大電導鈣激活鉀通道與慢性腎臟疾病關系的研究進展*

殷文賢 綜述，孫夢琦 審校

(1.西南醫科大學附屬中醫醫院藥劑科，四川 瀘州 646000；2.西南醫科大學附屬醫院藥物臨床試驗機構，四川 瀘州 646000)

慢性腎臟疾病(CKD)被定義為是腎小球濾過率降低、尿白蛋白排泄增加或兩者兼而有之，是一個日益嚴重的公共衛生問題。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發展到終末期腎病(ESKD)甚至過早死亡的主要原因。目前，大電導鈣激活鉀通道(BKCa)被認為是各種腎臟生理過程中的重要參與者。已經有人證實，BKCa在腎小球足細胞[3]和系膜細胞(MCs)[4]中表達，可能在調節系膜收縮性和腎小球濾過率方面發揮作用；此外，在包括近曲小管、遠曲小管的腎單位幾乎所有區段[5]中也都觀察到BKCa表達，是遠端小管和皮質集合管內流動誘導的鉀分泌(FIKS)的介質。本文就BKCa在CKD病理發展中的作用進行概述。

1 BKCa概述

大電導鈣激活鉀通道(BKCa，也稱為BK、Slo1、KCNMA1或MaxiK)具有約100～300 pS的大單位電導，并且響應于膜去極化和細胞內Ca2+和Mg2+的結合而活化[6-9]。BKCa有3個主要結構域，電壓感應區感測膜電位，細胞溶質域感測Ca2+離子，孔柵區打開/關閉以控制K+滲透。BKCa參與了許多細胞的生理功能，包括調節神經元的放電，平滑肌張力，內分泌細胞分泌，細胞增殖和遷移等[10]。

BKCa由α、β、γ 3個不同的亞基組成，α是成孔單元[11]，β和γ[3，12]是調節單元。單個基因(Slo1或Kcnma1)編碼的α亞基組成同源四聚體[11]構成其主體，與中小電導鈣激活鉀通道不同，BKCaα亞基在質膜的細胞外側具有包含N末端跨膜螺旋(S0)的額外疏水片段，以及由2個RCK(K+電導調節劑)結構域和存在Ca2+結合位點的鈣質碗組成的長細胞溶質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節BK的動力學行為和Ca2+敏感性及對BK特異性調節劑的藥理學反應等作用[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系膜細胞(MCs) MCs具有平滑肌樣表型，參與許多生理活動，包括產生系膜基質為毛細血管提供結構支持、產生生長因子等，作為一種特殊的可收縮細胞，還可以通過其收縮性質調節腎小球血液動力學[15]。然而，當面對DN、炎癥或其他類型的局部損傷時，MCs可能發生形態學變化，例如表型轉變為肌成纖維細胞，除了分泌正常的基質成分外還產生α-平滑肌肌動蛋白和間質膠原[16]。

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

在機制研究方面，MA等[4]通過膜片鉗實驗證明，BKCa可以分別通過cGMP和PKG、可溶性氣體和鳥苷酸環化酶刺激物被激活；FOUTZ等[19]的細胞實驗證明，胰島素通過MAPK信號傳導增加MCs的BKCa-β1活性；SANSOM等[20]研究發現，多功能Ca2+/鈣調蛋白依賴性激酶Ⅱ(CaMKⅡ)充當內源性激動劑，以擴展Ang Ⅱ誘導的BKCa活化并抑制MCs的收縮。

CHEN等[21]通過臨床試驗證明BKCa-β1功能獲得性變體Glu65Lys可以明顯影響GFR65Lys攜帶者不僅表現出基線腎小球濾過率(GFR)升高，而且還表現出CKD(以及隨之發生的腎衰竭)中更快的GFR下降；PLUZNICK等[22]的動物實驗也發現，在基礎條件下，BKCa-β1敲除小鼠已經觀察到正常的GFR，但是在腎體積擴張時，其不能將其GFR提高到與野生型小鼠相同的程度，表明BKCa開放劑有可能開發成為用于調節GFR的藥物。

2.1.2足細胞 足細胞是覆蓋腎小球毛細血管外表面的特化上皮細胞，延伸足部形成指狀突起，與相鄰細胞相互交錯的獨特細胞連接形式稱為狹縫隔膜(SD)，復雜的結構構成了腎小球濾過屏障的重要組成部分。此外，互連的足細胞也黏附于毛細血管壁的腎小球基底膜，其是分泌的細胞外基質(ECM)組分的密集網絡，為內皮細胞和足細胞提供支架以支持其獨特功能[23]。

已經在小鼠、大鼠和人足細胞中證實，足細胞中的BKCa可能是由α和β4亞基組成[3,23-24]。足細胞BKCa可以在正電位和細胞內Ca2+的高水平響應于膜拉伸而被激活。通過施加適度的負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生理激活的機制，有2種假說對此進行了解釋。第一種假說是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]發現，下調腎病蛋白或突觸足蛋白[26]的表達會降低小鼠足細胞中功能性表面BKCa的數量；腎病蛋白1[27]的情況與腎病蛋白正好相反，作者猜測可能是由于腎病蛋白與腎病蛋白1形成了穩定的復合物而失效。YANG等[28]也發現突觸足蛋白、腎病蛋白與BKCa的共表達增加了HEK293T細胞中BKCa的表達，與KIM等[25]的結果一致，表明這可能是足細胞BKCa蛋白表達變化的潛在機制。相反，RIDGWAY等[29]研究證實，MAGI-1的共表達會抑制BKCa在HEK293T細胞上的表面表達。第2種假說是細胞間Ca2+濃度的拉伸依賴性增加激活BKCa，例如BKCa與機械敏感性TRPC6相互作用。TRPC6是一種非選擇性陽離子通道。KIM等[30]已證實其與BKCa共表達并促進BKCa在足細胞中的表面表達。膜超極化先刺激TRPC6滲透Ca2+，BKCa再被TRPC6誘導的Ca2+內流及膜去極化激活，然后，BKCa引起的膜超極化又為TRPC6提供正反饋[31]。HONGQIANG等[32]也通過研究證實，抑制microRNA-200 b家族的miR-200 b-3p可以通過降低TRPC6的電流使細胞內Ca2+水平降低，從而導致BKCa電流的抑制。

GAO等[33]發現，血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)不僅抑制足細胞BKCa的電流幅度，還促進BKCa活化，而Ang Ⅱ本身可以誘導氧化應激和足細胞死亡。KIM等[34]的研究則證實胰島素可以通過細胞外信號調節激酶(ERK)和蛋白激酶B(PKB/AKT)信號級聯增加足細胞BKCa的細胞表面表達，而高葡萄糖治療減少了活化的表面BKCa和腎病蛋白的數量，并且消除了胰島素對BKCa的刺激作用。 Alport綜合征是一種可促進足細胞死亡的慢性腎臟疾病，HAYNES等[35]研究發現，在健康人系膜細胞(NHMC)的誘導多能干細胞衍生的足細胞樣細胞中，細胞外鈣引起細胞內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足細胞樣細胞的脫細胞板上培養Alport綜合征患者足細胞，可部分恢復細胞內鈣響應細胞外鈣的急性減少，表明BKCa功能異常可能是導致Alport綜合征中足細胞死亡的重要原因之一。

2.2腎小管中的BKCa MEERA等[36]的基因篩查實驗在腎單位的幾乎所有區段(包括近曲小管，遠曲小管)及許多哺乳動物腎細胞系(例如Ⅱ型Madin Darby犬腎細胞)中都觀察到了BKCa表達。同時，有研究發現中電導鈣激活鉀通道3.1(KCa3.1)存在于涉及腎小管間質性纖維化的多個細胞中，包括近端腎小管細胞、成纖維細胞、炎癥細胞(T細胞和巨噬細胞)和內皮細胞[37]。

人體的正常血鉀濃度范圍比較狹窄，血鉀濃度過高引起高血鉀癥會導致心律、神經肌肉等功能的失常，而低血鉀癥誘發的昏迷、嘔吐等極易危及生命[38-39]。腎臟在血鉀穩定中的作用舉足輕重，人體中大約 90% 以上的K+通過腎臟排泄。楊陽等[40]的小鼠腎臟切片實驗發現，細胞外高濃度的K+可直接下調遠端腎小管離子通道鈉氯共轉運體(NCC)的磷酸化水平，這一動作可能是為下游離子通道的迅速排鉀做準備。LAYTON等[41]的研究進一步證實了上述的觀點，他們通過急性K+負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K+通道的表達水平和活性升高，以及NCC的下調會增加沿連接小管的K+分泌，從而導致模型的尿K+排泄增加超 6倍，遠超過濾后的K+負荷，而使腎切除的大鼠排泄急性或慢性K+負荷的能力受損。

腎皮質集合管(CCD)是K+分泌的重要部位，主要由主細胞(PC)及閏細胞(IC)構成。CCD中的BKCa通道介導Ca2+分泌和(或)拉伸依賴性血流誘導的K+分泌(FIKS)，并有助于腎臟適應高鉀飲食[42]。LI等[43]的研究發現，BKCa在腎連接小管(CNT)和CCD中表達，并且瞬時受體電位香草型4(type 4)TRPV4介導的Ca2+信號與BKCa激活之間存在直接相關性，但小/中電導鈣激活鉀通道SKCa1/3和IKCa1的早期激活對于充分增強Ca2+進入和激活BKCa所需的Ca2+水平至關重要；進一步研究發現[44]，細胞膜穴樣內陷在PC和IC中提供了關鍵的微結構域，直接促進了這些域中TRPV4介導的Ca2+信號傳導，從而導致TRPV4-SK3/IK1-BK快速順序地偶聯，在介導Ca2+依賴性BKCa調節和K+分泌調節中起到重要作用。

妊娠晚期的妊娠期高鉀對胎兒發育影響極大，有研究試圖通過實驗找出孕期腎臟和結腸對K+的處理變化的潛在機制。有研究發現，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出凈K+保留[45]。進一步的大鼠實驗表明，妊娠鉀的保留很可能是由于集合管中通過增加氫-鉀ATP酶2(HKA2)引起K+的重吸收增加，通過下調腎外髓質鉀通道(ROMK)和BKCa引起K+分泌減少，以及結腸通過HKA2引起的重吸收增加所致[46]。

2.3腎內脈管系統中的BKCa BKCa在幾乎所有的血管平滑肌細胞中都有表達，組成以α-β1為主[47]。細胞內Ca2+例子濃度增加激活BKCa，引起K+離子外流，細胞膜超極化，進而使L-VGCC關閉，抑制血管收縮；相反，BKCa關閉引起的膜去極化則會促進血管收縮[48]。

孔祥權等[49]研究證實，自發性高血壓(SH)大鼠腎動脈血管平滑肌細胞BKCa電流密度隨周齡增加而降低，并與血壓水平高度相關；進一步研究表明，BKCa電流密度降低會導致腎動脈血管收縮和肥厚性重構，以及GFR降低[50]。IMIG等[51]發現，環氧二十碳三烯酸(EETs)可以通過cAMP/PKA途徑激活[20-羥基二十碳四烯酸(20-HETE)抑制]入球小動脈的BKCa，使血管平滑肌細胞超極化并分泌內皮依賴性超極化因子(EDHFs)，導致入球小動脈擴張。秦小江等[52]的動物實驗則表明，葛根素可以通過產生H2O2激活BKCa，進而舒張大鼠腎動脈。何瓊[53]、章艷萍等[54]研究發現，茜草素也可以通過激活BKCa舒張腎動脈而降低SH大鼠收縮壓，機制是茜草素通過激活L-VGCC促進細胞外Ca2+內流，再刺激胞質內ryanodine受體大量分泌Ca2+，從而激活BKCa。有前期研究也發現，DN大鼠腎動脈BKCa的β1 亞基mRNA 表達降低，這種改變與腎功能及腎組織損害程度一致[55]。

3 小 結

BKCa在腎臟各種病理生理過程都扮演著非常重要的角色，在腎小球MCs、足細胞，腎小管細胞，腎內脈管系統的動脈血管平滑肌細胞中都有表達。目前，治療CKD的手段仍十分有限，因此，繼續研究BKCa與CKD的關系并闡明其機制，并通過研發BKCa的特異性激動劑或阻斷劑藥物調節BKCa表達及功能，可能為CKD提供新的治療方向。