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儿茶酚胺依赖多态性室速(catecholaminergic polymorphic ventriculartachycardia，CPVT)是一种由基因缺陷引起的心脏疾病。患者在安静状态下表现正常，但在情绪激动或剧烈运动之后，则会出现心律失常导致猝死。众多的研究表明，CPVT与心肌细胞肌质网膜上的钙释放通道(ryanodine receptor，RyR)的突变有关。而RyR的结合蛋白FK506结合蛋白(FK506 binding protein12.6，FKBP12.6)敲除的小鼠模型也表现出运动后猝死的症状。一些研究认为，FKBP12.6能够增强人工脂膜上RyR之间的耦联门控特性，而异丙肾上腺素(isoproteranol，ISO)刺激导致的FKBP12.6的解离则会提高RyR的开放概率，进而增加心脏舒张期的钙释放并诱发心律失常。然而，对于FKBP12.6分子的缺失如何影响细胞水平钙信号的时空动态却不清楚。
本文采用两种FKBP12.6缺失的细胞模型，一种是FKBP12.6敲除的小鼠心肌细胞，另一种是用FK506使FKBP12.6急性解离的大鼠心肌细胞。结合电场刺激与快速激光共聚焦钙成像技术，记录CPVT模型心肌细胞(FKBP12.6敲除的小鼠心肌细胞加ISO刺激；用FK506和ISO同时处理大鼠心肌细胞)中的钙活动。结果显示，CPVT模型大量的心肌细胞中出现钙紊乱(Ca2+chaos)，并由“八”字形钙波组成。为了更方便地分析钙紊乱，本文引入了相位分析方法。分析结果表明钙紊乱中存在大量的相奇点，每个相奇点意味着一个螺旋波的组织中心。统计结果表明，CPVT模型心肌细胞中的确存在大量的持续存在的螺旋钙波。本文进而对CPVT模型心肌细胞中螺旋钙波的起始机制进行了研究，发现螺旋钙波产生的两个要素--相奇点和相邻钙释放位点之间的钙致钙释放(钙波)都可以由钙火花产生。在正常心肌细胞中，能够产生相奇点的钙火花发生在-π/2至0之间的相位区间内(奇点区)，而能够诱发钙波的钙火花则发生在-π至-π/2之间的相位区间内(钙波区)。即能够产生相奇点的钙火花不能诱发钙波，而能够诱发钙波的钙火花又不能产生相奇点。钙火花这种顾此失彼的性质使正常的心肌细胞中很难发生螺旋钙波，此现象称为奇点钙波阻遏。而在CPVT模型心肌细胞中，钙波区扩展(-π至0)至与奇点区重合。即在CPVT模型心肌细胞中，有些钙火花既可以产生相奇点又能诱发钙波。本文也确实在CPVT模型心肌细胞中观察到这种钙火花的存在。发生于螺旋钙波之后的钙火花又能够诱发产生新的螺旋钙波，这样就形成了含有多个螺旋钙波的钙紊乱。以上结果提示了CPVT模型心肌细胞中异常钙活动的一种起始机制。
之前的研究用体外人工脂膜的方法证明CPVT模型心肌细胞中RyR的钙敏感性升高，但这一结论至今缺少在完整心肌细胞上的实验证据。本文引入了一种可以同时测量肌质网平台钙泄露、自发钙波频率和肌质网钙储量的方法。结果显示，CPVT模型心肌细胞肌质网的平台钙泄露没有变化，但静息状态下的自发钙波频率升高。并且钙波频率的增加不是由于肌质网钙储量的升高造成的，因为相对于CPVT模型心肌细胞，单独的ISO刺激可以使正常心肌细胞具有相同的肌质网钙储量，但却只有很少的钙波出现。此结果表明，CPVT模型心肌细胞中RyR的钙敏感性升高，更容易发生钙波，也印证了上文中钙波区发生扩展(发生于较高相位的钙火花能够诱发钙波)的结果。
儿茶酚胺类递质刺激(相当于本文中的ISO)是CPVT病人出现猝死的直接原因，也直接导致了RyR钙敏感性的升高。但ISO激活β肾上腺素受体的两条下游信号通路(cAMP-PKA通路和CaMKⅡ通路)在这个过程中的作用仍然存有争议。本文主要用药理学的方法研究了CPVT模型心肌细胞中ISO增加RyR钙敏感性的信号通路。结果显示，1μM的KN93(CaMKⅡ的抑制剂)可以有效地降低CPVT模型心肌细胞中RyR的钙敏感性，而电场刺激也是CPVT模型心肌细胞中RyR的钙敏感性升高的必需条件。这就说明，CaMKⅡ通路对CPVT模型心肌细胞中RyR钙敏感性的升高有所贡献。10μM的H89或100μM的Rp-cAMP(cAMP-PKA通路的抑制剂)同样能够降低CPVT模型心肌细胞中RyR的钙敏感性。由此可见，CPVT模型心肌细胞中cAMP-PKA通路也参与了对RyR钙敏感性的调节。
综上所述，在FKBP12.6缺失的情况下，肾上腺素刺激通过激活cAMP-PKA和CaMKⅡ通路，引起RyR的钙敏感性的升高。RyR钙敏感性的升高使得钙火花更容易产生钙波，破坏了抑制螺旋钙波产生的奇点钙波阻遏机制。奇点钙波阻遏机制的失效使得螺旋钙波更容易出现，螺旋钙波与钙火花相互作用则进一步产生了致心律失常的钙紊乱。