离子通道的生理学和药理学研究范文

1T淋巴细胞上的Ca2+离子通道

Ca2+作为一种重要的信号，在细胞免疫过程中发挥着至关重要的作用。CRAC通路是Ca2+激活的Ca2+离子通道，是T淋巴细胞膜上重要的Ca2+通道，是Ca2+进入细胞内的重要通路。

1.1CRAC通路的激活T淋巴细胞内的Ca2+浓度的升高主要是靠CRAC通路来完成。当细胞受外界刺激时，配体与免疫受体、G-蛋白偶联受体等细胞表面受体结合，激活磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）。PLC将磷酸肌醇4,5－双磷酸水解成三磷酸肌醇（inositoltriphosphate，IP3）和二酰基甘油，IP3再与内质网上的IP3受体结合[8]，激活内质网上的Ca2+库使Ca2+释放到细胞内，游离Ca2+浓度升高激活内质网上的基质相互作用分子（stromalinteractionmolecule1,STIM）和Ca2+释放激活Ca2+通道蛋白(calciumrelease-activatedcalciumchannelprotein，Orai)。其中STIM1与Orai1发挥主要的作用[9]，它们使Ca2+持续的从内质网上的Ca2+库中释放出来。同时STIM1作为CRAC的感受器，当细胞内的Ca2+达到一定的浓度时将信息传递给CRAC通路，而Orai1作为CRAC的开关，来控制CRAC通路的开放。在这2个因子的共同作用下CRAC通路被打开，Ca2+从细胞外迅速大量的流入到细胞内，使细胞内的游离Ca2+浓度升高。这就是T淋巴细胞上CRAC通路的激活[7]。

1.2细胞内Ca2+作为第二信使发挥重要作用T淋巴细胞内的Ca2+贯穿于整个信号通路，并发挥着重要的作用[10]。在静息状态，Ca2+内流与K+外流来维持T淋巴细胞内的稳态。在CRAC通路中Ca2+能够激活STIM和Orai从而进一步打开CRAC通路，使细胞外的Ca2+进入到细胞内，使细胞内的Ca2+浓度快速上升，而此时的Ca2+作为T淋巴细胞内的第二信使，激活细胞内的某些基因表达，活化T淋巴细胞[11]。Ca2+也是KV1.3与KCa3.1所必需的，首先它与KV1.3维持着T淋巴细胞内外的电活性，其次也是KCa3.1激活所必需的因子[7]。

2T淋巴细胞上的Cl-通道：Clswell，细胞体积的调节

在最初尝试记录T淋巴细胞上的Ca2+电流时，给予额外ATP形成高渗环境，使细胞体积溶胀激活，从而激活Cl-外流产生一股电流，这一电流称为体积调节的阴离子电流（VRAC），介导这一电流的通道称为溶剂调控氯离子通道（Clswell）[7]。研究表明[12]，细胞膨胀后氯离子通道的活化需要磷酸化和ATP。另外氯离子通道还可以允许F-、I-、NO3-和低渗透性的氨基酸如天冬氨酸、谷氨酸的通过。T淋巴细胞的体积调节是氯离子通道与钾离子通道共同完成的。细胞膨胀后氯离子通道打开，产生Cl-流，触发调节细胞容积减小（regulatoryvolumedecrease，RVD）。在成熟的T淋巴细胞中RVD不需要Ca2+。细胞溶胀Cl-外流，细胞去极化至Cl-平衡电位-35mV，继而激活KV1.3。当细胞膜电位保持在静息电位与Cl-平衡电位之间时，Cl-、K+外流，几分钟后，当水分子排到细胞外，细胞恢复到原来体积时氯离子通道关闭[7]。

3TRPM7：维持Mg2+的平衡

TRPM7通道是瞬时受体电位(TRP)通道LTRP(longTRP)亚族中的一个类型，具有离子通道和蛋白激酶双重结构和双重功能，因此又称通道酶。TRPM7通道是一种非选择性的阳离子通道，对Ca2+、Mg2+、K+、Na+等众多二价和单价阳离子有通透性，同时作为一种蛋白激酶其可使自身或底物磷酸化。TRPM7可通过磷酸化过程被激活，也可由细胞内PIP2激活[13]。Arts等[14]研究发现，氧糖剥夺(oxygenglucosedeprivation，OGD)的神经元内氧自由基水平的升高可增强TRPM7通道介导的电流。在T细胞内TRPM7主要与调节细胞内Mg2+平衡有关。Mg2+在生命活动中具有重要作用，首先，Mg2+与ATP结合成复合物，从而激活许多重要的酶，参与糖、脂肪和蛋白质的代谢。其次，Mg2+与DNA、RNA及核糖体结合，参与核酸代谢，影响蛋白质合成。Mg2+还可影响细胞膜的通透性，在控制细胞内外K+、Na+、Ca2+的转运中起重要作用。因此TRPM7在T细胞的正常生理功能中具有重要作用[14]。总之，T淋巴细胞膜上的离子通道作为T细胞内信号转导的一条重要途径，在T细胞的激活、分化、增殖以及其它功能的发挥具有不可或缺的作用。

4离子通道的药理学研究

自身免疫性疾病是出现机体自身抗原致使免疫系统产生抗体误将自身成分当成外来抗原进行攻击，使自身细胞和组织器官、自身组织器官损伤引起的自身免疫性疾病。在细胞免疫过程中当T淋巴细胞受到某些引起自身免疫性疾病发生的抗原刺激后，分化出TEM细胞，TEM细胞能产生干扰素-γ（INF-γ）、白细胞介素-2(IL-2)、肿瘤坏死因子α和β(TNF-α、TNF-β)等因子加快炎症免疫反应，最终引起典型的迟发型超敏反应和自身免疫性疾病[14]。研究表明[15-16]，TEM引起的自身免疫性疾病过程离不开它膜上的离子通道，抑制这些离子通道数量的过度表达可以有效的减轻自身免疫性疾病[17]。全球1.2亿人患有80多种不同的免疫性疾病，比如类风湿性关节炎(rheumatoidarthritis，RA)、多发性硬化症(multiplesclerosis，MS)、Ⅰ型糖尿病、动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)等等。目前主要通过在不影响机体正常免疫活动的同时抑制或者消除过度免疫治疗自身免疫性疾病。其中一条重要的途径是通过抑制离子通道的数量和活性来抑制TEM淋巴细胞的活性、增殖达到治疗[7]。

4.1KV1.3通道阻滞剂已知的KV1.3通道阻滞剂的组成、结构都有共同特点，如它们氨基酸一级结构上存在着多个半胱氨酸位点或者存在富含半胱氨酸的区域，每2个半胱氨酸形成一个二硫键起稳定自身结构作用[18]。现在研究比较多的主要有海葵类毒素、蝎毒、蛇毒以及小分子KV1.3阻断剂。海葵类毒素：海葵神经毒素（Stichodactylahelianthustoxin，ShK）是第一个被解析空间结构的钾离子通道阻滞剂，由35个氨基酸残基组成[18]。ShK曾被认定为最有效的KV1.3通道阻滞剂之一。ShK结构与KV1.3通道有较好的匹配性源于结构上有5个主要结合位点（His19、Ser20、Lys22、Tyr33、Arg24），用氨基酸突变法替代这5个主要位点后，发现ShK与KV1.3通道的结合能力明显下降[19]。ShK稳定性差，血液中半衰期较短，对KV1.3的特异性结合不是很强，对神经细胞KV1.1通道也具亲和力。将ShK改造得到的ShK-186稳定性较好，血液中半衰期较长，并且对KV1.3通道结合特异性增强，对KV1.3的选择远远高于KV1.1，能有效抑制人、鼠、猴TEM的增殖，抑制细胞增殖过程中重要作用的细胞因子IL-2，被认定为KV1.3理想的阻滞剂之一[20]。BgK（Bunodosomagranulifera）是另一种海葵神经毒素，相同条件下BgK阻断KV1.3通道作用所需剂量明显高于ShK，它与KV1.3的亲和力也不如ShK亲和力强[21]。蝎毒：蝎毒主要来自于蝎尾分泌的毒液中，主要有中国马氏钳蝎（J123）、北非蝎（Maurotoxi，MTX）、以色列金蝎（Charybdotoxin，ChTX）、摩洛哥红木蝎（Kaliotoxin，KTX）、玛珞斑蝎（Margatoxin，MagTX）等。J123对KV1.3具有较高的选择性，并在浓度达到0.79nmol/L时便能高效抑制KV1.3通道[22]。MTX与KV1.3通道的结合原理是Lys23位点先与通道的中央孔道结合，其它几个重要结合位点氨基酸相互结合后再与通道相结合[23]。MagTX在体外抑制淋巴细胞活性，在体内能起到免疫抑制作用。蛇毒：蛇毒是由蛇的毒腺分泌的一种天然毒蛋白，含有多种蛋白质、多肽、酶类和其他小分子物质，有很强的生理活性。蛇毒中的神经毒素能够靶向KV1.3通道从而发挥它的药理作用[24]。

4.2离子通道阻滞剂的治疗学价值离子通道阻滞剂是以离子通道为靶点的药物，作为特异的免疫调节剂能够控制引发自身免疫性疾病的淋巴细胞的增殖和活化，但不影响维持免疫功能作用的淋巴细胞的增殖、活化，对整个免疫系统不造成损伤。它避免了传统免疫治疗的毒性蓄积和对免疫系统的损伤[25]。研究表明[26]KV1.3阻断剂能选择性抑制TEM的增殖及向炎症位点迁移，但是对初始T淋巴细胞和TCE细胞的归巢及向淋巴细胞迁移没有影响，从而在达到抑制过度免疫的过程中不影响正常免疫应答，由此可见KV1.3抑制剂在发挥作用时避免了全身免疫调节剂所引起的打乱机体正常免疫应答。此外有一些疾病目前没有有效的治疗药物，但是研究证明一些离子通道阻滞剂表现出良好的疗效。ShK-186能与KV1.3通道高效紧密的结合，有研究表明，将ShK-186用于小鼠身上，可以使小鼠体质量增长缓慢，同时ShK-186能够降低血液中的胆固醇、血糖、糖化红蛋白、胰岛素以及瘦素的浓度，增加外周对胰岛素的敏感度[27]。因此ShK-186可用于治疗肥胖和胰岛素耐受的糖尿病患者。姜黄素是从姜黄中提取出来的，近期研究表明它可以用于自身免疫性疾病的治疗，如MS、RA的治疗。主要是因为姜黄素能够影响KV1.3的表达，同时与KV1.3结合抑制它的活性，从而抑制TEM的增殖和细胞因子的产生达到对MS、RA的治疗[28]。Huang等[29]研究表明，KCa3.1抑制剂用于糖尿病小鼠及野生小鼠，可以降低肌酐比值，改善炎症和纤维化，明显改善糖尿病症状，因此KCa3.1抑制剂可以作为一种新颖的药物用于治疗糖尿病。Yang等[30]研究表明，表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）用于治疗眼角膜碱烧伤时会诱导角膜血管新生，目前没有治疗药物，但是阻滞KCa3.1通道可以抑制EGF促进角膜血管增生，由此推断KCa3.1抑制剂可以用于治疗EGF诱导的角膜血管新生。酒精与脂肪酸结合会开启胰腺细胞内的Ca2+库，使胰腺细胞内的Ca2+浓度显著升高，持续高浓度的Ca2+会引起组织炎症和坏死，导致酒精急性胰腺炎。Gerasimenko等[31]研究表明阻滞CRAC通道可以快速降低Ca2+浓度而高效地治疗胰腺细胞的炎症和坏死。由此推断CRAC阻滞剂具有治疗胰腺炎的潜力。Lemonnier等[32]发现，前列腺癌细胞中抗凋亡调节因子Bcl-2呈剂量依赖性上调ClC-3通道蛋白表达水平，使细胞生存能力提高而抗凋亡。因此ClC-3通道阻滞剂用于前列腺癌细胞能降低ClC-3通道的活性，从而降低癌细胞抗凋亡能力。由此可看，离子通道抑制剂是一种很有潜力的药物。

5结语

随着临床医学、分子生物学研究的不断深入，我们更加明确的认识离子通道对T淋巴细胞的激活、增殖发挥的作用，把离子通道与相关疾病联系起来研究，为探寻复杂疾病的致病机理开辟一条新的出路。目前离子通道阻断剂的的研究还处于基础阶段，大部分进行的是动物实验，这就需要我们做更多更深入的工作，推动它进入临床试验。研究比较多的是钾离子通道抑制剂，比如ShK它是一种比较有效的KV1.3通道抑制剂，但它同时能与KV1.1通道结合而有的神经毒性[33]。因此我们需要研究到它相关的衍生物，降低甚消除它与KV1.1通道结合从而减轻它的神经毒性。其它的离子通道抑制剂的研究相对更少，相信通过我们的努力会有更多更有意义的结果被揭示。

作者：刘国欣 李明春 单位：解放军第401医院药剂科