ATP敏感性鉀通道的靶向治療研究進(jìn)展

王廣能，曾高峰

KATP通道分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分類多樣，主要介導(dǎo)心血管、神經(jīng)、胰腺、胃腸道、生殖等疾病的靶向治療。KATP通道拮抗劑已在2型糖尿病患者中廣泛應(yīng)用。KCOs作用靶點(diǎn)多，是具有廣泛應(yīng)用前景的一類藥物，但其選擇性差，應(yīng)用受限。本文綜合闡述了KATP通道的分子結(jié)構(gòu)、調(diào)控機(jī)制以及靶向治療研究進(jìn)展，為研發(fā)高選擇性KCOs提供新思路。

1KATP通道的分子結(jié)構(gòu)、分類及生理調(diào)控機(jī)制

1.1KATP通道的分子結(jié)構(gòu)及分類KATP通道，由AkinoriNoma在1983年首先描述，主要分布在胰腺β細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、神經(jīng)元以及平滑肌細(xì)胞等細(xì)胞膜或線粒體膜表面。KATP通道是由4種內(nèi)向整流鉀通道(Inwardlyrectifyingpotassiumchannels，Kir)和 4種磺酰類受體(thesulfonylureareceptor，SUR)二部分亞基組成的八聚體。Kir家族根據(jù)功能分為四大類：穩(wěn)定活性經(jīng)典鉀通道(kir2.x)、G蛋白門控Kir通道(kir3.x)、KATP(kir6.x)以及k+轉(zhuǎn)運(yùn)通道(kir1.x，kir4.x，kir5.x和kir7.x)。Kir通道的所有成員家族具有相同的基本結(jié)構(gòu)，均由含-NH2和-COOH末端的兩個(gè)跨膜螺旋(TM1和TM2)和細(xì)胞外成孔區(qū)(H5)構(gòu)成，形成KATP的孔。SUR位于KATP通道的外周，為ATP結(jié)合蛋白的“超級(jí)家族”，構(gòu)成通道的調(diào)控元件。SUR根據(jù)組織分布和mRNA表達(dá)不同分為SUR1、SUR2A、SUR2B，至少包含四個(gè)結(jié)構(gòu)域：兩個(gè)跨膜螺旋的結(jié)構(gòu)域(transmembranedomainsTMD1和TMD2)和2個(gè)胞內(nèi)核苷酸結(jié)合褶(nucleotide-bindingfoldsNBF1和NBF2)，SUR還包含額外的N端五個(gè)跨膜螺旋(TMD0)[1]。有研究推測(cè)KCOs的作用位點(diǎn)和TMD2中的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域(Thr(1059)-Asn(1320))密切相關(guān)[2]，其結(jié)合需ATP在兩個(gè)NBFS內(nèi)水解誘導(dǎo)SUR發(fā)生構(gòu)象變化[3]。

1.2KATP通道生理調(diào)控機(jī)制KATP通道受腺苷酸的調(diào)節(jié)從而將細(xì)胞代謝與細(xì)胞膜的興奮性偶聯(lián)起來(lái)。其主要受胞內(nèi)核苷酸ATP/ADP、Mg2+、神經(jīng)激素、膜磷脂酰磷酸鹽 (PIPs)、磷脂酰肌醇4，5-二磷酸酯(PIP)、肌動(dòng)纖維骨架等調(diào)控[4]。細(xì)胞內(nèi)ATP(ATPi)是KATP通道的主要調(diào)節(jié)劑，ATPi有兩個(gè)功能:1、通過(guò)配體活性關(guān)閉通道，不依賴Mg2+存在；2、在Mg2+存在下，保持KATP通道的活性[5]。細(xì)胞內(nèi)ADP(ADPi)對(duì)通道的作用同樣受Mg2+的影響：1、無(wú)Mg2+時(shí)，ADP抑制KATP通道核苷酸；2、在一定的Mg2+和ATP濃度下，ADP強(qiáng)力激活KATP通道[6]。如何影響KATP通道取決于通道的狀態(tài)。膜磷脂作為細(xì)胞膜的主要組分，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)膜磷脂酰磷酸鹽 (PIPs) 諸如PIP、3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇作用于Kir6.2，抑制KATP通道的激活[7]。

2KATP通道靶向治療研究進(jìn)展

臨床上一些疾病，比如心絞痛或者二型糖尿病，均以KATP通道作為治療靶點(diǎn)。根據(jù)作用分為KATP通道拮抗劑(ATP-sensitiveK+channelantagonists)和KCOs，KATP通道拮抗劑主要作用于胰腺，而KCOs主要作用于心血管、腦、呼吸道、膀胱、子宮等組織。

2.1KATP通道拮抗劑KATP通道拮抗劑主要包括磺酰脲類藥物及其類似物。磺酰脲類藥物關(guān)閉胰腺β細(xì)胞上的kir6.2/SUR1亞基的KATP通道，導(dǎo)致細(xì)胞膜去極化和細(xì)胞外鈣離子通過(guò)電壓依賴型(L-型)Ca2+通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度升高，促進(jìn)含胰島素的分泌顆粒的胞吐作用，增加胰島素分泌[8]，磺酰脲類藥物被廣泛應(yīng)用于治療二型糖尿病。第一代磺酰脲類藥物主要包含氯苯磺酰丙脲、乙酰苯磺環(huán)已脲、甲磺氮草脲、甲苯磺丁脲等藥物。第二代磺酰脲類藥物包括格列本脲、格列吡嗪，因結(jié)構(gòu)、吸收及代謝方面的差別，治療效果明顯優(yōu)于第一代，具有更強(qiáng)的降血糖作用，但更容易引起低血糖[9]。第三代磺脲類藥物包括格列美脲，與傳統(tǒng)的降糖藥二甲雙胍相比，格列美脲發(fā)生低血糖概率更高，而二甲雙胍易發(fā)生胃腸道反應(yīng)，明顯增加乳酸中毒風(fēng)險(xiǎn)[10]。部分磺酰脲類藥物選擇性差，是否影響心腦血管系統(tǒng)仍受爭(zhēng)議。Shulingfu等，通過(guò)研究那格列奈、格列本脲和格列美脲等降糖藥的組織選擇性，均可作用于胰腺β細(xì)胞和心肌細(xì)胞，但那格列奈對(duì)胰腺β細(xì)胞具有更高的選擇性，可能對(duì)心血管系統(tǒng)影響相對(duì)較少[11]。多項(xiàng)回顧性分析顯示，持續(xù)服用磺脲類藥物10年以上患者發(fā)生冠心病幾率比未服用者高近2倍，但難以排除因磺脲類藥物所致低血糖發(fā)作、體重增加、高血壓等影響因素[12]。還有研究表明，2型糖尿病患者的磺酰脲類藥物治療可能會(huì)抑制KATP通道的神經(jīng)保護(hù)作用， 增加卒中風(fēng)險(xiǎn)[13]。

2.2KCOs目前有許多藥物通過(guò)不同方式增加KATP通道的開(kāi)放，這類藥物統(tǒng)稱為KCOs。部分KCOs還可使效應(yīng)細(xì)胞產(chǎn)生“記憶”，使通道保持持續(xù)開(kāi)放狀態(tài)，并降低其閾值發(fā)揮藥理作用。在電生理研究中，根據(jù)作用模式不同將KCOs分為3類：I型KCOs，如吡那地爾、來(lái)卡馬林等，主要通過(guò)增加KATP通道的表達(dá)和降低其對(duì)細(xì)胞內(nèi)ATP(intracellularATPATPi)的敏感性產(chǎn)生通道激活作用，但高濃度ATP能抑制其激活作用[14]；II型KCOs，如ER-001533 、HOE234，通過(guò)選擇性降低ATPi的敏感性發(fā)揮作用；III型KCOs，如尼可地爾、二氮嗪，與增加細(xì)胞內(nèi)ADP濃度相關(guān)。不同類型的KCOs選擇性作用于不同類型的KATP通道，從而產(chǎn)生不同的生理作用，可能與不同磺酰脲受體的結(jié)構(gòu)、作用方式、核酸敏感性不同有關(guān)[15]。

KCOs在臨床上應(yīng)用廣泛，比如高血壓、冠心病、支氣管哮喘、尿失禁、某些骨骼肌肌病以及腦卒中的治療[16]。在心血管系統(tǒng)方面，KCOs作用于心肌細(xì)胞、血管平滑肌產(chǎn)生相應(yīng)的臨床效果。埃他卡林選擇性開(kāi)放SUR2B/Kir6.1亞型的KATP通道，具有血壓調(diào)控作用，對(duì)胃、回腸和膀胱平滑肌的舒張作用均無(wú)顯著性影響[17]；二氮嗪激活心肌細(xì)胞膜上SUR2B/Kir6.x亞型KATP通道，介導(dǎo)對(duì)心肌缺血再灌注損傷保護(hù)[18]；尼可地爾激活心肌細(xì)胞線粒體膜上的SUR2/Kir6.x亞型KATP通道發(fā)揮心肌保護(hù)作用[19]。在神經(jīng)系統(tǒng)方面，同樣存在KATP通道治療靶點(diǎn)。研究證實(shí)，通過(guò)敲除小鼠KATP通道的Kir6.2亞基增加缺血性梗死面積，Kir6.2亞基的過(guò)度表達(dá)可減少缺血性神經(jīng)元損傷，因此KCOs可能成為腦卒中的潛在藥物治療靶點(diǎn)[20]；埃他卡林類似于抗抑郁藥氟西汀改善小鼠慢性壓力應(yīng)激抑郁[21]。在呼吸系統(tǒng)里，KCOs對(duì)呼吸氣道及肺動(dòng)脈血管也有一定的作用?？诜欢▌┝康目肆_卡林可抑制因組胺等分泌導(dǎo)致的支氣管收縮，對(duì)夜間哮喘有預(yù)防作用；吡那地爾通過(guò)提高KATP通道的表達(dá)，抑制平滑肌細(xì)胞增殖并促進(jìn)其凋亡，對(duì)慢性低氧所致的肺動(dòng)脈高壓和肺血管壁重構(gòu)具有預(yù)防和逆轉(zhuǎn)作用，有成為慢性阻塞性肺疾病所致的肺動(dòng)脈高壓潛在治療靶點(diǎn)[22]。還有研究發(fā)現(xiàn)，KCOs可以降低眼內(nèi)壓、保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)，具有治療青光眼的潛力[23]。

目前部分KCOs在臨床上應(yīng)用受限，與其組織選擇性差，患者獲益不顯著或者產(chǎn)生相關(guān)副作用有關(guān)。BurianM等，研究發(fā)現(xiàn)選擇性KCOs比米卡林在運(yùn)動(dòng)誘發(fā)穩(wěn)定性心絞痛患者發(fā)生心絞痛的實(shí)驗(yàn)中，并不顯示其有抗心肌缺血作用[24]。Ueda等人研究表明，靜脈注射尼可地爾減少已行急診PCI術(shù)的急性心肌梗死患者心室顫動(dòng)的發(fā)生率和QT離散度[25]。新型KCOs比嗎卡林能高選擇性地作用于冠脈血管平滑肌細(xì)胞膜上的KATP通道，使血管擴(kuò)張，但是否改善冠心病患者的心肌缺血及心絞痛癥狀尚不清楚[26]。在尼可地爾治療穩(wěn)定型心絞痛的研究中發(fā)現(xiàn)，尼可地爾降低冠心病死亡、非致死性心肌梗死等主要復(fù)合終點(diǎn)事件的發(fā)生率[27]。有研究表明，另一種KCOs，鈣離子增敏劑左西孟旦在急性ST段抬高患者的應(yīng)用中，與安慰劑組相對(duì)照，輸注期間血壓偏低，輸注結(jié)束后，低血壓及心律失常發(fā)生率并未增加，同時(shí)能顯著改善心衰癥狀，具有良好的安全性[28]。DowningSJ等在卵巢切除的未孕小鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，克羅卡林開(kāi)放SUR2B/Kir6.1亞型KATP通道抑制子宮收縮，持續(xù)時(shí)間呈劑量依賴性，敏感性因受體下調(diào)隨劑量增加而下降，故KCOs在預(yù)防孕婦早產(chǎn)應(yīng)用受限[29]。

3結(jié) 語(yǔ)

KATP通道在人體內(nèi)分布廣泛，參與機(jī)體一系列生理、生化反應(yīng)，是調(diào)控細(xì)胞免受損傷的重要通道。KATP受體拮抗劑可降低血糖，已廣泛應(yīng)用于糖尿病患者。KCOs的作用靶點(diǎn)多，是一類具有廣闊臨床應(yīng)用前景的藥物，目前這類藥面臨的主要問(wèn)題是其對(duì)組織的選擇性差，因此開(kāi)發(fā)高選擇性的藥物是今后研究的重點(diǎn)。其次，目前KCOs的廣泛組織效應(yīng)研究大部分都是在大鼠和小鼠上進(jìn)行，而在與人類心腦血管疾病特征相似的大動(dòng)物模型中研究KCOs將更加有助于向臨床試驗(yàn)轉(zhuǎn)化。

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