血管平滑肌鈉鈣交換體研究進(jìn)展

匡陳偉，郭瑞威，黃世亮，奚銀燕，白 蘭，喬 丹

鈉鈣交換體(sodium-calcium exchanger, NCX)在血管平滑肌細(xì)胞的生理及病理生理調(diào)節(jié)過程中充當(dāng)著重要的離子調(diào)節(jié)作用， 目前研究認(rèn)為其具有正向型和反向型兩種狀態(tài)。 反向型NCX 在高血壓形成、血管平滑肌細(xì)胞病理性增殖及冠狀動(dòng)脈微循環(huán)障礙等病理過程中扮演著非常重要的角色。 相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，NCX 在參與調(diào)控血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cells，VSMC）病理性增殖的過程中，與鈣庫(kù)操縱型鈣離子通道（SOC）、肌漿網(wǎng)上鈣泵（SERCA）等鈣離子通道間存在緊密的交互對(duì)話現(xiàn)象。尋找到細(xì)胞內(nèi)各離子通道間相互交互對(duì)話機(jī)制，并恰當(dāng)?shù)亻_發(fā)使用特異、高效的反向NCX 抑制劑，或可為臨床治療相關(guān)疾病帶來突破性進(jìn)展。

1 NCX概述

1.1 NCX 家族成員 到目前為止， 已發(fā)現(xiàn)并能實(shí)現(xiàn)克隆的NCX 成員有3 個(gè)大家族、9 個(gè)不同亞型[1]，它們是非K+依 賴 性 的NCX1、NCX2、NCX3；K+依 賴 性 的NCKX1、NCKX2、NCKX3、NCKX4、NCKX5； 陽(yáng)離子依賴的NCKX6和NCLX。

1.2 血管平滑肌中NCX 的分子構(gòu)成 血管平滑肌中NCX 主要亞型為NCX1 和NCX2， 此兩種NCX 都來源于相同基因的可變剪接表達(dá)結(jié)果[2]。 而在血管平滑肌細(xì)胞的細(xì)胞核膜上，同樣存在NCX 的亞型[3]，其具體亞型分布尚不清楚。

1.3 血管平滑肌細(xì)胞NCX 的轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn) 血管平滑肌上NCX 存在兩種功能狀態(tài)[4]，一是前向型，主要功能是按3Na+（in）∶1Ca2+（out）模式整合Na+內(nèi)流與Ca2+外排；另一是反向型，主要功能是以1Na+（out）∶1Ca2+（in）模式轉(zhuǎn)運(yùn)上述離子，是一個(gè)生電的過程，該過程常導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。

2 NCX的轉(zhuǎn)型因素

2.1 膜電位及胞膜兩側(cè)的Na+、Ca2+濃度 王波等[5]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞膜電位高于逆轉(zhuǎn)電位時(shí),NCX 處于正向模式,將Ca2+外排，反之NCX 反向模式激活，Ca2+向細(xì)胞內(nèi)流動(dòng)。

2.2 細(xì)胞氧供不足 缺氧等情況下， 肺動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞前向型NCX 功能受到抑制，導(dǎo)致其調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放Ca2+及細(xì)胞去極化過程中Ca2+濃度升高的能力下降[6]，此時(shí)反向型NCX 即被激活。

2.3 細(xì)胞培養(yǎng)基血清濃度變化 在使用原代培養(yǎng)的血管平滑肌細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)培養(yǎng)基血清濃度由20%（80%DMEM+20%FBS）減低為10%（45%DMEM+45%Ham'sF12+10%FBS）后，NCX 由前向型轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蛐?，并伴隨血管平滑肌細(xì)胞由分泌型轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋承蚚7]。

3 反向NCX激活導(dǎo)致血管性高血壓

3.1 參與內(nèi)生哇巴因介導(dǎo)高血壓 在腎源性高血壓模型大鼠[8]和使用哇巴因誘導(dǎo)大鼠高血壓的模型體內(nèi)[9]，可見內(nèi)生哇巴因濃度明顯升高， 并伴隨動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞上反向NCX1 等Ca2+通道蛋白表達(dá)增強(qiáng)[10]，誘導(dǎo)胞內(nèi)鈣超載并致使細(xì)胞處于高收縮狀態(tài)，最終引發(fā)高血壓[10]。 而在敲除NCX 基因及NCX1 表達(dá)缺陷的大鼠內(nèi)，可見大鼠腸系膜動(dòng)脈收縮性及血壓將明顯降低， 同時(shí)伴隨著細(xì)胞膜上L 型Ca2+流的下降[11]。

3.2 參與肺動(dòng)脈高壓的形成 Zhang 等[12]研究先天性肺動(dòng)脈高壓患者時(shí)發(fā)現(xiàn)， 該類患者VSMC 中NCX1 處于反向型激活狀態(tài)， 其介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流導(dǎo)致肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞處于易收縮狀態(tài)，并誘導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓的病理表現(xiàn)。

3.3 參與鹽敏感性高血壓的形成 Iwamoto 等[13]發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)NCX1.3 的大鼠對(duì)鹽高度敏感，并伴隨著胞內(nèi)Ca2+濃度升高和細(xì)胞收縮性增強(qiáng)， 這種情況在NCX1 表達(dá)缺陷的轉(zhuǎn)基因大鼠卻剛好相反。 有研究使用KB-R7943 并無(wú)鹽處理反應(yīng)液時(shí)， 能抑制大鼠股動(dòng)脈被藜蘆堿誘導(dǎo)的強(qiáng)力收縮[14]。 猜想反向NCX1 是鹽敏感性高血壓病理過程中的重要的扳機(jī)性因子[15-16]。

4 NCX參與小動(dòng)脈緊張性調(diào)節(jié)

經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈內(nèi)介入治療后期， 仍有超40%的患者存在長(zhǎng)期的慢性心絞痛，反向NCX 介導(dǎo)的冠脈微循環(huán)障礙是重要的原因[17]。 細(xì)胞上自發(fā)性短暫外向電流(STOCs)對(duì)小動(dòng)脈的緊張性有重要的調(diào)節(jié)作用，反向NCX 阻滯劑KB-R7943 能極強(qiáng)阻滯STOCs，并降低小動(dòng)脈緊張性[18]。

5 參與血管平滑肌細(xì)胞增殖

5.1 與肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖相關(guān) 血管平滑肌細(xì)胞中鈣庫(kù)的消耗常導(dǎo)致經(jīng)反向NCX 內(nèi)流的Ca2+流增加，去除細(xì)胞外Na+或使用特異性反向型NCX 抑制劑KB-R7943 處理人肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞后，能明顯降低這一Ca2+流，且細(xì)胞增殖受到明顯抑制[19]。

5.2 與主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖相關(guān) 使用基因干擾技術(shù)沉默大鼠Orai1 基因后， 平滑肌細(xì)胞中SOC 功能受到抑制， 并伴隨NCX 及胞膜Ca2+通道的表達(dá)明顯下降，細(xì)胞增殖受到抑制[20]，提示反向NCX 參與了SOC 調(diào)控的平滑肌細(xì)胞增殖效應(yīng)。

5.3 與相關(guān)促增殖蛋白耦聯(lián) Syyong 等[21]發(fā)現(xiàn)，使用非選擇性陽(yáng)離子阻滯劑SKF-96365 或激活蛋白激酶C 都能抑制反向型NCX；Lemos 等[22]也發(fā)現(xiàn)，G 蛋白耦聯(lián)受體激活過程中，反向NCX 參與了第二信使Ca2+流的轉(zhuǎn)運(yùn)，共同調(diào)節(jié)了HEK-293 細(xì)胞中TRPC3 的過表達(dá)。 此外，NCX與TRPC6 之間也存在著類似的功能相關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。

6 NCX與其他離子通道之間的相互作用與交互對(duì)話

6.1 與Orai1 之間通過交互對(duì)話共同參與VSMC 的增殖調(diào)控 Baryshnikov 等[20]發(fā)現(xiàn)，Orai1 和NCX1 在人類大動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞膜上交錯(cuò)成簇生長(zhǎng)。 敲除Orai1 基因后，細(xì)胞膜上NCX1 的表達(dá)也明顯下調(diào)， 并伴隨細(xì)胞內(nèi)自由Ca2+濃度明顯下降，平滑肌細(xì)胞的增殖也明顯受到抑制，考慮SOC 離子通道被抑制后抑制了NCX1。

6.2 與TRPC6 之間的交互對(duì)話 在使用哇巴因誘導(dǎo)大鼠高血壓的模型中[9]，除NCX1 表達(dá)量明顯上升外，TRPC6表達(dá)也明顯上升；而當(dāng)NCX1 基因被沉默后，TRPC6 的功能喪失，且表達(dá)量也下降近1/3；而使用基因沉默技術(shù)沉默TRPC6 后，NCX1 對(duì)哇巴因不再具有反應(yīng)。 提示NCX1 與TRPC6 之間存在緊密信號(hào)通路。

6.3 與SOC 之間的交互對(duì)話 Guo 等[7]發(fā)現(xiàn)，原代培養(yǎng)的血管平滑肌細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)表型轉(zhuǎn)換后，伴隨著SOC 構(gòu)成分子表達(dá)的增強(qiáng)，NCX1 分子表達(dá)也顯著上調(diào)。 用KB-R7943 預(yù)處理VSMC 后， 用毒胡蘿卜素激活SOC 并補(bǔ)充細(xì)胞培養(yǎng)基中Ca2+，胞膜上的鈣內(nèi)流峰值顯著降低，這表明胞膜上鈣內(nèi)流不僅僅由SOC 介導(dǎo)，NCX1 可能也參與其中， 并推測(cè)在表型轉(zhuǎn)換的VSMC 上，SOC 可能與NCX 間存在著交互對(duì)話， 通過影響胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)控VSMC 的 增殖[23]。

6.4 與肌漿網(wǎng)鈣泵（SERA)之間的交互對(duì)話 Davis[24]、Akolkar 等[25]在使用豬的冠狀動(dòng)脈實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用Ca2+螯合劑BAPTA 后，NCX1 攝取放射性45Ca2+量明顯增加；相同情況下， 單使用毒胡蘿卜素抑制SERA 功能后NCX1 攝取量下降。 而在既使用Ca2+螯合劑裝載細(xì)胞，又加入毒胡蘿卜素時(shí)，NCX1 攝取放射性45Ca2+量沒有被抑制，這提示SERA 與NCX1 之間通過信號(hào)的相互交流，共同參與調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)鈣庫(kù)的鈣儲(chǔ)備功能。

6.5 與Na+-K+泵第二亞型alpha2 之間的交互對(duì)話Matchkov 等[25-27]在小動(dòng)脈上進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，伴隨Na+-K+泵第二亞型alpha2 的下調(diào)，NCX 的表達(dá)量也出現(xiàn)了明顯的下降。 當(dāng)alpha2 表達(dá)下降時(shí)，NCX 對(duì)毒毛旋花苷的敏感性也隨之下降， 并證實(shí)NCX 與alpha2 及耦聯(lián)素蛋白connexin43 之間存在相互關(guān)聯(lián)， 共同參與了血管壁緊張性的調(diào)節(jié)。

6.6 與相關(guān)蛋白耦聯(lián)受體之間的對(duì)話 NCX1 在參與細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)與濃度調(diào)節(jié)時(shí)，能被某些組織自身所表達(dá)的磷酸受納蛋白（PLM）所抑制[28]，從而間接參與調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)離子濃度。 除此之外， 在血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)的某一特定區(qū)域中，NCX 還通過與Na+-K+泵之間相互信號(hào)作用，調(diào)控著血管平滑肌細(xì)胞之間的相互交流[29]。

7 NCX抑制劑研究進(jìn)展

7.1 KB-R7943 Iwamoto 等[30]在1996 年發(fā)現(xiàn)并報(bào)道KB-R7943，該阻滯劑在微摩爾濃度水平便可特異性地阻斷NCX 的反向轉(zhuǎn)運(yùn)模式。 目前KB-R7943 已廣泛在實(shí)驗(yàn)中使用，其特異性阻斷反向NCX 的功能有待進(jìn)一步開發(fā)與研究。

7.2 SEA0400 SEA0400 是擁有更高選擇性的NCX 抑制劑[31]。 在鹽潴留依賴高血壓大鼠模型，在使用SEA0400后[13]，股動(dòng)脈血流升高，外圍動(dòng)脈血管舒張。

7.3 SN-6 Inoue 等[32]于2002 合 成 并 報(bào) 道 了SN-6，該試劑對(duì)反向NCX 的抑制效應(yīng)類似于KB-R7943， 但其對(duì)反向NCX 的選擇性高于KB-R7943。N-6 主要作用于反向NCX 的Val227、Tyr228 等位點(diǎn)，與K229Q 及F223E 位點(diǎn)結(jié)合可使I1 失活。

8 結(jié)語(yǔ)

血管平滑肌細(xì)胞中NCX 其自身或與其他離子通道之間通過交互對(duì)話機(jī)制， 共同參與心血管系統(tǒng)相關(guān)疾病的形成。 研究NCX 意義主要是：（1）NCX 在血管平滑肌病理性增殖等病理過程中充當(dāng)重要離子轉(zhuǎn)運(yùn)角色，其功能研究成果將為心腦血管等疾病的治療帶來重要的理論基礎(chǔ)，為臨床藥物的開發(fā)提供依據(jù)。 （2）NCX 與其他離子通道之間的交互對(duì)話機(jī)制一旦明確， 便可找到相關(guān)疾病的離子通道變化規(guī)律，有針對(duì)性地開發(fā)治療藥物。（3）對(duì)于以NCX 激活造成的相關(guān)疾病來說， 特異性NCX 阻滯劑的開發(fā)將使治療變得高效和簡(jiǎn)潔。

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