Kv10.1有潛力作為新型腫瘤標志物及藥物靶點

那文靜 楊璇 李曉凡 展永

摘 要：Kv10.1，也稱為Eag1/KCNH1，是電壓門控鉀離子通道中重要的一員，也是第一個被發現具有致癌作用的離子通道。癌癥由于它的高死亡率、不良預后得到了廣泛的關注。Kv10.1通道功能或表達異常參與多種腫瘤發生演化過程，在腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲、復發、預后中都有作用。有研究表明，Kv10.1通道可作為腫瘤的標志物和抗癌藥物的作用靶標。但是目前而言，它的抑制劑發現還不算廣泛。因此，發現具有高效性、選擇性、生物友好性的特征的Kv10.1通道的抑制劑，并開展藥效研究和成藥性評價具有重要的理論與應用意義。

關鍵詞：Kv10.1通道;癌癥;腫瘤標志物;藥物靶點

【中圖分類號】R73? 【文獻標識碼】A??? 【文章編號】2107-2306（2020）02-021-02

1 離子通道與腫瘤

離子通道，是位于細胞膜上的一種蛋白，能夠介導各種無機離子的跨膜被動運輸。離子的通透性能與多種生命活動過程密切相關，例如感受器中電位的產生、神經的興奮與信號傳遞、神經中樞系統的調控、平滑肌的蠕動、肌肉的收縮等等。離子通道的結構和功能是維持生命活動的基礎，它的基因變異和功能異常與多種疾病的發生和發展息息相關。離子通道病^[1]，指的是由于離子通道的結構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嚴峻的疾病之一。全國腫瘤登記年報的最新結果顯示，在中國，平均每分鐘有6個人被診斷患有癌癥，5個人因癌癥致死。癌癥越來越大的威脅著人的健康和生命。而據統計，離子通道的異常在各種腫瘤中出現^[2]。截至到2019年底，NCBI中已經收錄了20000余篇離子通道與腫瘤的研究。研究發現，在神經膠質瘤、乳腺癌、黑色素瘤、白血病等20多種腫瘤中，超過30個離子通道出現了異常。

2 Kv10.1通道能夠作為腫瘤標志物及藥物靶點

Kv10.1，是電壓門控鉀離子通道中重要的一員，也稱為Eag1/KCNH1，是Kv家族通道的成員之一，也是第一個被發現致癌作用的離子通道^[3]。在人類細胞中，Kv10.1由KCNH1基因編碼，位于bp32.1-32.3段。這是一個相對較大的鉀通道基因組，包含著11個外顯子和1個大的內含子^[4]。人類細胞中Kv10.1通道的電生理特性與已得到考究的哺乳動物中的Kv10.1通道的電生理行為非常相似。首先，Kv10.1在異源系統中產生明顯的非失活電流，也就是說，特征電流不出現失活現象。其次，它在相對去極化的膜電位下緩緩開啟，進行緩慢地激活，呈現一種慢激活特征。最后，它的電流最顯著的特性，就是它對前脈沖電位具有依賴性，也就是電壓依賴性。其中，當給通道的起始膜電位去極化程度越大時，該通道的激活也就越快。這個特性被我們簡稱為Cole-Moore（科爾-摩爾）效應。

與已知的Kv結構一樣，Kv10.1的跨膜區域具有六個螺旋段（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結構域位于胞內結構域的外部、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（激活）和關閉（關閉）速度。S6螺旋延伸到細胞內結構域并連接C-Linker區域。 C-Linker具有四個螺旋，折疊成螺旋-轉角-螺旋的結構，與連接相鄰亞基的后兩個螺旋相互作用。 通過這種結構，C-Linker在CNBHD結構域的正上方形成一個環狀結構，用來耦合S6和S6的相對運動。

在研究中，Kv10.1已被證實與腫瘤的發生和腫瘤的發展有關^[5]。為了研究Kv10.1通道在正常組織和腫瘤組織中的相對表達情況，實驗分別采用了RT-PCR（實時熒光定量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表達情況。在RT-PCR實驗中，經過21個循環后，Kv10.1僅在大腦中檢測到清晰的信號，再進行幾個循環后，睪丸和腎上腺中信號才達到閾值，其余組織均為陰性。也就是說，從RNA水平來看，Kv10.1主要存在于正常腦組織中，并在成肌細胞，胎盤，睪丸和腎上腺中少量表達。相反的是，免疫組化結果顯示Kv10.1在大約70%的人類腫瘤中過表達，包括肝癌，宮頸癌^[6]，肺癌，乳腺癌^[5]，結腸癌^[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，但是其機制并不清楚。研究表明，Kv10.1在腫瘤的演化過程中起到了很重要的作用，它對腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲、細胞周期變化等的關鍵步驟都具有一定的貢獻^[8]，其在腫瘤的演化中與很多因子相關。研究表明，Kv10.1可能會通過蛋白分子間相互作用、鈣信號通路等調控腫瘤的演化過程。當細胞系經過Kv10.1轉染后，獲得了與癌細胞相似的特性，證明了該通道具有致癌特性，其中包括細胞系失去接觸抑制、低血清濃度下細胞能夠生長以及將表達通道的細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，對于Kv10.1在細胞內的表達情況，會受到許多條件的影響，比如p53、p38MAPK、E2F1等等。其中p53作為一個已知的抑癌基因，對Kv10.1的表達起到很大的作用.它可以將Kv10.1控制在一個穩定的、較低的水平，在細胞的增殖、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志物^[9]。

電壓門控鉀離子通道Kv10.1與腫瘤關系密切，有望成為抗癌靶點^[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胞的增殖與遷移^[11]。采用小干擾RNA（siRNA）特異性的下調Kv10.1的表達后，能夠有效的對腫瘤細胞的活性產生抑制^[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，但后來顯示為Kv家族阻斷劑。阿司咪唑能夠滲透脂質雙層、然后結合細胞內側的開放態通道，從而達到抑制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]。實驗證明，阿司咪唑對大鼠肝細胞癌的發展起到了預防和治療作用，預防了肝癌的發展。同時，阿司咪唑可以通過抑制Kv10.1通道的活性，從而降低癌細胞的增殖和遷移，誘導HepG2細胞和HuH-7這兩種肝癌細胞的凋亡。這種藥理學作用可能是因為其抑制了Kv10.1通道的活性。其次，對于正常人而言，Kv10.1通道除主要分布于中樞神經系統，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分布，即Kv10.1通道特異性抑制劑對于非腫瘤組織的影響較小。且膜上分布的特點更易于靶向。因此，認為Kv10.1可以作為一個理想的抗肝癌藥物靶點，為腫瘤的治療提供一個新型的治療方法。

3 結論與展望

以上數據表明Kv10.1可能成為一種新型的腫瘤標志物及腫瘤治療靶點，為腫瘤治療提供了一種的新方法。迄今為止，國內外也發現了幾種Kv10.1通道的抑制劑，但是藥物的特異性都不理想。其中，現在被大家所廣泛接受的Kv10.1抑制劑，是具有相對特異性的小分子阻斷劑——阿司咪唑。由于阿司咪唑會抑制hERG和hEag2的電流，將來用作藥物的話，藥物安全性較差。另外一個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的細胞外孔道區域從而抑制Kv10.1通道，IC₅₀值約為300 nM，但是mAb56作為一種單克隆抗體，不利于臨床進行實用。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，但該藥物劑量效應沒有被確定。對于肽毒素藥物而言，由于Kv10.1通道與其他Kv家族通道在分子結構上的差異，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合時很容易受到糖鏈的影響，不容易結合。

總結來說，現有的Kv10.1通道抑制劑，在特異性與副作用方面都不夠理想，隨著研究的發展，天然化合物進入了我們的視野。天然化合物^[15]，指的是天然的、不經過人工合成的天然活性物質，具有特殊的生理活性和藥物價值。天然化合物憑借它新穎的結構、療效高、副作用小的特點逐漸的被制藥行業關注。近年來，隨著技術的發展，許多結構復雜、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，為藥物的發展提供了來源。天然化合物藥物已經被應用于很多方面，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、抗癌藥物長春新堿，乙酰膽堿酯酶高效抑制劑石杉堿甲，抗瘧藥物青蒿素等。它具有很重要的意義：

（1）傳統中藥的應用：隨著技術發展，傳統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的生物活性，使傳統為重要文化走上舞臺，比如人參、大蒜、三七等等;

（2）創新型新藥：天然產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化合物進行結構的修飾、類似物的合成、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）安全無毒：作為天然來源的藥物，它的安全性能夠得到保證。

通過這些現狀，本研究認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的活性從進而抑制肝癌的演化是有潛力的。從而進一步證明Kv10.1通道有潛力作為一種腫瘤標志物及藥物靶點。

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