心脏是生命永不停息的“发动机”，一篇Circulation Research(IF=14.467)带你领略心脏节律收缩的奥秘！
The following article is from 科研讲坛 Author 萤火虫
可以毫不夸张地说，心脏是生命永不止息的“发动机”。组成心脏的心肌有节律地收缩和舒张，形成心脏的搏动，推动着血液的到达全身各处。心脏之所以按一定的节律收缩，是因为它具有一套精细的心电传导系统。一旦心电图呈一条直线，意味着生命的垂危。
那么，如何研究一个分子的心脏中的作用？我们就通过一篇影响因子为14.467的文章，来梳理其中的套路。
2020年4月29日，来自美国科罗拉多大学的Robert S. Ross团队在 Circulation Research上发表了题为Cardiomyocyte Expression of ZO-1 Is Essential for Normal Atrioventricular Conduction but Does not Alter Ventricular Function的研究性论文，揭示心肌细胞ZO-1缺失，导致房室传导阻滞，但不改变心室功能。
图源，Circulation Research
1. 研究背景
划重点！研究者选择这个分子是有前期研究基础的，不是脑袋一热就挑了一个ZO-1分子。
zonula occludens (ZO)家族包括ZO-1，-2，-3，在没有紧密连接的心肌细胞中，ZO-1与钙粘蛋白共定位，形成闰盘的成分，并帮助维持各种闰盘的正常功能。
在此前的研究中，研究者发现CAR这个分子，介导房室结功能。扰乱CAR，ZO-1和Cx-45表达水平降低，以及在闰盘上的定位丧失，而且CAR结合ZO-1，Cx45 结合ZO-1。
这些现象，让研究者推测，ZO-1可能对房室结功能至关重要。
2. 研究内容
1） 表型观察
在体研究一个分子的功能，工具鼠是必不可少的，尤其是特异性敲除鼠，更是高分文章的团宠。
鉴于全身敲除ZO-1小鼠胚胎致死，研究者构建了了ZO-1心肌细胞特异性敲除小鼠（ZO-1cKO）。ZO-1-cKO小鼠寿命正常，并且在心室中没有明显的组织学以及收缩异常，也没有出现对主动脉缩窄的血流动力学异常反应。
心电图显示，ZO-1cKO小鼠传导异常，表现为不同程度的房室传导高阻滞。意识遥测检测发现，所有ZO-1cKO小鼠的房室传导异常。此外，心电图和遥测监测显示，P波在野生型小鼠所有QRS复波之前均出现，但在ZO-1cKO中并不总能检测到P波，提示ZO-1cKO小鼠的窦房结功能障碍。
2） 进一步详细分析现象
采用多种手段详细验证，是高分文章的一贯套路
接下来，研究者进行了更详细的分析，进行了八极导联，获得心内的心电图，在体证明ZO-1cKO小鼠心房起搏与房室传导阻滞有关。随后，进行了光学标测，评估小鼠离体心脏的心律和动作电位的传播，证明ZO-1cKO心脏左心房传导明显减慢。
3） 机制研究
新技术和方法的应用，也是高分文章必不可少的哦
为了确定ZO-1缺失是否会导致窦房结或房室结，及相关传导通路的形态学改变，研究者将HCN4-GFP-ERT2小鼠与ZO-1cKO杂交，使绿色荧光蛋白GFP标记传导系统细胞，这样，传导系统变得直观可视化，证明传导系统组织形态学没有变化。
机制上，敲除ZO-1，心房和心室组织中与ZO-1相关的蛋白表达量不同。ZO-1cKO心脏，全心房组织Cx45表达降低；心室细胞中，ZO-2蛋白表达显著升高；房室结细胞中，心脏钠通道Nav1.5可能是ZO-1的关键互作蛋白。
机制并没有多么深入，只是看了各个蛋白的表达水平，解释得非常巧妙，见结论
3. 研究思路
4. 结论
本研究发现，心肌细胞中缺乏ZO-1，不影响心室结构或功能，但会导致不同程度的房室阻滞。ZO-1在心肌细胞和传导细胞中的作用机制是不同的。敲除ZO-1，ZO-2在分离的心室肌细胞中增加，表明ZO-2可以起到代偿作用，保留心肌细胞功能（除了淋巴结组织外）。此外，与传导系统疾病有关的钠通道NaV1.5的定性表达，在房室结节细胞中发生了改变。因此，该研究表明ZO-1蛋白在心脏传导系统的功能中起关键作用，对于完整心脏的机械功能却是必不可少的。（这样的解释厉害了）
5. 问题
1）研究者发现，心室肌细胞中ZO-2表达增加，认为ZO-2能够替代ZO-1的心肌细胞功能，这个结论为时尚早，只有在心肌细胞中全部敲除ZO-1和ZO-2蛋白，才能区分心室ZO蛋白的功能。
2）此外，该研究已经显示闰盘蛋白（文中的NaV1.5）的异常，那么它是如何改变钠和钾通道的功能，导致心律失常和传导干扰的呢？虽然这里已经证明了，在ZO-1缺失的房室节细胞中NaV1.5的表达发生了改变，但还需要进一步的功能研究。
注：此推文未经许可禁止转载！
阅读推荐：