电压门控性钾通道在缺氧性肺动脉高压中作用的研究进展

何培保 王洪巨

(蚌埠医学院第一附属医院心内科 ，安徽 蚌埠 233000)

肺动脉高压是临床常见病，多种心、肺血管疾病均可引起，其特征是肺动脉压力持续升高，右心室的后负荷不断增加，从而导致进行性的右心衰竭甚至死亡。近年来，国内外学者研究发现钾通道的表达和活性与肺动脉高压的形成关系密切。肺动脉高压的形成主要涉及肺血管收缩和肺血管构型重建两个方面〔1，2〕，而肺动脉平滑肌细胞膜钾通道在这两个环节中均发挥关键作用。本文就目前研究较多的电压门控性钾通道(Kv)及其与肺动脉高压的关系做一综述。

1 Kv的结构及亚型

Kv是由α和β亚基组成的糖基化多肽复合物，4个α亚基对称排列组成跨膜孔道，是离子通道的主要功能单位，而β亚基仅起调控作用。α亚基形成孔区，编码它的基因有9种，Kv1～Kv9，每一种基因型又有若干亚型，如：Kv1.1～ Kv1.6。α亚基迂回跨越细胞膜6次，即具有6个跨膜段，分别命名为S1～S6区，跨膜域中的S4区带有电荷，S4区被认为是通道电压感受器的重要组分〔3〕。连接S5和S6跨膜序列的区域参与形成钾离子的透过区，称为H5区(或孔区)。不同亚型又可构成异四聚体，如Kv1.2/Kv1.5。β亚基是调节亚基可关闭通道。经由Kv通道的外向钾电流是细胞膜静息电位(Em)的主要组成成分，且以Kv1.5和Kv2.1的作用较大。研究已发现Kv 电流包括延迟整流K+电流(IK，DR)和瞬时外向K+电流(IK，TO)，以及新发现的无失活K+电流(IK，N)。这3种通道电流给肺动脉正常膜电位水平提供了重要的K+通道电导，IK，N在静息膜电位就可以被激活，已经在兔子、大鼠和猪等动物的PASMCs中被发现。

Kv主要分布在肺的阻力小动脉上,可被4-氨基吡啶(4-AP)所阻断。由于Kv都具有类似的动力学和药理学特性，所以确定特定的细胞中表达何种亚型有一定的难度，不过，现有的研究表明Kv1.1、Kv1.2、Kv1.4、Kv1.5、Kv1.6、Kv2.1和Kv9.3亚基，以及Kv131、Kv132和KvB3亚基在PASMCs中表达〔4〕。

2 Kv电流的特点

在PASMCs上IK,TO激活和失活都很快，电流幅值也很大，电流图呈高尖形状，此电流对4-AP敏感。电流-电压曲线显示该电流约在-20 mV时被激活，随电压的升高电流幅值增加，呈现出外向整流性的特点。室温下10 ms内完全激活，后迅速失活。35℃时可加速该通道的失活过程。IK,DR因激活缓慢所以称之为延迟整流电流。当膜电位在-20 mV时，该通道可被激活并产生时间依赖性电流，当复极到-30 mV时，可诱发尾电流。电流-电压曲线显示，时间依赖性电流具有外向整流特性，在<-20 mV时通道不被激活，膜电位>0 mV时随膜电位的升高电流幅值增加，其时间依赖性电流基本无失活。尾电流也随膜电位的升高而升高，但幅度较小，约为时间依赖性电流的1/5。

3 Kv调节肺动脉张力

与心肌细胞不同的是PASMCs通常没有明显的动作电位，对于除极或者复极的反应多波动于Em水平，因此，Em水平是调节肺动脉张力最重要的因素。Em值主要由钾通道决定，而且经Kv通道外向K+电流是Em主要成分，且以Kv1.5和Kv2.1作用大〔5〕，当钾通道活性下降或关闭时，细胞内面电位就变正，膜去极化，当去极化到一定程度时，L-钙通道开放，Ca2+内流，同时三磷酸肌醇(IP3)也被激活，肌浆网释放Ca2+，细胞质内Ca2+浓度(〔Ca2+〕cyt)增加，激活肌动蛋白-肌球蛋白收缩装置，平滑肌收缩。反之，发生相反变化。在低氧性肺动脉高压的研究中发现，缺氧可抑制肺阻力血管平滑肌细胞钾通道，主要是Kv，导致钙通道开放增加，从而引起缺氧性肺血管收缩反应。Yuan等观察到，急性缺氧(氧分压≤9.86 kPa)可明显抑制大鼠PASMCs Kv的K+外流，故认为低氧抑制PASMCs Kv，继而开放电压门控Ca2+通道，促进Ca2+进入细胞，最后导致肺血管的收缩反应〔6〕。

4 细胞凋亡与K+外流

细胞凋亡是指在一定生理或病理条件下由基因调控的主动而有序的自我消亡过程，多细胞有机体内细胞增殖和细胞凋亡的动态平衡是维持机体内稳态的一种重要方式。而各种原因诱导的细胞凋亡均存在较强的K+外流，导致细胞质内K+浓度(〔K+〕cyt)明显下降。最早对淋巴细胞研究发现K+外流是凋亡所必需的，其后在PASMCs的研究中也得到证实。特异性钾离子载体(如缬氨霉素)可有效地证实K+外流与细胞凋亡的联系，缬氨霉素增加K+外流，诱导PASMCs凋亡〔7，8〕。研究还证实无论是通过提高细胞外K+浓度，还是用药物阻断钾通道，均可使K+外流受阻，抑制细胞凋亡〔8，9〕。由此可以认为，低氧抑制PASMCs Kv的K+外流，继而抑制PASMCs凋亡。

5 PAH引起肺血管重塑的机制

PAH导致PASMCs增殖的机制也非常复杂，至今尚未完全阐明。其中有神经、体液及内皮细胞对PASMCs的旁分泌作用，也有缺氧对PASMC的直接作用。研究表明缺氧一方面可直接促进培养的平滑肌细胞增殖，另一方面，缺氧可通过抑制PASMCs钾通道的活性及通道的表达使引起细胞膜去极化，Em上升，继而开放电压依赖性钙通道开放，Ca2+内流增加，同时三磷酸肌醇(IP3)也被激活，肌浆网释放Ca2+，细胞质内Ca2+浓度(〔Ca2+〕cyt)增加。而细胞内Ca2+除了调节平滑肌收缩外，还刺激血管平滑肌细胞的增生。

肺动脉高压时，PASMCs增殖增加、凋亡抑制，导致肺血管中膜增厚和重构，肺动脉压力增加，右心室衰竭和过早死亡〔10〕，更有学者认为重度PAH似肿瘤，肺血管病变部位不存在细胞凋亡，并且病变部位肺血管细胞表达抗凋亡蛋白〔11，12〕。PAH肺血管重构主要表现为内皮细胞损伤，平滑肌细胞肥大增殖，肌型血管中层增厚，非肌型血管向肌型转化，成纤维细胞增殖和细胞外基质合成增多等变化。研究表明，钾通道在肺血管重构中起重要作用〔13〕。目前肺血管细胞增殖和血管重塑所致的肺动脉高压这一观点已经得到公认〔14〕，且肺血管重塑不但是肺动脉高压持续发展的关键因素，也是对血管扩张降压药物产生抵抗的主要原因〔15〕。

长期缺氧不仅引起钾离子通道关闭使肺血管平滑肌收缩，还可导致肺血管重塑。肺动脉中层增厚是PASMCs无序扩增和凋亡减弱的结果，而且K+通道活性的下降和Kv基因下调，在促进PASMCs扩增和减弱凋亡中起着双重作用。许多研究表明通过K+通道阻止细胞K+外流会减低凋亡细胞体积缩小的速度，减弱半胱氨酸蛋白酶(caspase) 的活性，抑制细胞色素C释放，和减少由凋亡诱导物所引起的DNA破碎〔16〕。研究表明低氧导致PASMCs Kv产生的电流〔IK(v)〕降低导致细胞膜去极化诱导〔Ca2+〕cyt增加，刺激细胞扩增，还可通过减低凋亡细胞收缩和抑制胞浆capases减弱细胞凋亡。低氧对PASMCs的扩增和抗凋亡作用通过K+通道活性降低这一途径表现出来，钾通道活性降低打破了细胞增殖和凋亡的平衡，导致肺血管重塑。

申艳等〔17〕研究发现与PAH组比较，二氯乙酸盐治疗组肺动脉压、中膜厚度百分比及右心室肥厚指数降低，肺组织Kv1.5 mRNA及其蛋白表达上调，PCNA表达下调(P<0.05)，证明二氯乙酸盐减轻大鼠肺动脉高压与上调肺组织Kv1.5表达，抑制肺血管重构有关。胡蕾等〔18〕在观察高肺血流肺动脉高压大鼠肺血管结构重建和肺血管电压依从钾通道Kv1.5 mRNA表达变化，探讨口服西地那非对高肺血流肺动脉高压大鼠肺血管重构及肺血管电压依从钾通道Kv1.5 mRNA表达的影响中发现，高肺血流肺高压大鼠肺血管发生重构并且其肺血管Kv1.5 mRNA表达下降，而口服枸橼酸西地那非抑制高肺血流肺高压大鼠肺血管重构和上调肺血管Kv1.5 mRNA表达。徐贤华等〔19〕在研究二氯醋酸钠(DCA)对大鼠在高原环境下形成高原低氧性肺动脉高压的预防作用，以及对高原低氧大鼠PASMCs上电压门控性钾通道亚型Kv2.1基因表达的影响和抑制肺动脉重构的作用中发现，DCA对于大鼠在高原条件下形成的肺动脉高压具有预防作用，同时能够上调大鼠PASMCs上Kv2.1表达，阻止肺动脉和右心室重构的作用。

6 血管活性物质与Kv

研究发现许多血管收缩因子抑制Kv的活性，导致细胞膜的去极化。血管收缩因子与GTP结合蛋白(Gq)偶联的膜受体结合，激活磷脂酶类，产生第二信使物质二酰甘油(DG)及三磷酸肌醇(IP3)，激活蛋白激酶C(PKC)〔20〕。根据PKC的Ca2+的依赖性在血管平滑肌中已发现几种亚型，包括α、β、ε和ζ〔21〕。经典的蛋白激酶(α和β)激活需要Ca2+，DG和磷脂，相比之下，PKC(ε)需要DG和磷脂，而不需要Ca2+，非典型PKC(ζ)则仅由磷脂激活。内皮素-1及血管紧张素Ⅱ通过非依赖Ca2+的PKC(ε)抑制Kv〔22，23〕。血栓素A2抑制Kv的作用机制包含PKC(ζ)〔24〕。另有研究表明，5-羟色胺在肺血管平滑肌中通过激活磷脂酶C、PKC及酪氨酸激酶抑制Kv〔25〕。同时，许多血管舒张因子包括降钙素基因相关肽、β-肾上腺素受体激动剂、血管活性肠肽、腺苷、激活的腺苷酸环化酶，通过增加细胞内的cAMP的浓度，激活cAMP依赖的蛋白激酶(PKA)〔22〕。大多Kv过此通路受到调节。已有研究表明从兔门静脉分离的血管平滑肌细胞发现β-肾上腺素受体通过活化PKA激活Kv电流〔22〕。此外，其他血管扩张剂，如前列腺素和腺苷，分别激活兔脑动脉和冠状动脉的Kv〔26〕。

7 结语与展望

钾通道与肺动脉高压的产生和进展关系密切，即使是研究较多的血管活性物质对肺动脉压力的影响，在很多情况下也是通过钾通道起作用的。因此，对于钾通道的深入研究，进一步阐明其与肺动脉高压的关系有助于肺动脉高压治疗的研究，为临床需要开发有效的抗肺动脉高压的药物提供科学依据。

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