患者心肌细胞重现应激诱发的电活动异常

2 型儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速(CPVT2)与 CASQ2 变异有关。意大利研究者在 Cell Death & Disease 报道了一种患者来源的细胞模型,用于检查向心肌细胞补充正常 CASQ2 能否改善疾病表型。

研究对象来自一个带有 CASQ2 c.339–354 缺失变异的家族。患者携带纯合缺失变异,相关蛋白无法正常表达;其父亲为杂合携带者,临床未患病。团队从两人的皮肤成纤维细胞建立诱导多能干细胞(iPSC),并加入 1 名无亲缘关系健康供者的 iPSC 作为另一组参照。每名供者使用 2 个独立细胞克隆。

分化后的心肌细胞在基础动作电位参数上没有显著组间差异。加入 1 μM 异丙肾上腺素后,患者细胞出现延迟后除极及触发活动,即一次正常复极之后再次出现的异常电活动。研究据此评估应激条件下的心律失常表型。

AAV9 递送正常 CASQ2,并设空载体参照

团队采用 9 型腺相关病毒(AAV9)递送正常人 CASQ2,同时携带红色荧光报告蛋白。细胞开始自发搏动后接受 2 轮感染,每轮感染复数为 2×10⁵,分别持续 6 小时和过夜;只携带报告蛋白的载体用于比较。

基因和蛋白检测显示,接受 CASQ2 载体的患者心肌细胞重新表达了相关蛋白,而空载体没有恢复蛋白表达。免疫荧光还将蛋白表达与心肌细胞标志、载体报告信号对应起来。

异常电活动减少,钙释放指标趋近参照细胞

在异丙肾上腺素刺激下,未处理患者组的 22 个心肌细胞中有 17 个出现心律失常事件,CASQ2 递送组为 9 个中的 2 个。空载体组仍有 8 个中的 7 个出现事件;无亲缘健康参照为 13 个中的 1 个,携带单份变异的父亲参照为 22 个中的 2 个。

团队进一步使用 Fluo-4 钙成像。患者细胞在肾上腺素能刺激下较高的钙瞬变幅度,在 CASQ2 递送后向参照水平恢复;局部钙释放事件,也就是钙火花的密度和持续时间,同样得到改善。钙火花的幅度和空间宽度则没有显示相同的显著差异。

电生理与钙成像分别记录异常去极化和细胞内钙释放,两种检测结果共同支持基因补充对这一患者模型的功能改善。单细胞钙火花分析每组至少包含 25 个细胞,共分析 200–580 次释放事件。

异丙肾上腺素刺激下的动作电位,以及不同细胞组的心律失常事件比例。

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异丙肾上腺素刺激下的动作电位,以及不同细胞组的心律失常事件比例。(Lodola F et al. / Cell Death & Disease, 2016, fig5;CC BY 4.0;NLM/PMC)

病例模型用于检验具体变异的基因递送效果

这项研究把既有 CASQ2 基因递送策略推进到携带不同变异的人源细胞。患者组、家族携带者、无亲缘健康参照和空载体的组合,帮助研究者区分疾病表型与载体递送后的功能变化。

细胞模型来自 1 位患病者,功能记录汇总了多个细胞及每名供者的 2 个克隆。作者也讨论了 iPSC 心肌细胞的未成熟状态与不同细胞系的发育差异;作者提出将这种验证扩展到其他 CASQ2 变异及相应人源模型。

来源与延伸阅读

  1. Adeno-associated virus-mediated CASQ2 delivery rescues phenotypic alterations in a patient-specific model of recessive catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia. Cell Death & Disease (2016). ↗

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