大電導(dǎo)鈣激活鉀通道在子宮平滑肌中的作用及其調(diào)控機(jī)制的論文

1、大電導(dǎo)鈣激活鉀通道在子宮平滑肌中的作用及其調(diào)控機(jī)制的論文大電導(dǎo)鈣激活鉀通道在子宮平滑肌中的作用及其調(diào)控機(jī)制的論文 【摘要】 早產(chǎn)是產(chǎn)科工作者面臨的難題之一，是子宮平滑肌的過早興奮導(dǎo)致的分娩發(fā)動提前。如何控制平滑肌的興奮性是目前早產(chǎn)治療研究中亟待解決的問題。大電導(dǎo)鈣激活的鉀（bkca）通道是一類可以使平滑肌靜息的細(xì)胞膜上的大蛋白分子，研究發(fā)現(xiàn)，子宮平滑肌細(xì)胞膜表面富含bkca通道，而其在調(diào)節(jié)子宮收縮中的作用及機(jī)制也引起了研究者們的高度重視。本文就其中關(guān)于bkca通道作用于子宮平滑肌的可能機(jī)制以及蛋白激酶在調(diào)節(jié)bkca通道中的作用做一綜述。 【關(guān)鍵詞】 大電導(dǎo)鈣激活鉀通道；子宮平滑肌 【abstr

2、act】 how to control the excess excitability of myometrium is the key problem in premature labor treatment.bkca channel(large conductance ca2+-activated k+ channel),a ponent in cell membrane,which can make smooth muscle quiescent,is richly distributed in uterine myocytes.its modulatory function and c

3、orresponding mechanism on uterus contractility are hot spots investigated in recent years.in this review,we summarized the current advances in the function of bkca channel in myometrium and its intracellular mechanism. 【key words】 bkca channel;myometrium 妊娠是一個復(fù)雜的生理過程，在妊娠期間，子宮平滑肌興奮性的控制有著重要的意義，因?yàn)樽訉m平滑肌

4、功能不全可能是導(dǎo)致早產(chǎn)及難產(chǎn)的一個原因。WwW.COm隨著對人類分娩病因及病理的分子及生理機(jī)制的深入了解，發(fā)現(xiàn)通過離子通道的開放和失活可調(diào)控子宮平滑肌的收縮性，考慮對早產(chǎn)等的治療有著巨大的潛力1。而基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，在未妊娠及妊娠子宮平滑肌細(xì)胞中，bkca通道是最主要的鉀通道2，3，該通道在平滑肌膜電位的維持和肌緊張的調(diào)節(jié)中起著重要的作用。本文綜述了蛋白激酶在調(diào)節(jié)bkca通道中的作用以及bkca通道作用于子宮平滑肌的可能機(jī)制。 1 bkca通道 在人類組織細(xì)胞中，有三種對鈣離子敏感的鉀通道，包括大電導(dǎo)（large conductance ca2+-activated k+-channel,bk）、

5、中電導(dǎo)（intermediate conductance ca2+-activated k+-channel,ik)及小電導(dǎo)（small conductance ca2+-activated k+-channel,sk)的鈣激活鉀通道。其中，bkca通道廣泛分布于除心肌以外的所有組織。尤其在子宮平滑肌中，bkca通道表達(dá)密度最高，而ikca和skca通道則未見表達(dá) 4。 1.1 bkca通道的結(jié)構(gòu) bkca通道由四個亞單位構(gòu)成的主體及附屬的調(diào)節(jié)亞單位（14)組成5，6。這些孔樣的亞單位有一個單基因編碼kcnma1，且其在哺乳動物中有著很高的同源性（如人類和牛約為100%的氨基酸同源）；而不同的

6、亞單位則有不同的基因編碼，其在哺乳動物中同源性為82%85%。分子學(xué)研究顯示：該通道蛋白的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)同常規(guī)電壓門控鉀通道的s1s6穿膜區(qū)域有著高度的同源性。事實(shí)上，該通道可被看作添加了一個新奇的羧基末端（含四個疏水區(qū)域s7s10，未知拓?fù)洌┑膹?fù)合的電壓門控通道，而電壓依賴性、通道開放時間及電導(dǎo)被認(rèn)為是s1s6區(qū)域的一個功能。一些學(xué)者從另一個角度描述了該通道：亞單位包括一個執(zhí)行鉀通道功能的依賴電壓激活的核心區(qū)域（s0s8）及一個高度保守的同鈣調(diào)節(jié)相關(guān)的近羧基端的尾區(qū)域（s9s10），亞單位近氨基末端的跨膜片段s0是bkca通道最特殊的部位，對亞單位的鈣調(diào)節(jié)起著重要作用 7；亞單位由兩個穿膜片段（t

7、 1、t2）組成，但在不同的組織中，亞單位的組成不同（腦細(xì)胞1 4、腎足細(xì)胞3 4、子宮平滑肌細(xì)胞僅含1)。從平滑肌中復(fù)制出的bkca通道的亞單位上有pkg和pkc的磷酸化位點(diǎn)，亞單位上有pkg的磷酸化位點(diǎn)，在兩種亞單位上可能同時存在pka的磷酸化位點(diǎn)。 1.2 bkca通道的生理特性 在不同種類的細(xì)胞中，bkca通道的功能各不相同。在神經(jīng)元及骨骼肌細(xì)胞上bkca主要參與動作電位快后超極化的形成和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放從而引起神經(jīng)元沖動的發(fā)放；在平滑肌細(xì)胞包括血管平滑肌及子宮平滑肌等，則參與維持膜電位及調(diào)節(jié)肌緊張等生理過程。隨著膜片鉗技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，bkca通道的電生理學(xué)特性漸漸得以明確。該通道顯示出

8、一個約200ps的單通道大電導(dǎo)，表現(xiàn)為鈣離子激活及電壓依賴并存的特性：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度達(dá)到微摩爾時，其亞單位才發(fā)揮鈣敏感活性，使通道能在給予較小的去極化電壓時開放；反之，如果細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度很低，亞單位失去功能（對鈣失敏），則通道只能呈現(xiàn)單純電壓門控通道活性，需要很大的去極化電壓使其開放 8。通道可被ibtx（iberiotoxin)、四乙銨（tetroethylammanium,tea)、鋇（ba）、蝎毒素（charybodotoxin)和樁蛋白（paxilline)等bk特異性阻斷劑所阻斷9，10。 2 幾種影響bkca通道的蛋白激酶及其調(diào)控機(jī)制 蛋白激酶是bkca通道活性潛在且重要的直

9、接調(diào)控者，其可調(diào)節(jié)通道對生理膜電位及細(xì)胞內(nèi)ca2+的濃度的敏感性。 2.1 影響bkca通道的蛋白激酶 2. 1.1 pka pka是第一個被提出對平滑肌bkca通道活性有影響的蛋白激酶。pka可影響bkca通道的動力學(xué)而不影響其電導(dǎo)力。通過減少通道關(guān)閉的時間常數(shù)，同時增加通道開放的時間常數(shù)，從而起到增強(qiáng)bkca通道的活性。不論pka濃度在10500nm還是pka活性在0.0150.00u/ml（活性在520u/ml常被采用），均可以觀察到bkca通道活性的變化。liu等 11的研究也提示在絕大部分哺乳動物的平滑肌中，pka的激活可增強(qiáng)細(xì)胞膜bkca通道的活性。 2. 1.2 pkg 第二個對

10、平滑肌bkca通道的活性有影響的蛋白激酶是pkg 12。當(dāng)pkg濃度在80900nm或活性在3005000u/ml時，可以觀察到bkca通道活性的增強(qiáng)。有趣的是，在非妊娠婦女的子宮平滑肌中，pkg和pka可使bkca通道活性下降約85%，而剩下的約15%的bkca通道活性提高了，然而在妊娠婦女的子宮平滑肌中觀察到了相反的結(jié)果 13。這些結(jié)果提示我們，在同一組織的不同時期，pkg等蛋白激酶對于通道的作用是不一樣的，因此，我們考慮可能同本文前面所提及的bkca通道的、亞單位的構(gòu)象變化相關(guān)。 2. 1.3 pkc 盡管在平滑肌中，當(dāng)pkc活性為0.1 1.0u/ml時可抑制bkca通道，但目前pkc

11、對于bkca通道的作用還沒有更進(jìn)一步的研究。 2.2 蛋白激酶調(diào)節(jié)bkca通道的可能機(jī)制 2.2.1 atp酶的作用 提供一個磷酸基團(tuán)的atp酶，可用于pkg/pka對bkca通道的激活。盡管有報(bào)道atp對bkca通道有直接抑制作用，但后來發(fā)現(xiàn)是由于atp對鈣離子的螯合作用所致。因此，目前認(rèn)為atp不會抑制bkca通道的活性。此外，一些研究觀察到，激活bkca通道的是atp酶而非在無酶溶液中的atp。且atp酶的這一效應(yīng)不能被非水解的atp類似物amt-pnp仿效，而可以被pka抑制劑清除及被磷酸酶抑制劑增強(qiáng)，提示通道的激活不是由于atp酶自身而是通過該通道相關(guān)的一種激酶作用的。相對照的，在許

12、多研究中，在濃度低于1mm時，atp及atp酶均不能影響bkca通道活性。因此考慮，atp酶及atp對于平滑肌的bkca通道活性沒有直接的作用，激活作用僅發(fā)生于當(dāng)一種通道相關(guān)的激酶存在于該離體的膜片中時。 2.2.2 camp及cgmp的作用 盡管camp及cgmp可分別激活pka及pkg，但這些環(huán)核苷酸也可能直接作用于bkca通道。在人子宮平滑肌中，bkca通道的活性可被500m的8-氯苯硫代cgmp增強(qiáng)，但其作用可被環(huán)核苷酸依賴的激酶所消除，提示一種通道相關(guān)的激酶可引起該效應(yīng) 14。在大多數(shù)研究中，應(yīng)用高達(dá)500m的camp或100m的cgmp不能改變bkca通道的活性。因此，在大多數(shù)研究

13、中，生理濃度的camp及cgmp對bkca通道沒有直接作用，這些環(huán)核苷酸的效應(yīng)可能反映在通道相關(guān)激酶的激活上。 2.2.3 蛋白激酶的作用 應(yīng)用蛋白激酶作用于缺乏atp酶的bkca通道，camp及cgmp均不能改變通道的活性。這些輔因子的添加通過pka及pkg介導(dǎo)的磷酸化支持了通道的激活。此外，在atp酶及camp/cgmp的存在下，添加熱滅活的蛋白激酶對bkca通道無激活作用，蛋白激酶抑制劑可阻斷激酶介導(dǎo)的磷酸化過程中的重要步驟，阻斷或逆轉(zhuǎn)atp酶及蛋白激酶激活的效應(yīng)。因此，我們認(rèn)為有激活活性的蛋白激酶必須具備以下兩點(diǎn)： （1）擁有天然構(gòu)象； （2）對于激酶介導(dǎo)的磷酸化很重要的激酶位點(diǎn)必須具

14、有調(diào)節(jié)平滑肌中bkca通道的功能。 2.2.4 磷酸酯酶的作用 如果pka及pkg通過磷酸化起作用，那磷酸酯酶可以逆轉(zhuǎn)其效應(yīng)。磷酸酯酶抑制劑提高了人肺動脈中bkca通道的活性。不過，由于這些通道也能被1mm的8-溴-cgmp激活，且環(huán)核苷酸依賴的激酶抑制劑可消除該效應(yīng)，故磷酸酯酶抑制劑的刺激效應(yīng)可歸因于組織中通道相關(guān)的激酶的存在。在大部分的研究中，磷酸酯酶抑制劑如岡田酸及花萼海綿抑癌素a在平滑肌中對bkca通道活性沒有直接的影響作用。但在應(yīng)用蛋白激酶后加用磷酸酯酶抑制劑則能增強(qiáng)蛋白激酶誘導(dǎo)的bkca通道活性的改變。因?yàn)榱姿狨ッ敢种苿┎粫苯佑绊慴kca通道的活性，這些數(shù)據(jù)提示：這一效應(yīng)需要蛋白

15、激酶的預(yù)作用。另有研究顯示，在應(yīng)用蛋白激酶后再用磷酸酯酶可逆轉(zhuǎn)其已誘導(dǎo)的bkca通道活性的變化。把這一結(jié)果和磷酸酯酶抑制劑的效應(yīng)相結(jié)合，這些數(shù)據(jù)證明在調(diào)節(jié)平滑肌bkca通道活性方面，蛋白激酶和磷酸酯酶具有相互拮抗的作用，也進(jìn)一步說明了蛋白激酶通過通道蛋白磷酸化而改變平滑肌bkca通道的活性。 3 bkca通道在子宮平滑肌收縮中的作用 3.1 子宮平滑肌的收縮性 細(xì)胞靜息膜電位是由于細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境離子分布不平衡而產(chǎn)生的，事實(shí)上在所有哺乳細(xì)胞中，其在很大程度上由膜兩邊的k+、ca2+、na+、cl-的濃度所決定。人子宮平滑肌的靜息膜電位分布在-45-80mv間15，16，子宮的妊娠狀態(tài)部分地影響了該

16、數(shù)值的大小。子宮平滑肌組織是自然肌性的、能產(chǎn)生慢波活性，同樣也產(chǎn)生簡單及合成的動作電位。單個的子宮平滑肌細(xì)胞可顯示出起搏活性，但異于心肌細(xì)胞的是，其活性并不局限于特殊的起搏細(xì)胞而是移動的，即任何一個細(xì)胞都可能發(fā)動一次宮縮。當(dāng)分娩鄰近時，靜息膜電位逐漸轉(zhuǎn)正（即絕對值變?。┎⑦_(dá)到產(chǎn)生動作電位的閾值，因而激活子宮收縮性（在大部分妊娠期是維持在靜止?fàn)顟B(tài)的）。另外，子宮的自然結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了協(xié)調(diào)的同步收縮，并在分娩過程中更強(qiáng)有力。這種同步化促使收縮通過加強(qiáng)的縫隙連接網(wǎng)絡(luò)迅速傳播至整個子宮。觀察到的子宮肌電活動波形的改變，特別是在足月時由靜止到興奮的轉(zhuǎn)變，提示離子通道廣泛的流動性及重構(gòu)有助于分娩時子宮興奮性的顯

17、著改變17。 3.2 bkca通道在子宮平滑肌中的分布 matharoo18等應(yīng)用western blot方法對不同狀態(tài)下人子宮平滑肌細(xì)胞bkca通道的、亞單位蛋白表達(dá)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：亞單位蛋白表達(dá)未妊娠組和足月臨產(chǎn)組無明顯差異，均明顯低于足月未臨產(chǎn)組及早產(chǎn)（臨產(chǎn)及未臨產(chǎn)）組；亞單位臨產(chǎn)（足月及早產(chǎn)）組明顯低于未臨產(chǎn)（足月及早產(chǎn)）組，而該四組水平又明顯低于未妊娠組（p 0.01)。這同周曉波等報(bào)道的結(jié)果類似 13。 3.3 bkca通道在子宮平滑肌收縮中的作用 在正常妊娠未臨產(chǎn)的子宮平滑肌細(xì)胞中，提高細(xì)胞內(nèi)ca2+水平導(dǎo)致bkca通道的激活，故能有效抵消ca2+的去極化效應(yīng)，從而維持子宮

18、肌的靜息狀態(tài)。伴隨著動作電位過程，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離鈣離子增加。作為電壓及細(xì)胞內(nèi)鈣離子的感受器，bkca通道被激活，從而使鉀離子外流，使細(xì)胞膜在去極化后即刻復(fù)極化甚至超極化19，20，從而間接地降低平滑肌的收縮力。平滑肌的收縮同其電學(xué)特性密切相關(guān)，包括在不規(guī)則間歇后出現(xiàn)特征性的自發(fā)的峰電流，而bkca通道是平滑肌收縮的重要調(diào)控者。有證據(jù)表明，在妊娠的不同階段，bkca通道通過改變他們的分布密度、電壓激活及鈣的敏感性，調(diào)節(jié)子宮平滑肌的張力21。bkca通道是camp及cgmp依賴性蛋白激酶所調(diào)控的重要靶體22。有報(bào)道表示，在妊娠及非妊娠子宮平滑肌細(xì)胞中，camp及cgmp激酶調(diào)控bkca通道的活性是不

19、同的23。目前，應(yīng)用膜片鉗技術(shù)，用camp激酶對非妊娠及妊娠大鼠及人子宮平滑肌細(xì)胞鉀通道活性的抑制及激活的研究證實(shí)了這些觀察結(jié)果。 此外，有研究通過測定人子宮平滑肌的等長張力，觀察到特異性bkca通道阻斷劑北非蝎毒素、四乙胺（tea）及iberiotoxin可增加子宮肌收縮的頻率及強(qiáng)度，提示部分bkca通道的平滑肌細(xì)胞靜息狀態(tài)下是激活的，且對組織有重要的功能性效果24，25。還有少量的研究探討與分娩相關(guān)的離子通道功能的機(jī)制。在人妊娠子宮中，當(dāng)分娩發(fā)生時，由于亞單位水平的明顯下降（較未臨產(chǎn)組下降50%75%），使bkca通道失去了對ca2+的依賴性；而如將細(xì)胞內(nèi)ca2+濃度增強(qiáng)10倍（從50nm

20、至0.5m)可提高分娩前bkca通道的活性，但對分娩過程中的通道開放無效。包括tea、鋇及球肽等bkca通道阻滯劑在子宮平滑肌細(xì)胞膜的內(nèi)表面發(fā)揮作用也被提及。的確，tea作用于膜外向外膜片降低了bkca通道的整體導(dǎo)電性，其解離常數(shù)為423m；tea對膜內(nèi)向外膜片的效應(yīng)導(dǎo)致整體電流的下降，其解離常數(shù)為46mm，表示產(chǎn)后的bkca通道對tea的精確敏感性。隨著分娩的發(fā)生，bkca通道活性的ca2+間聯(lián)系的失活可允許細(xì)胞內(nèi)ca2+水平在不激活相對的k+電導(dǎo)的情況下上升，因此提高了ca2+作用于子宮平滑肌收縮的可能性。由于對外源性的北非蝎毒素和tea的反應(yīng)并未改變，bkca通道的細(xì)胞內(nèi)區(qū)域的改變是建立

21、在分娩時通道特性短時間內(nèi)提升的基礎(chǔ)上的。在更多近期的研究中，研究者應(yīng)用rt-pcr來驗(yàn)證bkca通道的及亞單位mrna是否同時存在于未臨產(chǎn)及臨產(chǎn)的人子宮平滑肌中26。在子宮平滑肌中，bkca通道亞單位的mrna及其蛋白的變化提示了一個可能的機(jī)制，即作為通道主體的亞單位的表達(dá)量和通道的活性成正比，借此可以解釋在妊娠足月時子宮興奮性為何增強(qiáng)。但由于及亞單位蛋白表達(dá)時達(dá)最高峰時間的不一致性，給予了我們新的研究空間：我們能否尋找到提高妊娠子宮平滑肌亞單位表達(dá)水平的靶點(diǎn)，使對早產(chǎn)的干預(yù)成為可能？ 【 參考文獻(xiàn) 】 1 hamill op,marty a,neher e,et al.improved pa

22、tch-clamp techniques for high-resolution current recordings from cells and cell-free membrane patches.pflugers arch,1981,391 (2):85-100. 2 zhou xb,schlossmann j,hofmann f,et al.regulation of stably expressed and native bk channels from human myometrium by cgmp-and camp-dependent protein kinase.pflug

23、ers arch,1998,436 (5):725-73 4. 3 kihira m,matsuzawa k,toruno h,et al.effects of calmodulin antagonists on calcium-activated potassium channels in pregnant rat myometrium.british journal of pharmacology,1990,100 (2):353-359. 4 khan rn,smith sk,morrison jj,et al.ca2+ dependence and pharmacology of la

24、rgeconductance k+ channels in nonlabour and labour uterine myocytes.american journal of physiology,1997,273(5pt1):c1721-173 1. 5 tanaka y,koike k,alioua a,et al.betal-subunit of maxik channel in smooth muscle:a key molecule which tunes muscle mechanical activity.j pharmacol sci,201X,94 (4):339-34 7.

25、 6 chanrachakul b,matharoo-ball b,turner a,et al.immunolocalization and protein expression of the subunit of the large-conductance calcium-activated potassium channel in human myometrium.reproduction,201X,126:43-4 8. 7 meera p,wallner m,song m,et al.large conductance voltage and calciumdependent k+

26、channel,a distinct member of voltage-dependent ion channels with seven n-terminal transmembrane segments(s0s6),an extracellular n terminus,an intracellular(s9s10) c ceedings of the national academy of sciences of the usa,1997,94:14066-1407 1. 8 toro ml,wallner pm,tanaka y.maxi-kca,a uniq

27、ue member of the voltage-gated k channel superfamily.news physiol sci,1998,13:112-11 7. 9 raheela nk,stephen ks,michael lja.contribution of calcium-sensitive potassium channels to ns1619-induced relaxation in human pregnant myometrium.human reproduction,1998,13 (1):208-21 3. 10 gregory ak,rachel mt,

28、abdul ah,et al.modulation of potassium current characteristics in human myometrial smooth muscle by 17-estradiol and progesterone.biology of reproduction,201X,64:1526-153 4. 11 liu gx,shi jy,yang l,et al.assembly of a ca2t-dependent bk channel signaling plex by binding to b2 adrenergic receptor.the

29、embo journal,201X,23:2196-220 5. 12 alioua a,tanaka y,wallner m,et al.the large conductance,voltage-dependent,and calcium-sensitive k+ channel,hslo,is a target of cgmp-dependent protein kinase phosphorylation in vivo.j biol chem,1998,273(49):32950-3295 6. 13 zhou xb,wang gx,ruth p,et al.bk(ca) chann

30、el activation by membrane-associated cgmp kinase may contribute to uterine quiescence in pregnancy.am j physiol:cell physiol,201X,279(6):c1751-1759. 14 steffens f,zhou xb,sausbier u,et al.melatonin receptor signaling in pregnant and nonpregnant rat uterine myocytes as probed by large conductance ca2

31、+-activated k+ channel activity.mol endocrinol,201X,17(10):2103-211 5. 15 nakao k,inoue y,okabe k,et al.oxytocin enhances action potentials in pregnant human myometrium-a study with microelectrodes.am j obstet gynecol,1997,177 (1):222-22 8. 16 inoue yy,nakao k,okabe k,et al.some electrical propertie

32、s of human pregnant myometrium.american journal of obstetrics and gynecology,1990,162 (4):1090-109 8. 17 raheela nk,balwir mb,sabaratnam a,et al.uterine contractility symposium:potassium channels in the human myometrium.experimental physiology,201X,86 (2):255-26 4. 18 matharoo bb,ashford mlj,arulkumaran ans,et al.down-regulation of the -and -subunits of the calcium-activated pota