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横管(Transverse Tubule，TT)是心肌细胞膜内陷形成的特化管状结构。横管上L型钙通道(L-type Ca2+channel，LCC)与肌质网上的RyR受体(ryanodinereceptor，RyR)所形成的耦联结构是心肌细胞内钙致钙释放和兴奋收缩耦联的结构基础。心衰是人类健康的重大威胁，其主要表现为心肌收缩力下降，心脏泵血能力不能维持机体正常的血氧供应。在心衰的心肌细胞中，收缩力的下降主要由钙致钙释放机制受损引起。在此过程中，横管结构重塑和耦联结构的紊乱是细胞的钙致钙释放机制和收缩力调节发生损伤的重要原因。然而，目前我们对横管在心衰过程中重塑的分子调节机制还不明确。
为了探索心衰中横管重塑的机制，我们首先从心衰动物模型中寻找提示。我们发现，随着整体心脏功能的下降，心衰大鼠心肌细胞中，兴奋-钙瞬变时间延迟和兴奋-收缩时间延迟都显著高于假手术组，并且其细胞收缩功能有着显著的下降。而利用Spike记录观察中去极化引发的局域钙释放实验表明，心衰细胞中钙释放位点不能响应去极化的比例增加。这些结果提示我们耦联结构的重塑。利用电镜成像对心衰细胞微观结构的观察发现，心衰细胞中横管与耦联子密度降低。而以上心衰过程中的结构功能退化都伴随着耦联结构相关蛋白Junctophilin-2(JP2)的表达下调。
曾有报道表明，JP2的功能可能与维持横管和肌质网的耦联结构有关。为了研究JP2在心肌细胞中的具体功能，我们构建了腺病毒介导的shRNA过表达载体。通过特异性敲减培养成年大鼠心肌细胞中JP2的表达量，我们发现将JP2表达水平下调至50％左右时并未影响L型钙电流密度、自发钙火花性质和肌质网钙储量，但全细胞钙瞬变幅度和兴奋收缩耦联效率都有显著降低。并且，spike的观察记录结果显示，其钙释放位点对去极化的响应时间延长，且变得更为弥散，而不能有效响应去极化的位点增加了近4倍。而进一步的结构观察表明，横管系统在JP2敲减后出现显著的重塑和紊乱，其排列规律性大大降低且有向纵向排列转化的趋势。最后，通过电镜分析发现，JP2敲减的心肌细胞中其微观耦联结构变化与心衰细胞类似，横管与耦联子密度均低于对照组。我们的以上结果显示了JP2蛋白表达水平与横管系统及耦联结构形态维持有密切关系。
MicroRNA是近年来发现的一类参与多种重要生命过程调控的小片段RNA分子。为了寻找JP2蛋白心衰中表达调控的上游机制，我们利用生物信息手段预测了JP2上游可能的microRNA调控位点。通过预测发现，进化上非常保守的miR-X与人、大鼠、小鼠等物种中的JP2 mRNA3’UTR均存在潜在的结合位点。并且，miR-X的表达量在心衰病人中上调了93％，在心衰大鼠模型中上调250％。通过荧光素酶双报告基因实验，我们确定了miR-X与JP2 mRNA的结合及其表达调控作用。为了探索miR-X对功能的影响，我们用腺病毒系统过表达miR-X至培养大鼠心肌细胞中，发现当miR-X表达量升高176％时，心肌细胞中JP2的mRNA和蛋白水平分别下降58％和46％。而功能检测表明在钙电流密度与性质不变的条件下，心肌细胞钙瞬变的幅度和耦联效率显著降低。这些结果强烈提示我们miR-X在心衰过程中的表达上调能够通过抑制JP2表达而实现对心肌细胞功能的负调控。
综上所述，本文研究结果揭示了心衰过程中小RNA分子miR-X上调后通过抑制JP2蛋白表达水平，从而引发横管系统重塑及细胞兴奋收缩耦联功能损伤这一分子调控机制。这一机制将为我们在心肌细胞功能调节，心衰发病机理和治疗策略等方面的研究提供重要的参考价值。