据世界卫生组织2016年统计,心血管病是当今世界上威胁人类健康与生命的头号杀手,在非传染病致死病因中高居首位,远高于癌症、非传染性呼吸系统疾病及糖尿病。绝大多数心血管病致死的直接原因是心源性猝死和中风,而这两者都和心律失常密切相关。虽然人们已经针对心律失常做了大量的研究工作,但对于心律失常的发生机制的认识仍不完善,很大程度上受限于生理实验数据的相互孤立、难于获取和难于分析。近年来,得益于现代分子生物学、基因组学、蛋白质组学及计算机科学的发展,研究者能够以系统生物学的思路,通过模型仿真与生理实验相结合的方法来重新认识生命系统,深化对于心脏运行机理的认识,大大加速了心脏疾病的研究进程。小鼠作为一种最常见的实验室动物,实验数据丰富全面,但至今尚未有小鼠的心房细胞模型发表,因此本文选择小鼠的心房细胞建模及相关心律失常的研究作为课题。首先,本文构建了心脏电生理仿真领域第一个小鼠心房细胞模型,模型能够正确地重现细胞动作电位、钙离子循环,并包含两个信号通路——钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶II型（Ca MKII）和β肾上腺素受体（β-Ad R）。模型还考虑了左右心房细胞的电生理异质性,并被扩展为左右心房细胞模型。其次,在上述模型的基础上,本文进一步构建了过度表达和氧化激活的Ca MKII信号通路模型。应用此模型,本文研究了Ca MKII的上述功能异常对于小鼠心房细胞动作电位、钙离子循环的影响,及其致心律失常作用。仿真发现Ca MKII的氧化和过度表达会导致细胞稳定性下降,出现持续的晚后去极化。本文提出应用钠离子通道抑制药物或Ca MKII抑制剂可能是一种有效的心衰治疗策略。再次,在上述小鼠心房细胞模型的基础上,本文研究了小鼠心房细胞中的交替现象及其产生和被抑制的机制。与前人的研究相比,本文首次系统地提出跨膜钙离子流动失衡导致的肌质网钙离子流动失衡是钙瞬变交替现象产生的原因之一。在β-Ad R刺激对于心肌交替现象的抑制作用方面,本文发现被磷酸化而加强的ICa L通过恢复跨膜钙离子流动平衡而抑制了钙瞬变交替。在一维心房组织上,β-Ad R刺激依然能够消除钙离子交替,这背后的机制和在单细胞中基本相同。最后,本文首次获取了小鼠窦房结和心房细胞高通量蛋白质组数据,与仿真方法相结合,实现了基于蛋白表达的窦房结与心房细胞模型相互转化,验证了蛋白质组技术的有效性,并通过研究其中观察到的蛋白质丰度差异巨大的现象,发现了是细胞膜上离子通道表达的差异（而非钙离子循环相关蛋白表达的差异）是使得窦房结细胞具有独特的自起搏能力的原因。另外,通过构建随机单离子通道模型,本文第一次全面地估计了心肌细胞中主要功能蛋白的数量,与蛋白质组数据实现了交叉验证,一方面证明了快速高通量蛋白质组分析技术在测定细胞蛋白丰度上的准确性,另一方面提出了从离子通道蛋白识别到单离子通道建模再到细胞模型整合的新的单细胞模型建模方法。总之,本文从构建小鼠心房细胞模型出发,研究了多个和小鼠房性心律失常相关的重要理论问题,探索了新式细胞模型构建方法,对心脏电生理仿真领域的理论和实践都有重要意义。