[word格式] ATP敏感性钾通道与气道高反应性研究进展

[word格式] ATP敏感性钾通道与气道高反应性研究进展 ATP敏感性钾通道与气道高反应性研究进 展 陕西医学杂志2007年5月第36卷第5期 ? 综述? ATP敏感性钾通道与气道高反应性研究进展 三峡大学医学院病理生理学教研室Cg昌443002)黄美蓉综述王志强审校 哮喘是由多种细胞和细胞成分参与,以嗜酸性粒细 胞浸润为主并导致与之相关的气道高反应性(AHR)的气 道慢性炎症性疾患.AHR作为哮喘的重要特征之一,在 其发生发展中起重要作用,目前对其发生机制的研究涉 及很多方面,现对气道平滑肌细胞中ATP敏感性钾通道 在AHR的发生机制做一综述. 1气遒平滑肌钾通道的结构和功能钾通道普遍 存在于兴奋和不兴奋细胞的细胞膜上,是一个跨膜蛋白, 由两部分组成,形成一个贯穿脂质双层膜的亲水性微孔, 广泛分布于多种组织细胞.气道平滑肌的自发性膜电位 现为慢波,不易转化成动作电位,具有明显的电稳定性 的特点.其产生的离子流主要依赖于钾通道的开放,其细 胞膜表面至少表达钙激活钾通道(KCa),电压依赖性钾通 道(Kv)和ATP敏感钾通道(KATP)3种钾通道l_1]. 1.1钙激活钾通道根据它们电导度的不同, 可分为高电导KCa(BKCa,10O,250Picosiemen,PS), 中电导(IKCa.11,40PS)与微电导(SKCa,4,14PS),其 中最重要的是BKCa.BKCa是由a亚单位和p亚单位构 成的异二聚体,在细胞膜去极化和胞浆内游离Ca浓度 升高时可打开,具有负反馈机制,可以拮抗或终止去极化 刺激或Ca激动药物的作用,使细胞膜复极化或超级化. 由蝎毒中分离的肽成分Charybdotoxin与Iberiotoxin可 选择性阻断BKCal2. 1.2电压依赖性钾通道K是由4个a亚单 位和4个p亚单位构成的八聚体,哺乳动物身上现已可克 隆7O多种a亚单位,每个a亚单位由6个跨膜片断组成, 每个片断包含一个信号转导孔区,是为离子转导通路,该 孔区还是与离子通道阻断剂特异结合的部位.p亚单位调 节a亚单位的生物合成及其开放,几个主要的B亚单位 (Kvp,p,p3)已经被证实_3].Kv是电压依赖性的,与 Ca无依赖,对膜去极化敏感,缓慢活化后产生一延迟外 向整流钾电流,其主要功能是维持静息膜电位和平滑肌 静息张力,可被4一氨基吡啶(4一ATMD,TMD,其各自分别又有5,5.6 个跨膜区. 其胞质侧有两个核酸结合襞NBF和NBFz,前者位于 TMD和TMD的绊环之间,后者位于羧基端H].Matsuo 最近的研究发现SUR的NBF具有ATP酶活性,作为一 个细胞代谢的感受器,这可以解释为什么KATP与其他 蛋白相比较低的水解活性;而NBF是不依赖于镁的高亲 和力核苷酸结合位点L5一.不同组织KATP由不同的Kit 和SUR组成,Cui等用RT—PCR的研究发现培养的 人肺动脉平滑肌细胞表达为Kir62和SUR2Bl_6],Isomoto. 认为气道平滑肌上为Kirz和SURz.. 2KATP通道活性调控机制 该通道的重要功能特点是轻度电压依赖性,胞浆中 ATP/ADP比值影响其开放,黄酰尿类衍生物如格列本脲 可选择性阻断KATP.当其阻断时,复极速率减慢,电压 依赖性钙通道(VOC)开放,更多的钙离子进入气道平滑 肌细胞内,导致肌肉收缩.Kire四聚体的一个亚单位的C 末端和相邻亚单位的Slidehelix在ATP依赖的通道门控 中起重要作用,其突变将改变处于开放状态的通道内在 构象[8]. 2.1ATP对KATP活性的调控胞浆中 ATP/ADP比值影响其活性,其调控机制复杂,KATP作 为细胞代谢的感受器,可反映细胞代谢的静态和动态特 征,调节活性细胞的钾离子渗透平衡及生物电活动.当 ATP水平大于lmmol/L可抑制KATP开放,通常细胞 内ATP水平为3,4mmol/L,因此KATP正常情况下处 于关闭状态.在细胞内ATP浓度升高时,KATP受抑制 而关闭,其作用与Mg无关.游离ATP,非水解的ATP, 与Mg结合的ATP等升高时均可导致KATP通道抑 制,因此这种活动不需ATP的磷酸化与水解,而只要 ATP的配体活动引起.基于光亲和标记的研究表明, KATP通道的活性可由SUR通过监视细胞内的MgADP 的浓度来调节,可望由ATP结合于NBF与MgADP结 合于NBF协同作用来调节[5].虽然正常胞浆内的ATP 浓度较高,但KATP通道并未完全关闭,穿孔膜片钳显示 仍有1O的KATP具有活性.而且ATP/ADP的比值不 变时也可到通道活性的改变,表明机体对KATP的 调节还有其他机制参与. 陕西医学杂志2007年5月第36卷第5期 2.2膜脂类代谢物对KATP活性的调节 有研究发现,4,5二磷酸肌醇(PIPz)对KATP具有较强的 作用.在细胞膜胞浆面加入5~mol/LPIPz可将ATP的 IC从约10~mol/L降到3~mol/L,从而拮抗ATP对通 道的抑制作用,这也是游离膜片具有高ATP敏感性的原 因.同时揭示了膜磷脂参与细胞兴奋的功能调节[9],这也 可能是KATP与钙通道相互作用的中介物之一.KATP 通道的活性也依赖于膜磷脂浓度,膜PIPz的浓度可能决 定了KATP通道的基础活性,这提示KATP通道的活性 受受体耦联的G结合蛋白信号途径和磷脂肌醇一磷脂酶c (PFPLC)的调节.PI—PLC的激活使膜PIP2耗竭,因此 KATP通道不仅将新陈代谢与细胞电活动耦联起来,而 且KATP通道能迅速地传导细胞外信号. 2.3其他调节细胞内,有许多其他物质也可 以调节KATP的活性,受体激动剂,降钙素基因相关肽 (CGRP),腺苷等通过cAMP途径激活PKA开放 KATPL1,NO可能通过CGMP途径激活KATP通道; 神经肽Y,5一羟色胺(5一HT),组胺,脱羟去甲肾上腺素等 也能通过PKC抑制KATP开放.胆碱受体,ET一1【”]等通 过PKC途径抑制KATP活性. 3KATP与气道高反应性 气道高反应性是指气道对许多诱发气道阻力增加的 刺激物质的过强反应,是支气管哮喘的主要特征,有症状 的哮喘患者几乎都存在AHR.目前尚未阐明其发病机制, 推测与气道炎症因素,神经因素,气道平滑肌重塑等有密 切关系. 3.1KATP与气道炎症气道慢性炎症在 高反应性的形成和发展过程中起着重要作用.目前针对 KATP与哮喘的研究多涉及钾通道开放剂的作用,现已 研究开发出多种KATP开放剂.KATP开放剂可使K叶.外 流增加,导致细胞超极化,细胞兴奋性明显降低,从而对 各种刺激因子包括多种炎症因子的反应降低.YM.”(10 ,100mg/kg)静脉注射能剂量依赖性的降低血小板活化 因子(PAF)诱导的豚鼠气道高反应性,用辣椒素预处理 可部分抑制PAF诱导的AHR,用磷酸阿米酮预处理则增 强PAF诱导的AHR,而YM..4对PAF诱导的AHR的抑 制作用不受二者影响,表明YM..通过调节感觉神经末梢 神经肽的释放,抑制气道神经源性炎症来降低AHR[1. BRL(8mg/kg)不仅降低卵白蛋白诱导的豚鼠气道阻 力增加,而且抑制气道炎症细胞的渗透,没有降低血压的 副作用L1.Redemann等发现HOE可松弛气道平滑肌, 但其作用可被前列腺素类物质如吲哚美辛减弱,推测其 作为一个抗哮喘药,优点可能在于降低支气管高反应性, 减少粘液分泌,且其降低AHR的剂量低于使气道平滑肌 松弛的剂量【1.大量的实验研究和临床治疗表明,吸入糖 皮质激素可以明显控制气道炎症,但对各个病例的AHR 617 减轻程度有很大差别,说明气道炎症不是AHR的惟一机 制. 3.2KATP和神经调节研究发现,钾通道 开放剂能使气道平滑肌细胞去极化,支气管扩张,降低 AHR,抑制气道神经递质的释放L】.在使用免疫复合物 之前,切断迷走神经可消除致敏豚鼠对组胺产生的气道 高反应性,Morely观察到,如果切断致敏豚鼠双侧迷走神 经,可消除钾通道开放剂SDZPCO..对其AHR的保护作 用,KATP开放剂能抑制胆碱能或肽神经递质的释放.这 些研究表明气道神经在AHR产生的病理生理机制中起 一 定作用.已有研究证实KATP开放剂可调节气道神经 功能.在豚鼠的离体气管,克罗卡林消除非肾上腺能非胆 碱能(e—NANC)且非P物质所致的支气管收缩,逃走神经 刺激弓I起的独立气管的收缩也可被克罗卡林抑制.钾通 道开放剂抑制多种类型的神经传人传出效应,包括人工 诱导的黏液分泌.实验性诱导的豚鼠咳嗽,C一纤维活性及 e—NANC活性的抑制均可调节支气管收缩.经豚鼠实验, 多种刺激物所致AHR都可被KCO抑制,经气管内给 药,KCO能完全逆转免疫复合物,LPS及臭氧引起的豚 鼠及家兔AHR,对正常豚鼠无抗AHR作用.其他钾通道 开放剂,如比卡林,左可罗卡林,SDZPCO及Kc0等 降低AHR的剂量并不抑制正常反应豚鼠支气管收缩,由 于KATP开放剂并非高效支气管扩张药,支气管舒张也 不是降低AHR的机制,Ahmen等在致敏家兔的研究认 为,腺苷A受体激活剂(CPA)由于激活该受体产生气道 平滑肌收缩,进一步导致的AHR不被KCO.逆转,基础 气道对CPA产生的AHR,KC0.也无明显作用.但在增 量使用KCO.时,抗原诱导的AHR被抑制,且不依赖嗜 酸性粒细胞的增多,推测Kc0抑制气道AHR的效应与 气道神经作用相关L1. 3.3KATP对ASM细胞增殖与凋亡及其 相关基因表达的影响气道平滑肌的钾通道在肌肉 收缩,平滑肌细胞增殖以及气道重塑中起重要作用,赵 丽敏等研究表明,抑制支气管平滑肌细胞Kv的活性可促 进细胞的增殖,抑制细胞的凋亡率及其相关基因Fas, FasL的表达,而阻断KCA和KATP对静止期的支气管 平滑肌生长无明显影响_1.最近的研究表明,钾通道开放 剂吡那第尔抑制气道平滑肌细胞从静止期(G./G)向 DNA合成期(S)及分裂期(G/M)的转化,使ET—l诱导 的培养气道平滑肌细胞的增殖受到抑制,且这种抑制效 应可被袼列苯脲完全阻断.也有学者做了肺组织其他 细胞增殖与KATP的研究,比如:Iptakalim以浓度依赖 方式抑制ET一1诱导的培养兔肺动脉平滑肌细胞增殖一; 来源于NADPH氧化酶的活性氧作为切应力丧失的肺血 管上皮细胞增殖的启动信号,克罗卡林抑制活性氧的产 生,进一步抑制肺血管上皮细胞的增殖口而肺血管细胞 6l8 的增生,肺血管重建及肺血管收缩反应会进一步影响肺 气道平滑肌的结构和功能.以上研究表明,KATP在气道 平滑肌细胞增生,气道壁增厚,气道重塑致AHR的发生 中起重要作用,而部分钾通道开放剂可在一定程度上抑 制气道平滑肌细胞的增生,促进细胞凋亡,助于改善哮喘 患者的AHR 4结语KATP开放剂增加钾离子外流,引起膜 超极化,同时抑制VOC的开放,减少肌浆网钙离子的释 放,使细胞内Ca减少,抑制体内多种刺激因子如某些神 经递质和激素所诱发的细胞去极化作用,抑制三磷酸肌 醇的形成,降低细胞器对钙离子的敏感性,减少癌基因c— myc,c—fos基因及生长因子的表达.通过一系列的作用, KATP开放剂发挥着抗AHR的效应.气道炎症,气道重 塑及AHR是哮喘的几大重要特征,而炎症和重塑既可以 相互影响,又会助于AHR的持续存在,只要AHR持续存 在,就潜伏着诱发哮喘发作的隐患.KATP参与了以上几 个重要因素及气道神经兴奋性增高的产生机制,因此开 发气道选择性高的KATP开放剂较为重要 参考文献 [1]YostCS.Potassiumchannels:basicaspects, functionalroles,andmedicalsignificance. 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