用全细胞膜片钳技术对KLN测试,它对IK和IK1的影响,揭开作用机制

用全细胞膜片钳技术对KLN测试,它对IK和IK1的影响,揭开作用机制快律宁(KLN)是杨传华教授自拟方,由黄连、生地、苦参、当归、酸枣仁、柏子仁组成,具有清心火、养心阴、安心神的作用。临床研究表明其对室性心律失常

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快律宁(KLN)是杨传华教授自拟方,由黄连、生地、苦参、当归、酸枣仁、柏子仁组成,具有清心火、养心阴、安心神的作用。

临床研究表明其对室性心律失常具有良好的疗效和安全性,且停药后复发率低,但其作用机制研究尚待深入。

钾离子通道在室性心律失常的发生中起重要的作用。

KLN中的黄连、苦参、生地均对钾离子通道有一定的作用。

笔者通过全细胞膜片钳技术测定KLN对心室肌细胞膜上延迟整流钾电流(IK)及内向整流钾电流(IK1)的影响,以期揭示其抗心律失常作用的部分机制。

用全细胞膜片钳技术对KLN测试,它对IK和IK1的影响,揭开作用机制

健康成年豚鼠,雌雄不拘,体重250~350g,由济南西岭角养殖繁育中心提供。

快律宁胶囊(KLN)由江苏江阴药业有限公司生产,批号:20110920。

Ⅱ型胶原酶(Gibco公司,美国)。

膜片钳放大器(Axopatch700B,Axon公司,美国),三维式液压微操纵器(MP-225,Sutter公司,美国),A/D和D/A转换器(Digidata1440A,Axon公司,美国)。

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正常台氏液(mmol/L):NaCl137、KCl5.4、MgC12 1.0、NaH2PO4 0.33、HEPES10、Glucose10、CaCl2 1.0,用NaOH调PH至7.4。

无钙台氏液(mmol/L)为正常台氏液不添加CaCl2。

KB液(mmol/L):KOH70、KCl40、KH2PO4 20、MgCl2 3、谷氨酸50、牛磺酸20、EGTA1、HEPES10、Glucose10,用KOH调PH至7.35。

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记录IK1细胞外液:为正常台式液中加入0.1mmol/LCdC12以阻断钙电流。

记录IK细胞外液:为正常台式液中加入0.1mmol/LCdC12以阻断L型钙电流,加入1mmol/LBaC12以阻断IKl电流。

电极内液(mmol/L):KCl140、HEPES5、MgCl2 0.5、K2-ATP4、EGTA10,用KOH调PH至7.2,用0.22μm微孔滤膜过滤。

KLN溶液:取胶囊内的干粉,以IK、IK1相应细胞外液配制溶液,用NaOH调PH至7.4,离心后弃去杂质,取上层溶液,再以双层滤纸过滤,即配即用。

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参照文献方法分离单个豚鼠心室肌细胞:取出心脏并迅速悬挂于Langendorff离体心脏灌流装置(四川成都泰盟科技有限公司)上,经主动脉行逆行灌流;循环水浴保持灌流系统恒温(37℃±0.5℃),流速6~8mL/min,各灌流液及KB液均先使用含95%O2+5%CO2的混合气饱和15min以上,灌流过程中持续通入混合气,灌流压约70cm水柱。

以无钙台氏液灌流3~5min,其后以含胶原酶Ⅱ(0.4mg/ml)和BSA(1mg/ml)的无钙台氏液循环灌流约15~25min,观察心脏呈粉红色略透明,较灌流前膨大、松软,停止消化。

以KB液继续灌流约5min冲洗残酶;将心脏取下置于37℃KB液中,剪下心室肌部分并剪碎至1mm3小组织块,吹打3min;以100目不锈钢筛网过滤,低速离心(500r/min)40~60s。

弃上清液,加入KB液,在室温下静置孵育40~60min待用。

分离好的细胞置于4℃冰箱中保存,于12h内可保持良好状态。

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本实验采用全细胞膜片钳记录方式。

刺激信号及电压、电流输入信号的采集均由软件Clampex10.2控制。

玻璃电极由玻璃微电极拉制器(p-97,Sutter公司,美国)经两步拉制法拉制而成,并以玻璃微电极抛光仪(2002-C,武汉东山新技术应用研究所)进行抛光,从尾部灌充电极内液,入水电阻约为2~4MΩ。

实验在室温(22℃~27℃)下进行,所有细胞外液均以含95%O2+5%CO2的混合气饱和15min以上。

为避免通道电流的衰减现象对实验结果产生影响,电极内液添加K2-ATP,并控制实验在细胞破膜后30min内完成。

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采用Hamill等的全细胞膜片钳记录方法,在电压钳制模式下记录各种通道电流。

细胞破膜后稳定5min,记录给药前电流值。

依次给予低(2.5mg/ml)、中(5mg/ml)及高(10mg/ml)剂量KLN,于细胞外灌流药物5min后,依次记录各剂量给药后电流值。

以正常细胞外液冲洗细胞洗脱药物5min,记录冲洗后电流值。

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记录IK电压依赖性激活刺激方案:保持电位为-40mV,测试电压从-40mV开始,阶跃刺激至+50mV,步阶为10mV,波宽设为5000ms,采样频率2kHz。

测定各阶跃电位下的IK峰值幅度及IK尾电流(IK,tail)幅度,绘制电流密度-电压(I-V)关系曲线。

记录IK时间依赖性激活刺激方案:保持电位-40mV,从-40mV给予一个+50mV的测试电压,保持500ms,再回到-40mV,此时可记录到IK尾电流,共给予10个连续的脉冲刺激,自第一个刺激时程500ms开始,每一刺激时程以500ms的幅度递加,直至最后一个刺激的时程达5000ms,采样频率2kHz。

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刺激方案为:保持电位设为-40mV,测试电压从-120mV开始,阶跃刺激至+0mV,步阶电压为10mV,钳制时间设为400ms,采样频率2kHz。

原始电流数据采用Clampfit10.2软件进行测量和分析,SigmaPlot10.0软件作图,电流值以电流密度(pA/pF)表示。

应用SPSS19.0进行统计分析,计量资料以x¯±s表示,采用同一细胞给药前后自身对照,应用配对t检验,以P<0.05为差异有显著性。

低、中、高剂量KLN作用5 min后均可使时间依赖性激活的外向电流IK及IK,tail电流幅度降低,随剂量增加作用增强,冲洗相同时间(5 min)可使电流有所恢复。

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测量去极化刺激末电流值并以细胞膜电容校正为电流密度,以各去极化测试电压为横坐标作图,得IKI-V关系曲线,KLN作用使曲线下移。

尾电流包裹程序中,KLN剂量依赖性抑制IK,tail,冲洗可使电流恢复到(2.18±0.49)pA/pF。

以IK,tail电流峰值对不同的刺激时间作图得时间依赖性曲线,各剂量KLN均使曲线下移,以高剂量组下降最为显著。

类别

n

IKs/(pA/pF)

IKs, tail/(pA/pF)

对IKs, tail的抑制率/%

给药前

6

5.76±1.43

2.89±0.55

低剂量KLN组

6

4.50±1.17**

2.52±0.36*

12.01±5.55

中剂量KLN组

6

2.26±0.54**

1.80±0.38**

36.40±15.40

高剂量KLN组

6

1.16±0.35**

1.32±0.42**

52.68±17.50

类别

n

IK,tail/(pA/pF)

抑制率/%

给药前

6

2.78±0.44

低剂量KLN组

6

2.18±0.52**

21.98±9.38

中剂量KLN组

6

1.80±0.56**

35.89±13.64

高剂量KLN组

6

1.46±0.35**

47.48±10.14

用全细胞膜片钳技术对KLN测试,它对IK和IK1的影响,揭开作用机制

内向电流在-120 mV电压刺激时达到最大,以测试电压-120 mV引出的电流值作为观察指标,外向电流以电流峰值为观察指标。

低剂量KLN使IK1略增大,但无统计学意义(P>0.05);中、高剂量KLN可显著降低IK1内向电流(P<0.01);高剂量KLN对IK1外向电流有抑制作用(P<0.05)。

冲洗后IK1内向电流恢复到(-12.35±2.31)pA/pF,IK1外向电流恢复到(1.44±0.96)pA/pF。

IK1反转电位在-60 mV左右,KLN未改变曲线形态及通道内向整流特性。

曲线无明显的左右移动,反转电位略左移,变化不显著。

中、高剂量KLN使IK1内向电流部分的I-V曲线显著上移、外向电流部分曲线下移,即具有使IK1内、外向电流均减小的趋势。

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类别

n

IK1内向电流

IK1外向电流

给药前

7

-12.93±1.85

1.48±0.84

低剂量KLN组

7

-13.14±1.83

1.60±1.01

中剂量KLN组

7

-11.98±2.13**

0.90±0.27

高剂量KLN组

7

-10.92±2.46**

0.69±0.38*

KLN适用于辨证属心阴虚、心火旺的快速性心律失常患者。

杨传华教授认为,心阴虚、心火旺、心神不安则致心脉失调、心中悸动不安,是快速型心律失的主要病机。

KLN方中黄连、生地为君,苦参、当归为臣,泻补结合,清心火而无损心阴,滋心阴而不助心火,加入酸枣仁、柏子仁养心安神为佐使,全方药少而精,力专效宏。

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IK是心肌细胞主要的复极化电流,主要参与3期复极,呈时间依赖性和电压依赖性,IK的变化直接影响到动作电位时程(APD)和有效不应期(ERP)的长短,是目前常用的Ⅲ类抗心律失常药物的主要作用靶点,一直备受关注。

本实验表明,KLN对IK具有剂量依赖性抑制作用;尾电流包裹程序中,KLN可剂量依赖性抑制IK,tail,使电流密度-时间关系曲线下移,而IK,tail为较纯净的IK的重要标志,因而再次印证了其对IK的抑制作用。

目前认为IK具有快速激活型(IKr)、缓慢激活型(IKs)和超快速激活型(IKur)3种成分或亚电流。

IKr激活及失活迅速,而IKs激活缓慢,没有失活。

因此,+50 mV刺激时随时间缓慢增大的外向电流成分主要为IKs,可判断KLN对IKs的作用。

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IKs在人心室动作电位复极化中起关键作用,由KCNQ1(Kv7.1)编码的成孔α亚基和KCNE1编码的β亚基形成。

IKs的激活幅度对调节3期复极过程具有重要意义,抑制IKs可减轻心率加快时IKs电流的累积效应,使药物作用随着心率增快而更加显著,在治疗快速性心律失常方面更为理想,且致心律失常风险相对减小。

当然,IKr也在很大程度上促进了复极过程,目前应用的索他洛尔、多非利特均能高度选择性的抑制IKr,但若仅仅抑制IKr则不能对抗IKs的蓄积性激活作用,反而可能出现IKs的上调,而且存在反向使用依赖性。

本研究已经证实KLN对IKs的作用,在今后的研究中将进一步评价KLN对IKr的作用。

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IK1是内向整流钾通道基因 Kir2.x 亚家族成员构成的异源性四聚体,是抗心律失常药物作用的另一靶点。

IK1是心肌细胞重要的背景外向电流,维持心肌细胞静息电位,同时IK1也参与复极过程,在动作电位3期的后1/3段,其它离子流大多处于失活状态,而IK1的外向电流却在增大,从而加速并最终完成复极化过程。

IK1的改变会导致多种心律失常,国内外多项研究表明抑制IK1可起到抗心律失常作用。

本实验结果表明,10 mg/mlKLN 可以显著抑制IK1外向电流,5及10 mg/ml的KLN均可抑制IK1内向电流。

用全细胞膜片钳技术对KLN测试,它对IK和IK1的影响,揭开作用机制

抑制IK1的外向电流成份,可使心肌细胞膜3期复极化速率减慢,尤其是终末相斜率变大,可延长APD及ERP而起到抗心律失常作用。

同时,实验表明KLN对IK1的作用相对较弱(与IK相比),起效剂量也较高,考虑由于IK1是工作心肌细胞静息电位产生和维持的主要离子通道,对于维持最大舒张期电位极为重要,因此KLN 的这一作用特点可能反而有利于稳定静息电位,使药物作用更加安全

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