研究背景与目的
热射病（Heat Stroke, HS）是一种以核心体温超过40 ℃及中枢神经系统功能障碍为特征的危重症。在热应激下，心血管系统首当其冲，虽然在初期会通过增加心率和心输出量来代偿，但持续高温暴露会迅速导致循环功能失代偿，表现为脱水、血容量减少、组织灌注不足，最终引发心肌细胞坏死、心力衰竭和致命性心律失常。然而，热应激导致心肌损伤和室性心律失常的具体分子机制尚不完全清楚，也缺乏有效的靶向干预策略。

既往研究表明，线粒体功能障碍在心肌损伤中扮演核心角色，而线粒体动力学（分裂与融合平衡）的紊乱，特别是DRP1（发动蛋白相关蛋白1）介导的线粒体过度分裂，会导致活性氧（ROS）爆发和细胞凋亡。同时，心肌细胞内的钙稳态失衡是心律失常的关键诱因。

基于此，新疆医科大学第一附属医院汤宝鹏教授、张玲教授团队联合哈尔滨医科大学李水洁教授、西南医科大学李妙玲教授团队开展相关研究，提出的核心假说：热应激诱发心肌细胞内钙超载，通过激活钙调神经磷酸酶（Calcineurin），促使DRP1蛋白第637位丝氨酸（Ser637）去磷酸化，从而驱动DRP1向线粒体转位，引发线粒体过度分裂、功能障碍和大量ROS生成，最终导致心肌细胞凋亡和室性心律失常。研究旨在验证这一完整的信号通路，并评估线粒体靶向抗氧化剂MitoTEMPO和钙调神经磷酸酶抑制剂FK506的干预效果。其成果发表在《Free Radical Biology &Medicine》杂志。

研究方法
首先回顾性分析了33例热射病患者和30例对照者的临床数据，确认了心肌损伤和心电图异常。在机制研究中，构建了成年大鼠热射病模型（39.5 ℃高温高湿环境至核心温达42.5 ℃），并分离了新生大鼠心肌细胞（NRCMs）、大鼠心肌细胞系（H9C2）及人诱导多能干细胞分化的心肌细胞（hiPSC-CMs）进行体外热应激（43 ℃）处理。

为深入探究热应激对心脏电活动的影响，研究团队运用了前沿的心脏电生理标测技术：光学标测（Optical Mapping）：在Langendorff离体心脏灌流系统上，使用电压敏感染料（RH237）和钙敏感染料（Rhod-2 AM）进行双染料光学标测同时记录动作电位时程（APD）和钙瞬变（CaT），并能直观地呈现钙交替（CaT alternans）、复极离散度和折返性心律失常的时空起源。微电极阵列记录：在体心脏表面放置柔性微电极阵列芯片，用于高密度记录心室表面的激动传导，从而精准计算传导速度和传导异质性指数。

结合程序性电刺激、超声心动图、透射电镜、蛋白质组学与代谢组学、线粒体呼吸功能分析及共聚焦/超分辨SIM显微成像等技术，系统解析了从整体心脏功能到分子水平的病理改变。

研究结果

1. 临床与动物模型验证心肌损伤及电生理异常
临床数据显示，热射病患者血清心肌损伤标志物和炎症因子显著升高，心电图表现为心率增快、QRS波和QTc间期延长。在热射病大鼠模型中，研究者同样观察到了类似的心肌损伤、炎症反应和生存率下降，超声心动图证实了左心室收缩功能不全。光学标测记录到了热射病大鼠心脏的折返现象，这是心律失常的直接证据。

图1. 临床回顾性研究及大鼠热射病模型证实热应激导致心肌损伤

2. 热应激诱发钙处理紊乱，增加室性心律失常易感
程序性电刺激显示，热射病大鼠心室有效不应期缩短，室速/室颤（VT/VF）诱发率和持续时间显著增加。微电极阵列记录表明心室传导速度减慢、异质性增加。光学标测进一步发现，热射病大鼠心脏动作电位时程和钙瞬变时程显著延长，钙交替比率增加。蛋白质印迹法证实，心肌组织中钙处理蛋白表达异常：NCX、p-RyR2和ox-CaMKII表达上调，而PLB和SERCA2a表达下调。这从蛋白层面解释了钙紊乱的分子基础。

图2. 热射病大鼠心脏室性心律失常易感性增加及钙处理紊乱

3. 多组学揭示线粒体功能障碍是核心病理事件
大鼠心肌组织的蛋白质组学和代谢组学分析是揭示机制的关键。蛋白质组学发现差异表达蛋白显著富集在氧化磷酸化、三羧酸循环和活性氧代谢等通路。代谢组学也证实线粒体相关代谢物和核苷酸代谢通路明显下调。透射电镜直接观察到热射病大鼠心肌线粒体出现严重肿胀和嵴断裂。同时，氧化应激指标（MDA、4-HNE）升高，抗氧化物质（GSH、SOD）降低，心肌凋亡标志物（BAX、C-caspase3）上调。这些结果将线粒体功能障碍定位为热应激损伤的核心环节。

图3. 蛋白质组学与代谢组学揭示热射病大鼠心肌线粒体功能障碍

4. 线粒体靶向抗氧化剂MitoTEMPO减轻心肌损伤并改善线粒体功能
为验证线粒体活性氧在热应激损伤中的核心作用，研究者在热应激前1小时腹腔注射MitoTEMPO（15 mg/kg）进行干预。

在血清学指标方面，MitoTEMPO干预显著降低热射病大鼠心肌损伤标志物（cTNT、CK-MB、LDH、BNP）和炎症因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）水平，并提高动物生存率。

在氧化应激与线粒体结构方面，MitoTEMPO恢复心肌组织抗氧化能力（GSH、SOD升高，MDA、4-HNE降低），减轻线粒体肿胀和嵴断裂，并上调TFAM表达。

在心脏功能与组织形态方面，超声心动图显示MitoTEMPO改善左心室射血分数和短轴缩短率，H&E和WGA染色表明其减轻心肌结构紊乱和细胞萎缩。TUNEL染色和Western blot证实MitoTEMPO显著抑制心肌细胞凋亡。

图4. MitoTEMPO通过清除线粒体活性氧改善心肌损伤及线粒体功能

5. MitoTEMPO改善热射病大鼠电生理异常
微电极阵列记录显示，热射病大鼠心室传导速度显著减慢、传导异质性增加，MitoTEMPO干预后两者均明显改善。体表心电图发现热射病心脏出现ST段压低，MitoTEMPO可部分缓解，并缩短QT间期。在ISO灌注下，MitoTEMPO显著降低室速/室颤诱导率。动作电位分析表明，MitoTEMPO从APD60起显著缩短热射病延长的心肌复极时程，并降低复极离散度。

图5. MitoTEMPO改善热射病大鼠传导功能并缩短动作电位时程

热射病组钙瞬变时程从CaTD30起明显延长，MitoTEMPO从CaTD50起显著缩短其时程并降低区域间变异系数。钙交替比率随起搏频率增加而升高，MitoTEMPO在各周期长下均有效降低该比率。蛋白水平上，MitoTEMPO部分逆转了热射病诱导的PLB下调、NCX及p-RyR2上调，但未能恢复SERCA2a表达，提示SERCA2a可能受非活性氧途径调控。

图6. MitoTEMPO减轻热应激诱导的钙瞬变异常并调节钙处理蛋白表达

6. 机制验证：钙超载激活Calcineurin-DRP1(Ser637)通路驱动线粒体分裂
在细胞层面，研究证实热应激引起H9C2和hiPSC-CMs细胞内钙浓度显著升高。这一钙超载并未被MitoTEMPO逆转，表明钙增加是上游触发事件。更重要的是，超分辨显微镜（SIM）显示热应激导致心肌细胞线粒体网络严重碎裂。蛋白质印迹法表明，热应激导致DRP1 Ser637位点的磷酸化水平显著降低，而Ser616位点无变化。免疫共沉淀实验证实，热应激增强了DRP1与Calcineurin的相互作用，表明Calcineurin特异性介导了Ser637的去磷酸化。线粒体分离实验进一步证实，去磷酸化的DRP1向线粒体转位增加，导致线粒体功能障碍，表现为线粒体膜电位下降、呼吸功能（基础呼吸、最大呼吸、储备能力）全面受损，以及MTCO2和TFAM等关键蛋白下调。

图7. 体外蛋白质组学与代谢组学证实热应激致线粒体相关蛋白及代谢物异常

图8. 钙超载通过Calcineurin介导DRP1 Ser637去磷酸化驱动线粒体分裂及功能障碍

研究结论与意义
本研究首次系统阐明了热应激导致心肌损伤和室性心律失常的新机制：热应激通过诱发心肌细胞内钙超载，激活Calcineurin，进而使DRP1 Ser637位点去磷酸化，驱动线粒体过度分裂和功能障碍，产生大量线粒体活性氧，最终导致心肌细胞凋亡和心律失常。 这一发现将“钙信号紊乱”与“线粒体动力学失衡”在热射病病理过程中直接联系起来。同时这项研究加深了我们对全球变暖背景下热源性心血管事件的理解，也为开发针对性干预策略提供了坚实的理论基础和实验依据。