Kv7（KCNQ）鉀離子通道對(duì)中樞單胺能神經(jīng)傳遞的調(diào)控

趙 晨，張海林

（河北醫(yī)科大學(xué)藥理學(xué)教研室，河北石家莊 050017）

Kv7通道為電壓門(mén)控鉀離子通道，該通道在閾電位附近激活，呈現(xiàn)慢激活、非失活、慢去活及電壓依賴性特征，是神經(jīng)系統(tǒng)M電流的分子基礎(chǔ)。Kv7鉀通道由5種KCNQ基因編碼，通過(guò)單體或多聚體形式表達(dá)產(chǎn)生電流［1］。除Kv7.1外，Kv7.2-Kv7.5均表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，以 Kv7.2、Kv7.3、Kv7.5亞型分布最為廣泛，幾乎遍布整個(gè)腦區(qū)［2］，Kv7.4亞型分布較少，僅表達(dá)于腦干的離散核內(nèi)［3］。Kv7.2亞型可單獨(dú)表達(dá)形成Kv7通道，但與Kv7.3以四聚體形式共表達(dá)產(chǎn)生M電流具有更為重要的通道功能和生理意義。Kv7.3和Kv7.5共表達(dá)形成的通道也是M電流的分子基礎(chǔ)［4］。Kv7.4亞型也可單獨(dú)表達(dá)，形成 Kv7通道，與 Kv7.3以異源多聚體形式共表達(dá)可產(chǎn)生比Kv7.4單體更大的電流，但Kv7.4不能與Kv7.2共表達(dá)形成通道［3］。

Kv7通道激活緩慢，對(duì)動(dòng)作電位的去極化過(guò)程貢獻(xiàn)不大，其主要作用在于能夠強(qiáng)烈抑制神經(jīng)元重復(fù)、持續(xù)放電，減少放電頻率，降低神經(jīng)元興奮性［5］。Kv7通道開(kāi)放劑可以治療因神經(jīng)元過(guò)度興奮所引起的癲癇發(fā)作、焦慮、疼痛及偏頭痛等［6］。

Kv7通道對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中多種神經(jīng)遞質(zhì)具有調(diào)控作用，本文將針對(duì)Kv7通道對(duì)單胺類神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控進(jìn)行總結(jié)與討論，這些發(fā)現(xiàn)很可能為治療單胺類神經(jīng)系統(tǒng)過(guò)度興奮所致疾?。ㄈ缍喟桶纺苌窠?jīng)元過(guò)度興奮所致精神分裂、藥物濫用，5-羥色胺能神經(jīng)元過(guò)度興奮所致焦慮、抑郁癥以及去甲腎上腺素能神經(jīng)元過(guò)度興奮所致焦慮、嗎啡戒斷反應(yīng)等）提供新的治療思路和手段。

1 Kv7通道對(duì)多巴胺能神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

多巴胺系統(tǒng)是大腦的“獎(jiǎng)賞中心”，與獎(jiǎng)勵(lì)行為、認(rèn)知功能和歡愉情緒有密切的關(guān)系。體內(nèi)研究顯示，多巴胺能神經(jīng)元有兩種放電模式：?jiǎn)畏宸烹姡╰onic firing）和簇狀放電（burst firing）。單峰放電是由一種內(nèi)在的起搏作用引起的，類似于心臟起搏點(diǎn)的作用；簇狀放電則主要依賴于外界刺激引起的興奮傳入，這種特殊的放電模式與呈遞獎(jiǎng)勵(lì)刺激和調(diào)節(jié)目標(biāo)行為相關(guān)。同時(shí)，簇狀放電能夠刺激軸突末梢和胞體樹(shù)突釋放更多的多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)［7］。有趣的是，消除M電流使中腦多巴胺能神經(jīng)元簇狀放電時(shí)間延長(zhǎng)，但對(duì)單峰放電無(wú)影響［8］。

多巴胺能神經(jīng)元主要分布于黑質(zhì)（SNc）和腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）。多巴胺傳遞主要有3條通路：黑質(zhì)-紋狀體通路、中腦-邊緣系統(tǒng)通路和中腦-皮質(zhì)通路，后兩條通路均起源于VTA。相關(guān)研究顯示［9］，Kv7通道開(kāi)放劑瑞替加濱（retigabine）對(duì)SNc和VTA多巴胺能神經(jīng)元的興奮性具有明顯抑制作用。SNc和VTA多巴胺能神經(jīng)元只有Kv7.2和Kv7.4通道表達(dá)，無(wú)Kv7.3和 Kv7.5通道表達(dá)［10］。用可逆性鉀離子通道阻斷劑四乙胺（對(duì)Kv7.2和Kv7.4有不同的敏感性）抑制VTA多巴胺能神經(jīng)元的M電流，其IC50值介于Kv7.2和Kv7.4之間［11］，因?yàn)镵v7.2和Kv7.4不能共表達(dá)形成異源性通道［12］，故這些結(jié)果提示，此處的M通道可能包括同源性的Kv7.2和Kv7.4兩種類型。紋狀體內(nèi)有Kv7.2和Kv7.3通道表達(dá)，無(wú) Kv7.4通道表達(dá)［3］。Retigabine也能夠明顯抑制紋狀體多巴胺能神經(jīng)元的興奮性，減少多巴胺的釋放［9］。

D2受體是一種多巴胺自身受體，研究發(fā)現(xiàn)，retigabine可以有效逆轉(zhuǎn)由多巴胺D2受體阻斷劑和精神興奮藥物（如可卡因、利他林）引起的紋狀體神經(jīng)元興奮作用［13］。值得注意的是，在異源表達(dá)系統(tǒng)，興奮D2受體可激活共表達(dá)的Kv7通道，其中以D2受體對(duì)Kv7.4的激動(dòng)作用最為明顯［14］。因此，上述D2受體阻斷劑的作用可能在于阻斷D2受體，進(jìn)而抑制M通道，導(dǎo)致神經(jīng)元興奮，同時(shí)神經(jīng)元釋放的多巴胺又作用于D2自身受體，增強(qiáng)了M通道的功能。這一結(jié)果提示存在負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)路。由于SNc和VTA神經(jīng)元有Kv7.4通道表達(dá)及突觸附近有多巴胺D2自身受體的表達(dá)，因此，此處釋放的多巴胺作用于D2自身受體，進(jìn)而增強(qiáng)SNc和VTA神經(jīng)元的Kv7.4通道功能，由此導(dǎo)致的神經(jīng)元抑制可以抑制多巴胺的進(jìn)一步釋放。

2 Kv7通道對(duì)5-羥色胺能神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

5-羥色胺是腦內(nèi)的另一種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，主要參與情緒調(diào)節(jié)、認(rèn)知功能（學(xué)習(xí)和記憶）、食欲和睡眠。5-羥色胺通路均起源于中縫核，它是一類分布于腦干中線附近的細(xì)胞集群，大體可分為喙部（rostral group）、中部（intermediate group）和尾部（caudal group）3個(gè)細(xì)胞群。喙部主要包括中縫背核（DRN）和中部中縫核（MRN），由喙部神經(jīng)元投射到廣泛的前腦區(qū)域，包括杏仁核、海馬、下丘腦以及幾乎全部皮質(zhì)區(qū)域，負(fù)責(zé)控制認(rèn)知、情緒、食物攝取、生理節(jié)律和繁殖，是5-羥色胺能系統(tǒng)調(diào)控情緒的主要區(qū)域。尾部主要投射到髓質(zhì)、小腦和脊髓，負(fù)責(zé)控制軀體活動(dòng)、疼痛感覺(jué)和自主神經(jīng)系統(tǒng)［15］。

相關(guān)報(bào)道表明，DRN神經(jīng)元過(guò)度興奮是緊張和焦慮的一個(gè)生理特征。長(zhǎng)期處于壓力環(huán)境所引發(fā)的緊張、焦慮和恐懼情緒會(huì)導(dǎo)致5-羥色胺能神經(jīng)元興奮性增加，DRN附近的5-羥色胺水平也增加［16］。因此，抑制 DRN神經(jīng)元的興奮性，減少DRN投射通路的5-羥色胺能系統(tǒng)活動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抗焦慮作用。

迄今為止，除Kv7.4通道外［3］，還未見(jiàn)其他Kv7通道表達(dá)于DRN內(nèi)，因此，Kv7.4通道將成為一個(gè)有待探索的抗抑郁靶點(diǎn)。Hansen等［8］用免疫組化方法證實(shí)，Kv7.4通道 的確存在于DRN和MRN，且在兩區(qū)域內(nèi)表達(dá)水平有所不同。DRN神經(jīng)元主要包括5-羥色胺能神經(jīng)元和非5-羥色胺能神經(jīng)元（主要是GABA能神經(jīng)元），值得注意的是，Kv7.4通道僅表達(dá)于5-羥色胺能神經(jīng)元上，但并不是所有5-羥色胺能神經(jīng)元都有Kv7.4通道表達(dá)［8］。

Retigabine可以明顯抑制 DRN神經(jīng)元的興奮性［8］。Hansen等［10］在DRN腦片上記錄到retigabine對(duì)神經(jīng)元放電頻率有強(qiáng)效的抑制作用，且效能和效價(jià)與在多巴胺能神經(jīng)元上記錄到的結(jié)果基本一致。本實(shí)驗(yàn)室也在急性分離的DRN腦片上得到證實(shí)，Retigabine能夠明顯增加5-羥色胺能神經(jīng)元的 M電流（EC50≈0.64μmol·L-1），使細(xì)胞膜超極化，抑制神經(jīng)元自發(fā)放電，此抑制作用可被M通道阻斷劑XE991所逆轉(zhuǎn)（待發(fā)表結(jié)果）。Retigabine對(duì)于DRN各區(qū)域的神經(jīng)元具有普遍的抑制作用，正如免疫組化結(jié)果顯示：背側(cè)、腹側(cè)及腹外側(cè)均有Kv7.4通道表達(dá)［8］。由此可推斷，DRN區(qū)域5-羥色胺能神經(jīng)元的Retigabine敏感的M電流都是由Kv7.4亞型所介導(dǎo)的。

采用逆行示蹤標(biāo)記方法，將標(biāo)記物注入大鼠海馬區(qū)，10 d后，在DRN區(qū)域有部分含Kv7.4通道的神經(jīng)元被標(biāo)記，這表明調(diào)節(jié)DRN神經(jīng)元的Kv7.4通道可以直接影響海馬區(qū)5-羥色胺能系統(tǒng)的功能［8］。又因?yàn)橛蒁RN發(fā)出的5-羥色胺投射通路（包括海馬）與抑郁直接相關(guān)［17］，故調(diào)節(jié)Kv7.4通道功能可能會(huì)改善相關(guān)的抑郁樣行為。

3 Kv7通道對(duì)去甲腎上腺素能神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

去甲腎上腺素能神經(jīng)元胞體主要聚集于腦干的藍(lán)斑核團(tuán)和外側(cè)被蓋核。藍(lán)斑核內(nèi)的去甲腎上腺素能神經(jīng)元神經(jīng)投射非常廣泛，幾乎遍布腦的各個(gè)部位，包括全部大腦皮層、丘腦、下丘腦、嗅球、小腦、中腦和脊髓，在腦內(nèi)形成彌散連接。腦內(nèi)去甲腎上腺素神經(jīng)元的作用非常廣泛，幾乎參與全部腦功能的調(diào)節(jié)，如調(diào)節(jié)注意力、警覺(jué)、覺(jué)醒、意識(shí)、情緒、學(xué)習(xí)和記憶、焦慮與疼痛、神經(jīng)內(nèi)分泌等［18］。

有關(guān)藍(lán)斑核內(nèi)去甲腎上腺素能神經(jīng)元上的Kv7通道還未見(jiàn)報(bào)道，但相關(guān)研究表明，Retigabine能夠明顯抑制海馬和皮層神經(jīng)元釋放去甲腎上腺素，且可以劑量依賴地抑制9 mmol·L-1K+引起的去甲腎上腺素釋放（EC50≈1μmol·L-1），此抑制作用可被M通道阻滯劑XE991所逆轉(zhuǎn)。同時(shí)，他們又通過(guò)免疫熒光手段證明Retigabine誘導(dǎo)的海馬釋放去甲腎上腺素減少是通過(guò)Kv7.2通道實(shí)現(xiàn)的［19］。

當(dāng)藍(lán)斑核團(tuán)興奮時(shí)，去甲腎上腺素在腦內(nèi)的廣泛區(qū)域釋放，產(chǎn)生復(fù)雜的作用，也正是因?yàn)檫@種作用復(fù)雜性，迄今為止中樞去甲腎上腺素的生理作用尚不完全清楚，但一般認(rèn)為，去甲腎上腺素能傳遞可以影響機(jī)體對(duì)特定的刺激產(chǎn)生情緒反應(yīng)，如去甲腎上腺素能傳遞增強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生焦慮和驚恐的情緒。由于去甲腎上腺素能神經(jīng)元投射廣泛，且與多巴胺能和5-羥色胺能的投射區(qū)域均有重疊，我們期待Kv7通道開(kāi)放劑對(duì)單胺類神經(jīng)元過(guò)度興奮所致的精神方面的疾病具有普遍的治療作用。

4 Kv7通道開(kāi)放劑與疾病

目前已發(fā)現(xiàn)的Kv7通道開(kāi)放劑有30余種，其中研究最為深入和全面的是 retigabine，10μmol·L-1retigabine能夠使M通道的激活曲線向超極化方向移動(dòng)14-43 mV。在海馬區(qū)，Retigabine可減少神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏陌l(fā)放［5］。Retigabine在臨床前動(dòng)物模型中表現(xiàn)出有效的抗驚厥和鎮(zhèn)痛作用，現(xiàn)已在臨床上用于癲癇部分發(fā)作的輔助治療。值得注意的是，Retigabine的抗癲癇作用主要是通過(guò)抑制海馬區(qū)Kv7通道功能及皮質(zhì)谷氨酸能神經(jīng)遞質(zhì)作用實(shí)現(xiàn)的［20］。此外，還有一些Kv7通道開(kāi)放劑也可以發(fā)揮類似的功能。例如：甲氯滅酸和雙氯芬酸能夠激活Kv7.2／Kv7.3通道，抑制自發(fā)和引發(fā)的皮層神經(jīng)元興奮性，在最大電刺激癲癇模型中表現(xiàn)出抗癲癇作用［21］。美國(guó) Icagen研發(fā)的 Kv7通道激活劑ICA27243對(duì)Kv7.2／Kv7.3通道選擇性高于Kv7.4和Kv7.3／Kv7.5通道，可有效改善最大電刺激癲癇模型的癲癇發(fā)作［22］。本實(shí)驗(yàn)室自行研發(fā)的新型鉀通道開(kāi)放劑QO-58開(kāi)放Kv7.2／Kv7.3通道的 EC50為 0.21μmol·L-1，與 retigabine（EC501.89μmol·L-1）比較生物活性更強(qiáng)，且在戊四唑誘發(fā)的小鼠癲癇模型和電刺激引發(fā)的驚厥模型中，QO-58（＞25 mmol·L-1·kg-1）及其賴氨酸鹽 QO-58-lysine（QO-58L）均顯示出抗癲癇作用，同時(shí)能夠緩解由緩激肽誘導(dǎo)的炎性疼痛反應(yīng)［23］。

在焦慮和抑郁模型中所涉及的Kv7特定亞型目前尚未見(jiàn)報(bào)道，但廣譜Kv7通道開(kāi)放劑的抗焦慮作用已在嚙齒動(dòng)物的可預(yù)知和不可預(yù)知刺激引起的焦慮模型中得到證實(shí)［24］。在XE991敏感的焦慮模型中，Retigabine在焦慮測(cè)試（零迷宮和埋珠實(shí)驗(yàn)）中表現(xiàn)出劑量依賴的抗焦慮作用。同時(shí)，另一Kv7通道開(kāi)放劑BMS204352的左旋異構(gòu)體在相同的焦慮模型中也表現(xiàn)出相似的抗焦慮作用，但BMS204352的右旋異構(gòu)體對(duì)Kv7通道具有抑制作用。此兩種化合物對(duì)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)均無(wú)影響，因此可排除因運(yùn)動(dòng)減少產(chǎn)生的交互影響［24］。還有研究顯示，抑郁動(dòng)物模型分為易感型和非易感型兩種，對(duì)兩種抑郁模型動(dòng)物的基因表達(dá)譜進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示在非易感型抑郁模型中，Kv7.3表達(dá)有所增加，而易感型抑郁模型中無(wú)此現(xiàn)象［25］，提示Kv7.3很可能成為抗抑郁的潛在有效靶點(diǎn)。

5 結(jié)論

單胺類神經(jīng)元過(guò)度興奮會(huì)引發(fā)多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，諸多研究表明，Kv7通道在單胺類神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)有表達(dá)，其功能活性可以影響單胺類神經(jīng)元的興奮性，同時(shí)對(duì)神經(jīng)傳遞通路的投射區(qū)域神經(jīng)元功能也有調(diào)節(jié)，這些事實(shí)為以Kv7通道作為靶點(diǎn)研究單胺類神經(jīng)元相關(guān)疾病奠定了基礎(chǔ)。Kv7通道在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的意義已經(jīng)在臨床應(yīng)用中得到證實(shí)，目前已開(kāi)發(fā)出以retigabine等為基礎(chǔ)的Kv7通道開(kāi)放劑，作為治療癲癇以及疼痛的藥物使用。雖然Kv7通道與其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病如焦慮和抑郁之間的關(guān)系研究較少，但最近有關(guān)在抑郁模型中，Kv7特異表達(dá)發(fā)生改變的發(fā)現(xiàn)為抑郁癥研究提供了新的方向［25］。目前，還沒(méi)有更多明確的研究顯示，究竟哪種Kv7通道亞型參與這些疾病的發(fā)生，但在Kv7通道開(kāi)放劑對(duì)單胺類神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，Kv7.4通道發(fā)揮了重要的作用，因此，Kv7.3和Kv7.4通道很可能成為今后開(kāi)發(fā)治療神經(jīng)元過(guò)度興奮藥物的有效靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Jentsch T J.Neuronal KCNQ potassium channels：physiology and role in disease［J］.Nat Rev Neurosci，2000，1（1）：21-30.

［2］ Schroeder B C，Kubisch C，Stein V，Jentsch T J.Moderate loss of function of cyclic-AMP-modulated KCNQ2／KCNQ3 K+channels causes epilepsy［J］.Nature，1998，396（6712）：687-90.

［3］ Kharkovets T，Hardelin J P，Safieddine S，et al.KCNQ4，a K+channelmutated in a form of dominant deafness，is expressed in the inner ear and the central auditory pathway［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2000，97（8）：4333-8.

［4］ Schroeder B C，Hechenberger M，Weinreich F，et al.KCNQ5，a novel potassium channel broadly expressed in brain，mediates M-type currents［J］.JBiol Chem，2000，275（31）：24089-95.

［5］ Marrion N V.Control of M-current［J］.Annu Rev Physiol，1997，59：483-504.

［6］ Gribkoff V K.The therapeutic potential of neuronal K V 7（KCNQ）channelmodulators：an update［J］.Expert Opin Ther Targets，2008，12（5）：565-81.

［7］ Grace A A，Bunney B S.The control of firing pattern in nigral dopamine neurons：burst firing［J］.JNeurosci，1984，4（11）：2877-90.

［8］ Hansen H H，Waroux O，Seutin V，et al.Kv7 channels：interaction with dopaminergic and serotonergic neurotransmission in the CNS［J］.JPhysiol，2008，586（7）：1823-32.

［9］ Martire M，D′Amico M，Panza E，et al.Involvement of KCNQ2 subunits in［3H］dopamine release triggered by depolarization and pre-synaptic muscarinic receptor activation from rat striatal synaptosomes［J］.JNeurochem，2007，102（1）：179-93.

［10］Hansen H H，Ebbesen C，Mathiesen C，et al.The KCNQ channel opener retigabine inhibits the activity ofmesencephalic dopaminergic systems of the rat［J］.JPharmacol Exp Ther，2006，318（3）：1006-19.

［11］Koyama S，Appel SB.Characterization ofM-current in ventral tegmental area dopamine neurons［J］.J Neurophysiol，2006，96（2）：535-43.

［12］Kubisch C，Schroeder B C，F(xiàn)riedrich T，et al.KCNQ4，a novel potassium channel expressed in sensory outer hair cells，ismutated in dominant deafness［J］.Cell，1999，96（3）：437-46.

［13］Mikkelsen JD.The KCNQ channel activator retigabine blocks haloperidol-induced c-Fos expression in the striatum of the rat［J］.Neurosci Lett，2004，362（3）：240-3.

［14］Ljungstrom T，Grunnet M，Jensen B S，et al.Functional coupling between heterologously expressed dopamine D（2）receptors and KCNQ channels［J］.Pflugers Arch，2003，446（6）：684-94.

［15］Lesch K P，Waider J.Serotonin in themodulation of neural plasticity and networks：implications for neurodevelopmental disorders［J］.Neuron，2012，76（1）：175-91.

［16］Amat J，Baratta M V，Paul E，etal.Medial prefrontal cortex determines how stressor controllability affects behavior and dorsal raphe nucleus［J］.Nat Neurosci，2005，8（3）：365-71.

［17］Araragi N，Lesch K P.Serotonin（5-HT）in the regulation of depression-related emotionality：insight from 5-HT transporter and tryptophan hydroxylase-2 knockoutmouse models［J］.Curr Drug Targets，2013，14（5）：549-70.

［18］Berridge CW，Waterhouse B D.The locus coeruleus-noradrenergic system：modulation of behavioral state and state-dependent cognitive processes［J］.Brain Res Brain Res Rev，2003，42（1）：33-84.

［19］Martire M，Castaldo P，D′Amico M，et al.M channels containing KCNQ2 subunitsmodulate norepinephrine，aspartate，and GABA release from hippocampal nerve terminals［J］.J Neurosci，2004，24（3）：592-7.

［20］Blackburn-Munro G，Dalby-Brown W，Mirza N R，et al.Retigabine：chemical synthesis to clinical application［J］.CNS Drug Rev，2005，11（1）：1-20.

［21］Peretz A，DeganiN，Nachman R，et al.Meclofenamic acid and diclofenac，novel templates of KCNQ2／Q3 potassium channel openers，depress cortical neuron activity and exhibit anticonvulsant properties［J］.Mol Pharmacol，2005，67（4）：1053-66.

［22］Padilla K，Wickenden A D，Gerlach A C，et al.The KCNQ2／3 selective channel opener ICA-27243 binds to a novel voltagek-sensor domain site［J］.Neurosci Lett，2009，465（2）：138-42.

［23］劉燦仿，祁金龍，張海林，賈慶忠.新型鉀通道開(kāi)放劑（QO-58）在大鼠體內(nèi)組織分布研究［J］.中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2012，28（1）：66-9.

［23］Liu C F，Qin JL，Zhang H L，Jia Q Z.Study of tissue distribution on a new potassium channel opener（QO-58）in rats［J］.Chin Pharmacol Bull，2012，28（1）：66-9.

［24］Korsgaard M P，Hartz B P，Brown W D，et al.Anxiolytic effects of Maxipost（BMS-204352）and retigabine via activation of neuronal Kv7 channels［J］.JPharmacol Exp Ther，2005，314（1）：282-92.

［25］Krishnan V，Han M H，Graham D L，et al.Molecular adaptations underlying susceptibility and resistance to social defeat in brain reward regions［J］.Cell，2007，131（2）：391-404.