容積敏感性氯離子通道對心臟細(xì)胞增殖和凋亡的影響

梁霄

摘要：氯離子是機體內(nèi)最豐富的陰離子，氯通道廣泛存在于機體的細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜，在細(xì)胞多種生理病理活動和調(diào)節(jié)過程如細(xì)胞增殖、凋亡、細(xì)胞興奮性調(diào)節(jié)、pH調(diào)節(jié)、容量調(diào)節(jié)和免疫應(yīng)答中均發(fā)揮一定作用。本文從通道生物學(xué)特性、調(diào)節(jié)細(xì)胞容積的機制及對細(xì)胞增殖和凋亡的影響對容積敏感性外向整流氯離子通道（volume-sensitive outwardly rectifying，VSOR）進行綜述。

關(guān)鍵詞：容積敏感性外向整流氯離子通道；細(xì)胞增殖；細(xì)胞凋亡；細(xì)胞容積調(diào)控

在哺乳動物體內(nèi)，存在著多種影響細(xì)胞生命活動的離子（Na+，K+，Cl-），這些離子移動所產(chǎn)生的離子流作為細(xì)胞的背景電流參與跨上皮物質(zhì)轉(zhuǎn)運、細(xì)胞內(nèi)ph調(diào)節(jié)、細(xì)胞的增殖、細(xì)胞的遷移、細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞容積調(diào)節(jié)等生理病理活動。其中陰離子起著至關(guān)重要的作用，Cl-是體內(nèi)最豐富的陰離子，Cl-的跨膜轉(zhuǎn)運通道被稱為Cl-通道，Cl-通道是廣泛分布在原核和真核細(xì)胞等各種細(xì)胞上的一種陰離子通道。已被證明Cl-通道可以通過Cl--HCO3-交換及Na+-Cl-，Na+-K+-2Cl-和K+-Cl_聯(lián)合轉(zhuǎn)運等多種形式參與細(xì)胞容積及細(xì)胞增殖和凋亡的調(diào)節(jié)。目前研究表明，心臟中主要表達電壓依賴性氯通道（ClC）、囊性纖維性跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)體（CFTR）、容量調(diào)節(jié)性氯通道和鈣激活的氯通道。其中由CLC3所編碼的容積敏感性外向整流氯通道（VSOR）與細(xì)胞容積調(diào)控有著密切關(guān)系[1]。

1 氯通道簡介及生物學(xué)特性

20世紀(jì)90年代初，Jentsch等[2]首先在電鰩電器官上成功克隆出電壓依賴性氯離子通道（voltage-dependent CI channels，CIC），至此使氯通道研究取得了突破性進展。根據(jù)氯離子通道開啟的方式不同可分為：①電壓依賴性氯通道；②囊性纖維性跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)體；③容量調(diào)節(jié)性氯通道；④鈣激活的氯通道；⑤p64基因家族；⑥配體激活的氯通道。其中，容量調(diào)節(jié)性氯通道又被稱為容積敏感性外向整流（volume-sensitive outwardly rectifying，VSOR）氯離子通道。

容積敏感性外向整流性氯通道（VSOR Cl-）表現(xiàn)出與其他類型陰離子通道不同的表型特征[3]，這些特征包括有：①VSOR Cl-通道可由細(xì)胞容積增大而激活，細(xì)胞容積的減小而抑制；②不管細(xì)胞內(nèi)外Cl-濃度如何變化，ICl，vol均呈現(xiàn)中度的外向整流特性；③電流激活呈現(xiàn)非電壓依賴性，正電壓時時間依賴性失活，負(fù)電壓則恢復(fù)活性；④多種單價離子可以攜帶該電流，一般認(rèn)為其陰離子滲透序列為：SCN->I->Br->Cl->F->谷氨酸根，而且在細(xì)胞處于低滲狀態(tài)下，可以誘導(dǎo)多種有機物如氨基酸和多元醇經(jīng)該通道流出；⑤對陰離子通道阻斷劑（如NPPB、tamoxifen、niflumic acid、DIDS和SITS等）的廣泛敏感性。

2 調(diào)節(jié)機制

正常情況下，細(xì)胞都具有應(yīng)對胞外微環(huán)境變化，調(diào)節(jié)自身體積的能力。調(diào)節(jié)性容積回縮（RVD）是重要和普遍的生理過程，其定義是細(xì)胞腫脹后發(fā)生的容積減小[4]。包括VSOR在內(nèi)的多種離子通道和轉(zhuǎn)運體已被證實參與RVD過程[5，6]。當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)處于高滲狀態(tài)時，細(xì)胞會發(fā)生皺縮。為了重新達到正常容積，細(xì)胞會發(fā)生調(diào)節(jié)性細(xì)胞容積增加（regulatory volume increase，RVI），RVI的發(fā)生主要與Na+-K+-2Cl-同向轉(zhuǎn)運體，Na+-Cl-同向轉(zhuǎn)運體和Na+/H+交換體等有關(guān)[7]。一定情況下，Cl-電流的減少可反映出VSOR Cl-通道活動受抑制。例如，原代培養(yǎng)的人輸精管細(xì)胞在滲透壓為290 mosm/L的灌流液和電極內(nèi)液中，一旦全細(xì)胞模式形成，就會記錄到一個緩慢增長的Cl-電流；這一效應(yīng)可被胞外滲透壓的增加而翻轉(zhuǎn)[8]。這說明VSOR Cl-通道參與RVI調(diào)節(jié)細(xì)胞容積。

3 調(diào)節(jié)心臟干細(xì)胞增殖

眾所周知，心肌梗死后心肌重構(gòu)是導(dǎo)致心力衰竭的重要原因。干細(xì)胞治療存在的最大"瓶頸"是細(xì)胞在心梗微環(huán)境中利用率極低。如何讓"嬌貴"的干細(xì)胞有效存活和增殖成為一大難題。Tao[9]等人發(fā)現(xiàn)，MSCs上的兩種主要的功能性離子通道IKca和Icl.vol對細(xì)胞增殖具有調(diào)控作用。使用容積敏感性氯離子通道抑制劑可明顯減低MSCs增殖能力，使用siRNA技術(shù)敲除容積敏感性氯離子通道的編碼基因CLC3后，MSCs增殖能力顯著降低。細(xì)胞多數(shù)停留在G0/G1期，進入S期的細(xì)胞數(shù)量減少，并且cyclinD1、cyclingE表達明顯下降，這說明氯離子通道可通過對細(xì)胞周期蛋白的調(diào)控來影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖。而HanY[10]等采用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)檢測c-kit+CSCs，發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞至少存在四種電流：延遲整流性鉀電流（IKDR）、瞬時外向性鉀電流（Ito）、內(nèi)向整流性鉀電流（Ikir）和氯電流（Icl），且電流能被相應(yīng)的阻滯劑阻斷，藥物洗脫后電流恢復(fù)。C-kit+CSCs中存在的容積敏感性氯通道（Icl.vol）被CIC-3所編碼。在常氧狀態(tài)下，用容積敏感性氯通道抑制劑NPPB后發(fā)現(xiàn)c-kit+CSCs增殖能力減弱，停留在G0/G1期的細(xì)胞數(shù)量增加，進入S期的細(xì)胞數(shù)量減少，這說明，容積敏感性氯通道參與調(diào)控c-kit+CSCs增殖。

4 調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是在器官發(fā)育，組織的動態(tài)平衡，細(xì)胞周期和退行性疾病的發(fā)病機制中必不可少的過程。發(fā)生在凋亡小體形成前的細(xì)胞容積減少稱為凋亡性細(xì)胞皺縮（apoptotic volume decrease，AVD），K+和Cl-的流出會導(dǎo)致細(xì)胞AVD的發(fā)生。VSOR參與AVD過程可以在人上皮HeLa細(xì)胞、淋巴U937細(xì)胞等多種類型的細(xì)胞中展現(xiàn)[11]。另外，AVD的誘導(dǎo)伴隨著RVD的易化，在這過程中總是伴隨有VSOR的激活。其次，由STS、TNFα或Fas配體誘導(dǎo)的AVD可以在非特異性K+通道阻斷劑（Ba2+和奎寧）Cl-通道阻斷劑（NPPB、DIDS、SITS和尼氟滅酸）同時存在的條件下被抑制。因此，Cl-通道的活動很有可能是AVD的一個必要條件。研究結(jié)果也證明了這一點，容積敏感性氯離子通道參與調(diào)節(jié)細(xì)胞早期凋亡事件AVD，而其通道阻斷劑可以抑制細(xì)胞凋亡。也有研究表明，使用VSOR Cl-通道抑制劑可以通過PI3K/AKT，Erk 1/2途徑抗擊心肌細(xì)胞凋亡及收縮功能障礙。WangX等人通過缺血再灌注小鼠模型發(fā)現(xiàn)，使用VSOR Cl-通道抑制劑（DIDS或NPPB）處理心肌細(xì)胞，可以有效的預(yù)防由缺血再灌注所引起的心肌細(xì)胞凋亡。Raucci F等人發(fā)現(xiàn)，VSOR Cl-通道還與神經(jīng)酰胺所誘導(dǎo)的心室肌細(xì)胞凋亡有關(guān)。

5 展望

總之，VSOR不僅在多種生理過程，如調(diào)節(jié)細(xì)胞體積，細(xì)胞增殖，細(xì)胞遷移和細(xì)胞周期，細(xì)胞凋亡中起著重要作用，而且與許多病理生理過程，如缺血發(fā)生，局部缺血再灌注，乳酸酸中毒，炎癥，以及在腫瘤細(xì)胞中順鉑耐藥性有關(guān)。因此，可利用基因敲除及膜片鉗等技術(shù)為上述病理過程提供更佳的治療策略。另外，利用干細(xì)胞修復(fù)心梗后心肌已成為近年來的熱點，干細(xì)胞在氧化應(yīng)激環(huán)境下細(xì)胞微環(huán)境的變化，會導(dǎo)致細(xì)胞容積發(fā)生變化，從而發(fā)生細(xì)胞凋亡，而利用VSOR調(diào)控細(xì)胞容積的特點，以期能會干細(xì)胞修復(fù)受損心肌提供新的治療靶點。

參考文獻：

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