Kv10.1有潛力作為新型腫瘤標(biāo)志物及藥物靶點(diǎn)

那文靜 楊璇 李曉凡 展永

摘 要：Kv10.1，也稱(chēng)為Eag1/KCNH1，是電壓門(mén)控鉀離子通道中重要的一員，也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)具有致癌作用的離子通道。癌癥由于它的高死亡率、不良預(yù)后得到了廣泛的關(guān)注。Kv10.1通道功能或表達(dá)異常參與多種腫瘤發(fā)生演化過(guò)程，在腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲、復(fù)發(fā)、預(yù)后中都有作用。有研究表明，Kv10.1通道可作為腫瘤的標(biāo)志物和抗癌藥物的作用靶標(biāo)。但是目前而言，它的抑制劑發(fā)現(xiàn)還不算廣泛。因此，發(fā)現(xiàn)具有高效性、選擇性、生物友好性的特征的Kv10.1通道的抑制劑，并開(kāi)展藥效研究和成藥性評(píng)價(jià)具有重要的理論與應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：Kv10.1通道;癌癥;腫瘤標(biāo)志物;藥物靶點(diǎn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】R73? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A??? 【文章編號(hào)】2107-2306（2020）02-021-02

1 離子通道與腫瘤

離子通道，是位于細(xì)胞膜上的一種蛋白，能夠介導(dǎo)各種無(wú)機(jī)離子的跨膜被動(dòng)運(yùn)輸。離子的通透性能與多種生命活動(dòng)過(guò)程密切相關(guān)，例如感受器中電位的產(chǎn)生、神經(jīng)的興奮與信號(hào)傳遞、神經(jīng)中樞系統(tǒng)的調(diào)控、平滑肌的蠕動(dòng)、肌肉的收縮等等。離子通道的結(jié)構(gòu)和功能是維持生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，它的基因變異和功能異常與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展息息相關(guān)。離子通道病^[1]，指的是由于離子通道的結(jié)構(gòu)或功能異常從而引起的疾病。其中，癌癥已然成為了形式最為危機(jī)嚴(yán)峻的疾病之一。全國(guó)腫瘤登記年報(bào)的最新結(jié)果顯示，在中國(guó)，平均每分鐘有6個(gè)人被診斷患有癌癥，5個(gè)人因癌癥致死。癌癥越來(lái)越大的威脅著人的健康和生命。而據(jù)統(tǒng)計(jì)，離子通道的異常在各種腫瘤中出現(xiàn)^[2]。截至到2019年底，NCBI中已經(jīng)收錄了20000余篇離子通道與腫瘤的研究。研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤、乳腺癌、黑色素瘤、白血病等20多種腫瘤中，超過(guò)30個(gè)離子通道出現(xiàn)了異常。

2 Kv10.1通道能夠作為腫瘤標(biāo)志物及藥物靶點(diǎn)

Kv10.1，是電壓門(mén)控鉀離子通道中重要的一員，也稱(chēng)為Eag1/KCNH1，是Kv家族通道的成員之一，也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)致癌作用的離子通道^[3]。在人類(lèi)細(xì)胞中，Kv10.1由KCNH1基因編碼，位于bp32.1-32.3段。這是一個(gè)相對(duì)較大的鉀通道基因組，包含著11個(gè)外顯子和1個(gè)大的內(nèi)含子^[4]。人類(lèi)細(xì)胞中Kv10.1通道的電生理特性與已得到考究的哺乳動(dòng)物中的Kv10.1通道的電生理行為非常相似。首先，Kv10.1在異源系統(tǒng)中產(chǎn)生明顯的非失活電流，也就是說(shuō)，特征電流不出現(xiàn)失活現(xiàn)象。其次，它在相對(duì)去極化的膜電位下緩緩開(kāi)啟，進(jìn)行緩慢地激活，呈現(xiàn)一種慢激活特征。最后，它的電流最顯著的特性，就是它對(duì)前脈沖電位具有依賴(lài)性，也就是電壓依賴(lài)性。其中，當(dāng)給通道的起始膜電位去極化程度越大時(shí)，該通道的激活也就越快。這個(gè)特性被我們簡(jiǎn)稱(chēng)為Cole-Moore（科爾-摩爾）效應(yīng)。

與已知的Kv結(jié)構(gòu)一樣，Kv10.1的跨膜區(qū)域具有六個(gè)螺旋段（S1-S6），S1-S4組成電壓感受器（VS），而S5和S6螺旋形成鉀離子孔道，PAS結(jié)構(gòu)域位于胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的外部、VS的正下方，它們主要與相鄰亞基的CNBHD相互作用。PAS域的N端主要影響電壓通道的打開(kāi)（激活）和關(guān)閉（關(guān)閉）速度。S6螺旋延伸到細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域并連接C-Linker區(qū)域。 C-Linker具有四個(gè)螺旋，折疊成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的結(jié)構(gòu)，與連接相鄰亞基的后兩個(gè)螺旋相互作用。 通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，C-Linker在CNBHD結(jié)構(gòu)域的正上方形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，用來(lái)耦合S6和S6的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在研究中，Kv10.1已被證實(shí)與腫瘤的發(fā)生和腫瘤的發(fā)展有關(guān)^[5]。為了研究Kv10.1通道在正常組織和腫瘤組織中的相對(duì)表達(dá)情況，實(shí)驗(yàn)分別采用了RT-PCR（實(shí)時(shí)熒光定量PCR）和免疫組化兩種方法分別得到正常組織和腫瘤組織中的Kv10.1表達(dá)情況。在RT-PCR實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)21個(gè)循環(huán)后，Kv10.1僅在大腦中檢測(cè)到清晰的信號(hào)，再進(jìn)行幾個(gè)循環(huán)后，睪丸和腎上腺中信號(hào)才達(dá)到閾值，其余組織均為陰性。也就是說(shuō)，從RNA水平來(lái)看，Kv10.1主要存在于正常腦組織中，并在成肌細(xì)胞，胎盤(pán)，睪丸和腎上腺中少量表達(dá)。相反的是，免疫組化結(jié)果顯示Kv10.1在大約70%的人類(lèi)腫瘤中過(guò)表達(dá)，包括肝癌，宮頸癌^[6]，肺癌，乳腺癌^[5]，結(jié)腸癌^[7]，白血病和前列腺癌等等。

雖然Kv10.1的致癌效果被廣泛研究，但是其機(jī)制并不清楚。研究表明，Kv10.1在腫瘤的演化過(guò)程中起到了很重要的作用，它對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲、細(xì)胞周期變化等的關(guān)鍵步驟都具有一定的貢獻(xiàn)^[8]，其在腫瘤的演化中與很多因子相關(guān)。研究表明，Kv10.1可能會(huì)通過(guò)蛋白分子間相互作用、鈣信號(hào)通路等調(diào)控腫瘤的演化過(guò)程。當(dāng)細(xì)胞系經(jīng)過(guò)Kv10.1轉(zhuǎn)染后，獲得了與癌細(xì)胞相似的特性，證明了該通道具有致癌特性，其中包括細(xì)胞系失去接觸抑制、低血清濃度下細(xì)胞能夠生長(zhǎng)以及將表達(dá)通道的細(xì)胞注入免疫缺陷小鼠后形成了侵襲性腫瘤，有致癌基因相似的作用。此外，對(duì)于Kv10.1在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)情況，會(huì)受到許多條件的影響，比如p53、p38MAPK、E2F1等等。其中p53作為一個(gè)已知的抑癌基因，對(duì)Kv10.1的表達(dá)起到很大的作用.它可以將Kv10.1控制在一個(gè)穩(wěn)定的、較低的水平，在細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移等方面，它與Kv10.1起到相反的作用。有人提出，Kv10.1可以作為某些癌癥的潛在早期生物標(biāo)志物^[9]。

電壓門(mén)控鉀離子通道Kv10.1與腫瘤關(guān)系密切，有望成為抗癌靶點(diǎn)^[10]。首先，在以往的研究中，抑制Kv10.1通道可以減少幾種不同腫瘤細(xì)胞的增殖與遷移^[11]。采用小干擾RNA（siRNA）特異性的下調(diào)Kv10.1的表達(dá)后，能夠有效的對(duì)腫瘤細(xì)胞的活性產(chǎn)生抑制^[12]。阿司咪唑作為一種Kv10.1抑制劑，它最初用作組胺H1受體拮抗劑，但后來(lái)顯示為Kv家族阻斷劑。阿司咪唑能夠滲透脂質(zhì)雙層、然后結(jié)合細(xì)胞內(nèi)側(cè)的開(kāi)放態(tài)通道，從而達(dá)到抑制Kv10.1通道的效果，阿司咪唑抑制是一種特異性較好的Kv10.1通道抑制劑其IC₅₀約為200 nM^[13]。實(shí)驗(yàn)證明，阿司咪唑?qū)Υ笫蟾渭?xì)胞癌的發(fā)展起到了預(yù)防和治療作用，預(yù)防了肝癌的發(fā)展。同時(shí)，阿司咪唑可以通過(guò)抑制Kv10.1通道的活性，從而降低癌細(xì)胞的增殖和遷移，誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞和HuH-7這兩種肝癌細(xì)胞的凋亡。這種藥理學(xué)作用可能是因?yàn)槠湟种屏薑v10.1通道的活性。其次，對(duì)于正常人而言，Kv10.1通道除主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并在睪丸和腎上腺中有少量分布以外，在其他組織和器官中未見(jiàn)分布，即Kv10.1通道特異性抑制劑對(duì)于非腫瘤組織的影響較小。且膜上分布的特點(diǎn)更易于靶向。因此，認(rèn)為Kv10.1可以作為一個(gè)理想的抗肝癌藥物靶點(diǎn)，為腫瘤的治療提供一個(gè)新型的治療方法。

3 結(jié)論與展望

以上數(shù)據(jù)表明Kv10.1可能成為一種新型的腫瘤標(biāo)志物及腫瘤治療靶點(diǎn)，為腫瘤治療提供了一種的新方法。迄今為止，國(guó)內(nèi)外也發(fā)現(xiàn)了幾種Kv10.1通道的抑制劑，但是藥物的特異性都不理想。其中，現(xiàn)在被大家所廣泛接受的Kv10.1抑制劑，是具有相對(duì)特異性的小分子阻斷劑——阿司咪唑。由于阿司咪唑會(huì)抑制hERG和hEag2的電流，將來(lái)用作藥物的話，藥物安全性較差。另外一個(gè)Kv10.1的特異性的阻斷劑是單克隆抗體mAb56^[14]，mAb56能夠靶向于Kv10.1的細(xì)胞外孔道區(qū)域從而抑制Kv10.1通道，IC₅₀值約為300 nM，但是mAb56作為一種單克隆抗體，不利于臨床進(jìn)行實(shí)用。除此以外，還有幾種Kv10.1通道的抑制劑，例如TEA ⁺（四乙銨離子），氯喹（CQ），奎尼丁，丙咪嗪，鈣調(diào)蛋白，氯非銨， LY97241，E4031，氟哌啶醇等等，多屬于廣譜抑制劑，不能特異識(shí)別Kv10.1通道，特異性差。米非地爾也是Kv10.1的抑制劑，但該藥物劑量效應(yīng)沒(méi)有被確定。對(duì)于肽毒素藥物而言，由于Kv10.1通道與其他Kv家族通道在分子結(jié)構(gòu)上的差異，其S5-S6接頭被延伸并被糖基化，因此肽毒素藥物在孔位置附近結(jié)合時(shí)很容易受到糖鏈的影響，不容易結(jié)合。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的Kv10.1通道抑制劑，在特異性與副作用方面都不夠理想，隨著研究的發(fā)展，天然化合物進(jìn)入了我們的視野。天然化合物^[15]，指的是天然的、不經(jīng)過(guò)人工合成的天然活性物質(zhì)，具有特殊的生理活性和藥物價(jià)值。天然化合物憑借它新穎的結(jié)構(gòu)、療效高、副作用小的特點(diǎn)逐漸的被制藥行業(yè)關(guān)注。近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成分微量的成分被分離并確定，極大地豐富了天然化合物分子庫(kù)，為藥物的發(fā)展提供了來(lái)源。天然化合物藥物已經(jīng)被應(yīng)用于很多方面，比如治療老年癡呆藥物、抗心腦血管病藥物、抗腫瘤藥物等等。藥物如抗癌藥物紫杉醇、抗癌藥物長(zhǎng)春新堿，乙酰膽堿酯酶高效抑制劑石杉?jí)A甲，抗瘧藥物青蒿素等。它具有很重要的意義：

（1）傳統(tǒng)中藥的應(yīng)用：隨著技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)中藥中的微量有效成分逐漸被確定，其中一些成分具有很強(qiáng)的生物活性，使傳統(tǒng)為重要文化走上舞臺(tái)，比如人參、大蒜、三七等等;

（2）創(chuàng)新型新藥：天然產(chǎn)物藥理的篩選命中率明顯高于合成化合物，從天然化合物作為先導(dǎo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修飾、類(lèi)似物的合成、火星的研究、毒理的研究，成為了天然藥物的新型研究方式;

（3）安全無(wú)毒：作為天然來(lái)源的藥物，它的安全性能夠得到保證。

通過(guò)這些現(xiàn)狀，本研究認(rèn)為從天然化合物中找到一種特異、高效抑制Kv10.1的藥物，能夠低副作用的靶向抑制Kv10.1的活性從進(jìn)而抑制肝癌的演化是有潛力的。從而進(jìn)一步證明Kv10.1通道有潛力作為一種腫瘤標(biāo)志物及藥物靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張宗明， 裘法祖. 離子通道與疾病[J]. 世界華人消化雜志，013（005）：585-7.

[2] 李慧玉， 劉黎瓊， 黃士昂. 鉀離子通道--一個(gè)治療癌癥的新靶點(diǎn)[J]. 醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，025（7）：678-9.

[3] 肖武， 王振海. Eag1鉀離子通道與腫瘤[J]. 臨床與病理雜志，32（2）：160-4.

[4] 揭秘和癌癥相關(guān)的鉀離子通道的結(jié)構(gòu)特性[J]. 腫瘤防治研究，2016（9）：824-.

[5] 來(lái)慶璇. Kv10.1通道在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用及PAS結(jié)構(gòu)域?qū)νǖ拦δ艿挠绊懀?中國(guó)科學(xué)院大學(xué); 2014.

[6] 盧聰， 李碧嵐， 陸雯， et al. Kv10.1通道對(duì)子宮內(nèi)膜漿液性癌發(fā)生發(fā)展的影響及其機(jī)制研究. 中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十次全國(guó)婦產(chǎn)科學(xué)術(shù)會(huì)議婦科腫瘤會(huì)場(chǎng)（婦科腫瘤學(xué)組、婦科病理學(xué)組）論文匯編; 2012.

[7] 丁祥武， 羅和生， 嚴(yán)娟娟， et al. Eag1鉀通道在結(jié)直腸癌組織中的表達(dá)[J]. 中華病理學(xué)雜志，036（6）：410-1.

[8] 陳慧， 張?zhí)m， 郭以河， et al. Eag1鉀離子通道在卵巢癌組織中的表達(dá)及意義[J]. 東南國(guó)防醫(yī)藥，2016

[9]陳軍. 鉀通道EAG1在肝癌發(fā)生發(fā)展中的作用及其分子機(jī)制研究[D].浙江大學(xué)，2019.

[10] Pardo L A， Stühmer W. Eag1 as a Cancer Target[J]. Expert Opinion on Therapeutic Targets，12（7）：837-43.

[11] 熊遠(yuǎn)飛， 吳進(jìn)， 劉慶軍， et al. miRNA-34a調(diào)控Ether- Go-Go1基因抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖的體外研究[J]. 腫瘤研究與臨床（4）

[12] 陳志達(dá)， 戴立林， 吳采榮， et al. shRNA靶向沉默Eag1鉀通道對(duì)骨肉瘤細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期及cyclin D1/E表達(dá)的影響[J]. 臨床腫瘤學(xué)雜志，2016，21（10）：874-8.

[13] Gómez-Varela D， Contreras-Jurado C， Furini S， et al. Different Relevance of Inactivation and F468 Residue in the Mechanisms of Heag1 Channel Blockage by Astemizole， Imipramine and Dofetilide[J]. FEBS Letters， 2006， 580（21）： 5059-66.

[14] Gómez-Varela D， Zwick-Wallasch E， Knotgen H， et al. Monoclonal Antibody Blockade of the Human Eag1 Potassium Channel Function Exerts Antitumor Activity[J]. Cancer Research，67（15）：7343-9.

[15] Stefania N， Donatella L， Ewa W， et al. Natural Compounds for Cancer Treatment and Prevention[J]. Pharmacological research， 2009， 59（6）： 365-78.