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心脏生物起搏 郭继鸿 教授 北京大学人民医院心电生理室 心脏生物起搏的重要性 心脏生物起搏的要求 心脏生物起搏的研究基础 国外研究动态 本课题组的研究进展 仍需解决的关键问题 心脏生物起搏的重要性 心脏生物起搏的重要性 电子起搏器在临床应用中的局限性 不能替代自主神经系统对心率的调控。 与心脏生理性传导顺序有差异 电池耗竭需定时更换 与手术和起搏器有关的并发症 易受外界电场和磁场的干扰 儿童患者 2003年美国哥伦比亚大学Rosen教授正式提出心脏生物起搏（biological pacemaker）的概念。 心脏生物起搏的要求 心脏生物起搏的研究基础 心脏起搏分子机制 干细胞向心肌细胞诱导分化 基因治疗技术在心血管疾病的应用 心脏起搏的分子机制 起搏电流（If） 延迟整流性钾电流（Ik） 内向钙电流（ICa） Na+-Ca2+交换电流（INa-Ca） 持续性钠电流（Ist） 干细胞向心肌细胞诱导分化 干细胞向心肌细胞诱导分化 国外研究动态 国外研究动态 国外研究动态 国外研究动态 单用基因治疗存在的问题 国外研究动态 国外研究动态 胚胎干细胞体外分化为心肌细胞后移植（Xue et al, Circulation 2005） 起搏通道基因HCN2修饰间充质干细胞后移植（Potapova、Qu et al Circulation 2004） 国外研究动态 目前可行的心脏生物起搏的策略 本课题组的研究进展 起搏通道基因修饰间充质干细胞进行心脏生物起搏 主要研究内容 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 目前主要研究结果 10、细胞免疫荧光证实转基因骨髓间充质干细胞中HCN4通道的表达。 目前主要研究结果 研究结论 HCN4腺病毒载体构建成功，为深入研究起搏通道的电生理功能和基因治疗缓慢性心律失常疾病提供了有效的工具。 提高HCN4基因的表达能明显增强心肌细胞的自律性，证实HCN4基因可作为心脏生物起搏的备选基因。 腺病毒载体高效介导了HCN4通道在间充质干细胞中的表达,证实充质干细胞可作为心脏生物起搏的载体细胞。 目前正在进行的研究 用HCN4基因修饰的干细胞在动物模型体内移植，已初步证实其有效性。 观察转染HCN4基因对胚胎干细胞电生理特性的影响。 仍需解决的关键问题 心脏生物起搏的频率应答能够符合人的生理需要。 增加基因表达的时间，使之在有效性和耐久性上达到与电子起搏器相同甚至更好的效果。 减轻或者消除病毒载体的毒副作用。 确保移植细胞固定在目标位置而不发生转移。 小 结 心脏生物起搏是目前缓慢性心律失常研究领域的前沿和热点之一。 心脏生物起搏不仅能为缓慢性心律失常的治疗提供新的策略，也将极大促进其它心律失常生物治疗的研究。 目前处于细胞和动物实验阶段，未正式进入临床研究，仍有很多关键性的技术问题尚待解决。 细胞免疫荧光检测心肌细胞HCN4通道蛋白的表达 (×400) A:感染后心肌细胞绿色荧光蛋白的表达 B:罗丹明标记（红色）HCN4蛋白的表达 C:对照组心肌细胞 A B C 6、细胞免疫荧光结果表明，重组腺病毒载体能高效介导HCN4通道在心肌细胞中的表达。 HCN4基因转染到心肌细胞后，能明显提高心肌细胞自发搏动的频率 自发搏动节律比对照组心肌细胞规整. 7、电生理研究结果表明： 8、膜片钳实验表明： 动作电位时限(CL)较对照组细胞明显缩短 最大舒张电位(MDP)向去极化方向偏移 动作电位出现4相自动除极（SP4） 出现明显的4相自动除极 CL缩短 最大舒张电位 A：对照组 B：病毒感染组 转HCN4通道基因心肌细胞的起搏电流 对照组心肌细胞的起搏电流 病毒感染的心肌细胞起搏电流检出阳性率和电流幅度也明显高于对照组。 A(MOI=100) B1(MOI=400) B2 (MOI=400) ×100 ×100 ×400 9、重组腺病毒载体高效转染骨髓间充质干细胞 转基因骨髓间充质干细胞HCN4通道蛋白的表达（×400） A:骨髓间充质干细胞中报告基因绿色荧光蛋白的表达 B:骨髓间充质干细胞中HCN4通道蛋白的表达 C:A和B图像叠加 A B C Cs+对骨髓间充质干细胞起搏电流的阻断作用 转HCN4通道基因骨髓间充质干细胞的起搏电流 腺病毒感染的细胞中，约65％可以检测到起搏电流。而对照组细胞未检测到类似电流。