膜间隙[Ca2+]浓度的升高会引发CPVT（先天性长QT综合征）患者中的线粒体结构损伤

《Circulation Research》：Increased Intermembrane Space [Ca2+] Drives Mitochondrial Structural Damage in CPVT

线粒体功能障碍由异常升高的RyR2活性引起，机制涉及RyR2超激活导致间膜空间Ca2+积累，激活calpain降解OPA1，破坏线粒体嵴结构，减少电子传递链复合体组装，增加ROS释放，形成RyR2-ROS正反馈环路加剧心律失常。抑制间膜空间calpain可逆转上述病理过程，减少心律失常发生。

　　这项研究聚焦于心脏疾病中线粒体功能障碍与钙离子（Ca2?）异常处理之间的关系，特别是通过RyR2（ryanodine受体2）功能增强导致的线粒体结构改变。RyR2在心脏中扮演着关键角色，其异常活动是多种心血管疾病（CVDs）的常见现象，包括心力衰竭（HF）、糖尿病性心肌病以及年龄相关的心脏功能障碍。线粒体功能障碍通常表现为过量的活性氧（ROS）产生，而ROS又可能通过氧化作用进一步损害RyR2，从而形成一个恶性循环，加剧心律失常的风险。然而，关于线粒体中间膜空间（IMS）中的Ca2?浓度变化及其对线粒体结构和功能的影响，此前研究较为有限。

研究者们开发了一种新的基因工具，能够测量心脏线粒体中间膜空间的Ca2?浓度，并利用这一工具发现，与传统观点不同，IMS中的Ca2?浓度并不完全等同于细胞质中的Ca2?浓度。尤其是在RyR2功能增强的情况下，IMS中的Ca2?浓度显著升高，超过了细胞质的浓度水平。这种异常的Ca2?积累被认为足以激活位于中间膜空间的μ-钙蛋白酶（μ-calpain），从而引发对线粒体结构蛋白OPA1的切割。OPA1的切割导致线粒体嵴的扩张，进而破坏电子传递链（ETC）的超复合物组装，加剧ROS的释放，进一步加重RyR2的功能异常，从而促进心律失常的发生。

此外，研究还表明，通过抑制IMS中的μ-calpain活性，可以有效恢复线粒体结构，减少ROS的产生，并改善细胞内Ca2?的处理，从而减轻心律失常的负担。这种抑制方法在体外和体内实验中均显示出显著效果，特别是在使用靶向中间膜空间的calpastatin（一种天然的钙蛋白酶抑制剂）进行基因治疗后，CPVT模型中的线粒体功能和结构得到了明显改善，心律失常的发生率显著降低。

研究结果揭示了一个重要的机制，即RyR2的异常活动不仅影响细胞质中的Ca2?动态，还通过促进中间膜空间的Ca2?积累，间接影响线粒体的结构和功能。这一发现为理解心血管疾病中线粒体功能障碍的机制提供了新的视角，并提出了通过靶向中间膜空间中的钙蛋白酶来治疗这些疾病的潜在策略。此外，该研究还强调了线粒体结构蛋白OPA1在维持线粒体嵴形态和功能中的关键作用，其降解可能是导致线粒体功能障碍和心律失常的重要因素。

在实验方法上，研究者采用了多种技术手段，包括基因编辑技术、光学成像、电子显微镜和分子生物学方法。这些方法不仅帮助研究者建立了RyR2功能增强的疾病模型，还使他们能够直接观察和测量线粒体中间膜空间的Ca2?浓度变化，以及这些变化如何影响OPA1的表达和线粒体结构。通过这些实验，研究团队验证了钙蛋白酶在这一过程中的关键作用，并展示了通过抑制其活性来改善线粒体功能和心脏节律的可能性。

研究还发现，虽然RyR2的异常活动会导致细胞质中的Ca2?增加，但这种增加可能通过激活NCLX（线粒体钠/钙/锂交换器）间接减少线粒体基质中的Ca2?积累。这一现象表明，线粒体对Ca2?的处理机制可能在不同条件下存在复杂的调节作用，而不仅仅是简单的浓度变化。同时，实验中使用的ROS清除剂MitoTEMPO能够逆转这种异常，恢复线粒体基质中的Ca2?积累，并减少细胞质中的Na?过载。

总的来说，这项研究不仅提供了关于RyR2功能增强如何影响线粒体结构和功能的新见解，还为未来治疗心血管疾病提供了新的思路。通过靶向线粒体中间膜空间中的钙蛋白酶，可能可以有效减轻心律失常的风险，特别是在那些容易发生突然心脏死亡的患者群体中。这些发现对于开发新的治疗策略具有重要意义，特别是在针对线粒体功能障碍和Ca2?处理异常的疾病治疗方面。