殷 健，郭會彩，王永利

(河北醫(yī)科大學1.藥理學教研室、2.毒理學教研室，河北石家莊 050017)

鈉鉀泵，即Na+，K+-ATP酶，屬于P型ATP酶家族蛋白，是鑲嵌在哺乳動物細胞膜上的一種蛋白質。它每水解一個ATP分子可將3個Na+轉運出細胞并移入2個K+［1］，從而維持細胞的離子跨膜梯度和電位差。鈉鉀泵在維持細胞內離子平衡、調節(jié)細胞容積和膜電位、調節(jié)氨基酸、糖類、膽汁酸、神經遞質、離子等溶質的主動轉運以及在能量代謝和信號傳遞等方面都發(fā)揮著重要作用［2］。其功能的紊亂和調節(jié)異常都會引起嚴重的病理生理變化。因此，維持鈉鉀泵功能調節(jié)的穩(wěn)定就變得至關重要。鈉鉀泵的調節(jié)因素有很多，本文主要綜述腎上腺素能受體對心肌鈉鉀泵的亞基特異性調節(jié)。

1 鈉鉀泵及腎上腺素能受體的結構特點

鈉鉀泵由α、β和γ三個亞單位構成［1］。α亞單位是催化亞單位，主要執(zhí)行泵的功能。它由10個跨膜區(qū)(M1-M10)組成，其中M1-M2、M3-M4、M5-M6、M7-M8、M9-M10間的序列位于細胞膜外，稱為膜外區(qū)。多種配體，如內源性鈉鉀泵抑制因子哇巴因、ATP、Na+和K+等(Fig 1)，在膜外區(qū)均有結合位點。α亞單位分為α1、α2、α3和α4四種亞基，其中α1亞基被認為是“管家”亞基。鈉鉀泵的表達具有組織特異性和種屬差異性:成年大鼠心肌主要表達α1和α2亞基，α3亞基表達消失;而豚鼠心肌則只表達α1、α2亞基。

Fig 1 The structure for NKA α isoform

腎上腺素能受體是一類G蛋白偶聯(lián)受體，是兒茶酚胺類(尤其是去甲腎上腺素和腎上腺素)的主要結合位點，包括α-腎上腺素能受體和β-腎上腺素能受體兩類。α受體分為α1(α1a，α1b，和 α1d)和 α2(α2a，α2b，α2c，和 α2d)兩種亞型［3］，這些受體均含有7個跨膜多肽鏈，屬于G蛋白超家族。不同亞型的受體和不同的G蛋白偶聯(lián):α1受體與Gp/ Gq蛋白偶聯(lián);α2受體與Gi/Go蛋白偶聯(lián)。α2受體與腺苷酸環(huán)化酶的偶聯(lián)是一個負性作用，可減少cAMP的形成和Ca2+流入，導致［Ca2+］降低，引起遞質釋放減少［3］。β-腎上腺素能受體可分為β1、β2和β33種亞型［3］，均與 Gs蛋白相偶聯(lián);同時，β2亞型也可以和Gi蛋白偶聯(lián)［4］。所有β腎上腺素能受體的信號轉導都是通過與G蛋白相偶聯(lián)進行的。

2 腎上腺素能受體對鈉鉀泵活性的亞基特異性調節(jié)

腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵活性的調節(jié)可分為長時程調節(jié)和短時程調節(jié)兩種。去甲腎上腺素(NA)對α-腎上腺素能受體短時程激活可增加鈉鉀泵活性，長時程作用則可降低其活性。異丙腎上腺素(ISO)通過短時程激活β-腎上腺素能受體可降低鈉鉀泵活性，長時程作用增加鈉鉀泵活性。

2.1 短時程激活腎上腺素能受體對鈉鉀泵的亞基特異性調節(jié) 鈉鉀泵的α亞單位上存在著哇巴因的結合位點。根據此結合位點對哇巴因親和力的不同，可將鈉鉀泵分為高親和力泵(主要表達α2和α3亞基)和低親和力泵(表達α1亞基)。

豚鼠心肌細胞上，NA在激活α1-腎上腺素能受體時以濃度依賴性的方式增加鈉鉀泵電流。這種鈉鉀泵電流的增加并不是NA改變細胞內［Na+］和細胞外［K+］的結果，而是由于α1受體與鈉鉀泵α2亞基相偶聯(lián)后經由PKC通路對鈉鉀泵高親和力泵電流進行了亞基特異性的調節(jié)，從而導致泵電流的升高。這個調節(jié)過程是［Ca2+］依賴性的［5］。β-腎上腺素能受體的激動對鈉鉀泵電流的影響同樣依賴于細胞內［Ca2+］［6－7］:在細胞內［Ca2+］較低的條件下，通過激活β受體，ISO可降低由鈉鉀泵α1亞基所產生的低親和力泵電流;而在細胞內［Ca2+］較高時，激活β受體會升高泵電流。β受體的激動對泵電流的影響并不是由于ISO改變細胞內［Na+］和細胞外［K+］所致，而是由于在β受體與鈉鉀泵α1亞基相偶聯(lián)后，ISO以亞基特異性的方式升高鈉鉀泵低親和力泵電流。無論在細胞內［Ca2+］較高或較低時，β受體的激動對低親和力泵電流的調節(jié)均與cAMP-PKA介導的級聯(lián)磷酸化反應過程有關［8］。

在大鼠心肌細胞上也發(fā)現(xiàn)了與豚鼠心肌細胞相類似的現(xiàn)象:NA激活α-腎上腺素能受體升高高親和力泵電流;ISO激活β-腎上腺素能受體降低低親和力泵電流［12］。但是其調節(jié)機制卻與豚鼠存在著差異。在短期培養(yǎng)的大鼠心肌細胞上，ISO對泵電流的激活并沒有隨著細胞內［Ca2+］的升高而增加，而是引起一個明顯的減少。因此，在豚鼠心肌細胞上所提出的β受體的激活對泵電流的調節(jié)依賴于細胞內［Ca2+］，這和大鼠心肌細胞上的β受體的激活調節(jié)泵電流的機制不同［9］。

至于短時程作用的調節(jié)機制，無論激活α還是β腎上腺素能受體，由于作用時間短，均不影響蛋白質的合成、降解及mRNA水平。該機制主要是通過相應鈉鉀泵α亞基的轉位來實現(xiàn)對鈉鉀泵活性的調節(jié)。并且該過程中存在著α亞基特異性作用:β受體激活主要與鈉鉀泵α1亞基相偶聯(lián)，使α1亞基從胞漿膜上轉位至胞內部位而降低泵活性［10－12］;α受體激活主要與鈉鉀泵α2亞基相偶聯(lián)，使α2亞基從胞內轉位至胞漿膜上而增加泵活性［12－13］。

2.2 長時程激活腎上腺素能受體對鈉鉀泵的亞基特異性調節(jié) NA長時程作用通過與鈉鉀泵α2亞基相偶聯(lián)可使泵活性降低，這種作用是由PKC通路介導的［5］。α-腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵的調節(jié)是通過α1受體介導的［14］，這與鈉鉀泵α1亞基的蛋白和mRNA表達的變化有關［12－13］。

ISO長時程作用可以引起鈉鉀泵活性的升高，其機制涉及到鈉鉀泵α1亞基蛋白表達的變化［14］:α1亞基mRNA水平及蛋白含量在該過程中升高，即α1亞基蛋白合成增多引起鈉鉀泵活性升高［11－12］。

通過對長時程作用機制的研究表明，無論是激活α還是β腎上腺素能受體，長時程作用對鈉鉀泵活性的調節(jié)均會對相應α亞基的蛋白質表達及mRNA水平產生影響。該過程中也存在著α亞基特異性的調節(jié):β受體的激活與鈉鉀泵α1亞基相偶聯(lián)，影響 α1亞基的蛋白表達和 mRNA水平［11－12］;α受體的激活與鈉鉀泵α2亞基相偶聯(lián)，改變α2亞基的蛋白含量和mRNA水平［12－13］。

無論短時程或長時程激活α受體和β受體，均可亞基特異性調節(jié)心肌細胞鈉鉀泵活性。其中α受體在激活過程中與鈉鉀泵α2亞基偶聯(lián)，調節(jié)高親和力鈉鉀泵活性。β受體在激活過程中與鈉鉀泵α1亞基偶聯(lián)，調節(jié)低親和力鈉鉀泵活性。無論α或β受體，長時程激活后對鈉鉀泵活性的影響均與短時程激活相反。短時程激活腎上腺素能受體對鈉鉀泵活性的調節(jié)與鈉鉀泵相應α-亞基在細胞膜上的轉位有關，長時程激活與鈉鉀泵相應α-亞基的蛋白和mRNA表達水平改變有關。

3 PKA或PKC通路介導的腎上腺素能受體對鈉鉀泵的調節(jié)

在各種組織中，激活PKC或PKA通路可以對鈉鉀泵活性進行調節(jié)［16］。其中，α-腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵的調節(jié)是由PKC通路介導［5］，并與α2亞基相偶聯(lián)［17］;β-腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵的調節(jié)是由PKA通路介導［8］，并特異性的作用于α1亞基［17］。Phospholemman(磷基纖維蛋白，F(xiàn)XYD1或PLM)，是近年來發(fā)現(xiàn)的一個重要的鈉鉀泵調節(jié)因子，其上有PKC和PKA的磷酸化位點，并對腎上腺素能信號有響應。因此，PLM也就成為了腎上腺素能神經對鈉鉀泵調節(jié)過程中一個重要的調節(jié)靶點。

3.1 腎上腺素能受體通過PKA或PKC通路對鈉鉀泵的調節(jié) α1-腎上腺素能受體發(fā)揮作用是通過與Gq蛋白相偶聯(lián)而實現(xiàn)的。目前認為PKC至少存在11種亞型，α1-腎上腺素能受體很可能是通過與PKC的某種亞型相偶聯(lián)而發(fā)揮對鈉鉀泵的調節(jié)作用。β-腎上腺素能受體激動后則是與Gs蛋白偶聯(lián)并激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)，從而促進 cAMP的合成——cAMP再激活PKA，PKA通過磷酸化作用對鈉鉀泵進行調節(jié)，進而提高Na+和K+的交換。同時，α1受體-PKC通路和β受體-PKA通路對鈉鉀泵活性的調節(jié)均依賴于細胞內［Ca2+］［5－7］。

3.2 PKA或PKC通路對鈉鉀泵的調節(jié)所涉及到的PLM磷酸化過程 PLM是一種小跨膜蛋白。它是一個重要的鈉鉀泵調節(jié)因子，屬于FXYD基因蛋白家族［18］。PLM可與鈉鉀泵結合，對其功能進行調節(jié)，并介導心臟腎上腺素能受體激活過程中鈉鉀泵活性的變化。

心肌中，PLM是PKC和PKA磷酸化的主要靶點:PKA磷酸化PLM的位點是Ser68;而PKC磷酸化的位點包括Ser68和Ser63［19－20，23］。β-腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵活性的增加是由PKA通路介導的，該過程是由PKA磷酸化PLM觸發(fā)的［22］，并特異性的偶聯(lián)鈉鉀泵 α1亞基［21］。α-腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵活性的調節(jié)是通過PKC通路介導的，該過程同樣是由PLM的磷酸化引起的。不同腎上腺素能受體的激活對鈉鉀泵的調節(jié)存在差異，這很有可能是由于PKA或PKC磷酸化PLM上不同的位點造成的［23］。

綜上所述，在α-和β-腎上腺素能受體對鈉鉀泵活性調節(jié)過程中，這兩種受體以亞基特異性的方式，經由不同的信號轉導通路對鈉鉀泵的活性進行調節(jié)。事實證明許多疾病(如慢性腎衰竭、充血性心力衰竭、糖尿病和癌癥等)的發(fā)生、發(fā)展都與鈉鉀泵有著密切的關系。所以，研究鈉鉀泵及相關調節(jié)因子的作用機制具有重要意義。這為許多疾病(尤其是心血管疾病)的機制研究、藥物治療和新藥開發(fā)，提供了一定的理論依據。

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