范雙莉 王曉靜

血管張力的調(diào)控是通過調(diào)節(jié)血管收縮與舒張之間的平衡實現(xiàn)的，在高血壓、血管痙攣等血管類疾病的病理生理過程中具有重要作用。了解血管張力調(diào)控的分子機制，是建立預(yù)防和治療血管疾病新途徑的基礎(chǔ)［1，2］。調(diào)節(jié)血管平滑肌(VSM)細(xì)胞張力的主要因素是細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度(［Ca2+］i C)的改變。［Ca2+］i C 升高，VSM收縮;反之則舒張。血管收縮劑之所以能夠升高［Ca2+］i C，主要有兩種途徑:(1)細(xì)胞外的鈣離子通過細(xì)胞膜鈣離子通道內(nèi)流;(2)肌質(zhì)網(wǎng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞內(nèi)鈣庫釋放鈣離子。另一方面，當(dāng)給予誘導(dǎo)血管舒張的因素或去除收縮血管的因素時，血管平滑肌細(xì)胞［Ca2+］i C降低，這主要是由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子外流或SR攝取胞漿內(nèi)鈣離子所致，進而引起肌球蛋白輕鏈激酶失活，最終使血管平滑肌舒張。目前認(rèn)為，環(huán)核苷酸舒張血管的途徑主要有兩種［1，3，4－7］:(1)增強 SR 的鈣攝取，增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+外流，抑制SR鈣釋放或降低細(xì)胞外鈣內(nèi)流等降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平;(2)鉀通道活化，鈉通道或其他多個通道失活，使平滑肌細(xì)胞膜電位超極化。本文就生理條件下，環(huán)核苷酸調(diào)節(jié)血管舒張過程、機理及展望進行綜述。

1 環(huán)核苷酸誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平下降

環(huán)核苷酸依賴的血管平滑肌舒張的第一種機制是胞漿內(nèi)游離鈣離子濃度的降低。［Ca2+］i C的增加是MLC20的磷酸化和收縮活動所必需的。細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平的下降，可能是通過以下途徑實現(xiàn)的:

1.1 SR釋放鈣離子降低 在VSM中，鈣被儲存在細(xì)胞內(nèi)的SR中，SR是調(diào)節(jié)［Ca2+］iC和血管張力的主要內(nèi)膜系統(tǒng)，不僅供給鈣離子激活劑，也是鈣離子拮抗VSM活化作用的緩沖區(qū)。VSM細(xì)胞的SR中至少存在有兩種類型的鈣釋放通道，即:IP3R(IP3受體)激活的鈣通道和RyR激活或Rye敏感的鈣通道。IP3R通道能夠?qū)⒋罅康拟}釋放到細(xì)胞質(zhì)，并且在鈣動員中起主要作用，鈣動員調(diào)節(jié)拮抗劑誘導(dǎo)的平滑肌收縮的早期過程。IP3R可以被多種蛋白激酶磷酸化，如 PKG，PKA和PKC，因此，IP3R的活性受這些蛋白激酶的調(diào)控。在完整的VSM中，研究已經(jīng)證實了IP3R的磷酸化對cGMP誘導(dǎo)的血管舒張的作用，及對拮抗代謝的cGMP的類似物的作用［4］。IP3R也能被毛喉素磷酸化，毛喉素能直接激活腺苷酸環(huán)化酶，并增加cAMP水平。然而，這些磷酸化作用對各種蛋白激酶抑制劑的敏感性的研究表明，PKG通過增加細(xì)胞內(nèi)cAMP和cGMP，調(diào)節(jié)IP3R的磷酸化［8］。因此，在某些類型的細(xì)胞如血管平滑肌細(xì)胞中，cAMP和cGMP信號途徑通過PKG的活化和受體的磷酸化調(diào)節(jié)IP3R的活性。從這種意義上而言，PKG的穩(wěn)定的靶點是IRAG，IRAG是平滑肌細(xì)胞 IP3受體和 PKG的復(fù)合物［9，10］。由PKG引起的IRAG的磷酸化抑制IP3誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣庫的鈣釋放［9，11，12］。另一方面，有報道稱，PKG同工酶與底物蛋白的細(xì)微交互作用決定其在細(xì)胞內(nèi)的定位，而 IRAG 能限定 PKG 在細(xì)胞內(nèi)定位［13，14］。Desch等［15］用缺乏IRAG的突變小鼠觀察到，IRAG信號對血管的基本張力沒有調(diào)節(jié)作用，但能在病理生理條件下調(diào)節(jié)血壓。

1.2 肌漿網(wǎng)中鈣儲存作用的增強 受磷蛋白(PLB)是平滑肌肌漿網(wǎng)的一種磷酸化的蛋白復(fù)合物，能夠可逆性地抑制肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA)的活性和肌漿網(wǎng)Ca2+的轉(zhuǎn)運。在絲氨酸殘基作用下，由PKA或PKG引起的PBL磷酸化可以緩解這種抑制作用，從而增加ATP酶的活性和肌漿網(wǎng)Ca2+攝取速率。通過受磷蛋白磷酸化和肌漿網(wǎng)Ca2+－ATP酶的激活誘導(dǎo)肌漿網(wǎng)攝取Ca2+，由此產(chǎn)生的舒張作用可能是通過升高cGMP和cAMP水平的藥物介導(dǎo)的，如硝普鈉和毛喉素，在貓主動脈中發(fā)現(xiàn)，這種機制大約是這兩種化合物全部舒張作用的約1/3，這與引起平滑肌舒張的多重機制是一致的［16］。

1.3 細(xì)胞外鈣內(nèi)流降低 盡管SR的鈣釋放是誘導(dǎo)VSM快速收縮相早期的重要因素，但細(xì)胞外鈣通過質(zhì)膜鈣通道內(nèi)流對維持鈣內(nèi)流和收縮具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，VSM細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的路徑主要通過兩種類型的質(zhì)膜鈣通道:電壓依賴性鈣通道和鈣池操縱的鈣通道(SOCCs)［17，18］。

鈣離子通過SOCCs內(nèi)流的途徑的活化與細(xì)胞內(nèi)鈣池的排空和補充有關(guān)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣庫引發(fā)細(xì)胞外鈣內(nèi)流的機制有兩種［19］:(1)與細(xì)胞器釋放的擴散型“鈣內(nèi)流因子”(CIF)有關(guān)，不過這種因子尚未被鑒定［20，21］。CIF 激活非依賴鈣的磷脂酶 A(iPLA2)，后者生成溶血磷脂進而激活質(zhì)膜SOCCs。(2)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣感應(yīng)器STIMⅠ的重組有關(guān)，STIMⅠ能夠激活質(zhì)膜跨膜蛋白OraiⅠ。研究發(fā)現(xiàn)，SOCC是瞬時受體電位(TRP)通道［22］。STIMⅠ能誘導(dǎo)鈣離子進入 TRPC［23，24］。在VSM中，TRP通道的差異與鈣庫的耗損、G-蛋白藕聯(lián)受體的活化、膜張力、磷脂信號分子及其他因素有關(guān)。但是，可能是由于缺乏具體的藥理學(xué)工具藥，如特定的激動劑或抑制劑。TRP通道的作用目前尚不清楚。

L-型和T-型鈣通道(LTCC和TTCC)是平滑肌細(xì)胞的主要電壓依賴性Ca2+通道，質(zhì)膜電位升高后被激活:超極化使通道關(guān)閉導(dǎo)致血管舒張，而去極化使通道開放引起血管收縮［17］。在大多數(shù)VSM細(xì)胞，LTCC是數(shù)目最多的通道且可能是最重要的鈣內(nèi)流途徑［17，18］。電壓門控鈣通道由包括環(huán)核苷酸在內(nèi)的多種信號系統(tǒng)調(diào)節(jié)。在VSM細(xì)胞中，LTCC通過環(huán)核苷酸的調(diào)控的數(shù)據(jù)有時是矛盾的，但通常情況下認(rèn)為，環(huán)核苷酸抑制LTCC。Lincoln等［4］采用膜片鉗技術(shù)對大鼠門靜脈VSM細(xì)胞的實驗證明，cAMP和cGMP能抑制L-型鈣通道活性。然而，Schlossmann等［9］的研究表明，在大鼠腸系膜動脈，LTCC能被cAMP激活，而被cGMP抑制。Casteel等［10］的研究表明，在兔門靜脈VSM細(xì)胞中，細(xì)胞內(nèi)低濃度的cAMP能使整個細(xì)胞LTCC活性的適度增強，而cGMP和高濃度cAMP抑制L-型鈣通道的活性。同一研究還表明，cAMP/PKA能增強兔門靜脈中LTCC的活性，而被cGMP/PKG抑制，而且與相應(yīng)激酶調(diào)節(jié)的被稱為是交叉反應(yīng)的繼發(fā)作用一樣，每個環(huán)核苷酸都具有被其激酶調(diào)節(jié)的作用。以上結(jié)果推論，環(huán)核苷酸對LTCC的抑制能降低鈣內(nèi)流和細(xì)胞興奮性，并引起血管舒張。Manuel等在A7r5細(xì)胞中的研究中也觀察到兩種核苷酸對LTCC的抑制［8］。

1.4 通過細(xì)胞膜鈣-ATP酶的激活增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子外流 質(zhì)膜Ca2+-ATP酶(PMCA)能介導(dǎo)鈣離子外流，并在靜息或內(nèi)源性舒血管藥物的調(diào)節(jié)下降低［Ca2+］iC水平中起關(guān)鍵作用。PMCA有多種亞型，平滑肌細(xì)胞中表達(dá)最豐富的亞型是PMCA 1b，分子量約為140 kDa。PMCA在高電化學(xué)梯度下進入細(xì)胞的能量來源于ATP的水解，引起Ca2+外流，2個H+內(nèi)流。PMCA的胞漿域的C-末端包含CaM的結(jié)合位點和蛋白激酶如PKA、PKG和PKC的底物。當(dāng)CaM不存在時，CaM結(jié)合域與酶的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域相互作用，抑制其活性。通過蛋白激酶如PKA，PKG，PKC和Ca2+/CaM依賴的蛋白激酶的催化，CaM結(jié)合域的某些位點磷酸化激活PMCA。在平滑肌細(xì)胞中，PKG能夠促進鈣離子通過質(zhì)膜ATP依賴的鈣泵外流。體外培養(yǎng)的大鼠主動脈平滑肌細(xì)胞的結(jié)果表明，cGMP活化的機制可能是由于鈣-ATP酶的活化，繼而降低胞漿鈣離子濃度。用可通過細(xì)胞膜的cGMP的類似物--8-溴-cGMP的研究發(fā)現(xiàn)，與PKG相比，cAMP依賴性蛋白激酶催化亞基和PKC對鈣-ATP酶沒有活化作用或作用不明顯。此外，在細(xì)胞膜片段中觀察到，cGMP依賴性磷酸化能增強鈣的親和力和PMCA泵的活性。此外，PKG通過磷脂酰肌醇激酶的磷酸化增加磷脂酰肌醇磷酸，間接激活豬主動脈平滑肌質(zhì)膜鈣泵。

1.5 通過刺激Na+/Ca2+交換體增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子外流 盡管VSM細(xì)胞表達(dá)Na+/Ca2+交換體，但由于其表達(dá)量相當(dāng)?shù)?，其功能性作用尚不完全清楚。NCX的驅(qū)動力是Na+泵(Na+/K+ATP酶)維持的Na+的跨膜梯度，通常轉(zhuǎn)運出1個Ca2+交換3個Na+。NCX是促進鈣內(nèi)流或外流，取決于細(xì)胞的環(huán)境［25，26］。即使Na+通過質(zhì)膜，電化學(xué)梯度發(fā)生大的變化，也不能改變VSM細(xì)胞靜息時［Ca2+］i C的水平。多年來，對于NCX在細(xì)胞中的生理意義存在疑問?？赡苁怯捎谖锓N和組織的差異，NCX在細(xì)胞內(nèi)鈣離子平衡的調(diào)控中的重要性仍存有爭議。質(zhì)膜鈣泵在鈣離子外流中的作用比NCX重要，F(xiàn)ritsch等［12］的研究顯示，培養(yǎng)的大鼠主動脈VSM細(xì)胞中，細(xì)胞外的非依賴Na+的鈣外流中，至少90%的鈣離子是通過ATP依賴的鈣泵實現(xiàn)的，這種鈣泵能被細(xì)胞內(nèi)的cGMP而非cAMP激活。對cGMP的促進舒張作用的進一步研究表明，8-溴-cGMP或心鈉肽(ANP)能提高原代培養(yǎng)的大鼠主動脈VSM細(xì)胞的Na+/Ca2+交換體的活性，相反，Karashima等研究表明，NCX參與毛喉素誘導(dǎo)的小鼠胸主動脈舒張和［Ca2+］iC降低［26］。

2 環(huán)核苷酸誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞膜電位的超極化

細(xì)胞膜電位是由細(xì)胞膜對離子的通透性決定的，包括K+、Ca2+、Na+和 Cl－等。細(xì)胞膜電位是血管緊張性的主要決定因素之一。在VSM細(xì)胞中，細(xì)胞膜上的K+通道在維持細(xì)胞膜電位中起重要作用［17］。其它的離子轉(zhuǎn)運系統(tǒng)如Na+/K+泵或陰離子轉(zhuǎn)運蛋白也起一定的作用。

K+通道活性的改變在調(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位中起最主要的作用，進而調(diào)節(jié)血管緊張性。K+通道失活會引起細(xì)胞膜去極化，Ca2+通過VOCC迅速聚集，導(dǎo)致血管收縮。相反，K+通道的活化引起K+大量外流，細(xì)胞膜超極化，Ca2+通過 VOCC 減少，導(dǎo)致血管舒張［27］。K+通道通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位決定血管收縮和舒張的狀態(tài)。K+通道的開放被認(rèn)為是生理條件下調(diào)節(jié)血管收縮和舒張的主要機制之一。

在大多數(shù)VSM細(xì)胞中有多種不同的K+通道:(1)電壓門控K+(Kv)通道;(2)高電導(dǎo)Ca2+激活K+通道;(3)ATP敏感性K+(KATP)通道;(4)K+內(nèi)流調(diào)節(jié)(Kir)通道。

環(huán)核苷酸對調(diào)節(jié)機體的生理功能具有非常廣泛又重要的作用，許多血管疾病的產(chǎn)生與環(huán)核苷酸在血管平滑肌中的濃度變化密切相關(guān)。因此，血管平滑肌中環(huán)核苷酸濃度的測定和調(diào)節(jié)，能夠為某些疾病的診斷和治療提供依據(jù)，也可以從新的視角解釋藥物的治療作用及其不良反應(yīng)。同時，環(huán)核苷酸制劑和環(huán)核苷酸調(diào)節(jié)劑的研制和應(yīng)用也將為許多疾病治療開辟新途徑。

1 Woodrum DA，Brophy CM.The paradox of smooth muscle physiology.Mol Cell Endocrinol，2001，177:135-143.

2 Hirano K，Hirano M，Kanaide H.Regulation of myosin phosphorylation and myofilament Ca2+sensitivity in vascular smooth muscle.J Smooth Muscle Res，2004，40:219-236.

3 Ihara E，MacDonald JA.The regulation of smooth muscle contractility by zipper-interacting protein kinase.Can J Physiol Pharmacol，2007，85:79-87.

4 Lincoln TM，Dey N，Sellak H.Invited review:cGMP-dependent protein kinase signaling mechanisms in smooth muscle:from the regulation of tone to gene expression.J Appl Physiol，2001，91:1421-1430.

5 Akata T.Cellular and molecular mechanisms regulating vascular tone.Part 2:regulatory mechanisms modulating Ca2+mobilization and/or myofilament Ca2+sensitivity in vascular smooth muscle cells.J Anesth，2007，21:232-242.

6 Cogolludo A，Moreno L，Villamor E.Mechanisms controlling vascular tone in pulmonary arterial hypertension:implications for vasodilator therapy.Pharmacology，2007，79:65-75.

7 Martel G，Hamet P，Tremblay J.Central role of guanylyl cyclase in natriuretic peptide signaling in hypertension and metabolic syndrome.Mol Cell Biochem，2010，334:53-65.

8 Manuel Morgado，Elisa Cairrao.Cyclic nucleotide-dependent relaxation pathways in vascular smooth muscle.Cell Mol Life Sci，2012，69:247-266.

9 Schlossmann J，Ammendola A.Regulation of intracellular calcium by a signalling complex of IRAG，IP3 receptor and cGMP kinase Ibeta.Nature，2000，404:197-201.

10 Casteel DE，Boss GR，Pilz RB.Identification of the interface between cGMP-dependent protein kinase Ibeta and its interaction partners TFII-I and IRAG reveals a common interaction motif.J Biol Chem，2005，280:38211-38218.

11 Geiselhoringer A，Werner M.IRAG is essential for relaxation of receptortriggered smooth muscle contraction by cGMP kinase.EMBO J，2004，23:4222-4231.

12 Fritsch RM，Saur D.IP3Rassociated cGMP kinase substrate(IRAG)is essential for nitric oxide-induced inhibition of calcium signaling in human colonic smooth muscle.J Biol Chem，2004，279:12551-12559.

13 Geiselhoringer A，Gaisa M.Distribution of IRAG and cGKI-isoforms in murine tissues.FEBS Lett，2004，575:19-22.

14 Casteel DE，Zhang T.cGMP-dependent protein kinase anchoring by IRAG regulates its nuclear translocation and transcriptional activity.Cell Signal，2008，20:1392-1399.

15 Desch M，Sigl K.IRAG determines nitric oxide-and atrial natriuretic peptide-mediated smooth muscle relaxation.Cardiovasc Res，2011，86:496-505.

16 Mundina-Weilenmann C，Vittone L.Endoplasmic reticulum contribution to the relaxant effect of cGMP-and cAMP-elevating agents in feline aorta.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2000，278:H1856-H1865.

17 Jackson WF.Ion channels and vascular tone.Hypertension，2000，35:173-178.

18 Brueggemann LI，Martin BL.Low voltage-activated calcium channels in vascular smooth muscle:T-type channels and AVP-stimulated calcium spiking.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，288:H923-H935.

19 Ross K，Whitaker M，Reynolds NJ.Agonist-induced calcium entry correlates with STIM1 translocation.J Cell Physiol，2007，211:569-576.

20 Smani T，Zakharov SI.A novel mechanism for the store-operated calcium influx pathway.Nat Cell Biol，2004，6:113-120.

21 Bolotina VM，Csutora P.CIF and other mysteries of the store-operated Ca2+-entry pathway.Trends Biochem Sci，2005，30:378-387.

22 Dietrich A，Chubanov V.Cation channels of the transient receptor potential superfamily:their role in physiological and pathophysiological processes of smooth muscle cells.Pharmacol Ther，2006，112:744-760.

23 Huang GN，Zeng W.STIM1 carboxyl-terminus activates native SOC，I(crac)and TRPC1 channels.Nat Cell Biol，2006，8:1003-1010.

24 Lopez JJ，Salido GM.Interaction of STIM1 with endogenously expressed human canonical TRP1 upon depletion of intracellular Ca2+stores.J Biol Chem，2006，281:28254-28264.

25 Matthew A，Shmygol A，Wray S.Ca2+entry，efflux and release in smooth muscle.Biol Res，2004，37:617-624.

26 Karashima E，Nishimura J.Involvement of Na+-Ca2+exchanger in cAMP-mediated relaxation in mice aorta:evaluation using transgenic mice.Br J Pharmacol，2007，150:434-444.

27 Ko EA，Han J.Physiological roles of K+channels in vascular smooth muscle cells.J Smooth Muscle Res，2008，44:65-81.