研究人员发现新的基因家族负责心脏起搏器活动

1998年5月28日，纽约——心脏和大脑的正常功能依赖于起起搏器作用的特殊细胞。这些细胞产生有节奏的、自发的电脉冲，可以控制肌肉活动、某些自动功能，如呼吸和行为状态，包括从睡眠中唤醒。不适当的起搏器活动可导致遗传和获得性心律失常，也可能是各种神经系统疾病的基础。霍华德休斯医学研究所和哥伦比亚大学神经生物学和行为中心的两个实验室在1998年5月29日的《细胞》杂志上报道，他们发现心脏和大脑的起搏器活动都是由一个共同的新基因家族介导的。来自小鼠和人类的基因在神经和/或肌肉细胞的细胞膜上编码蛋白质离子通道家族，帮助产生起搏器活动。这些通道会对生理刺激做出打开和关闭的反应，并允许带正电荷的钠离子和钾离子穿过细胞膜并启动电脉冲。具体来说，这些起搏器通道使受刺激的细胞保持活跃，否则它将回到静止状态。

哥伦比亚大学内外科医学院药理学教授、霍华德·休斯研究员史蒂芬·西格尔鲍姆博士说:“起搏器通道感知到一个细胞刚刚启动，并告诉它不能休息，它必须启动另一个动作电位。”他和哥伦比亚大学霍华德·休斯医学研究所的埃里克·坎德尔(Eric Kandel)医学博士共同领导着两个合作实验室。坎德尔实验室的博士后比娜·桑托罗(Bina Santoro)和西格尔鲍姆实验室的博士后加雷斯·蒂布斯(Gareth Tibbs)领导了识别起搏器通道基因的团队。研究小组的其他成员有刘大卫、姚欢和杜山·巴奇。

研究人员在1997年12月报告了这个基因家族的第一个成员。它所编码的蛋白质的性质有一个线索，那就是它包含了两个区域，这两个区域是已知的起搏器通道的关键特征。但研究人员不能确定该基因编码了一个起搏器通道，因为它只在大脑中表达，而不是在心脏中。此外，他们也不清楚通道是如何运作的。研究人员现在报告说，在《细胞》中描述的五个相关基因中，有一个对离子通道进行编码，其特性与已知的大脑起搏器通道相同，也与心脏起搏器通道非常相似。事实上，在《细胞》中描述的三种相关基因在心脏和大脑中都发现了。这项新研究不仅证实了去年12月报道的基因指定了心脏起搏器通道，还为研究人员提供了一些新工具，用于研究功能异常的心脏起搏器对健康的影响。

识别控制心脏和大脑中起搏器活动的基因，将使我们有可能开发出筛查试验，以检测由突变或其他生化变化引起的心脏和神经疾病，这些变化导致这些通道的不适当激活。例如，在泵血的心室中，起搏器通道通常是安静的。“但在心脏病期间，由于我们尚不清楚的原因，心室可以充当自己的起搏器。这可能会带来可怕的后果，比如心律失常，”西格尔鲍姆博士说。

基因家族发现的潜在治疗应用是多种多样的。“在大脑中，过度使用起搏器通道可能导致癫痫。抑制这种活动可能会降低发作的倾向，”坎德尔博士建议。有朝一日，改变起搏器通道功能也可能被用于控制意识水平。“心脏起搏器通道产生的‘爆发’活动对觉醒状态很重要。可以想象，通过激活这种电流，可能会提高警觉性，提高老年人的注意力，或者在其他情况下增强认知能力，”坎德尔博士补充道。由于有几个基因控制着起搏器的起搏器，确定它们在何时何地起作用将为研究人员提供信息，指导他们开发针对大脑和心脏特定异常的药物。“目前，这个领域还处于起步阶段，”西格尔鲍姆博士警告说。这项研究得到了霍华德·休斯医学研究所和国家卫生研究院的支持。＃＃＃