人臍動脈血管平滑肌細胞鉀離子通道的研究進展

楊丹，魏曉紅，胡彬綜述，傅曉冬審校

（西南醫科大學附屬醫院婦產科，四川瀘州646000）

人臍動脈血管平滑肌細胞鉀離子通道的研究進展

楊丹，魏曉紅，胡彬綜述，傅曉冬審校

（西南醫科大學附屬醫院婦產科，四川瀘州646000）

臍動脈；鉀通道；肌，平滑，血管；綜述

臍帶是胎兒與胎盤之間溝通的生命橋梁[1]，全面了解臍血管收縮狀態時的機制和結構改變是研究胎兒-胎盤循環血液流變學的基礎[2]。臍帶中1條臍靜脈與2條臍動脈伴行，臍靜脈血含有豐富的營養物質且氧含量高，而臍動脈血含氧量低。臍血管不受自主神經系統支配[3]，所以臍血管平滑肌的收縮和舒張主要取決于血源性血管活性物質或自身產生的因子。

血管張力調節中最重要的是鉀離子（K+）通道，通過K+在細胞膜電位中發揮的作用，能決定電壓門控鈣離子（Ca+）通道的激活和血管收縮的程度[4]。簡而言之，K+通道關閉能誘導膜去極化，激活電壓門控Ca+通道，細胞外Ca2+內流，同時伴隨著細胞內儲存Ca+減少（肌漿網和線粒體）。細胞質內游離Ca+濃度增加引起平滑肌收縮，從而使血管收縮。另一方面，K+通道的開放導致膜超級化，Ca+通道關閉。Ca+移除機制即減少細胞質內游離Ca+濃度：細胞膜上Ca+-ATPase、Na+-Ca+正向交換模式將Ca+運輸到細胞外，而肌漿網和線粒體Ca+-ATPase將Ca+泵回細胞內儲存。細胞質內Ca+減少導致平滑肌細胞松弛，從而使血管舒張。

有研究通過膜片鉗技術觀察到人臍動脈平滑肌細胞（HUASMCs）幾種不同類型K+通道電生理特性[5]。但是，與胎盤血管相比，至今鮮有不同類型K+通道在臍動脈（HUA）表達和（或）功能的中文文獻報道[6]。現對血管中K+通道的相關知識作一綜述。

1 血管平滑肌K+通道

K+通道廣泛表達于細胞膜上，允許選擇性的K+通過細胞內外間隔，主要參與細胞膜電位的改變、細胞興奮性和其他重要的細胞功能，比如增值和分化[7]。一個典型的K+通道是由一類相似的或a亞基的異四聚體蛋白質組成，包括一個保守區域組成的K+通道，即孔隙通道。有許多不同種類的α亞基，其在跨膜區的數量是可變的。一個現有的K+分類方法就是基于在跨膜區α亞基數量的多少進行分類的。

許多K+通道在血管平滑肌細胞中都有表達[4]。其中，大電導鈣離子敏感性鉀離子通道（BKCa）和電壓依賴性K+（Kv）通道在許多血管床的表達和功能已得到證實[4]。血管功能在生理學方面的研究表明，這些通道主要參與血管直徑和血壓的調節。這些是通過不同的機制來實現的，例如肌源性反應、血管內皮因子引起血管舒張等。其他K+通道家族成員KIR、KATP和K2P（TALK2、TASK1、TASK2、TRAAK、TREK1、TREK2）在不同血管平滑肌的表達和功能也已經得到證實[4，8]。研究發現，SKCa和IKCa通常在內皮細胞表達較多，而在血管平滑肌細胞呈低水平表達[9]。

2 人臍動脈平滑肌細胞K+通道

利用膜片鉗技術可以記錄通過生物膜的一個或多個離子通道電流[10]。在人臍動脈平滑肌細胞中，通過測量不同膜電位時K+通道的活性，發現K+通道的2個基本特性：即K+通道電壓依賴性的開放率和電導值的一致性。開放率是離子通道在一時間段保持開放的狀態，可以衡量離子通道的活性。電導值也稱斜率電導，即為單通道電流振幅與跨膜電位值之間的線性關系，也被稱為電流-電壓（IV）值。K+通道開放時呈現出不同的電流幅值，表明存在不同的離子電導[11]。

3 Ca+敏感性K+（Kca）通道

有文獻表明，K+通道可能參與維持著人臍動脈的收縮狀態[2]。例如，K+通道阻滯劑四乙基胺（TEA，5 mmol/L）誘導自然狀態下的人臍動脈環收縮，而BKca通道激活劑根皮素（50 μmol/L）誘導舒張，表明K+通道參與了人臍動脈血管張力的基本調節[5]。此外，引起預收縮臍動脈環舒張的物質還有一氧化氮（NO）[12]、睪酮[13]、左西孟旦[14]。所以，BKCa通道通過內源性和外源性物質誘導可能參與了血管的舒張。Lovren等[12]支持這些研究結果，證明了NO激活BKCa通道是通過一個單通道水平的機制，最有可能是通過蛋白激酶G（PKG）激活的途徑。但有一些關于人臍動脈K+通道功能作用的推論尚存在爭議，因為他們取得的結果是通過TEA獲得的，而TEA不是BKCa通道的選擇性阻滯劑。但是，從分離的HUASM Cs獲得的電生理數據支持從完整組織獲得的推論。在+60 mV條件下測量，1 mmol/L的TEA能抑制71%的電流，200 nmol/L Ibtx能抑制65%的電流[5]，500 nmol/L蕈青霉素能抑制85%的電流[10]，這些阻滯劑均能使電流減少，同時也表明了超過一半的總電流是由BKCa通道所攜帶的。類似的結果也從臍動脈分離培養的平滑肌細胞中觀察到，而BKCa通道和Kv通道是宏觀K+電流的主要參與者。通過使用選擇性阻滯劑蕈青霉素證實了BKCa通道相關特性[10]。在HUASMCs中研究者也發現了BKCa通道在其他組織顯示的所有典型的生物物理學特性，比如由于膜去極化和細胞內Ca+濃度增加形成了對K+的高選擇性和增加BKCa通道的開放概率（Po）[5]。在胎盤血管中，BKCa通道的表達和功能也通過電生理技術、反轉錄-聚合酶鏈反應（RT-PCR）和蛋白質印跡（Westem blotting）[15]得到證實，和HUA中類似，這些通道似乎參與了NO誘發血管舒張[16]和拮抗劑誘發胎盤血管收縮[15]。小電導Ca+敏感性K+通道（SKCa）似乎在HUA中有表達和功能，盡管到目前為止沒有足夠的證據證明其在HUA的準確定位（平滑肌細胞或者內皮細胞）。Radenkovic等[17]表明，SKCa選擇性的阻斷劑蜂毒明肽（2 μmol/L）在HUA環實驗中，觀察到能增加緩激肽的最大收縮反應。因此，猜測SKCa在HUA中似乎有表達功能。而關于中電導Ca+敏感性K+通道（IKCa）在HUA中的表達和功能，研究人員找到相關文獻較少。但SKCa和IKca均在胎盤血管中表達已得到證實[18]。

4 Kv通道

在HUA中，Kv通道在血管的基礎收縮中似乎沒有起決定性作用，因為Kv通道的阻滯劑4-氨基吡啶（4-AP，5 mmol/L）對離體靜止狀態下的臍動脈環沒有明顯作用[5]。但是，預收縮的臍動脈環被NO[12]、睪酮[13]、左西孟旦[14]誘導舒張后，能被4-AP部分阻滯。這些結果表明，Kv通道和BKCa通道一起參與了血管的舒張機制。從酶分離的單個HUASMCs中獲得的電生理數據表明，5 mmol/L 4-AP阻滯了部分全細胞K+電流[5]。這些結果表明，Kv通道家族成員對阻滯劑敏感，且沒有失活。從HUA培養的平滑肌細胞獲得類似研究結果的也有報道[19]。在胎盤血管中，Kv通道的幾個亞型已被證實，如Kv1、Kv2、Kv5、Kv7[20]、Kv9家族等。Kv3也有可能存在，但現存證據仍不完整[21]。此外，通過膜片鉗技術從胎兒胎盤外周動脈分離的平滑肌細胞證實Kv通道對4-AP敏感[22]。在對4-AP敏感的Kv通道血管床中，能調節拮抗劑誘導的反應[15]和部分調節組織對缺氧的應答反應[22]。

5 ATP敏感性K+（KATP）通道

目前，尚無關于人臍動脈環中KATP通道參與收縮/舒張的相關報道。KATP阻滯劑格列苯脲（Gly，1 μmol/L）在臍動脈環實驗中對緩激肽[17]或5-羥色胺（5-HT）誘導臍動脈收縮峰值時沒有作用[23]。此外，Gly（10 μmol/L）不能改變NO或左西孟旦誘導的舒張作用，從而排除了KATP參與HUA收縮和舒張的機制。在原代培養的HUASMCs中也探索了KATP通道，有文獻指出KATP通道沒有參與總的K+電流（+60 mV測量），因為Gly對其毫無作用[19]。還有研究通過免疫印跡實驗表明KATP蛋白的存在[24]，接著通過控制離子和電壓（等K+濃度和0 mV）測量全細胞電流，觀察到實際上沒有動力攜帶任何K+電流。和研究人員所分析的HUA不同，在胎盤血管中KATP通道存在且有功能。在胎盤血管床中，通過分子生物學技術（RTPCR和Western blotting）已經證明KATP通道亞單元孔道KIR6.1的存在[15]。此外，相關實驗表明，吡那地爾和克羅卡林這2種藥物能增加KATP通道的活性，能使預收縮的絨毛膜板動靜脈舒張[25]。

6 內向整流K+電流（KIR）

KIR通道阻滯劑（500 μmol/L Ba2+）誘導自然狀態下的臍動脈環收縮，表明這些通道參與了臍動脈基本收縮狀態的維持。另一方面，Ba2+（3 μmol/L）對正常妊娠臍動脈環緩激肽收縮峰值無影響，表明這些通道沒有參與該種機制[17]。然而，Ba2+能增加妊娠期糖尿病患者臍動脈環中緩激肽誘導能力，顯示不同K+通道在病理狀態下可能會改變的相對重要性[17]。

7 K2 P離子通道

盡管K2P離子通道在不同的血管中有表達，但仍沒有明確的證據證明該通道存在于HUA，因為K2P離子通道沒有特異性阻滯劑，這使得發現和驗證其的存在變得很困難。但是在HUASMCs可檢測到TRAAK mRNA和TREK1 mRNA，和在HUA中發現的類似，也有初步證據表明，K2P通道可能存在于胎盤血管中。Wareing等[15]報道在絨毛膜板動脈檢測到TREK1 mRNA，但他們也表示需要更多的研究來進一步證實。

8 K+通道與妊娠相關性疾病的關系

眾所周知，BKCa和Kv通道在幾個病理狀態下出現表達、功能、調節的改變，從而使血管出現功能障礙。有相關研究的是高血壓、糖尿病和動脈粥樣硬化[26]。關于妊娠相關疾病的研究，研究者發現K+通道與子癇前期、妊娠期糖尿病和胎兒生長受限相關聯。這些文獻大多數集中于胎盤[27]、胎兒胎盤血管[28]、產婦子宮血管[29]的研究，而關于臍帶血管的知識相對較少，盡管其在形態學特征和血流參數方面被認為是有病理改變的[30-31]。有文獻顯示，來自妊娠期糖尿病和妊娠期高血壓綜合征HUA中BKCa的作用都有明顯改變[23]。過去幾年中有文獻表明，胎兒環境可以確定成人心血管疾病的表現，因此，研究學者需要更多關于人臍帶血管的調查研究來進一步完善人類在這一領域的健康知識[32]。

9 小結

目前，關于K+通道在HUASMCs的表達和功能的中文文獻很少見。而關于BKCa通道和Kv通道的亞型在HUA的表達和功能在國內外已經逐一被證實。K+通道有決定膜電位的作用，是一個重要的細胞控制點，其參與血管收縮狀態的調節，最終決定著血管的直徑。關于其他K+通道的表達和功能，知道SKCa、K2P、KIR、KATP在HUASMCs中有表達，而IKCa不管是在單通道水平還是在完整組織中都鮮有足夠證據證明該通道在HUA中的表達和功能。因此，需要更多的研究來進一步明確幾種類型的K+通道在HUA中的表達和（或）功能作用。而且，這些通道的異常表達和功能可能與妊娠相關性疾病的發生、發展有關，所以理解這些疾病的病因、設計新的藥理對母嬰的健康是非常重要的。

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1009-5519（2016）23-3646-03

2016-06-29

2016-07-12）