大電導(dǎo)鈣激活鉀通道與慢性腎臟疾病關(guān)系的研究進(jìn)展*

殷文賢 綜述，孫夢(mèng)琦 審校

(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院藥劑科，四川 瀘州 646000；2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院藥物臨床試驗(yàn)機(jī)構(gòu)，四川 瀘州 646000)

慢性腎臟疾病(CKD)被定義為是腎小球?yàn)V過(guò)率降低、尿白蛋白排泄增加或兩者兼而有之，是一個(gè)日益嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題。全世界該病患病率約為8%～16%[1]，而糖尿病則(DM)是CKD最常見的病因。全球約30%的DM患者患有糖尿病腎病(DN)[2]，也是CKD發(fā)展到終末期腎病(ESKD)甚至過(guò)早死亡的主要原因。目前，大電導(dǎo)鈣激活鉀通道(BKCa)被認(rèn)為是各種腎臟生理過(guò)程中的重要參與者。已經(jīng)有人證實(shí)，BKCa在腎小球足細(xì)胞[3]和系膜細(xì)胞(MCs)[4]中表達(dá)，可能在調(diào)節(jié)系膜收縮性和腎小球?yàn)V過(guò)率方面發(fā)揮作用；此外，在包括近曲小管、遠(yuǎn)曲小管的腎單位幾乎所有區(qū)段[5]中也都觀察到BKCa表達(dá)，是遠(yuǎn)端小管和皮質(zhì)集合管內(nèi)流動(dòng)誘導(dǎo)的鉀分泌(FIKS)的介質(zhì)。本文就BKCa在CKD病理發(fā)展中的作用進(jìn)行概述。

1 BKCa概述

大電導(dǎo)鈣激活鉀通道(BKCa，也稱為BK、Slo1、KCNMA1或MaxiK)具有約100～300 pS的大單位電導(dǎo)，并且響應(yīng)于膜去極化和細(xì)胞內(nèi)Ca2+和Mg2+的結(jié)合而活化[6-9]。BKCa有3個(gè)主要結(jié)構(gòu)域，電壓感應(yīng)區(qū)感測(cè)膜電位，細(xì)胞溶質(zhì)域感測(cè)Ca2+離子，孔柵區(qū)打開/關(guān)閉以控制K+滲透。BKCa參與了許多細(xì)胞的生理功能，包括調(diào)節(jié)神經(jīng)元的放電，平滑肌張力，內(nèi)分泌細(xì)胞分泌，細(xì)胞增殖和遷移等[10]。

BKCa由α、β、γ 3個(gè)不同的亞基組成，α是成孔單元[11]，β和γ[3，12]是調(diào)節(jié)單元。單個(gè)基因(Slo1或Kcnma1)編碼的α亞基組成同源四聚體[11]構(gòu)成其主體，與中小電導(dǎo)鈣激活鉀通道不同，BKCaα亞基在質(zhì)膜的細(xì)胞外側(cè)具有包含N末端跨膜螺旋(S0)的額外疏水片段，以及由2個(gè)RCK(K+電導(dǎo)調(diào)節(jié)劑)結(jié)構(gòu)域和存在Ca2+結(jié)合位點(diǎn)的鈣質(zhì)碗組成的長(zhǎng)細(xì)胞溶質(zhì)C-末端(S7～S10)[19]。β(β1～4)和γ(γ1～4)亞基具有組織特異性，配合α亞基在不同組織中起到調(diào)節(jié)BK的動(dòng)力學(xué)行為和Ca2+敏感性及對(duì)BK特異性調(diào)節(jié)劑的藥理學(xué)反應(yīng)等作用[12，14]。

2 BKCa在慢性腎臟疾病中的作用

2.1腎小球中的BKCa

2.1.1系膜細(xì)胞(MCs) MCs具有平滑肌樣表型，參與許多生理活動(dòng)，包括產(chǎn)生系膜基質(zhì)為毛細(xì)血管提供結(jié)構(gòu)支持、產(chǎn)生生長(zhǎng)因子等，作為一種特殊的可收縮細(xì)胞，還可以通過(guò)其收縮性質(zhì)調(diào)節(jié)腎小球血液動(dòng)力學(xué)[15]。然而，當(dāng)面對(duì)DN、炎癥或其他類型的局部損傷時(shí)，MCs可能發(fā)生形態(tài)學(xué)變化，例如表型轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，除了分泌正常的基質(zhì)成分外還產(chǎn)生α-平滑肌肌動(dòng)蛋白和間質(zhì)膠原[16]。

MCs中的BKCa由α和β1亞基組成[17]，作為Ca2+信號(hào)的“制動(dòng)”，其激活會(huì)促進(jìn)膜超極化，抑制電壓門控鈣通道(VGCC)從而抑制MCs的收縮[18]。

在機(jī)制研究方面，MA等[4]通過(guò)膜片鉗實(shí)驗(yàn)證明，BKCa可以分別通過(guò)cGMP和PKG、可溶性氣體和鳥苷酸環(huán)化酶刺激物被激活；FOUTZ等[19]的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，胰島素通過(guò)MAPK信號(hào)傳導(dǎo)增加MCs的BKCa-β1活性；SANSOM等[20]研究發(fā)現(xiàn)，多功能Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱ(CaMKⅡ)充當(dāng)內(nèi)源性激動(dòng)劑，以擴(kuò)展Ang Ⅱ誘導(dǎo)的BKCa活化并抑制MCs的收縮。

CHEN等[21]通過(guò)臨床試驗(yàn)證明BKCa-β1功能獲得性變體Glu65Lys可以明顯影響GFR65Lys攜帶者不僅表現(xiàn)出基線腎小球?yàn)V過(guò)率(GFR)升高，而且還表現(xiàn)出CKD(以及隨之發(fā)生的腎衰竭)中更快的GFR下降；PLUZNICK等[22]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)條件下，BKCa-β1敲除小鼠已經(jīng)觀察到正常的GFR，但是在腎體積擴(kuò)張時(shí)，其不能將其GFR提高到與野生型小鼠相同的程度，表明BKCa開放劑有可能開發(fā)成為用于調(diào)節(jié)GFR的藥物。

2.1.2足細(xì)胞 足細(xì)胞是覆蓋腎小球毛細(xì)血管外表面的特化上皮細(xì)胞，延伸足部形成指狀突起，與相鄰細(xì)胞相互交錯(cuò)的獨(dú)特細(xì)胞連接形式稱為狹縫隔膜(SD)，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了腎小球?yàn)V過(guò)屏障的重要組成部分。此外，互連的足細(xì)胞也黏附于毛細(xì)血管壁的腎小球基底膜，其是分泌的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)組分的密集網(wǎng)絡(luò)，為內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞提供支架以支持其獨(dú)特功能[23]。

已經(jīng)在小鼠、大鼠和人足細(xì)胞中證實(shí)，足細(xì)胞中的BKCa可能是由α和β4亞基組成[3,23-24]。足細(xì)胞BKCa可以在正電位和細(xì)胞內(nèi)Ca2+的高水平響應(yīng)于膜拉伸而被激活。通過(guò)施加適度的負(fù)壓或降低槽液的張力，BKCa的開放概率可以增加4倍[24]。

目前，研究人員仍然不清楚BKCa生理激活的機(jī)制，有2種假說(shuō)對(duì)此進(jìn)行了解釋。第一種假說(shuō)是SD蛋白與BKCa相互作用。與BKCa碳末端相互作用的SD蛋白包括腎病蛋白，腎病蛋白1，MAGI-1，突觸足蛋白。KIM等[25]發(fā)現(xiàn)，下調(diào)腎病蛋白或突觸足蛋白[26]的表達(dá)會(huì)降低小鼠足細(xì)胞中功能性表面BKCa的數(shù)量；腎病蛋白1[27]的情況與腎病蛋白正好相反，作者猜測(cè)可能是由于腎病蛋白與腎病蛋白1形成了穩(wěn)定的復(fù)合物而失效。YANG等[28]也發(fā)現(xiàn)突觸足蛋白、腎病蛋白與BKCa的共表達(dá)增加了HEK293T細(xì)胞中BKCa的表達(dá)，與KIM等[25]的結(jié)果一致，表明這可能是足細(xì)胞BKCa蛋白表達(dá)變化的潛在機(jī)制。相反，RIDGWAY等[29]研究證實(shí)，MAGI-1的共表達(dá)會(huì)抑制BKCa在HEK293T細(xì)胞上的表面表達(dá)。第2種假說(shuō)是細(xì)胞間Ca2+濃度的拉伸依賴性增加激活BKCa，例如BKCa與機(jī)械敏感性TRPC6相互作用。TRPC6是一種非選擇性陽(yáng)離子通道。KIM等[30]已證實(shí)其與BKCa共表達(dá)并促進(jìn)BKCa在足細(xì)胞中的表面表達(dá)。膜超極化先刺激TRPC6滲透Ca2+，BKCa再被TRPC6誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流及膜去極化激活，然后，BKCa引起的膜超極化又為TRPC6提供正反饋[31]。HONGQIANG等[32]也通過(guò)研究證實(shí)，抑制microRNA-200 b家族的miR-200 b-3p可以通過(guò)降低TRPC6的電流使細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平降低，從而導(dǎo)致BKCa電流的抑制。

GAO等[33]發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)不僅抑制足細(xì)胞BKCa的電流幅度，還促進(jìn)BKCa活化，而Ang Ⅱ本身可以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和足細(xì)胞死亡。KIM等[34]的研究則證實(shí)胰島素可以通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)和蛋白激酶B(PKB/AKT)信號(hào)級(jí)聯(lián)增加足細(xì)胞BKCa的細(xì)胞表面表達(dá)，而高葡萄糖治療減少了活化的表面BKCa和腎病蛋白的數(shù)量，并且消除了胰島素對(duì)BKCa的刺激作用。 Alport綜合征是一種可促進(jìn)足細(xì)胞死亡的慢性腎臟疾病，HAYNES等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在健康人系膜細(xì)胞(NHMC)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的足細(xì)胞樣細(xì)胞中，細(xì)胞外鈣引起細(xì)胞內(nèi)鈣的濃度依賴性升高前的急性減少被BKCa抑制劑伊比蝎毒素(10 nM)和四乙胺(5 mM)，以及黏著斑激酶抑制劑PF562271(N-甲基-N-(3-((2-(2-氧代-2,3-二氫-1H-吲哚-5-基氨基)-5-三氟甲基-嘧啶-4-yl氨基)-甲基)-吡啶-2-基)-甲磺酰胺，10 nM)抑制；而在NHMC足細(xì)胞樣細(xì)胞的脫細(xì)胞板上培養(yǎng)Alport綜合征患者足細(xì)胞，可部分恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)鈣響應(yīng)細(xì)胞外鈣的急性減少，表明BKCa功能異?？赡苁菍?dǎo)致Alport綜合征中足細(xì)胞死亡的重要原因之一。

2.2腎小管中的BKCa MEERA等[36]的基因篩查實(shí)驗(yàn)在腎單位的幾乎所有區(qū)段(包括近曲小管，遠(yuǎn)曲小管)及許多哺乳動(dòng)物腎細(xì)胞系(例如Ⅱ型Madin Darby犬腎細(xì)胞)中都觀察到了BKCa表達(dá)。同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)中電導(dǎo)鈣激活鉀通道3.1(KCa3.1)存在于涉及腎小管間質(zhì)性纖維化的多個(gè)細(xì)胞中，包括近端腎小管細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、炎癥細(xì)胞(T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)和內(nèi)皮細(xì)胞[37]。

人體的正常血鉀濃度范圍比較狹窄，血鉀濃度過(guò)高引起高血鉀癥會(huì)導(dǎo)致心律、神經(jīng)肌肉等功能的失常，而低血鉀癥誘發(fā)的昏迷、嘔吐等極易危及生命[38-39]。腎臟在血鉀穩(wěn)定中的作用舉足輕重，人體中大約 90% 以上的K+通過(guò)腎臟排泄。楊陽(yáng)等[40]的小鼠腎臟切片實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外高濃度的K+可直接下調(diào)遠(yuǎn)端腎小管離子通道鈉氯共轉(zhuǎn)運(yùn)體(NCC)的磷酸化水平，這一動(dòng)作可能是為下游離子通道的迅速排鉀做準(zhǔn)備。LAYTON等[41]的研究進(jìn)一步證實(shí)了上述的觀點(diǎn)，他們通過(guò)急性K+負(fù)荷的大鼠模型模擬表明，Na+/K+-ATP酶、上皮鈉通道、BKCa和腎外髓質(zhì)K+通道的表達(dá)水平和活性升高，以及NCC的下調(diào)會(huì)增加沿連接小管的K+分泌，從而導(dǎo)致模型的尿K+排泄增加超 6倍，遠(yuǎn)超過(guò)濾后的K+負(fù)荷，而使腎切除的大鼠排泄急性或慢性K+負(fù)荷的能力受損。

腎皮質(zhì)集合管(CCD)是K+分泌的重要部位，主要由主細(xì)胞(PC)及閏細(xì)胞(IC)構(gòu)成。CCD中的BKCa通道介導(dǎo)Ca2+分泌和(或)拉伸依賴性血流誘導(dǎo)的K+分泌(FIKS)，并有助于腎臟適應(yīng)高鉀飲食[42]。LI等[43]的研究發(fā)現(xiàn)，BKCa在腎連接小管(CNT)和CCD中表達(dá)，并且瞬時(shí)受體電位香草型4(type 4)TRPV4介導(dǎo)的Ca2+信號(hào)與BKCa激活之間存在直接相關(guān)性，但小/中電導(dǎo)鈣激活鉀通道SKCa1/3和IKCa1的早期激活對(duì)于充分增強(qiáng)Ca2+進(jìn)入和激活BKCa所需的Ca2+水平至關(guān)重要；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[44]，細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷在PC和IC中提供了關(guān)鍵的微結(jié)構(gòu)域，直接促進(jìn)了這些域中TRPV4介導(dǎo)的Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致TRPV4-SK3/IK1-BK快速順序地偶聯(lián)，在介導(dǎo)Ca2+依賴性BKCa調(diào)節(jié)和K+分泌調(diào)節(jié)中起到重要作用。

妊娠晚期的妊娠期高鉀對(duì)胎兒發(fā)育影響極大，有研究試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出孕期腎臟和結(jié)腸對(duì)K+的處理變化的潛在機(jī)制。有研究發(fā)現(xiàn)，妊娠晚期孕婦K+的攝入量和腎臟排泄量增加，而糞便中的鉀排泄量保持不變，并且懷孕的大鼠表現(xiàn)出凈K+保留[45]。進(jìn)一步的大鼠實(shí)驗(yàn)表明，妊娠鉀的保留很可能是由于集合管中通過(guò)增加氫-鉀ATP酶2(HKA2)引起K+的重吸收增加，通過(guò)下調(diào)腎外髓質(zhì)鉀通道(ROMK)和BKCa引起K+分泌減少，以及結(jié)腸通過(guò)HKA2引起的重吸收增加所致[46]。

2.3腎內(nèi)脈管系統(tǒng)中的BKCa BKCa在幾乎所有的血管平滑肌細(xì)胞中都有表達(dá)，組成以α-β1為主[47]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+例子濃度增加激活BKCa，引起K+離子外流，細(xì)胞膜超極化，進(jìn)而使L-VGCC關(guān)閉，抑制血管收縮；相反，BKCa關(guān)閉引起的膜去極化則會(huì)促進(jìn)血管收縮[48]。

孔祥權(quán)等[49]研究證實(shí)，自發(fā)性高血壓(SH)大鼠腎動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞BKCa電流密度隨周齡增加而降低，并與血壓水平高度相關(guān)；進(jìn)一步研究表明，BKCa電流密度降低會(huì)導(dǎo)致腎動(dòng)脈血管收縮和肥厚性重構(gòu)，以及GFR降低[50]。IMIG等[51]發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧二十碳三烯酸(EETs)可以通過(guò)cAMP/PKA途徑激活[20-羥基二十碳四烯酸(20-HETE)抑制]入球小動(dòng)脈的BKCa，使血管平滑肌細(xì)胞超極化并分泌內(nèi)皮依賴性超極化因子(EDHFs)，導(dǎo)致入球小動(dòng)脈擴(kuò)張。秦小江等[52]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)則表明，葛根素可以通過(guò)產(chǎn)生H2O2激活BKCa，進(jìn)而舒張大鼠腎動(dòng)脈。何瓊[53]、章艷萍等[54]研究發(fā)現(xiàn)，茜草素也可以通過(guò)激活BKCa舒張腎動(dòng)脈而降低SH大鼠收縮壓，機(jī)制是茜草素通過(guò)激活L-VGCC促進(jìn)細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，再刺激胞質(zhì)內(nèi)ryanodine受體大量分泌Ca2+，從而激活BKCa。有前期研究也發(fā)現(xiàn)，DN大鼠腎動(dòng)脈BKCa的β1 亞基mRNA 表達(dá)降低，這種改變與腎功能及腎組織損害程度一致[55]。

3 小 結(jié)

BKCa在腎臟各種病理生理過(guò)程都扮演著非常重要的角色，在腎小球MCs、足細(xì)胞，腎小管細(xì)胞，腎內(nèi)脈管系統(tǒng)的動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞中都有表達(dá)。目前，治療CKD的手段仍十分有限，因此，繼續(xù)研究BKCa與CKD的關(guān)系并闡明其機(jī)制，并通過(guò)研發(fā)BKCa的特異性激動(dòng)劑或阻斷劑藥物調(diào)節(jié)BKCa表達(dá)及功能，可能為CKD提供新的治療方向。