容積敏感性氯離子通道對心臟細胞增殖和凋亡的影響

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胞膜和細胞器膜，在細胞多種生理病理活動和調(diào)節(jié)過程如細胞增殖、凋亡、細胞興奮性調(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)細胞容積的機制及對細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；細胞增殖；細胞凋亡；細胞容積調(diào)控

在哺乳動物體內(nèi)，存在著多種影響細胞生命活動的離子（Na+，K+，Cl-），這些離子移動所產(chǎn)生的離子流作為細胞的背景電流參與跨上皮物質(zhì)轉(zhuǎn)運、細胞內(nèi)ph調(diào)節(jié)、細胞的增殖、細胞的遷移、細胞凋亡以及細胞容積調(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胞等各種細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胞容積及細胞增殖和凋亡的調(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-通道可由細胞容積增大而激活，細胞容積的減小而抑制；②不管細胞內(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，一般認為其陰離子滲透序列為：SCN->I->Br->Cl->F->谷氨酸根，而且在細胞處于低滲狀態(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)細胞外基質(zhì)處于高滲狀態(tài)時，細胞會發(fā)生皺縮。為了重新達到正常容積，細胞會發(fā)生調(diào)節(jié)性細胞容積增加（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)的人輸精管細胞在滲透壓為290 mosm/L的灌流液和電極內(nèi)液中，一旦全細胞模式形成，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)細胞容積。

3 調(diào)節(jié)心臟干細胞增殖

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。干細胞治療存在的最大\"瓶頸\"是細胞在心梗微環(huán)境中利用率極低。如何讓\"嬌貴\"的干細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。細胞多數(shù)停留在G0/G1期，進入S期的細胞數(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胞周期蛋白的調(diào)控來影響骨髓間充質(zhì)干細胞增殖。而HanY[10]等采用全細胞膜片鉗技術(shù)檢測c-kit+CSCs，發(fā)現(xiàn)該細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期的細胞數(shù)量增加，進入S期的細胞數(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)細胞凋亡

細胞凋亡是在器官發(fā)育，組織的動態(tài)平衡，細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胞容積減少稱為凋亡性細胞皺縮（apoptotic volume decrease，AVD），K+和Cl-的流出會導(dǎo)致細胞AVD的發(fā)生。VSOR參與AVD過程可以在人上皮HeLa細胞、淋巴U937細胞等多種類型的細胞中展現(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)細胞早期凋亡事件AVD，而其通道阻斷劑可以抑制細胞凋亡。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）處理心肌細胞，可以有效的預(yù)防由缺血再灌注所引起的心肌細胞凋亡。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)細胞體積，細胞增殖，細胞遷移和細胞周期，細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，利用干細胞修復(fù)心梗后心肌已成為近年來的熱點，干細胞在氧化應(yīng)激環(huán)境下細胞微環(huán)境的變化，會導(dǎo)致細胞容積發(fā)生變化，從而發(fā)生細胞凋亡，而利用VSOR調(diào)控細胞容積的特點，以期能會干細胞修復(fù)受損心肌提供新的治療靶點。

參考文獻：

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