楊丹,魏曉紅,胡彬綜述,傅曉冬審校
(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科,四川瀘州646000)
人臍動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞鉀離子通道的研究進(jìn)展
楊丹,魏曉紅,胡彬綜述,傅曉冬審校
(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科,四川瀘州646000)
臍動(dòng)脈;鉀通道;肌,平滑,血管;綜述
臍帶是胎兒與胎盤(pán)之間溝通的生命橋梁[1],全面了解臍血管收縮狀態(tài)時(shí)的機(jī)制和結(jié)構(gòu)改變是研究胎兒-胎盤(pán)循環(huán)血液流變學(xué)的基礎(chǔ)[2]。臍帶中1條臍靜脈與2條臍動(dòng)脈伴行,臍靜脈血含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)且氧含量高,而臍動(dòng)脈血含氧量低。臍血管不受自主神經(jīng)系統(tǒng)支配[3],所以臍血管平滑肌的收縮和舒張主要取決于血源性血管活性物質(zhì)或自身產(chǎn)生的因子。
血管張力調(diào)節(jié)中最重要的是鉀離子(K+)通道,通過(guò)K+在細(xì)胞膜電位中發(fā)揮的作用,能決定電壓門(mén)控鈣離子(Ca+)通道的激活和血管收縮的程度[4]。簡(jiǎn)而言之,K+通道關(guān)閉能誘導(dǎo)膜去極化,激活電壓門(mén)控Ca+通道,細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流,同時(shí)伴隨著細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存Ca+減少(肌漿網(wǎng)和線(xiàn)粒體)。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離Ca+濃度增加引起平滑肌收縮,從而使血管收縮。另一方面,K+通道的開(kāi)放導(dǎo)致膜超級(jí)化,Ca+通道關(guān)閉。Ca+移除機(jī)制即減少細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離Ca+濃度:細(xì)胞膜上Ca+-ATPase、Na+-Ca+正向交換模式將Ca+運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外,而肌漿網(wǎng)和線(xiàn)粒體Ca+-ATPase將Ca+泵回細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca+減少導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞松弛,從而使血管舒張。
有研究通過(guò)膜片鉗技術(shù)觀察到人臍動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(HUASMCs)幾種不同類(lèi)型K+通道電生理特性[5]。但是,與胎盤(pán)血管相比,至今鮮有不同類(lèi)型K+通道在臍動(dòng)脈(HUA)表達(dá)和(或)功能的中文文獻(xiàn)報(bào)道[6]?,F(xiàn)對(duì)血管中K+通道的相關(guān)知識(shí)作一綜述。
K+通道廣泛表達(dá)于細(xì)胞膜上,允許選擇性的K+通過(guò)細(xì)胞內(nèi)外間隔,主要參與細(xì)胞膜電位的改變、細(xì)胞興奮性和其他重要的細(xì)胞功能,比如增值和分化[7]。一個(gè)典型的K+通道是由一類(lèi)相似的或a亞基的異四聚體蛋白質(zhì)組成,包括一個(gè)保守區(qū)域組成的K+通道,即孔隙通道。有許多不同種類(lèi)的α亞基,其在跨膜區(qū)的數(shù)量是可變的。一個(gè)現(xiàn)有的K+分類(lèi)方法就是基于在跨膜區(qū)α亞基數(shù)量的多少進(jìn)行分類(lèi)的。
許多K+通道在血管平滑肌細(xì)胞中都有表達(dá)[4]。其中,大電導(dǎo)鈣離子敏感性鉀離子通道(BKCa)和電壓依賴(lài)性K+(Kv)通道在許多血管床的表達(dá)和功能已得到證實(shí)[4]。血管功能在生理學(xué)方面的研究表明,這些通道主要參與血管直徑和血壓的調(diào)節(jié)。這些是通過(guò)不同的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的,例如肌源性反應(yīng)、血管內(nèi)皮因子引起血管舒張等。其他K+通道家族成員KIR、KATP和K2P(TALK2、TASK1、TASK2、TRAAK、TREK1、TREK2)在不同血管平滑肌的表達(dá)和功能也已經(jīng)得到證實(shí)[4,8]。研究發(fā)現(xiàn),SKCa和IKCa通常在內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)較多,而在血管平滑肌細(xì)胞呈低水平表達(dá)[9]。
利用膜片鉗技術(shù)可以記錄通過(guò)生物膜的一個(gè)或多個(gè)離子通道電流[10]。在人臍動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中,通過(guò)測(cè)量不同膜電位時(shí)K+通道的活性,發(fā)現(xiàn)K+通道的2個(gè)基本特性:即K+通道電壓依賴(lài)性的開(kāi)放率和電導(dǎo)值的一致性。開(kāi)放率是離子通道在一時(shí)間段保持開(kāi)放的狀態(tài),可以衡量離子通道的活性。電導(dǎo)值也稱(chēng)斜率電導(dǎo),即為單通道電流振幅與跨膜電位值之間的線(xiàn)性關(guān)系,也被稱(chēng)為電流-電壓(IV)值。K+通道開(kāi)放時(shí)呈現(xiàn)出不同的電流幅值,表明存在不同的離子電導(dǎo)[11]。
有文獻(xiàn)表明,K+通道可能參與維持著人臍動(dòng)脈的收縮狀態(tài)[2]。例如,K+通道阻滯劑四乙基胺(TEA,5 mmol/L)誘導(dǎo)自然狀態(tài)下的人臍動(dòng)脈環(huán)收縮,而B(niǎo)Kca通道激活劑根皮素(50 μmol/L)誘導(dǎo)舒張,表明K+通道參與了人臍動(dòng)脈血管張力的基本調(diào)節(jié)[5]。此外,引起預(yù)收縮臍動(dòng)脈環(huán)舒張的物質(zhì)還有一氧化氮(NO)[12]、睪酮[13]、左西孟旦[14]。所以,BKCa通道通過(guò)內(nèi)源性和外源性物質(zhì)誘導(dǎo)可能參與了血管的舒張。Lovren等[12]支持這些研究結(jié)果,證明了NO激活BKCa通道是通過(guò)一個(gè)單通道水平的機(jī)制,最有可能是通過(guò)蛋白激酶G(PKG)激活的途徑。但有一些關(guān)于人臍動(dòng)脈K+通道功能作用的推論尚存在爭(zhēng)議,因?yàn)樗麄內(nèi)〉玫慕Y(jié)果是通過(guò)TEA獲得的,而TEA不是BKCa通道的選擇性阻滯劑。但是,從分離的HUASM Cs獲得的電生理數(shù)據(jù)支持從完整組織獲得的推論。在+60 mV條件下測(cè)量,1 mmol/L的TEA能抑制71%的電流,200 nmol/L Ibtx能抑制65%的電流[5],500 nmol/L蕈青霉素能抑制85%的電流[10],這些阻滯劑均能使電流減少,同時(shí)也表明了超過(guò)一半的總電流是由BKCa通道所攜帶的。類(lèi)似的結(jié)果也從臍動(dòng)脈分離培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞中觀察到,而B(niǎo)KCa通道和Kv通道是宏觀K+電流的主要參與者。通過(guò)使用選擇性阻滯劑蕈青霉素證實(shí)了BKCa通道相關(guān)特性[10]。在HUASMCs中研究者也發(fā)現(xiàn)了BKCa通道在其他組織顯示的所有典型的生物物理學(xué)特性,比如由于膜去極化和細(xì)胞內(nèi)Ca+濃度增加形成了對(duì)K+的高選擇性和增加BKCa通道的開(kāi)放概率(Po)[5]。在胎盤(pán)血管中,BKCa通道的表達(dá)和功能也通過(guò)電生理技術(shù)、反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)和蛋白質(zhì)印跡(Westem blotting)[15]得到證實(shí),和HUA中類(lèi)似,這些通道似乎參與了NO誘發(fā)血管舒張[16]和拮抗劑誘發(fā)胎盤(pán)血管收縮[15]。小電導(dǎo)Ca+敏感性K+通道(SKCa)似乎在HUA中有表達(dá)和功能,盡管到目前為止沒(méi)有足夠的證據(jù)證明其在HUA的準(zhǔn)確定位(平滑肌細(xì)胞或者內(nèi)皮細(xì)胞)。Radenkovic等[17]表明,SKCa選擇性的阻斷劑蜂毒明肽(2 μmol/L)在HUA環(huán)實(shí)驗(yàn)中,觀察到能增加緩激肽的最大收縮反應(yīng)。因此,猜測(cè)SKCa在HUA中似乎有表達(dá)功能。而關(guān)于中電導(dǎo)Ca+敏感性K+通道(IKCa)在HUA中的表達(dá)和功能,研究人員找到相關(guān)文獻(xiàn)較少。但SKCa和IKca均在胎盤(pán)血管中表達(dá)已得到證實(shí)[18]。
在HUA中,Kv通道在血管的基礎(chǔ)收縮中似乎沒(méi)有起決定性作用,因?yàn)镵v通道的阻滯劑4-氨基吡啶(4-AP,5 mmol/L)對(duì)離體靜止?fàn)顟B(tài)下的臍動(dòng)脈環(huán)沒(méi)有明顯作用[5]。但是,預(yù)收縮的臍動(dòng)脈環(huán)被NO[12]、睪酮[13]、左西孟旦[14]誘導(dǎo)舒張后,能被4-AP部分阻滯。這些結(jié)果表明,Kv通道和BKCa通道一起參與了血管的舒張機(jī)制。從酶分離的單個(gè)HUASMCs中獲得的電生理數(shù)據(jù)表明,5 mmol/L 4-AP阻滯了部分全細(xì)胞K+電流[5]。這些結(jié)果表明,Kv通道家族成員對(duì)阻滯劑敏感,且沒(méi)有失活。從HUA培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞獲得類(lèi)似研究結(jié)果的也有報(bào)道[19]。在胎盤(pán)血管中,Kv通道的幾個(gè)亞型已被證實(shí),如Kv1、Kv2、Kv5、Kv7[20]、Kv9家族等。Kv3也有可能存在,但現(xiàn)存證據(jù)仍不完整[21]。此外,通過(guò)膜片鉗技術(shù)從胎兒胎盤(pán)外周動(dòng)脈分離的平滑肌細(xì)胞證實(shí)Kv通道對(duì)4-AP敏感[22]。在對(duì)4-AP敏感的Kv通道血管床中,能調(diào)節(jié)拮抗劑誘導(dǎo)的反應(yīng)[15]和部分調(diào)節(jié)組織對(duì)缺氧的應(yīng)答反應(yīng)[22]。
目前,尚無(wú)關(guān)于人臍動(dòng)脈環(huán)中KATP通道參與收縮/舒張的相關(guān)報(bào)道。KATP阻滯劑格列苯脲(Gly,1 μmol/L)在臍動(dòng)脈環(huán)實(shí)驗(yàn)中對(duì)緩激肽[17]或5-羥色胺(5-HT)誘導(dǎo)臍動(dòng)脈收縮峰值時(shí)沒(méi)有作用[23]。此外,Gly(10 μmol/L)不能改變NO或左西孟旦誘導(dǎo)的舒張作用,從而排除了KATP參與HUA收縮和舒張的機(jī)制。在原代培養(yǎng)的HUASMCs中也探索了KATP通道,有文獻(xiàn)指出KATP通道沒(méi)有參與總的K+電流(+60 mV測(cè)量),因?yàn)镚ly對(duì)其毫無(wú)作用[19]。還有研究通過(guò)免疫印跡實(shí)驗(yàn)表明KATP蛋白的存在[24],接著通過(guò)控制離子和電壓(等K+濃度和0 mV)測(cè)量全細(xì)胞電流,觀察到實(shí)際上沒(méi)有動(dòng)力攜帶任何K+電流。和研究人員所分析的HUA不同,在胎盤(pán)血管中KATP通道存在且有功能。在胎盤(pán)血管床中,通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)(RTPCR和Western blotting)已經(jīng)證明KATP通道亞單元孔道KIR6.1的存在[15]。此外,相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,吡那地爾和克羅卡林這2種藥物能增加KATP通道的活性,能使預(yù)收縮的絨毛膜板動(dòng)靜脈舒張[25]。
KIR通道阻滯劑(500 μmol/L Ba2+)誘導(dǎo)自然狀態(tài)下的臍動(dòng)脈環(huán)收縮,表明這些通道參與了臍動(dòng)脈基本收縮狀態(tài)的維持。另一方面,Ba2+(3 μmol/L)對(duì)正常妊娠臍動(dòng)脈環(huán)緩激肽收縮峰值無(wú)影響,表明這些通道沒(méi)有參與該種機(jī)制[17]。然而,Ba2+能增加妊娠期糖尿病患者臍動(dòng)脈環(huán)中緩激肽誘導(dǎo)能力,顯示不同K+通道在病理狀態(tài)下可能會(huì)改變的相對(duì)重要性[17]。
盡管K2P離子通道在不同的血管中有表達(dá),但仍沒(méi)有明確的證據(jù)證明該通道存在于HUA,因?yàn)镵2P離子通道沒(méi)有特異性阻滯劑,這使得發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證其的存在變得很困難。但是在HUASMCs可檢測(cè)到TRAAK mRNA和TREK1 mRNA,和在HUA中發(fā)現(xiàn)的類(lèi)似,也有初步證據(jù)表明,K2P通道可能存在于胎盤(pán)血管中。Wareing等[15]報(bào)道在絨毛膜板動(dòng)脈檢測(cè)到TREK1 mRNA,但他們也表示需要更多的研究來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。
眾所周知,BKCa和Kv通道在幾個(gè)病理狀態(tài)下出現(xiàn)表達(dá)、功能、調(diào)節(jié)的改變,從而使血管出現(xiàn)功能障礙。有相關(guān)研究的是高血壓、糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化[26]。關(guān)于妊娠相關(guān)疾病的研究,研究者發(fā)現(xiàn)K+通道與子癇前期、妊娠期糖尿病和胎兒生長(zhǎng)受限相關(guān)聯(lián)。這些文獻(xiàn)大多數(shù)集中于胎盤(pán)[27]、胎兒胎盤(pán)血管[28]、產(chǎn)婦子宮血管[29]的研究,而關(guān)于臍帶血管的知識(shí)相對(duì)較少,盡管其在形態(tài)學(xué)特征和血流參數(shù)方面被認(rèn)為是有病理改變的[30-31]。有文獻(xiàn)顯示,來(lái)自妊娠期糖尿病和妊娠期高血壓綜合征HUA中BKCa的作用都有明顯改變[23]。過(guò)去幾年中有文獻(xiàn)表明,胎兒環(huán)境可以確定成人心血管疾病的表現(xiàn),因此,研究學(xué)者需要更多關(guān)于人臍帶血管的調(diào)查研究來(lái)進(jìn)一步完善人類(lèi)在這一領(lǐng)域的健康知識(shí)[32]。
目前,關(guān)于K+通道在HUASMCs的表達(dá)和功能的中文文獻(xiàn)很少見(jiàn)。而關(guān)于BKCa通道和Kv通道的亞型在HUA的表達(dá)和功能在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)逐一被證實(shí)。K+通道有決定膜電位的作用,是一個(gè)重要的細(xì)胞控制點(diǎn),其參與血管收縮狀態(tài)的調(diào)節(jié),最終決定著血管的直徑。關(guān)于其他K+通道的表達(dá)和功能,知道SKCa、K2P、KIR、KATP在HUASMCs中有表達(dá),而IKCa不管是在單通道水平還是在完整組織中都鮮有足夠證據(jù)證明該通道在HUA中的表達(dá)和功能。因此,需要更多的研究來(lái)進(jìn)一步明確幾種類(lèi)型的K+通道在HUA中的表達(dá)和(或)功能作用。而且,這些通道的異常表達(dá)和功能可能與妊娠相關(guān)性疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān),所以理解這些疾病的病因、設(shè)計(jì)新的藥理對(duì)母嬰的健康是非常重要的。
參考文獻(xiàn)
[1]Acharya G,Sonesson SE,F(xiàn)lo K,et al.Hemodynamic aspects of normal human feto-placental(umbilical)circulation[J].Acta Obstet GynecolScand,2016,95(6):672-682.
[2]Chen N,Lv J,Bo L,et al.Muscarinic-mediated vasoconstriction in human,rat and sheep umbilical cords and related vasoconstriction mechanisms[J]. BJOG,2015,122(12):1630-1639.
[3]Reilly FD,Russell PT.Neurohistochemical evidence supporting an absence of adrenergic and cholinergic innervation in the human placenta and umbilical cord[J].Anat Rec,1977,188(3):277-286.
[4]Ko EA,Han J,Jung ID,et al.Physiological roles of K+channels in vascular smooth muscle cells[J].J Smooth Muscle Res,2008,44(2):65-81.
[5]Milesi V,Raingo J,Rebolledo A,et al.Potassium channels in humanumbilical arterycells[J].J Soc Gynecol Investig,2003,10(6):339-346.
[6]Wareing M.Oxygen sensitivity,potassium channels,and regulation of placental vascular tone[J].Microcirculation,2014,21(1):58-66.
[7]González C,Baez-Nieto D,Valencia I,et al.K(+)channels:functionstructural overview[J].Compr Physiol,2012,2(3):2087-2149.
[8]GardenerMJ,JohnsonIT,BurnhamMP,etal.Functional evidence of a role for two-pore domain Potassium channels in rat mesenteric and pulmonary arteries[J].Br J Pharmacol,2004,142(1):192-202.
[9]Marchenko SM,Sage SO.Calcium-activated potassium channels in the endothelium of intact rat aorta[J].J Physiol,1996,492(Pt 1):53-60.
[10]Martín P,Enrique N,Palomo AR,et al.Bupivacaine inhibits large conductance,voltage and Ca2+activated K+channels in human umbilical artery smooth muscle cells[J].Channels(Austin),2012,6(3):174-180.
[11]Hamill OP,Marty A,Neher E,et al.Improved patch-clamp techniques for high-resolution currentrecording from cells and cell-free membrane patches[J].Pflugers Arch,1981,391(2):85-100.
為切實(shí)提升新聞攝影質(zhì)量,在運(yùn)用攝影技巧及藝術(shù)手法時(shí)需善用攝影設(shè)備中的閃光燈,以有效改善拍攝畫(huà)面過(guò)度曝光等問(wèn)題。同時(shí),在閃光燈調(diào)節(jié)過(guò)程中,也可采用增設(shè)反光板等方式,使光源能夠借助反光板及天花板反射形成漫反射效應(yīng),有效改善光源不充分或光照不均勻?qū)π侣剶z影作品質(zhì)量造成的不良影響。具體來(lái)說(shuō),如果在攝影空間較小、距離拍攝物體較近的情況下,可將閃光燈調(diào)整至90度,利用周?chē)鷫Ρ诩疤旎ò宓姆垂猓古臄z物體能夠得到均勻的打光,提升拍攝作品總體質(zhì)量。
[12]Lovren F,Triggle C.Nitricoxide and sodium nitroprusside-inducedrelaxation of the human umbilical artery[J].Br J Pharmacol,2000,131(3):521-529.
[13]Cairr?o E,Alvarez E,Santos-Silva AJ,et al.Potassium channels are involved in testosterone-induced vasorelaxation of human umbilical artery[J]. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol,2008,376(5):375-383.
[14]Yildiz O,Nacitarhan C,Seyrek M.Potassium channels in the vasodilatingaction of levosimendan on the human umbilical artery[J].J Soc Gynecol Investig,2006,13(4):312-315.
[15]Wareing M,Bai X,Seghier F,et al.Expression and function of Potassium channels in the human placental vasculature[J].Am J Physiol RegulIntegr Comp Physiol,2006,291(2):R437-446.
[16]Sand AA,F(xiàn)ried G.Nitric oxide donors mediate vasodilation in human placental arteries partly through a direct effect on Potassium channels[J]. Placenta,2006,27(2/3):181-190.
[17]Radenkovic M,Grbovic L,Radunovi|N,et al.Pharmacological evaluation of bradykinin effect on human umbilical artery in normal,hypertensive and diabetic pregnancy[J].Pharmacol Rep,2007,59(1):64-73.
[18]Gokina NI,Bonev AD,Phillips J,et al.Impairment of IK Cachannelscontributes to uteroplacental endothelial dysfunction in rat diabetic pregnancy[J].Am J Physiol Heart CircPhysiol,2015,309(4):H592-604.
[19]Cairr?o E,Santos-Silva AJ,Verde I.PKG is involved in testosteronein duced vasorelaxation of human umbilical artery[J].Eur J Pharmacol,2010,640(1-3):94-101.
[20]Mills TA,Greenwood SL,Devlin G,et al.Activation of KV7 channels stimulates vasodilatation of human placental chorionic plate arteries[J]. Placenta,2015,36(6):638-644.
[21]Wareing M,Greenwood SL.Review:Potassium channels in the human fetoplacental vasculature[J].Placenta,2011,32 Suppl 2:S203-6.
[22]Hampl V,Bíbová J,Stranák Z,et al.Hypoxic fetoplacental vasoconstriction in humans is mediated by Potassium Channel inhibition[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2002,283(6):H2440-2449.
[23]Radenkovic M,Radunovic N,Momcilov P,et al.Altered response of human umbilical artery to 5-HT in gestational diabetic pregnancy[J].Pharmacol Rep,2009,61(3):520-528.
[24]Bai,J X.Oleic acid inhibits the K(ATP)channel subunit Kir6.1 and the K(ATP)current in human umbilical artery smooth muscle cells[J].Am J Med Sci,2013,346(3):204-210.
[25]Jewsbury SN,Wareing M.Relaxation of human placental arteries and veins by ATP-sensitive Potassium Channel openers[J].Eur J Clin Invest,2007,37(1):65-72.
[26]Sobey CG.Potassium Channel function in vascular disease[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2001,21(1):28-38.
[27]Riquelme G,De Gregorio N,Vallejos C,et al.Differential expression of Potassium channels in placentas from normal and pathological pregnancies:targeting of the Kir 2.1 Channel to lipid rafts[J].J Membr Biol,2012,245(3):141-150.
[28]Corcoran J,Lacey H,Baker PN,et al.Altered potassium channel expression in the human placental vasculature of pregnancies complicated by fetal growth restriction[J].Hypertension Pregnancy,2008,27(1):75-86.
[29]Wu YY,Singer CA,Buxton IL.Variants of stretch-activated two-porepotassium channel TREK-1associated with preterm labor in humans[J]. BiolReprod,2012,87(4):96.
[30]Di Naro E,Ghezzi F,Raio L,et al.Umbilical cord morphology and pregnancyoutcome[J].EurJObstetGynecolReprodBiol,2001,96(2):150-157.
[31]Maulik DL,Sicuranza G.Umbilical arterial Doppler sonography for fetal surveillance in pregnancies complicated by pregestational diabetes mellitus[J].J Matern Fetal Neonatal Med,2002,12(6):417-422.
[32]Thompson JA,Regnault TR.In utero origins of adult insulin resistance and vascular dysfunction[J].Semin Reprod Med,2011,29(3):211-224.
10.3969/j.issn.1009-5519.2016.23.023
A
1009-5519(2016)23-3646-03
2016-06-29
2016-07-12)