大电导钙激活钾通道在子宫平滑肌中的作用及其调控机制

1、大电导钙激活钾通道在子宫平滑肌中的作用及其调控机制【摘要】早产是产科工作者面临的难题之一，是子宫平滑肌的过早兴奋导致的分娩发动提早。如何控制平滑肌的兴奋性是目前早产治疗研究中亟待解决的问题。大电导钙激活的钾bka通道是一类可以使平滑肌静息的细胞膜上的大蛋白分子，研究发现，子宫平滑肌细胞膜外表富含bka通道，而其在调节子宫收缩中的作用及机制也引起了研究者们的高度重视。本文就其中关于bka通道作用于子宫平滑肌的可能机制以及蛋白激酶在调节bka通道中的作用做一综述。【关键词】大电导钙激活钾通道；子宫平滑肌【abstrat】htntrltheexessexitabilityfyetriuistheke

2、yprbleinpreaturelabrtreatent.bkahannel(largendutanea2+-ativatedk+hannel),apnentinellebrane,hihanakesthuslequiesent,hisrevie,esuarizedtheurrentadvanesinthefuntinfbkahannelinyetriu

3、anditsintraellularehanis.【keyrds】bkahannel;yetriu妊娠是一个复杂的生理过程，在妊娠期间，子宫平滑肌兴奋性的控制有着重要的意义，因为子宫平滑肌功能不全可能是导致早产及难产的一个原因。随着对人类分娩病因及病理的分子及生理机制的深化理解，发现通过离子通道的开放和失活可调控子宫平滑肌的收缩性，考虑对早产等的治疗有着宏大的潜力1。而根底研究发现，在未妊娠及妊娠子宫平滑肌细胞中，bka通道是最主要的钾通道2，3，该通道在平滑肌膜电位的维持和肌紧张的调节中起着重要的作用。本文综述了蛋白激酶在调节bka通道中的作用以及bka通道作用于子宫平滑肌的可能机制。1bk

4、a通道在人类组织细胞中，有三种对钙离子敏感的钾通道，包括大电导largendutanea2+-ativatedk+-hannel,bk、中电导interediatendutanea2+-ativatedk+-hannel,ik)及小电导sallndutanea2+-ativatedk+-hannel,sk)的钙激活钾通道。其中，bka通道广泛分布于除心肌以外的所有组织。尤其在子宫平滑肌中，bka通道表达密度最高，而ika和ska通道那么未见表达4。1.1bka通道的构造bka通道由四个亚单位构成的主体及附属的调节亚单位14)组成5，6。这些孔样的亚单位有一个单基因编码kna1，且其在哺乳动物中

5、有着很高的同源性如人类和牛约为100%的氨基酸同源；而不同的亚单位那么有不同的基因编码，其在哺乳动物中同源性为82%85%。分子学研究显示：该通道蛋白的根底构造同常规电压门控钾通道的s1s6穿膜区域有着高度的同源性。事实上，该通道可被看作添加了一个新奇的羧基末端含四个疏水区域s7s10，未知拓扑的复合的电压门控通道，而电压依赖性、通道开放时间及电导被认为是s1s6区域的一个功能。一些学者从另一个角度描绘了该通道：亚单位包括一个执行钾通道功能的依赖电压激活的核心区域s0s8及一个高度保守的同钙调节相关的近羧基端的尾区域s9s10，亚单位近氨基末端的跨膜片段s0是bka通道最特殊的部位，对亚单位的

6、钙调节起着重要作用7；亚单位由两个穿膜片段t1、t2组成，但在不同的组织中，亚单位的组成不同脑细胞14、肾足细胞34、子宫平滑肌细胞仅含1)。从平滑肌中复制出的bka通道的亚单位上有pkg和pk的磷酸化位点，亚单位上有pkg的磷酸化位点，在两种亚单位上可能同时存在pka的磷酸化位点。1.2bka通道的生理特性在不同种类的细胞中，bka通道的功能各不一样。在神经元及骨骼肌细胞上bka主要参与动作电位快后超极化的形成和神经递质的释放从而引起神经元冲动的发放；在平滑肌细胞包括血管平滑肌及子宫平滑肌等，那么参与维持膜电位及调节肌紧张等生理过程。随着膜片钳技术的开展应用，bka通道的电生理学特性渐渐得以

7、明确。该通道显示出一个约200ps的单通道大电导，表现为钙离子激活及电压依赖并存的特性：当细胞内钙离子浓度到达微摩尔时，其亚单位才发挥钙敏感活性，使通道能在给予较小的去极化电压时开放；反之，假如细胞内钙离子浓度很低，亚单位失去功能对钙失敏，那么通道只能呈现单纯电压门控通道活性，需要很大的去极化电压使其开放8。通道可被ibtxiberitxin)、四乙铵tetrethylaaniu,tea)、钡ba、蝎毒素harybdtxin)和桩蛋白paxilline)等bk特异性阻断剂所阻断9，10。2几种影响bka通道的蛋白激酶及其调控机制蛋白激酶是bka通道活性潜在且重要的直接调控者，其可调节通道对生理

8、膜电位及细胞内a2+的浓度的敏感性。2.1影响bka通道的蛋白激酶2.1.1pkapka是第一个被提出对平滑肌bka通道活性有影响的蛋白激酶。pka可影响bka通道的动力学而不影响其电导力。通过减少通道关闭的时间常数，同时增加通道开放的时间常数，从而起到增强bka通道的活性。不管pka浓度在10500n还是pka活性在0.0150.00u/l活性在520u/l常被采用，均可以观察到bka通道活性的变化。liu等11的研究也提示在绝大局部哺乳动物的平滑肌中，pka的激活可增强细胞膜bka通道的活性。2.1.2pkg第二个对平滑肌bka通道的活性有影响的蛋白激酶是pkg12。当pkg浓度在8090

9、0n或活性在3005000u/l时，可以观察到bka通道活性的增强。有趣的是，在非妊娠妇女的子宫平滑肌中，pkg和pka可使bka通道活性下降约85%，而剩下的约15%的bka通道活性进步了，然而在妊娠妇女的子宫平滑肌中观察到了相反的结果13。这些结果提示我们，在同一组织的不同时期，pkg等蛋白激酶对于通道的作用是不一样的，因此，我们考虑可能同本文前面所提及的bka通道的、亚单位的构象变化相关。2.1.3pk尽管在平滑肌中，当pk活性为0.11.0u/l时可抑制bka通道，但目前pk对于bka通道的作用还没有更进一步的研究。2.2蛋白激酶调节bka通道的可能机制2.2.1atp酶的作用提供一个

10、磷酸基团的atp酶，可用于pkg/pka对bka通道的激活。尽管有报道atp对bka通道有直接抑制作用，但后来发现是由于atp对钙离子的螯合作用所致。因此，目前认为atp不会抑制bka通道的活性。此外，一些研究观察到，激活bka通道的是atp酶而非在无酶溶液中的atp。且atp酶的这一效应不能被非水解的atp类似物at-pnp仿效，而可以被pka抑制剂去除及被磷酸酶抑制剂增强，提示通道的激活不是由于atp酶自身而是通过该通道相关的一种激酶作用的。相对照的，在许多研究中，在浓度低于1时，atp及atp酶均不能影响bka通道活性。因此考虑，atp酶及atp对于平滑肌的bka通道活性没有直接的作用，

11、激活作用仅发生于当一种通道相关的激酶存在于该离体的膜片中时。2.2.2ap及gp的作用尽管ap及gp可分别激活pka及pkg，但这些环核苷酸也可能直接作用于bka通道。在人子宫平滑肌中，bka通道的活性可被500的8-氯苯硫代gp增强，但其作用可被环核苷酸依赖的激酶所消除，提示一种通道相关的激酶可引起该效应14。在大多数研究中，应用高达500的ap或100的gp不能改变bka通道的活性。因此，在大多数研究中，生理浓度的ap及gp对bka通道没有直接作用，这些环核苷酸的效应可能反映在通道相关激酶的激活上。2.2.3蛋白激酶的作用应用蛋白激酶作用于缺乏atp酶的bka通道，ap及gp均不能改变通道

12、的活性。这些辅因子的添加通过pka及pkg介导的磷酸化支持了通道的激活。此外，在atp酶及ap/gp的存在下，添加热灭活的蛋白激酶对bka通道无激活作用，蛋白激酶抑制剂可阻断激酶介导的磷酸化过程中的重要步骤，阻断或逆转atp酶及蛋白激酶激活的效应。因此，我们认为有激活活性的蛋白激酶必须具备以下两点：1拥有天然构象；2对于激酶介导的磷酸化很重要的激酶位点必须具有调节平滑肌中bka通道的功能。2.2.4磷酸酯酶的作用假如pka及pkg通过磷酸化起作用，那磷酸酯酶可以逆转其效应。磷酸酯酶抑制剂进步了人肺动脉中bka通道的活性。不过，由于这些通道也能被1的8-溴-gp激活，且环核苷酸依赖的激酶抑制剂可

13、消除该效应，故磷酸酯酶抑制剂的刺激效应可归因于组织中通道相关的激酶的存在。在大局部的研究中，磷酸酯酶抑制剂如冈田酸及花萼海绵抑癌素a在平滑肌中对bka通道活性没有直接的影响作用。但在应用蛋白激酶后加用磷酸酯酶抑制剂那么能增强蛋白激酶诱导的bka通道活性的改变。因为磷酸酯酶抑制剂不会直接影响bka通道的活性，这些数据提示：这一效应需要蛋白激酶的预作用。另有研究显示，在应用蛋白激酶后再用磷酸酯酶可逆转其已诱导的bka通道活性的变化。把这一结果和磷酸酯酶抑制剂的效应相结合，这些数据证明在调节平滑肌bka通道活性方面，蛋白激酶和磷酸酯酶具有互相拮抗的作用，也进一步说明了蛋白激酶通过通道蛋白磷酸化而改变

14、平滑肌bka通道的活性。3bka通道在子宫平滑肌收缩中的作用3.1子宫平滑肌的收缩性细胞静息膜电位是由于细胞内外环境离子分布不平衡而产生的，事实上在所有哺乳细胞中，其在很大程度上由膜两边的k+、a2+、na+、l-的浓度所决定。人子宫平滑肌的静息膜电位分布在-45-80v间15，16，子宫的妊娠状态局部地影响了该数值的大校子宫平滑肌组织是自然肌性的、能产生慢波活性，同样也产生简单及合成的动作电位。单个的子宫平滑肌细胞可显示出起搏活性，但异于心肌细胞的是，其活性并不局限于特殊的起搏细胞而是挪动的，即任何一个细胞都可能发动一次宫缩。当分娩邻近时，静息膜电位逐渐转正即绝对值变小并到达产生动作电位的阈

15、值，因此激活子宫收缩性在大局部妊娠期是维持在静止状态的。另外，子宫的自然构造导致了协调的同步收缩，并在分娩过程中更强有力。这种同步化促使收缩通过加强的缝隙连接网络迅速传播至整个子宫。观察到的子宫肌电活动波形的改变，特别是在足月时由静止到兴奋的转变，提示离子通道广泛的流动性及重构有助于分娩时子宫兴奋性的显著改变17。3.2bka通道在子宫平滑肌中的分布athar18等应用esternblt方法对不同状态下人子宫平滑肌细胞bka通道的、亚单位蛋白表达进展了研究，结果发现：亚单位蛋白表达未妊娠组和足月临产组无明显差异，均明显低于足月未临产组及早产临产及未临产组；亚单位临产足月及早产组明显低于未临产足

16、月及早产组，而该四组程度又明显低于未妊娠组p0.01)。这同周晓波等报道的结果类似13。3.3bka通道在子宫平滑肌收缩中的作用在正常妊娠未临产的子宫平滑肌细胞中，进步细胞内a2+程度导致bka通道的激活，故能有效抵消a2+的去极化效应，从而维持子宫肌的静息状态。伴随着动作电位过程，细胞质内游离钙离子增加。作为电压及细胞内钙离子的感受器，bka通道被激活，从而使钾离子外流，使细胞膜在去极化后即刻复极化甚至超极化19，20，从而间接地降低平滑肌的收缩力。平滑肌的收缩同其电学特性亲密相关，包括在不规那么间歇后出现特征性的自发的峰电流，而bka通道是平滑肌收缩的重要调控者。有证据说明，在妊娠的不同阶

17、段，bka通道通过改变他们的分布密度、电压激活及钙的敏感性，调节子宫平滑肌的张力21。bka通道是ap及gp依赖性蛋白激酶所调控的重要靶体22。有报道表示，在妊娠及非妊娠子宫平滑肌细胞中，ap及gp激酶调控bka通道的活性是不同的23。目前，应用膜片钳技术，用ap激酶对非妊娠及妊娠大鼠及人子宫平滑肌细胞钾通道活性的抑制及激活的研究证实了这些观察结果。此外，有研究通过测定人子宫平滑肌的等长张力，观察到特异性bka通道阻断剂北非蝎毒素、四乙胺tea及iberitxin可增加子宫肌收缩的频率及强度，提示局部bka通道的平滑肌细胞静息状态下是激活的，且对组织有重要的功能性效果24，25。还有少量的研究

18、讨论与分娩相关的离子通道功能的机制。在人妊娠子宫中，当分娩发生时，由于亚单位程度的明显下降较未临产组下降50%75%，使bka通道失去了对a2+的依赖性；而如将细胞内a2+浓度增强10倍从50n至0.5)可进步分娩前bka通道的活性，但对分娩过程中的通道开放无效。包括tea、钡及球肽等bka通道阻滞剂在子宫平滑肌细胞膜的内外表发挥作用也被提及。确实，tea作用于膜外向外膜片降低了bka通道的整体导电性，其解离常数为423；tea对膜内向外膜片的效应导致整体电流的下降，其解离常数为46，表示产后的bka通道对tea的准确敏感性。随着分娩的发生，bka通道活性的a2+间联络的失活可允许细胞内a2+

19、程度在不激活相对的k+电导的情况下上升，因此进步了a2+作用于子宫平滑肌收缩的可能性。由于对外源性的北非蝎毒素和tea的反响并未改变，bka通道的细胞内区域的改变是建立在分娩时通道特性短时间内提升的根底上的。在更多近期的研究中，研究者应用rt-pr来验证bka通道的及亚单位rna是否同时存在于未临产及临产的人子宫平滑肌中26。在子宫平滑肌中，bka通道亚单位的rna及其蛋白的变化提示了一个可能的机制，即作为通道主体的亚单位的表达量和通道的活性成正比，借此可以解释在妊娠足月时子宫兴奋性为何增强。但由于及亚单位蛋白表达时达最顶峰时间的不一致性，给予了我们新的研究空间：我们能否寻找到进步妊娠子宫平滑

20、肌亚单位表达程度的靶点，使对早产的干预成为可能？【参考文献】1haillp,artya,nehere,etal.iprvedpath-laptehniquesfrhigh-reslutinurrentrerdingsfrellsandell-freeebranepathes.pflugersarh,1981,391(2):85-100.2zhuxb,shlssannj,hfannf,etal.regulatinfstablyexpressedandnativebkhannelsfrhuanyetriubygp-andap-dependentprteinkinase.pflugersarh,19

21、98,436(5):725-734.3kihira,atsuzaak,trunh,etal.effetsfaldulinantagnistsnaliu-ativatedptassiuhannelsinpregnantratyetriu.britishjurnalfpharalgy,1990,100(2):353-359.4khanrn,sithsk,rrisnjj,etal.a2+dependeneandpharalgyflargendutanek+hannelsinnnlaburandlaburuterineyytes.aerianjurnalfphysilgy,1997,273(5pt1)

22、:1721-1731.5tanakay,kikek,aliuaa,etal.betal-subunitfaxikhannelinsthusle:akeyleulehihtunesusleehanialativity.jpharalsi,2022,94(4):339-347.6hanrahakulb,athar-ballb,turnera,etal.iunlalizatinandprteinexpressinfthesubunitfthelarge-ndutanealiu-ativatedptassiuhannelinhuanyetriu.reprdutin,2022,126:43-48.7ee

23、rap,allner,sng,etal.largendutanevltageandaliudependentk+hannel,adistinteberfvltage-dependentinhannelsithsevenn-terinaltransebranesegents(s0s6),anextraellularnterinus,anintraellular(s9s10)terinus.preedingsfthenatinalaadeyfsienesftheusa,1997,94:14066-14071.8trl,allnerp,tanakay.axi-ka,auniqueeberfthevl

24、tage-gatedkhannelsuperfaily.nesphysilsi,1998,13:112-117.9raheelank,stephenks,ihaellja.ntributinfaliu-sensitiveptassiuhannelstns1619-induedrelaxatininhuanpregnantyetriu.huanreprdutin,1998,13(1):208-213.10gregryak,rahelt,abdulah,etal.dulatinfptassiuurrentharateristisinhuanyetrialsthusleby17-estradilan

25、dprgesterne.bilgyfreprdutin,2001,64:1526-1534.11liugx,shijy,yangl,etal.asseblyfaa2t-dependentbkhannelsignalingplexbybindingtb2adrenergireeptr.theebjurnal,2022,23:2196-2205.12aliuaa,tanakay,allner,etal.thelargendutane,vltage-dependent,andaliu-sensitivek+hannel,hsl,isatargetfgp-dependentprteinkinaseph

26、sphrylatininviv.jbilhe,1998,273(49):32950-32956.13zhuxb,anggx,ruthp,etal.bk(a)hannelativatinbyebrane-assiatedgpkinaseayntributetuterinequieseneinpregnany.ajphysil:ellphysil,2000,279(6):1751-1759.14steffensf,zhuxb,sausbieru,etal.elatninreeptrsignalinginpregnantandnnpregnantratuterineyytesasprbedbylar

27、gendutanea2+-ativatedk+hannelativity.lendrinl,2022,17(10):2103-2115.15nakak,inuey,kabek,etal.xytinenhanesatinptentialsinpregnanthuanyetriu-astudyithireletrdes.ajbstetgynel,1997,177(1):222-228.16inueyy,nakak,kabek,etal.seeletrialprpertiesfhuanpregnantyetriu.aerianjurnalfbstetrisandgynelgy,1990,162(4):1090-1098.17raheelank,balirb,sabaratnaa,etal.uterinentratilitysypsiu:ptassiuhannelsinthehuanyetriu.experientalphysilgy,2001,86(2):255-2