電壓門控性鉀通道在缺氧性肺動(dòng)脈高壓中作用的研究進(jìn)展

何培保 王洪巨

(蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科 ，安徽 蚌埠 233000)

肺動(dòng)脈高壓是臨床常見病，多種心、肺血管疾病均可引起，其特征是肺動(dòng)脈壓力持續(xù)升高，右心室的后負(fù)荷不斷增加，從而導(dǎo)致進(jìn)行性的右心衰竭甚至死亡。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)鉀通道的表達(dá)和活性與肺動(dòng)脈高壓的形成關(guān)系密切。肺動(dòng)脈高壓的形成主要涉及肺血管收縮和肺血管構(gòu)型重建兩個(gè)方面〔1，2〕，而肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞膜鉀通道在這兩個(gè)環(huán)節(jié)中均發(fā)揮關(guān)鍵作用。本文就目前研究較多的電壓門控性鉀通道(Kv)及其與肺動(dòng)脈高壓的關(guān)系做一綜述。

1 Kv的結(jié)構(gòu)及亞型

Kv是由α和β亞基組成的糖基化多肽復(fù)合物，4個(gè)α亞基對(duì)稱排列組成跨膜孔道，是離子通道的主要功能單位，而β亞基僅起調(diào)控作用。α亞基形成孔區(qū)，編碼它的基因有9種，Kv1～Kv9，每一種基因型又有若干亞型，如：Kv1.1～ Kv1.6。α亞基迂回跨越細(xì)胞膜6次，即具有6個(gè)跨膜段，分別命名為S1～S6區(qū)，跨膜域中的S4區(qū)帶有電荷，S4區(qū)被認(rèn)為是通道電壓感受器的重要組分〔3〕。連接S5和S6跨膜序列的區(qū)域參與形成鉀離子的透過(guò)區(qū)，稱為H5區(qū)(或孔區(qū))。不同亞型又可構(gòu)成異四聚體，如Kv1.2/Kv1.5。β亞基是調(diào)節(jié)亞基可關(guān)閉通道。經(jīng)由Kv通道的外向鉀電流是細(xì)胞膜靜息電位(Em)的主要組成成分，且以Kv1.5和Kv2.1的作用較大。研究已發(fā)現(xiàn)Kv 電流包括延遲整流K+電流(IK，DR)和瞬時(shí)外向K+電流(IK，TO)，以及新發(fā)現(xiàn)的無(wú)失活K+電流(IK，N)。這3種通道電流給肺動(dòng)脈正常膜電位水平提供了重要的K+通道電導(dǎo)，IK，N在靜息膜電位就可以被激活，已經(jīng)在兔子、大鼠和豬等動(dòng)物的PASMCs中被發(fā)現(xiàn)。

Kv主要分布在肺的阻力小動(dòng)脈上,可被4-氨基吡啶(4-AP)所阻斷。由于Kv都具有類似的動(dòng)力學(xué)和藥理學(xué)特性，所以確定特定的細(xì)胞中表達(dá)何種亞型有一定的難度，不過(guò)，現(xiàn)有的研究表明Kv1.1、Kv1.2、Kv1.4、Kv1.5、Kv1.6、Kv2.1和Kv9.3亞基，以及Kv131、Kv132和KvB3亞基在PASMCs中表達(dá)〔4〕。

2 Kv電流的特點(diǎn)

在PASMCs上IK,TO激活和失活都很快，電流幅值也很大，電流圖呈高尖形狀，此電流對(duì)4-AP敏感。電流-電壓曲線顯示該電流約在-20 mV時(shí)被激活，隨電壓的升高電流幅值增加，呈現(xiàn)出外向整流性的特點(diǎn)。室溫下10 ms內(nèi)完全激活，后迅速失活。35℃時(shí)可加速該通道的失活過(guò)程。IK,DR因激活緩慢所以稱之為延遲整流電流。當(dāng)膜電位在-20 mV時(shí)，該通道可被激活并產(chǎn)生時(shí)間依賴性電流，當(dāng)復(fù)極到-30 mV時(shí)，可誘發(fā)尾電流。電流-電壓曲線顯示，時(shí)間依賴性電流具有外向整流特性，在<-20 mV時(shí)通道不被激活，膜電位>0 mV時(shí)隨膜電位的升高電流幅值增加，其時(shí)間依賴性電流基本無(wú)失活。尾電流也隨膜電位的升高而升高，但幅度較小，約為時(shí)間依賴性電流的1/5。

3 Kv調(diào)節(jié)肺動(dòng)脈張力

與心肌細(xì)胞不同的是PASMCs通常沒有明顯的動(dòng)作電位，對(duì)于除極或者復(fù)極的反應(yīng)多波動(dòng)于Em水平，因此，Em水平是調(diào)節(jié)肺動(dòng)脈張力最重要的因素。Em值主要由鉀通道決定，而且經(jīng)Kv通道外向K+電流是Em主要成分，且以Kv1.5和Kv2.1作用大〔5〕，當(dāng)鉀通道活性下降或關(guān)閉時(shí)，細(xì)胞內(nèi)面電位就變正，膜去極化，當(dāng)去極化到一定程度時(shí)，L-鈣通道開放，Ca2+內(nèi)流，同時(shí)三磷酸肌醇(IP3)也被激活，肌漿網(wǎng)釋放Ca2+，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度(〔Ca2+〕cyt)增加，激活肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白收縮裝置，平滑肌收縮。反之，發(fā)生相反變化。在低氧性肺動(dòng)脈高壓的研究中發(fā)現(xiàn)，缺氧可抑制肺阻力血管平滑肌細(xì)胞鉀通道，主要是Kv，導(dǎo)致鈣通道開放增加，從而引起缺氧性肺血管收縮反應(yīng)。Yuan等觀察到，急性缺氧(氧分壓≤9.86 kPa)可明顯抑制大鼠PASMCs Kv的K+外流，故認(rèn)為低氧抑制PASMCs Kv，繼而開放電壓門控Ca2+通道，促進(jìn)Ca2+進(jìn)入細(xì)胞，最后導(dǎo)致肺血管的收縮反應(yīng)〔6〕。

4 細(xì)胞凋亡與K+外流

細(xì)胞凋亡是指在一定生理或病理?xiàng)l件下由基因調(diào)控的主動(dòng)而有序的自我消亡過(guò)程，多細(xì)胞有機(jī)體內(nèi)細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡的動(dòng)態(tài)平衡是維持機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的一種重要方式。而各種原因誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡均存在較強(qiáng)的K+外流，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)K+濃度(〔K+〕cyt)明顯下降。最早對(duì)淋巴細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)K+外流是凋亡所必需的，其后在PASMCs的研究中也得到證實(shí)。特異性鉀離子載體(如纈氨霉素)可有效地證實(shí)K+外流與細(xì)胞凋亡的聯(lián)系，纈氨霉素增加K+外流，誘導(dǎo)PASMCs凋亡〔7，8〕。研究還證實(shí)無(wú)論是通過(guò)提高細(xì)胞外K+濃度，還是用藥物阻斷鉀通道，均可使K+外流受阻，抑制細(xì)胞凋亡〔8，9〕。由此可以認(rèn)為，低氧抑制PASMCs Kv的K+外流，繼而抑制PASMCs凋亡。

5 PAH引起肺血管重塑的機(jī)制

PAH導(dǎo)致PASMCs增殖的機(jī)制也非常復(fù)雜，至今尚未完全闡明。其中有神經(jīng)、體液及內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)PASMCs的旁分泌作用，也有缺氧對(duì)PASMC的直接作用。研究表明缺氧一方面可直接促進(jìn)培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞增殖，另一方面，缺氧可通過(guò)抑制PASMCs鉀通道的活性及通道的表達(dá)使引起細(xì)胞膜去極化，Em上升，繼而開放電壓依賴性鈣通道開放，Ca2+內(nèi)流增加，同時(shí)三磷酸肌醇(IP3)也被激活，肌漿網(wǎng)釋放Ca2+，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度(〔Ca2+〕cyt)增加。而細(xì)胞內(nèi)Ca2+除了調(diào)節(jié)平滑肌收縮外，還刺激血管平滑肌細(xì)胞的增生。

肺動(dòng)脈高壓時(shí)，PASMCs增殖增加、凋亡抑制，導(dǎo)致肺血管中膜增厚和重構(gòu)，肺動(dòng)脈壓力增加，右心室衰竭和過(guò)早死亡〔10〕，更有學(xué)者認(rèn)為重度PAH似腫瘤，肺血管病變部位不存在細(xì)胞凋亡，并且病變部位肺血管細(xì)胞表達(dá)抗凋亡蛋白〔11，12〕。PAH肺血管重構(gòu)主要表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞損傷，平滑肌細(xì)胞肥大增殖，肌型血管中層增厚，非肌型血管向肌型轉(zhuǎn)化，成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)合成增多等變化。研究表明，鉀通道在肺血管重構(gòu)中起重要作用〔13〕。目前肺血管細(xì)胞增殖和血管重塑所致的肺動(dòng)脈高壓這一觀點(diǎn)已經(jīng)得到公認(rèn)〔14〕，且肺血管重塑不但是肺動(dòng)脈高壓持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是對(duì)血管擴(kuò)張降壓藥物產(chǎn)生抵抗的主要原因〔15〕。

長(zhǎng)期缺氧不僅引起鉀離子通道關(guān)閉使肺血管平滑肌收縮，還可導(dǎo)致肺血管重塑。肺動(dòng)脈中層增厚是PASMCs無(wú)序擴(kuò)增和凋亡減弱的結(jié)果，而且K+通道活性的下降和Kv基因下調(diào)，在促進(jìn)PASMCs擴(kuò)增和減弱凋亡中起著雙重作用。許多研究表明通過(guò)K+通道阻止細(xì)胞K+外流會(huì)減低凋亡細(xì)胞體積縮小的速度，減弱半胱氨酸蛋白酶(caspase) 的活性，抑制細(xì)胞色素C釋放，和減少由凋亡誘導(dǎo)物所引起的DNA破碎〔16〕。研究表明低氧導(dǎo)致PASMCs Kv產(chǎn)生的電流〔IK(v)〕降低導(dǎo)致細(xì)胞膜去極化誘導(dǎo)〔Ca2+〕cyt增加，刺激細(xì)胞擴(kuò)增，還可通過(guò)減低凋亡細(xì)胞收縮和抑制胞漿capases減弱細(xì)胞凋亡。低氧對(duì)PASMCs的擴(kuò)增和抗凋亡作用通過(guò)K+通道活性降低這一途徑表現(xiàn)出來(lái)，鉀通道活性降低打破了細(xì)胞增殖和凋亡的平衡，導(dǎo)致肺血管重塑。

申艷等〔17〕研究發(fā)現(xiàn)與PAH組比較，二氯乙酸鹽治療組肺動(dòng)脈壓、中膜厚度百分比及右心室肥厚指數(shù)降低，肺組織Kv1.5 mRNA及其蛋白表達(dá)上調(diào)，PCNA表達(dá)下調(diào)(P<0.05)，證明二氯乙酸鹽減輕大鼠肺動(dòng)脈高壓與上調(diào)肺組織Kv1.5表達(dá)，抑制肺血管重構(gòu)有關(guān)。胡蕾等〔18〕在觀察高肺血流肺動(dòng)脈高壓大鼠肺血管結(jié)構(gòu)重建和肺血管電壓依從鉀通道Kv1.5 mRNA表達(dá)變化，探討口服西地那非對(duì)高肺血流肺動(dòng)脈高壓大鼠肺血管重構(gòu)及肺血管電壓依從鉀通道Kv1.5 mRNA表達(dá)的影響中發(fā)現(xiàn)，高肺血流肺高壓大鼠肺血管發(fā)生重構(gòu)并且其肺血管Kv1.5 mRNA表達(dá)下降，而口服枸櫞酸西地那非抑制高肺血流肺高壓大鼠肺血管重構(gòu)和上調(diào)肺血管Kv1.5 mRNA表達(dá)。徐賢華等〔19〕在研究二氯醋酸鈉(DCA)對(duì)大鼠在高原環(huán)境下形成高原低氧性肺動(dòng)脈高壓的預(yù)防作用，以及對(duì)高原低氧大鼠PASMCs上電壓門控性鉀通道亞型Kv2.1基因表達(dá)的影響和抑制肺動(dòng)脈重構(gòu)的作用中發(fā)現(xiàn)，DCA對(duì)于大鼠在高原條件下形成的肺動(dòng)脈高壓具有預(yù)防作用，同時(shí)能夠上調(diào)大鼠PASMCs上Kv2.1表達(dá)，阻止肺動(dòng)脈和右心室重構(gòu)的作用。

6 血管活性物質(zhì)與Kv

研究發(fā)現(xiàn)許多血管收縮因子抑制Kv的活性，導(dǎo)致細(xì)胞膜的去極化。血管收縮因子與GTP結(jié)合蛋白(Gq)偶聯(lián)的膜受體結(jié)合，激活磷脂酶類，產(chǎn)生第二信使物質(zhì)二酰甘油(DG)及三磷酸肌醇(IP3)，激活蛋白激酶C(PKC)〔20〕。根據(jù)PKC的Ca2+的依賴性在血管平滑肌中已發(fā)現(xiàn)幾種亞型，包括α、β、ε和ζ〔21〕。經(jīng)典的蛋白激酶(α和β)激活需要Ca2+，DG和磷脂，相比之下，PKC(ε)需要DG和磷脂，而不需要Ca2+，非典型PKC(ζ)則僅由磷脂激活。內(nèi)皮素-1及血管緊張素Ⅱ通過(guò)非依賴Ca2+的PKC(ε)抑制Kv〔22，23〕。血栓素A2抑制Kv的作用機(jī)制包含PKC(ζ)〔24〕。另有研究表明，5-羥色胺在肺血管平滑肌中通過(guò)激活磷脂酶C、PKC及酪氨酸激酶抑制Kv〔25〕。同時(shí)，許多血管舒張因子包括降鈣素基因相關(guān)肽、β-腎上腺素受體激動(dòng)劑、血管活性腸肽、腺苷、激活的腺苷酸環(huán)化酶，通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)的cAMP的濃度，激活cAMP依賴的蛋白激酶(PKA)〔22〕。大多Kv過(guò)此通路受到調(diào)節(jié)。已有研究表明從兔門靜脈分離的血管平滑肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)β-腎上腺素受體通過(guò)活化PKA激活Kv電流〔22〕。此外，其他血管擴(kuò)張劑，如前列腺素和腺苷，分別激活兔腦動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈的Kv〔26〕。

7 結(jié)語(yǔ)與展望

鉀通道與肺動(dòng)脈高壓的產(chǎn)生和進(jìn)展關(guān)系密切，即使是研究較多的血管活性物質(zhì)對(duì)肺動(dòng)脈壓力的影響，在很多情況下也是通過(guò)鉀通道起作用的。因此，對(duì)于鉀通道的深入研究，進(jìn)一步闡明其與肺動(dòng)脈高壓的關(guān)系有助于肺動(dòng)脈高壓治療的研究，為臨床需要開發(fā)有效的抗肺動(dòng)脈高壓的藥物提供科學(xué)依據(jù)。

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