Circulation Research
RyR2超活性导致线粒体结构损伤

小赛推荐：

本研究首次在线粒体膜间隙中测量[Ca2+]，并揭示其在RyR2超活性条件下的显著升高。研究证明线粒体膜间隙的Ca2+升高足以激活μ-钙蛋白酶，导致线粒体结构蛋白OPA1的裂解，进而破坏嵴结构并减少呼吸链超复合物组装，最终加速线粒体ROS产生。通过基因编辑技术抑制膜间隙钙蛋白酶活性可显著改善线粒体结构和功能，减少心律失常的发生，为心血管疾病治疗提供新靶点。

 

文献概述
本文《RyR2 Hyperactivity Remodels Mitochondria》发表于《Circulation Research》杂志，回顾并总结了儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速（CPVT）中RyR2超活性对线粒体结构与功能的影响。研究通过新型基因编辑大鼠模型和线粒体膜间隙Ca2+生物传感器，揭示了Ca2+稳态失衡与线粒体结构损伤之间的分子机制，并探讨了靶向膜间隙钙蛋白酶的治疗潜力。

背景知识
儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速（CPVT）是一种由RyR2基因突变引起的恶性心律失常综合征，常见于心脏结构正常但存在RyR2功能增强的患者。线粒体功能障碍是多种心血管疾病的重要特征，但其与RyR2功能异常之间的关系尚不明确。线粒体膜间隙（IMS）传统上被认为Ca2+浓度与胞浆相当，但缺乏直接测量手段。本研究通过基因编辑和生物传感技术首次在活体心肌细胞中测量IMS的Ca2+，并揭示其在病理条件下的动态变化。研究还进一步发现，Ca2+依赖性蛋白酶μ-钙蛋白酶在此区域被激活，导致线粒体结构蛋白OPA1裂解，破坏嵴结构，进而降低呼吸链超复合物组装效率，加速ROS释放，形成正反馈循环，进一步加剧RyR2氧化和超活性。通过基因抑制或药理学干预减少IMS钙蛋白酶活性可显著缓解线粒体结构损伤和心律失常，为治疗CPVT和相关心血管疾病提供新思路。

 

基因敲除小鼠：适用于研究基因在全身组织中的功能，尤其适合遗传病、心血管疾病机制探索和药物靶点验证。

了解更多

 

研究方法与实验
研究团队构建了携带RyR2-S2236L（+/-）突变的新型大鼠模型，以模拟CPVT的病理特征。通过腺病毒介导的线粒体膜间隙Ca2+生物传感器IMS-GECO1.2，首次在完整心肌细胞中测量IMS的Ca2+动态。此外，研究采用离体全心脏光学标测、共聚焦和电子显微镜、基因编辑技术（如shRNA和CRISPR/Cas9）来评估钙蛋白酶在膜间隙的活性及其对线粒体结构和ROS产生的影响。

关键结论与观点

• 在CPVT心肌细胞中，线粒体嵴结构异常，膜间隙Ca2+浓度显著升高，OPA1表达减少，线粒体ROS释放增加。
• Ca2+在膜间隙的升高可激活μ-钙蛋白酶，导致OPA1裂解，进而破坏嵴结构，降低呼吸链超复合物组装效率，增加ROS产生。
• 通过基因编辑抑制膜间隙钙蛋白酶活性（如表达CAST）可恢复线粒体结构，减少ROS释放，并降低心律失常负担。
• 研究揭示了膜间隙Ca2+稳态失衡在心血管疾病中的关键作用，表明该区域是治疗心律失常和线粒体功能障碍的新靶点。

研究意义与展望
该研究首次揭示了线粒体膜间隙Ca2+在病理条件下的积累现象，挑战了传统观点。同时，它确立了RyR2超活性、膜间隙Ca2+升高、钙蛋白酶激活、OPA1裂解和ROS反馈之间的分子联系。这为开发靶向膜间隙Ca2+稳态或钙蛋白酶活性的治疗策略提供了理论依据。未来研究可进一步探索该机制在其他心血管疾病模型中的普遍性，并开发小分子抑制剂或基因疗法靶向钙蛋白酶，以评估其在临床前模型中的疗效与安全性。

 

线粒体功能研究：提供基因编辑、过表达、干扰和药理学模型，支持线粒体功能、氧化应激、ROS调控及心血管疾病机制研究。

了解更多

 

结语
该研究首次系统性地揭示了线粒体膜间隙Ca2+稳态失衡在CPVT中的作用，表明异常Ca2+积累激活μ-钙蛋白酶，导致OPA1裂解和线粒体嵴结构破坏。这不仅加速ROS释放，还进一步增强RyR2氧化和功能异常，形成恶性循环。通过基因编辑技术靶向膜间隙钙蛋白酶，如表达CAST，可显著恢复线粒体结构，减少ROS产生，改善心肌细胞Ca2+稳态，降低心律失常发生。该机制可能广泛存在于多种心血管疾病中，靶向线粒体膜间隙Ca2+信号通路或可成为治疗心源性猝死和相关线粒体疾病的潜在策略。

 

Shanna Hamilton, Radmila Terentyeva, Roland Veress, György Csordás, and Dmitry Terentyev. Increased Intermembrane Space [Ca2+] Drives Mitochondrial Structural Damage in CPVT. Circulation Research.