交错排列的盘状结构、组织异质性以及离子通道的分布共同调节了神经传导和局部钙离子的流入

《The Journal of Physiology》：Intercalated disk structure, tissue heterogeneity and ion channel distribution modulate conduction and local calcium influx

间盘结构及外胞质间隙离子动态调控心肌传导机制。研究显示外胞质间隙钠离子剥夺引发钙内流，增强间盘钙电流；钠通道或间隙连接的集群化分布可减慢传导速度，组织异质性间盘结构破坏导致局部传导阻滞或速度不均，揭示离子通道定位与浓度动态协同增强间盘钙电流稳定性的新机制。

　　

摘要

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插盘（ID）是一种特殊的细胞结构，用于连接心肌细胞。已知一些电生理蛋白优先分布在插盘上，例如电压门控钠通道（NaV1.5）、内向整流钾通道（Kir2.1）、钠-钾ATP酶（NKA）和L型钙通道（CaV1.2）。实验证据表明，改变插盘的特性会改变心脏传导功能，而在心律失常患者中可以发现插盘结构异常。在之前的研究中，我们已经证明不同心室类型的插盘结构以及膜间距离的变化会导致组织水平的传导速度发生变化。在这里，我们扩展了模型，以包括细胞外间隙中多种离子的动态行为，以及插盘内多种离子电流和间隙连接（GJs）的表征。首先，我们观察到间隙中的离子流动会显著影响局部离子电流：间隙中Na⁺的减少会导致Ca²⁺的补偿性流入，进而显著增加插盘中的钙电流。此外，我们发现Na⁺通道或GJ的集中会导致组织水平的传导速度减慢。最后，插盘结构的组织尺度异质性会导致传导阻滞或空间上的传导速度不均匀，这提示了一种新的心脏再入机制。我们的结果表明，局部离子通道的聚集可以调节心脏传导。此外，离子通道定位与离子浓度动态之间的相互作用揭示了一种增强插盘内局部钙电流稳定性的新机制。

关键点

• 之前的研究已经表明，插盘和细胞外间隙的结构可以调节心脏传导并控制局部钠电流。
• 在本研究中，我们发现间隙中钠离子的减少会驱动细胞外间隙空间内钙离子的流入，并增加局部插盘中的钙电流。
• 钠通道或间隙连接聚集的增加往往会减慢传导速度。
• 插盘结构破坏和通道聚集的组织异质性可能导致局部传导阻滞。

数据可用性声明

用于进行组织尺度模拟的MATLAB代码可在GitHub仓库中找到：https://github.com/SHWeinberg/ID_Tissue_Het_Moise2026/。