人脐动脉血管平滑肌细胞钾离子通道的研究进展

杨丹，魏晓红，胡彬综述，傅晓冬审校

（西南医科大学附属医院妇产科，四川泸州646000）

人脐动脉血管平滑肌细胞钾离子通道的研究进展

杨丹，魏晓红，胡彬综述，傅晓冬审校

（西南医科大学附属医院妇产科，四川泸州646000）

脐动脉；钾通道；肌，平滑，血管；综述

脐带是胎儿与胎盘之间沟通的生命桥梁[1]，全面了解脐血管收缩状态时的机制和结构改变是研究胎儿-胎盘循环血液流变学的基础[2]。脐带中1条脐静脉与2条脐动脉伴行，脐静脉血含有丰富的营养物质且氧含量高，而脐动脉血含氧量低。脐血管不受自主神经系统支配[3]，所以脐血管平滑肌的收缩和舒张主要取决于血源性血管活性物质或自身产生的因子。

血管张力调节中最重要的是钾离子（K+）通道，通过K+在细胞膜电位中发挥的作用，能决定电压门控钙离子（Ca+）通道的激活和血管收缩的程度[4]。简而言之，K+通道关闭能诱导膜去极化，激活电压门控Ca+通道，细胞外Ca2+内流，同时伴随着细胞内储存Ca+减少（肌浆网和线粒体）。细胞质内游离Ca+浓度增加引起平滑肌收缩，从而使血管收缩。另一方面，K+通道的开放导致膜超级化，Ca+通道关闭。Ca+移除机制即减少细胞质内游离Ca+浓度：细胞膜上Ca+-ATPase、Na+-Ca+正向交换模式将Ca+运输到细胞外，而肌浆网和线粒体Ca+-ATPase将Ca+泵回细胞内储存。细胞质内Ca+减少导致平滑肌细胞松弛，从而使血管舒张。

有研究通过膜片钳技术观察到人脐动脉平滑肌细胞（HUASMCs）几种不同类型K+通道电生理特性[5]。但是，与胎盘血管相比，至今鲜有不同类型K+通道在脐动脉（HUA）表达和（或）功能的中文文献报道[6]。现对血管中K+通道的相关知识作一综述。

1 血管平滑肌K+通道

K+通道广泛表达于细胞膜上，允许选择性的K+通过细胞内外间隔，主要参与细胞膜电位的改变、细胞兴奋性和其他重要的细胞功能，比如增值和分化[7]。一个典型的K+通道是由一类相似的或a亚基的异四聚体蛋白质组成，包括一个保守区域组成的K+通道，即孔隙通道。有许多不同种类的α亚基，其在跨膜区的数量是可变的。一个现有的K+分类方法就是基于在跨膜区α亚基数量的多少进行分类的。

许多K+通道在血管平滑肌细胞中都有表达[4]。其中，大电导钙离子敏感性钾离子通道（BKCa）和电压依赖性K+（Kv）通道在许多血管床的表达和功能已得到证实[4]。血管功能在生理学方面的研究表明，这些通道主要参与血管直径和血压的调节。这些是通过不同的机制来实现的，例如肌源性反应、血管内皮因子引起血管舒张等。其他K+通道家族成员KIR、KATP和K2P（TALK2、TASK1、TASK2、TRAAK、TREK1、TREK2）在不同血管平滑肌的表达和功能也已经得到证实[4，8]。研究发现，SKCa和IKCa通常在内皮细胞表达较多，而在血管平滑肌细胞呈低水平表达[9]。

2 人脐动脉平滑肌细胞K+通道

利用膜片钳技术可以记录通过生物膜的一个或多个离子通道电流[10]。在人脐动脉平滑肌细胞中，通过测量不同膜电位时K+通道的活性，发现K+通道的2个基本特性：即K+通道电压依赖性的开放率和电导值的一致性。开放率是离子通道在一时间段保持开放的状态，可以衡量离子通道的活性。电导值也称斜率电导，即为单通道电流振幅与跨膜电位值之间的线性关系，也被称为电流-电压（IV）值。K+通道开放时呈现出不同的电流幅值，表明存在不同的离子电导[11]。

3 Ca+敏感性K+（Kca）通道

有文献表明，K+通道可能参与维持着人脐动脉的收缩状态[2]。例如，K+通道阻滞剂四乙基胺（TEA，5 mmol/L）诱导自然状态下的人脐动脉环收缩，而BKca通道激活剂根皮素（50 μmol/L）诱导舒张，表明K+通道参与了人脐动脉血管张力的基本调节[5]。此外，引起预收缩脐动脉环舒张的物质还有一氧化氮（NO）[12]、睾酮[13]、左西孟旦[14]。所以，BKCa通道通过内源性和外源性物质诱导可能参与了血管的舒张。Lovren等[12]支持这些研究结果，证明了NO激活BKCa通道是通过一个单通道水平的机制，最有可能是通过蛋白激酶G（PKG）激活的途径。但有一些关于人脐动脉K+通道功能作用的推论尚存在争议，因为他们取得的结果是通过TEA获得的，而TEA不是BKCa通道的选择性阻滞剂。但是，从分离的HUASM Cs获得的电生理数据支持从完整组织获得的推论。在+60 mV条件下测量，1 mmol/L的TEA能抑制71%的电流，200 nmol/L Ibtx能抑制65%的电流[5]，500 nmol/L蕈青霉素能抑制85%的电流[10]，这些阻滞剂均能使电流减少，同时也表明了超过一半的总电流是由BKCa通道所携带的。类似的结果也从脐动脉分离培养的平滑肌细胞中观察到，而BKCa通道和Kv通道是宏观K+电流的主要参与者。通过使用选择性阻滞剂蕈青霉素证实了BKCa通道相关特性[10]。在HUASMCs中研究者也发现了BKCa通道在其他组织显示的所有典型的生物物理学特性，比如由于膜去极化和细胞内Ca+浓度增加形成了对K+的高选择性和增加BKCa通道的开放概率（Po）[5]。在胎盘血管中，BKCa通道的表达和功能也通过电生理技术、反转录-聚合酶链反应（RT-PCR）和蛋白质印迹（Westem blotting）[15]得到证实，和HUA中类似，这些通道似乎参与了NO诱发血管舒张[16]和拮抗剂诱发胎盘血管收缩[15]。小电导Ca+敏感性K+通道（SKCa）似乎在HUA中有表达和功能，尽管到目前为止没有足够的证据证明其在HUA的准确定位（平滑肌细胞或者内皮细胞）。Radenkovic等[17]表明，SKCa选择性的阻断剂蜂毒明肽（2 μmol/L）在HUA环实验中，观察到能增加缓激肽的最大收缩反应。因此，猜测SKCa在HUA中似乎有表达功能。而关于中电导Ca+敏感性K+通道（IKCa）在HUA中的表达和功能，研究人员找到相关文献较少。但SKCa和IKca均在胎盘血管中表达已得到证实[18]。

4 Kv通道

在HUA中，Kv通道在血管的基础收缩中似乎没有起决定性作用，因为Kv通道的阻滞剂4-氨基吡啶（4-AP，5 mmol/L）对离体静止状态下的脐动脉环没有明显作用[5]。但是，预收缩的脐动脉环被NO[12]、睾酮[13]、左西孟旦[14]诱导舒张后，能被4-AP部分阻滞。这些结果表明，Kv通道和BKCa通道一起参与了血管的舒张机制。从酶分离的单个HUASMCs中获得的电生理数据表明，5 mmol/L 4-AP阻滞了部分全细胞K+电流[5]。这些结果表明，Kv通道家族成员对阻滞剂敏感，且没有失活。从HUA培养的平滑肌细胞获得类似研究结果的也有报道[19]。在胎盘血管中，Kv通道的几个亚型已被证实，如Kv1、Kv2、Kv5、Kv7[20]、Kv9家族等。Kv3也有可能存在，但现存证据仍不完整[21]。此外，通过膜片钳技术从胎儿胎盘外周动脉分离的平滑肌细胞证实Kv通道对4-AP敏感[22]。在对4-AP敏感的Kv通道血管床中，能调节拮抗剂诱导的反应[15]和部分调节组织对缺氧的应答反应[22]。

5 ATP敏感性K+（KATP）通道

目前，尚无关于人脐动脉环中KATP通道参与收缩/舒张的相关报道。KATP阻滞剂格列苯脲（Gly，1 μmol/L）在脐动脉环实验中对缓激肽[17]或5-羟色胺（5-HT）诱导脐动脉收缩峰值时没有作用[23]。此外，Gly（10 μmol/L）不能改变NO或左西孟旦诱导的舒张作用，从而排除了KATP参与HUA收缩和舒张的机制。在原代培养的HUASMCs中也探索了KATP通道，有文献指出KATP通道没有参与总的K+电流（+60 mV测量），因为Gly对其毫无作用[19]。还有研究通过免疫印迹实验表明KATP蛋白的存在[24]，接着通过控制离子和电压（等K+浓度和0 mV）测量全细胞电流，观察到实际上没有动力携带任何K+电流。和研究人员所分析的HUA不同，在胎盘血管中KATP通道存在且有功能。在胎盘血管床中，通过分子生物学技术（RTPCR和Western blotting）已经证明KATP通道亚单元孔道KIR6.1的存在[15]。此外，相关实验表明，吡那地尔和克罗卡林这2种药物能增加KATP通道的活性，能使预收缩的绒毛膜板动静脉舒张[25]。

6 内向整流K+电流（KIR）

KIR通道阻滞剂（500 μmol/L Ba2+）诱导自然状态下的脐动脉环收缩，表明这些通道参与了脐动脉基本收缩状态的维持。另一方面，Ba2+（3 μmol/L）对正常妊娠脐动脉环缓激肽收缩峰值无影响，表明这些通道没有参与该种机制[17]。然而，Ba2+能增加妊娠期糖尿病患者脐动脉环中缓激肽诱导能力，显示不同K+通道在病理状态下可能会改变的相对重要性[17]。

7 K2 P离子通道

尽管K2P离子通道在不同的血管中有表达，但仍没有明确的证据证明该通道存在于HUA，因为K2P离子通道没有特异性阻滞剂，这使得发现和验证其的存在变得很困难。但是在HUASMCs可检测到TRAAK mRNA和TREK1 mRNA，和在HUA中发现的类似，也有初步证据表明，K2P通道可能存在于胎盘血管中。Wareing等[15]报道在绒毛膜板动脉检测到TREK1 mRNA，但他们也表示需要更多的研究来进一步证实。

8 K+通道与妊娠相关性疾病的关系

众所周知，BKCa和Kv通道在几个病理状态下出现表达、功能、调节的改变，从而使血管出现功能障碍。有相关研究的是高血压、糖尿病和动脉粥样硬化[26]。关于妊娠相关疾病的研究，研究者发现K+通道与子痫前期、妊娠期糖尿病和胎儿生长受限相关联。这些文献大多数集中于胎盘[27]、胎儿胎盘血管[28]、产妇子宫血管[29]的研究，而关于脐带血管的知识相对较少，尽管其在形态学特征和血流参数方面被认为是有病理改变的[30-31]。有文献显示，来自妊娠期糖尿病和妊娠期高血压综合征HUA中BKCa的作用都有明显改变[23]。过去几年中有文献表明，胎儿环境可以确定成人心血管疾病的表现，因此，研究学者需要更多关于人脐带血管的调查研究来进一步完善人类在这一领域的健康知识[32]。

9 小结

目前，关于K+通道在HUASMCs的表达和功能的中文文献很少见。而关于BKCa通道和Kv通道的亚型在HUA的表达和功能在国内外已经逐一被证实。K+通道有决定膜电位的作用，是一个重要的细胞控制点，其参与血管收缩状态的调节，最终决定着血管的直径。关于其他K+通道的表达和功能，知道SKCa、K2P、KIR、KATP在HUASMCs中有表达，而IKCa不管是在单通道水平还是在完整组织中都鲜有足够证据证明该通道在HUA中的表达和功能。因此，需要更多的研究来进一步明确几种类型的K+通道在HUA中的表达和（或）功能作用。而且，这些通道的异常表达和功能可能与妊娠相关性疾病的发生、发展有关，所以理解这些疾病的病因、设计新的药理对母婴的健康是非常重要的。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.23.023

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1009-5519（2016）23-3646-03

2016-06-29

2016-07-12）