Circulation 浙江大学庄乐南、梁平/中国农业大学杜旭光团队构建全球首个长QT综合征的基因编辑小型猪模型

长QT综合征(LQTS)是常见的遗传性心率失常疾病，临床表现为QT间期延长、心律失常，并易引发心源性猝死等恶性事件。其中，由KCNH2基因功能缺失突变引起的2型长QT综合征(LQT2)在我国最为常见。该疾病患病率高，发病诱因多样，影响人群广泛，但治疗手段却十分匮乏，造成了极大的社会负担。由于传统模式动物无法准确模拟人类心脏的电生理状态，长QT综合征的机制研究与药物研发受到严重制约。

2025年12月10日, 浙江大学动物科学学院庄乐南研究员、浙江大学转化医学研究院梁平教授、中国农业大学杜旭光教授领衔的联合团队在心血管领域顶级期刊Circulation (IF=38.6)上发表题为“Modeling Long-QT Syndrome Using Gene-Edited Miniature Pigs”的研究论文，该研究建立了KCNH2基因敲除的长QT综合征小型猪模型，准确地模拟了人类长QT综合征的临床与病理表型。利用该模型，研究团队从整体动物的心电异常、心脏组织的电生理特性，到心肌细胞的离子通道功能及分子表达谱等多个尺度进行实验，并进行旧药新用测试。该研究为长QT综合征的机制研究与治疗开发提供了前所未有的强大平台，是科学家在利用大动物模型研究人类遗传性心律失常疾病中取得的重大突破。

在长QT综合征的研究中，小鼠模型存在明显局限。小鼠的心脏电生理特性、离子通道构成等与人类差异巨大，其心室复极过程不依赖于KCNH2基因控制的快速激活延迟整流钾电流(I_kr)，因此无法重现人类患者典型的间期延长等重要表型。此前的研究尝试使用家兔等动物。虽然家兔的心脏复极机制与人类相对接近，但其在心脏整体大小、长期慢性病程模拟、药物安全剂量评价等方面仍存在不足。建立一个在心脏解剖结构、电生理特性及系统生理等全方位与人类近似的大型动物模型，仍是领域内亟待突破的瓶颈。

为了建立能更准确模拟长QT综合征的动物模型，研究人员利用基因编辑技术，精准地敲除了猪的KCNH2基因，并利用体细胞核移植技术和胚胎移植技术，成功构建了国际首个长QT综合征基因编辑小型猪模型。

图1. 基因编辑猪构建流程

为了证明模型猪表型的可靠性，团队首先收集了模型猪心电图信息。24小时心电图监测发现，模型猪表现出明显的QT间期延长、T波异常和自发性尖端扭转型室性心动过速等恶性心律失常事件。与人类长QT综合征患者的症状高度相似，是目前表型最接近人类患者的动物模型。 

图2. 模型猪心电异常

随后，团队利用该模型进行进一步探究。在体诱导室速实验发现，在相同刺激条件下，对照猪心脏被成功起搏，刺激停止后立即恢复为正常的窦性心律。但模型猪被诱导出现强烈室颤，刺激停止后的传导图出现多个波裂，证明模型猪心室复极不均一，易发恶性心率不齐事件。 

图3. 在体诱导室速

为了研究模型猪离子通道的改变，团队进行了光标测实验。实验发现，与对照猪相比，模型猪表现出明显的室间复极化延长和传导延迟。值得注意的是，实验还发现模型猪心脏钙瞬变出现异常暂停，因此团队使用临床常用钙离子阻断剂地尔硫卓进行干预实验，证实地尔硫卓处理可以减轻模型猪心脏组织的钙瞬变异常和动作电位时程延长，首次通过实验验证了钙离子阻滞药物可能减少长QT综合征患者的恶性心律不齐事件。 

图4. 光标测和地尔硫卓干预

最后，团队收集了模型猪心脏单细胞膜片钳数据，还绘制了首个长QT综合征模型的心脏单细胞核转录组图谱。单细胞膜片钳发现，模型猪KCNH2基因控制的快速激活延迟整流钾电流(I_Kr)密度降低，在单个细胞和离子通道水平直接证实了KCNH2基因敲除导致了hERG通道功能丧失，是模型猪出现长QT综合征表型的直接原因。单核转录组数据分析结果不仅证实了模型猪心肌存在钾离子通道与钙离子通道重塑，还发现模型猪心肌能量代谢下调与炎症激活，为理解LQT2的潜在病理进展提供了新机制线索。 

图5. 单细胞膜片钳与单细胞核转录组

综上所述，本研究通过构建KCNH2基因敲除小型猪，建立了国际上首个能够准确模拟人类长QT综合征表型的大动物模型。利用这一模型，研究从整体动物心电图、心脏组织电生理到心肌细胞离子通道功能及分子图谱等多个层面进行研究与验证，发现长QT综合征导致模型猪心脏电生理重塑、钙处理异常及代谢炎症改变。此外，研究通过实验验证了钙离子阻滞剂地尔硫卓具有改善长QT综合征电生理异常的潜在治疗作用。

浙江大学动物科学学院庄乐南研究员、浙江大学转化医学研究院梁平教授和中国农业大学生物学院杜旭光教授为本文共同通讯作者。浙江大学附属邵逸夫医院心内科张元博士后和浙江大学动物科学学院硕士生赵久霄为文章的共同第一作者。该研究还得到中国科学院裴钢院士、浙江大学彭金荣教授和罗丽健副教授、中国农业大学生物学院胡晓湘教授、河南省医学科学院郝国梁博士、河南斯高研究院王功新博士和开封市瑞宠国际动物医院曹仕峰院长的指导帮助。该研究得到国家重点研发计划(2021YFA0805902)、国家自然科学基金(32270884)等的资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.125.074681