增龄性变化。