基础培养下,钙信号差异并不明显
Danon 病与溶酶体相关膜蛋白 2(lysosomal-associated membrane protein 2,LAMP2)功能缺失有关,患者常出现心肌病和心律失常。美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)等团队在 Biomolecules 报道人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌模型,研究培养状态如何影响疾病表型和药物反应。
团队比较 LAMP2 缺失细胞与对照细胞。分化 30 天后的自发钙瞬变显示,缺失组的钙信号上升稍慢,但基础搏动频率和钙回收速度差别较小。加入 100 nM 异丙肾上腺素后,对照细胞的钙动态明显改善,缺失细胞的反应则较弱。
改变培养液后,异常钙活动更加突出
研究随后把两组心肌细胞改用促进代谢成熟的培养液,处理 48 小时,再以钙荧光成像比较功能。为减少搏动频率差异,实验统一采用 0.5 Hz 电刺激。
改变培养液后,两组细胞总体的钙回收均有所加快。不过,与同条件的对照相比,LAMP2 缺失细胞具有更高的舒张期钙水平、更低的钙瞬变幅度和更不规则的搏动间隔。培养条件由此使原先较轻的细胞表型更加明显。
团队进一步检测自噬相关蛋白、细胞及线粒体活性氧和钙调节蛋白。缺失细胞中的活性氧积累增加,钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 IIδ(CaMKIIδ)的磷酸化水平也较高。作者结合这些结果提出氧化应激参与异常钙活动的解释。
NACA 改善钙信号,雷帕霉素未出现同样效果
团队在上述培养条件下比较 N-乙酰半胱氨酸酰胺(N-acetylcysteine amide,NACA)与雷帕霉素。NACA 是一种活性氧清除剂,研究用它考察降低氧化应激是否能够改善缺失细胞的异常活动。
NACA 降低了细胞和线粒体的活性氧积累,并降低 CaMKIIδ 的磷酸化水平。钙成像显示,舒张期钙、钙瞬变幅度与搏动规则性均得到改善。雷帕霉素仅部分降低细胞活性氧,对线粒体活性氧及这些钙信号指标没有相同改善。NACA 处理后,自噬相关的 LC3II/I 比例仍然较高。
药物比较包含至少 3 次独立实验。钙信号分析各组观察 88 至 114 个细胞,活性氧成像各组观察 135 至 181 个细胞。

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培养状态是疾病模型评价的一部分
作者认为,心肌细胞的成熟条件改变了 LAMP2 缺失模型中的应激负担,帮助显现与心律失常相关的钙信号异常。这项比较提醒模型评价同时关注细胞来源、培养状态和功能指标之间的关系。
研究采用细胞层面的模型,主要检测钙活动、氧化应激及相关蛋白。组织内细胞间相互作用、纤维化与电传导阻滞仍未包含在这一模型中,作者提出可进一步采用工程心脏组织或心脏类器官研究这些因素。