钙库操纵性钙内流对低氧性肺血管收缩作用的研究进展

赵悦孚，盖祥云*，王金宇，赵恩麒

（青海民族大学药学院，青海西宁 810007）

肺高压（pulmonary hypertension，PH）是由于一些已知或未知的原因所导致肺动脉压异常升高的疾病，PH 的最新诊断标准为：平均肺动脉压≥25 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），肺毛细血管楔压≤15 mmHg[1]。其临床症状主要表现为早期没有明显的症状，随着病情发展出现异常气促，患者还伴随胸闷、头晕、乏力等症状。该病由肺血管结构和功能发生改变，引起肺动脉压升高，继而发展成右心衰竭甚至死亡[2-4]。其发病原因很可能与患者肺血管结构功能、患者用药情况以及环境因素、遗传因素等有关[5]。通常在临床上可以将PH 分为5 大类：①动脉性PH（pulmonary arterial hypertension，PAH）；②左心疾病所引发的PH；③肺部疾病和（或）低氧所引发的PH(hypoxic pulmonary hypertension，HPH)；④慢性血栓栓塞性PH（chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH）和其他肺动脉阻塞性病变所引发PH；⑤不知明或多因素所引发的PH[6]。HPH 属于上述临床分类中的第三类，是急性或慢性高山病等发病的重要病理生理学基础。

研究发现低氧诱导的肺血管收缩与肺动脉平滑肌细胞（pulmonary artery smooth muscle cells，PASMC）内Ca2+浓度密切相关，而细胞膜上的电压依赖性钙通道（Voltage dependent calcium channels，VDCC）、受体操纵性钙通道（Receptor operated calcium channel，ROCC）、钙库操纵性钙通道（Store operated calcium channel，SOCC）、Na+/Ca2+交换蛋白、Ca2+泵以及细胞内钙库的释放都是涉及细胞内Ca2+浓度变化的主要因素。其中SOCC 的机制较为复杂且是影响Ca2+内流的关键因素。本文就低氧诱导的钙库操纵性钙内流对肺血管收缩作用的研究进展，做一综述。

1 钙库操纵性钙通道（SOCC）

Ca2+参与调节机体的多种功能，如细胞代谢、增殖、分裂、分化、基因转录、肌肉兴奋收缩和细胞死亡等[7]，通常被认为是生命活动过程中重要的信号分子之一，是细胞内关键的第二信使[8]。在PASMC 中，当细胞内产生级联信号时，Ca2+浓度需要达到一定标准，一旦达到该浓度，信号蛋白便可以产生级联信号，激活下游效应器，调节相应的反应。但是在细胞能够触发Ca2+信号以激活维持健康细胞所需的某些过程之前，必须使细胞中维持一个稳定的Ca2+水平[9]。

钙库是指一系列细胞内具有Ca2+储存能力的细胞器例如内质网、肌质网等，这些细胞器中含有大量的Ca2+，同时也含有对Ca2+具有高容量，低亲和力的蛋白，这类细胞器表面还存在各种Ca2+转移系统，对Ca2+有很强的摄入功能以及诱导Ca2+释放的能力[10]。若储存在在钙库中的Ca2+耗竭，将会导致细胞膜上的SOCC的开放，进而引发Ca2+内流[11-12]。

SOCC 是一种高钙选择性阳离子通道，存在于细胞膜上，其作用机制是在一些特定条件下，当相关的G 蛋白偶联受体被激活后，通过磷脂酶C（Phospholipase C，PLC）介导的信号转导，将4.5-二磷酸酯水解为二酰甘油（Diacylglycerol，DAG)和可溶性三磷酸肌醇(Inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)，IP3结合于内质网/肌质网上的IP3受体，从而诱发内质网/肌质网中的Ca2+释放到细胞质中[13]。当钙库耗竭后，又可激活细胞膜上的SOCC 通道，引发钙库操纵性钙内流，使钙库重新充盈。目前的研究发现在低氧环境的刺激下SOCC是介导Ca2+异常内流的重要因素，其诱发的Ca2+内流量虽较小，但持续时间较长，导致PASMC内Ca2+浓度异常升高，破坏细胞内钙稳态，从而引发肺血管收缩进而导致肺血管重构。

2 钙库操纵性钙通道的三种结构蛋白与低氧性肺血管收缩

SOCC 的分子结构主要包括三种分子结构蛋白:经典瞬时受体电位通道（Transient receptor potential canonical，TRPC）、微囊蛋白（caveolin-1）、Orai 蛋白和基质相互作用分子复合体（Stromal interaction molecule，STIM）。

2.1 经典瞬时受体电位通道

经典瞬时受体电位通道被认为是非选择性阳离子通道。研究发现TRP 通道的一个子家族TRPC 通道对Ca2+有高度渗透性，在PASMC 中TRPC3、TRPC6、TRPC7 构成ROCC 与G 蛋白共同参与调节Ca2+内流。而TRPC1、TRPC4、TRPC5、TRPC6 参与SOCC的构成[14-15]。低氧性肺动脉高压的发病机制与PASMC静息期胞内Ca2+的浓度的升高有关。研究发现Ca2+浓度的升高主要与低氧导致的SOCC 活性增强，和TRPC蛋白表达升高有关。

Notch 蛋白是一类高度保守的细胞膜表面受体，参与细胞正常形态发生改变的多个过程，包括细胞的分化、细胞凋亡、细胞增殖以及细胞膜的形成。现在已有两项研究证实了TRPC6 蛋白依赖Notch 蛋白表达，研究发现提高Notch 蛋白表达可以引发转录调控TRPC6 蛋白，在HPH 中发挥作用。研究发现，低氧可以通过激活Notch 蛋白从而上调TRPC6 蛋白的表达进一步使SOCC 的作用增强引发持续性SOCE，导致PASMC内Ca2+浓度升高使肺动脉发生收缩。实验发现TRPC6 蛋白在低氧诱导的PASMC 和低氧诱导的肺动脉高压大鼠肺组织中的表达上调，同时也发现低氧还可以诱导Orai1、Orai2和STIM2的蛋白表达的上调，证明了低氧可以诱导TRPC 蛋白表达升高从而引发肺血管收缩[16]。

2.2 微囊蛋白（caveolin-1）

小凹内陷（caveolae)一种是特殊形式的脂筏。脂筏包含在质膜内，在质膜上形成内陷，是鞘脂质和胆固醇的动态组合，它们参与细胞的信号传递和运输，并已被证明对血管和血压有重要的调节作用。它们可以集中或分离受体和信号中间体，并形成局部激酶和磷酸酶，从而修饰下游信号[17]。

小凹内陷主要是由微囊蛋白caveolin-1 和Cavins 蛋白家族组成的，已被证实caveolin-1 在PASMC 上大量表达。研究表明，在特发性肺动脉高压患者的PASMC 中caveolin-1 的表达上调，采用RNA 沉默技术敲除caveolin-1 或者破坏小凹内陷结构可以减弱SOCE，从而达到抑制血管收缩的作用。另外Yang 等人的实验表明，低氧同样也会导致caveolin-1 蛋白表达增加。实验进一步发现在低氧条件的刺激下caveolin-1 的表达上调，SOCE 的作用增强，PASMC 中Ca2+浓度升高。因此证明了低氧可以诱导caveolin-1 的表达上调，加强SOCE 的作用可引发低氧性肺血管收缩[18-19]。

2.3 Orai蛋白和STIM

Orai 蛋白是一种跨膜蛋白，主要是由Orai1、Orai2 和Orai3 三种亚型组成，形成钙通道的离子传导孔，当其过表达时可以参与SOCC通道的形成[20]。

基质相互作用分子复合体（Stromal interaction molecule，STIM）是一种单次跨膜Ca2+结合型蛋白，驻留在内质网/肌质网膜上，是一种Ca2+的传感器[21-22]。它结构中具有一个内质网/肌质网膜内的N端和一个细胞质内的C 端，分别影响内质网/肌质网中Ca2+存储和Ca2+的释放。

Orai蛋白和STIM 蛋白是导致细胞发生SOCE的主要介质。SOCE 依赖于STIM/Orai/TRPC 蛋白复合物。当Ca2+存储耗尽时，STIM 蛋白在内质网/肌质网膜连接处积累，促进Orai蛋白与TRPC的功能耦合形成SOCC。STIM 具有STIM1 和STIM2 两种亚型。当关闭STIM1 时，STIM2 单独表达会抑制SOCE，但其与Orai1 共同表达时则会导致SOCE。研究发现，当钙库耗竭时，STIM1 会从内质网/肌质网膜转移到细胞膜上,从而激活SOCC 导致SOCE[23]，进而导致肺血管收缩。Zhou 等人成功地建立平滑肌特异性STIM1 蛋白敲除小鼠模型，研究发现STIM1 蛋白敲除的小鼠其SOCC 介导的低氧性肺血管的收缩完全消失[24]。另外有研究发现，在低氧诱导的肺动脉高压中STIM2、Orai1、Orai2 蛋白的表达增加，Wang 等人经实验研究发现采用人参皂苷Rb1 可有效的抑制肺动脉平滑肌中STIM2、Orai1、Orai2 的共同表达，从而改善肺血管收缩达到缓解肺动脉高压的作用[25]。

3 新型潜在SOCC 蛋白组成分子—瞬时受体电位M8

瞬时受体电位M8（Transient receptor potential melastatin 8，TRPM8）是TRP 家族的另一种亚型，也是Ca2+内流通道，最初被鉴定为人前列腺特异性基因。它在人前列腺癌中表达为雄激素反应性上调，可能参与细胞增殖和转移。TRPM8 也是感觉神经元中检测低温的薄荷脑和冷敏感离子通道。它也在骨骼和平滑肌、肺、膀胱和泌尿生殖道表达，但在这些组织中的功能尚不清楚[26]。Yun 等人的研究发现，低氧诱导的肺动脉高压大鼠的PASMC 中TRPM8 表达下调，TRPM8 介导的阳离子进入减少，通过上调TRPM8 的表达发现，对PASMC 内SOCE的抑制作用显著增强。这些结果表明，上调TRPM8 的表达可以抑制SOCE 从而达到缓解肺动脉收缩的作用[27]。

4 结语

低氧性肺动脉高压是一种常见的高原病，发病原因主要是由于早期肺血管发生持续收缩以及后期肺血管重构，且不可被逆转，随着病情发展最终导致右心室功能衰竭。该病早期临床表现不明显，不易被诊断，导致死亡率较高。肺血管持续性收缩是导致该病发生的重要前提，所以可以通过缓解肺血管收缩，从而抑制HPH 的发展。

近年来越来越多的研究发现低氧诱导PASMC内Ca2+浓度变化是引发低氧性肺血管收缩的关键性因素，其中SOCC 的作用至关重要。在低氧条件的刺激下SOCC 可以发生持续性的SOCE，导致PASMC 内Ca2+浓度异常升高从而引发低氧性肺血管收缩。有效抑制Ca2+内流，有望为治疗低氧性肺动脉高压提供新的方法。