張鵬、付幼林綜述，羅駿審校

正常血管壁上存在3種類型的鈣激活鉀通道，分別稱為大電導鈣激活鉀（BKCa）通道、中電導鈣激活鉀通道（IKCa）和小電導鈣激活鉀（SKCa）通道。其中BKCa通道在血管平滑肌細胞上表達豐富，IKCa和SKCa通道在血管內皮細胞上表達較多[1]。研究發(fā)現許多慢性心血管病變疾病與平滑肌細胞上BKCa通道結構、功能以及門控特性改變有關，從而導致血管舒縮功能障礙，本文主要對BKCa通道在大動脈血管平滑肌舒縮調節(jié)機制中的研究進展作一綜述。

1 BKCa通道結構、生理功能以及影響因素

1.1 BKCa通道的結構

BKCa又稱為maxi-K或KCa1.1，其電導為200～300 pS。BKCa通道由4個α亞基和4個β亞基組成，每一個α亞基結合一個起調節(jié)作用的輔助性β亞基組成四聚體結構，從而增加了BKCa通道對鈣離子的敏感性和電壓依賴性[2]。其中α亞基由KCNMA1基因編碼，由細胞外氨基端相連的7個跨膜片段（S0～S6）以及位于細胞內與羧基端相連的4個疏水片段（S7～S10）組成。其中S2、S3結構域中的酸性位點與S4結構域中的堿性位點共同構成了電壓感受器，S5、S6結構域和位于其之間的P環(huán)共同構成了鉀離子選擇性濾過器。細胞內羧基端結構上存在兩種鉀離子電導調控元件（RCK）結構域，RCK結構域與同在羧基端的鈣離子球共同調節(jié)通道鈣離子依從性，是鈣離子敏感區(qū)域[3-5]。4個α亞基組成的8個RCK結構域構成通道的門控環(huán)[6]。β亞基含有β1～β4 四種亞型，含兩次跨膜蛋白（TM），分別稱為跨膜蛋白1（TM1）和跨膜蛋白2（TM2），其氨基端和羧基端位于細胞內，而細胞外大約有120個氨基酸殘基組成的肽鏈將兩者鏈接。Liu等[7]研究發(fā)現，TM1鄰近S1和S2，TM2位于S0旁而鄰近α亞單位。β亞基表達的多態(tài)性是構成BKCa通道多樣性的基礎[8]。在血管平滑肌細胞上主要表達β1亞基，由KCNMB1基因編碼，β1亞基可增加BKCa通道對鈣離子敏感性[9]。

1.2 BKCa通道的生理功能

BKCa通道具有高密度表達、大電導和多重門控機制等一系列特性，其廣泛分布于血管平滑肌細胞、心肌細胞、神經細胞以及骨骼肌細胞等多種細胞中并對其功能活動起重要的調節(jié)作用。在血管平滑肌細胞中，BKCa通道除位于細胞膜中，還表達于內質網、細胞核、線粒體等[10,11]，當細胞內局部鈣離子濃度增加或膜電位改變時，BKCa通道激活開放，鉀離子外流，平滑肌細胞膜超極化，阻斷電壓依賴性鈣通道，細胞內鈣濃度降低，血管舒張。相反，當使用特異性阻滯劑（IBTX）阻斷BKCa通道后，血管平滑肌細胞去極化可引起血管收縮，血管張力增加。因此，BKCa通道在調節(jié)血管舒縮過程中具有重要作用。

1.3 BKCa通道激活的影響因素

與其他類型離子通道不同，BKCa通道是細胞膜上唯一接受兩種基本信號胞內鈣離子濃度和膜電位雙重調控的離子通道。當細胞膜發(fā)生去極化或細胞內鈣離子濃度增加時，BKCa通道開放增加發(fā)揮其生理功能。其中胞內鈣離子濃度增加包括兩種途徑，其一是通過細胞膜上L型電壓門控鈣通道開放引起的鈣內流，亦稱為電壓依賴性鈣內流。其二是通過肌漿網中鈣離子釋放，亦稱為鈣火花。BKCa通道電壓依賴性激活研究較為深入的為金屬鎂離子[12]，通過作用于電壓感受域與RCK1接口部位發(fā)揮調控作用。此外，雌激素、血紅素、一氧化碳、活性氧、脂類及其代謝產物等一些內源性信號分子均可對BKCa通道發(fā)揮調控作用[13,14]。

2 BKCa通道調控血管舒縮機制

BKCa通道在大動脈內皮細胞及平滑肌細胞中均有廣泛的分布，其參與大動脈的舒縮活動涉及一系列信號通路。Wang等[15]在EEH(一種大韓屬植物提取物)引起內皮細胞依賴的血管舒張機制研究中發(fā)現，EEH引起的血管舒張與BKCa通道密切相關，并提出蘇氨酸蛋白激酶（Akt）-內皮型一氧化氮合酶（eNOS）-環(huán)磷酸鳥苷（cGMP）和eNOS-一氧化氮（NO）-cGMP兩條信號通路，其中在eNOS-NO-cGMP信號通路中，首先EEH引起主動脈內皮細胞內鈣庫的釋放以及內流鈣離子的增加引起內皮細胞去極化，內皮細胞中鈣離子濃度增加將結合并激活eNOS，隨之合成NO以自由擴散形式穿過細胞膜后進入平滑肌細胞結合并激活可溶性鳥氨酸環(huán)化酶。該酶使得三磷酸鳥苷（GTP）轉化為cGMP，cGMP直接激活蛋白激酶G發(fā)揮抑制鈣內流并減少鈣對收縮刺激因素的敏感性從而舒張血管[16]。此外，cGMP也可通過BK通道直接調控，引起鉀外流細胞膜超極化，阻斷電壓依賴鈣通道的開放，引起血管平滑肌細胞內鈣濃度下降從而引起血管舒張。同時，eNOS可由非鈣依賴的通過激活Akt-eNOS-cGMP信號通路，其中Akt表達于內皮細胞膜，可磷酸化激活eNOS,此通路產生NO后同eNOS-NO-cGMP信號通路。此外，Lunardi等[17]在新型NO合成研究中亦提出，RUNOCL引起的主動脈血管舒張是通過NO-cGMP依賴的BK通道激活機制。因此，我們認為，在以上兩條信號通路中NO以及cGMP的含量具有重要的調節(jié)作用，增加或減少NO、cGMP均可通過BK通道調節(jié)血管的舒縮活動。Shen等[18]在研究白藜蘆醇引起主動脈血管舒張的機制中亦提出，白藜蘆醇通過NOGC-cGMP通路增加細胞內cGMP含量同時，亦可抑制細胞內磷酸二酯酶活性，從而抑制cGMP的降解明顯增加細胞內cGMP含量，調節(jié)血管張力。除NO和cGMP含量調控BKCa通道外，Li等[19]在研究西洛他唑通過BKCa通道引起胸主動脈舒張機制中發(fā)現，西洛他唑通過增加cAMP含量激活蛋白激酶A（PKA）信號通路從而激活BKCa通道調節(jié)血管張力。

2.1 分子生物學機制

BK通道由4個α亞基及4個β亞基組成，每個α亞基結合一個起調節(jié)作用的輔助性β亞基形成通道四聚體結構，β亞基的多態(tài)性是構成BK通道生物多樣性的基礎，在心血管平滑肌上表達的主要是β1亞基，由KCNMB1基因編碼，β1亞基可增加BKCa通道對鈣離子的敏感性，調控通道的激活，其具體調控機制認為是增加BKCa通道對鈣離子的敏感性，使靜息膜電位處于更負的狀態(tài)更靠近其閾值，減小激活BKCa通道所需的刺激強度。因此,不管是β1亞基質或量的改變都將影響B(tài)KCa通道功能，影響其對血管舒縮功能的調節(jié)。在引起心血管系統(tǒng)慢性病變常見的疾病中，如高血壓、糖尿病、尿毒癥、動脈硬化等疾病中均有報道血管平滑肌中BKCa通道β1亞基表達的改變，進而影響血管的舒縮活動[20-24]。正常細胞功能的順利進行依賴于體內蛋白的合成與降解處在一個平衡狀態(tài)，在哺乳動物體內細胞中80%～90%的蛋白降解依賴于泛素蛋白酶體系統(tǒng)（UPS)[25]。Yi等[26]在糖尿病血管平滑肌BKCa通道β1亞基表達的調節(jié)中提出，肌環(huán)指蛋白1（MuRF1）參與BKCa通道β1亞基的調節(jié)，通過UPS使其降解，其中MuRF1的表達受NF-κB的調節(jié)[27]，在糖尿病血管病變中NF-κB表達上調通過MuRF1加速BK β1亞基的蛋白水解作用。此外，眾所周知，在氧化應激中，NF-κB復合體的激活是心血管疾病病理生理中關鍵的起始環(huán)節(jié)[28-30]。NF-κB復合 體 是 由 p65（RelA）、RelB、c-Rel、p105/p50（NF-B1）)或 p100/p52（NF-B2）亞基組成，在未受刺激的細胞，p65（RelA）與抑制性亞基（IκB）結合，使其在細胞質中保持無活性狀態(tài)。IκB激酶引起的IκB磷酸化作用使其與p65分離，將促進p65與p50或p65與p52聚合促進其轉錄活動[31]。此外，未結合磷酸化的IκB則被UPS降解，MuRF1就是受NF-κB調節(jié)的目標基因[27]。吳賓等[32]在姜黃素調控糖尿病小鼠主動脈BKCaβ1亞基表達中亦證實，糖尿病組MuRF1、NF-κB較對照組明顯增加。除了NF-κB/MuRF1依賴的β1亞基降解外，Nieves-Cintron等[33]在血管緊張素Ⅱ誘發(fā)的高血壓大鼠模型中發(fā)現，鈣調磷酸酶/NFATC3信號通路亦可抑制BKβ1亞基的表達。當BKCa通道β1亞基表達減少時，BKCa通道對鈣離子及膜電壓的敏感性降低，從而影響其對血管張力的調節(jié)。

2.2 細胞電生理機制

細胞電生理研究顯示，多種因素可通過改變BK通道其門控特性而調節(jié)血管張力，如Zhao等[34]在運動改變主動脈血管平滑肌BK通道門控特性中發(fā)現，定期有氧運動可顯著增加BK通道開放概率，減少平均關閉時間，增加平均開放時間，同時增加其對鈣離子及電壓的敏感性，但對其電導及離子選擇性則無改變。金屬鎂離子亦是通過改變其門控特性而發(fā)揮作用，Yang等[12]發(fā)現，鎂離子與金屬離子結合位點相結合，通過作用于電壓感受域與RCK1結構域間的接口部位電壓依賴性介導激活BKCa通道；表現為平均開放時間及數量增加，平均關閉時間減少及增加BKCa通道的開放概率[14]。總體而言，BKCa通道開放時間的延長以及關閉時間的縮短將增加平滑肌細胞內鉀離子的外流，引起細胞膜超極化，阻斷電壓依賴性鈣通道，導致鈣內流減少，從而舒張血管。

3 總結與展望

BKCa通道在機體廣泛表達，參與眾多生理、病理過程。隨著血管平滑肌細胞上BKCa通道結構、功能及其調控機制研究研究的深入，發(fā)現其與高血壓、糖尿病、動脈硬化、腎功能衰竭等一系列心血管危險因素密切相關。這些危險因素通過一系列途徑及細胞信號轉導機制引起血管平滑肌上BKCa通道的表達以及門控特性的變化，從而引起胞內外離子平衡的改變，進而導致血管舒縮功能障礙，表現為血管張力的改變，最終加重心血管疾病的發(fā)展。因此，BKCa通道可能是許多心血管疾病潛在的治療靶點，有助于為開闊心血管疾病治療提供新思路。