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目的：糖尿病(diabetes mellitus,DM)时心肌细胞膜离子通道的异常所引发的心肌电生理改变,可能是导致DM患者出现高心律失常发生率,包括室颤和猝死的主要原因。瞬时外向钾电流(transientoutward K+ current,Ito)作为心肌动作电位(myocardium action potential,MAP)发生时的第一个复极电流,对AP的形状和持续时间起重要作用。研究发现,DM时Ito电流密度和通道生理特性发生改变,导致MAP平台期延长,复极异常。目前分子生物学证实大鼠It0离子通道主要由Kv1.4、Kv4.2及Kv4.3编码,研究表明,DM时这些编码基因表达发生显著改变。近年来发现,DM时糖脂代谢紊乱,脂肪酸β氧化所产生的中间代谢产物大量积聚,抑制Ito密度及通道表达。盐酸曲美他嗪(Trimetazidine,TMZ是第一个3-酮酰辅酶A硫解酶(3-KAT)抑制剂,能抑制脂肪酸β氧化,且不会增加脂质在心肌的沉积,从而更安全的发挥心肌保护作用。但TMZ对单纯DM心室肌Ito有无影响,目前尚无研究。本实验的目的是探讨TMZ对2型DM模型大鼠心室肌Ito电流密度及该通道α亚单位(Kv4.2、Kv4.3和KV1.4)表达的影响。
方法：体重150-200g的健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠,高脂喂养1月后,一次性腹腔注射链脲佐菌素(streptozocin,STZ)35 mg·Kg-1(适量STZ溶解于0.1mol/L(pH=4.5)的柠檬酸缓冲液,使STZ浓度为10mg/ml),3天后剪尾静脉,测隔夜空腹血糖(FBG),FBG>12mmol·L-1者为2型DM模型成功(40只)。将成模大鼠,随机分为治疗组(高脂饮食,灌胃TMZ10 mg·Kg-1)和模型组(高脂饮食,灌胃生理盐水),每组20只,给予相应药物,每天1次,相同喂养环境下喂养4周。分别用膜片钳全细胞记录技术、实时荧光定量聚合酶链式反应技术(Real-time PCR)及蛋白免疫印迹法(Western blot)检测各组大鼠左心室肌细胞的瞬时外向钾电流大小、Kv1.4、Kv4.2、Kv4.3 mRNA和蛋白质的表达水平,另设正常对照组进行比较。
结果：⑴模型组、治疗组单个心室肌细胞膜电容分别为(98.26±23.85)pF(n=10),(106.34±26.42)pF(n=10),与正常对照组膜电容(113.94±27.16)pF(n=10)比较无明显改变,差别无统计学意义。在+70mV钳制电压时,正常对照组、模型组、治疗组大鼠左心室肌细胞的Ito密度,分别为20.72±2.93 pA/pF(n=10)、6.25±1.45 pA/pF(n=10)、10.62±3.55 pA/pF(n=10),模型组Ito密度较正常对照组显著下降(P＜0.05),治疗组较模型组Ito密度明显上调(P＜0.05)。⑵各组大鼠左心室肌Ito通道α亚单位编码基因mRNA的表达变化:模型组Kv1.4 mRNA表达水平(2.01±0.44,n=10)较正常对照组(0.90±0.21,n=10)显著上调(P＜0.01),治疗组Kv1.4 mRNA(1.02±0.38,n=10)较模型组显著下调(P＜0.05);模型组Kv4.2mRNA(4.42±0.61,n=10)、Kv4.3 mRNA(3.53±0.50,n=10)较正常对照组(6.65±0.88.n=10、5.41±0.70 n=10)分别下降33.54％、34.75％,治疗组Kv4.2 mRNA、Kv4.3mRNA(5.89±0.52 n=10、4.91±0.57 n=10)则分别较模型组升高33.26％、39.09％;治疗组与正常对照组Ito通道α亚单位的基因表达水平的改变未见显著性差异。⑶各组大鼠左心室肌Ito通道α亚单位蛋白的表达变化:模型组Kv1.4(1.96±0.44,n=10)较正常对照组(0.89±0.25,n=10)显著上调(P＜0.01),治疗组Kv1.4(1.12±0.28,n=10)较模型组显著下调(P＜0.05);模型组Kv4.2(0.42±0.08,n=10)、Kv4.3(0.38±0.06,n=10)较正常对照组(0.70±0.12 n=10、0.62±0.09 n=10)分别下降40％、38.71％,治疗组Kv4.2(0.64±0.10,n=10)、Kv4.3(0.58±0.09,n=10)较模型组分别下降52.38％、53.63％;治疗组与正常对照组的上述蛋白质表达水平的改变未见显著性差异。
结论：2型DM大鼠左心室肌细胞Ito密度显著下降,TMZ治疗可增加2型DM大鼠Ito电流密度；2型DM大鼠左心室肌Ito通道仅亚单位的Kv1.4基因和蛋白表达增高,Kv4.2、Kv4.3基因和蛋白表达降低,TMZ治疗可降低Kv1.4表达;同时增高Kv4.2和Kv4.3的表达。