β-肾上腺素能受体调控心肌细胞钙释放的分子机制

β-肾上腺素能受体（βAR）是最经典的G蛋白耦联受体。在心室肌细胞中，βAR可以提高细胞膜L-型钙通道（LCC）介导的钙内流的幅度和同步性，通过钙致钙释放机制触发肌质网（SR）更强的钙释放活动，从而起到调节心脏收缩能力的作用。然而，目前仍不清楚β-蛋白激酶A（PKA）信号通路如何直接调控肌质网钙释放通道ryanodine受体（RyR）的功能，该领域的研究结果存在很大争议。本文使用特殊的单通道钙成像技术，通过去极化方法激活单个LCC产生钙小星，记录触发的RyR钙火花。结果表明，在βAR激动剂异丙肾上腺素（1μM）作用20分钟内，单个LCC触发的钙火花幅度显著上升，且该效应不依赖于LCC单通道钙电流的变化；βAR激动下钙火花的钙释放电流幅度与肌质网钙储量的比值显著提高，表明βAR信号动员了更多的RyR通道参与同步钙释放活动；βAR激动下钙小星触发钙火花的耦联潜伏期时间缩短，成功率上升，表明βAR信号通路增强了LCC—RyR的分子间耦联效率。上述效应不依赖BAR引起的在肌质网钙储量上升，且能够被PKA抑制剂Rp-β-CPT-cAMP（100μM）和H89（10μM）消除。上述结果证明，βAR—PKA信号能够提高RvR对LCC单通道电流的响应速率和同步性。由此揭示的交感神经调节心脏功能的分子机制，将为进一步研究心脏疾病下βhR信号的异常变化奠定基础。