朱飛宇 綜述 王洪巨 審校

1 肺動(dòng)脈高壓

肺動(dòng)脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)指孤立性肺動(dòng)脈壓力升高，而左心房與肺靜脈壓力正常，主要由肺小動(dòng)脈本身病變導(dǎo)致肺血管阻力增加，且不合并慢性呼吸系統(tǒng)疾病、慢性血栓栓塞性疾病及其他未知因素導(dǎo)致的肺高血壓。PAH的血流動(dòng)力學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)為右心導(dǎo)管測(cè)量mPAP≥25 mmHg，同時(shí)肺小動(dòng)脈楔壓(pulmonary arterial wedge pre-ssure，PAWP)≤15 mmHg及肺血管阻力>3 Wood單位[1]。PAH是一組復(fù)雜且致殘率極高的疾病，其特征是肺血管過(guò)度增殖重塑，導(dǎo)致肺血管阻力增加，右心室后負(fù)荷過(guò)重，最終導(dǎo)致心力衰竭和死亡[2]。目前的診斷工具，如右心導(dǎo)管術(shù)和超聲心動(dòng)圖，不能確切識(shí)別早期PAH患者，癥狀和體征無(wú)特異性，導(dǎo)致早期診斷和及時(shí)治療十分困難。

2 肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞上的鉀通道

雖然PAH的發(fā)病機(jī)制被認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜和多因素的過(guò)程，但大量證據(jù)表明肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery smooth muscle cells，PASMCs)鉀通道功能障礙是PAH的標(biāo)志之一，即PASMCs鉀離子通道的表達(dá)和活性對(duì)PAH的建立和發(fā)展有著顯著影響[3-4]。鉀離子通道是細(xì)胞膜上的離子通道，鉀離子具有選擇滲透性，它們?cè)陟o息膜電位的形成、細(xì)胞興奮性、細(xì)胞電反應(yīng)、動(dòng)作電位的形成和持續(xù)、突觸傳遞、細(xì)胞分裂、細(xì)胞分化等多種機(jī)體調(diào)節(jié)和細(xì)胞功能控制過(guò)程中發(fā)揮重要作用。存在于血管平滑肌細(xì)胞中的鉀離子通道大致可分為4類，分別為① 電壓敏感性鉀通道(KV)；② 內(nèi)向整流鉀通道(Kir)；③ 鈣激活鉀通道(KCa)；④ 雙孔域鉀通道(K2p)[5-6]。

2.1 電壓敏感性鉀通道

KV通道是一種具有重要生理功能的膜蛋白，主要由兩個(gè)功能蛋白結(jié)構(gòu)域組成，即控制鉀離子滲透性的孔結(jié)構(gòu)域和負(fù)責(zé)感應(yīng)電壓與構(gòu)象變化的電壓傳感域[7]。PASMCs中4-氨基吡啶敏感的KV通道在調(diào)節(jié)靜息膜電位和鈣離子內(nèi)流，以及觸發(fā)低氧介導(dǎo)的膜去極化和肺血管收縮中發(fā)揮重要作用。Mittal等[8]的研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)缺氧引發(fā)NADPH氧化酶4的直接作用，減小KV通道電流。另外，有研究證明腺苷酸活化蛋白激酶參與了缺氧引起的KV通道抑制[9]。KV通道家族的幾個(gè)成員包括KV1.2、KV1.5、KV2.1在PASMCs上均有表達(dá)。雖然調(diào)控KV通道的具體信號(hào)級(jí)聯(lián)尚不清楚，但已知血管平滑肌細(xì)胞中的KV通道被蛋白激酶C和蛋白激酶A緊密調(diào)控[10]。KV1.5(由KCNA5基因編碼)尤其受到關(guān)注，其優(yōu)先表達(dá)于小阻力肺動(dòng)脈而非導(dǎo)管肺動(dòng)脈，在缺氧暴露后的PASMC中KV1.5的表達(dá)減少是人類和實(shí)驗(yàn)性PAH的共同特征，提示該通道在多種肺動(dòng)脈高壓的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。KCNA5參與PASMs的凋亡控制，據(jù)報(bào)道，過(guò)表達(dá)KCNA5基因可誘導(dǎo)鉀離子加速外排，增加半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3水解活性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。KV1.5活性增大或數(shù)量增加可以降低慢性缺氧大鼠的肺動(dòng)脈壓力值，恢復(fù)肺缺氧血管收縮，這進(jìn)一步增加了其在PAH中的意義。微小核糖核酸(miRNA)在細(xì)胞的分化、凋亡和增殖中發(fā)揮重要作用，有研究發(fā)現(xiàn)miRNA-1能夠誘導(dǎo)PASMCs肥大，降低KV通道的活性和表達(dá)，提示其通過(guò)調(diào)控KV通道在PAH中起病理生理作用[11]。另外，Huang等[12]的研究發(fā)現(xiàn)缺氧可誘導(dǎo)PASMCs增殖，其中KV2.1通道表達(dá)下調(diào)，表明KV2.1與PASMC增殖可能有重要關(guān)系。KCNQ基因編碼的離子通道屬于電壓依賴性鉀通道KV7家族，目前發(fā)現(xiàn)KCNQ1～KCNQ5五個(gè)成員。KCNQ通道似乎在肺動(dòng)脈中優(yōu)先表達(dá)，調(diào)節(jié)其活性的藥物對(duì)肺動(dòng)脈張力有顯著影響[13]。Joshi等[14]的研究證明了KCNQ通道，尤其是KCNQ4在調(diào)控PASMCs的靜息膜電位方面起著關(guān)鍵作用。另外，KCNQ5的miRNA被證明是miRNA-190的靶點(diǎn)；同時(shí)，miR-190反義寡核苷酸可以部分逆轉(zhuǎn)miRNA-190對(duì)PASMCs的影響[15]。以上提示KCNQ通道可能是PAH的治療靶點(diǎn)。

2.2 內(nèi)向整流鉀通道

根據(jù)不同的類型和位置，Kir在細(xì)胞中具有不同的生理功能，并被離子、磷脂、結(jié)合蛋白等各種介質(zhì)調(diào)節(jié)。在體內(nèi)，它們可以是同或異四聚體，Kir的獨(dú)特之處在于它們可以在超極化狀態(tài)傳導(dǎo)鉀離子，內(nèi)向整流的發(fā)生是因?yàn)樗鼈冊(cè)谌O化時(shí)被細(xì)胞內(nèi)鎂離子和多胺所阻斷，而這些阻滯劑在超極化時(shí)被釋放，允許K離子流入細(xì)胞。Kir通道包括成孔區(qū)域和胞質(zhì)區(qū)域，其中成孔區(qū)域負(fù)責(zé)離子傳導(dǎo)，胞質(zhì)區(qū)域調(diào)節(jié)通道的門控。Kir通道的外向電流通常在去極化電位較高時(shí)減小，因此這些通道主要對(duì)靜息膜電位起作用[16]。ATP敏感鉀通道屬于Kir鉀通道超家族，于1978年首先由日本學(xué)者在哺乳動(dòng)物心室肌細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)[17]。KATP通道由Kir亞基(Kir6.1或Kir6.2)和磺酰脲類受體(SUR1、SUR2A和SUR2B)結(jié)合而組成。成孔亞基Kir6.2控制KATP通道閉合，調(diào)控亞基SUR以鎂離子依賴的方式激活通道開(kāi)放[18]。不同的Kir6與不同的SUR結(jié)合形成了各種KATP通道，KATP通道在包括肺循環(huán)在內(nèi)的心血管系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，有助于PASMCs膜電位的維持；KATP通道的關(guān)閉可導(dǎo)致鈣離子濃度升高，使PASMCs的收縮和增殖增強(qiáng)[19]。KATP的主要功能為調(diào)節(jié)細(xì)胞的能量代謝、基因表達(dá)以及細(xì)胞凋亡，在正常的肺平滑肌細(xì)胞中KATP的作用較小，但對(duì)PAH中的肺平滑肌細(xì)胞有著重要意義。在正常生理狀況下，由于生理濃度ATP的存在，KATP通道基本關(guān)閉；而在缺血或缺氧等病理狀況下，KATP開(kāi)放。Lu等[20]發(fā)現(xiàn)慢性缺氧的PASMCs線粒體ATP敏感性鉀通道調(diào)控低氧誘導(dǎo)因子(HIF)-miRNA-210-鐵硫蛋白整合素(ISCU)信號(hào)軸，形成正反饋回路，反復(fù)刺激PASMCs增殖和遷移。

2.3 鈣激活鉀通道

鉀通道受到電壓和鈣離子的雙重門控，有兩個(gè)功能獨(dú)特的區(qū)域，即一個(gè)保守的通道核心結(jié)構(gòu)和一個(gè)特別長(zhǎng)的與鈣離子結(jié)合的C端，由去極化激活，但還受到胞內(nèi)鈣離子濃度的調(diào)控。最初，根據(jù)電導(dǎo)值的不同分為大電導(dǎo)(KCa1.1)、中間電導(dǎo)(KCa3.1)和小電導(dǎo)(KCa2.1-3) 鉀通道，后來(lái)發(fā)現(xiàn)的遺傳關(guān)系和鈣離子活化機(jī)制表明了這些通道屬于兩個(gè)定義明確的群體；其中一組只包括大電導(dǎo)KCa1.1通道，通過(guò)膜去極化和鈣離子濃度的協(xié)同作用控制開(kāi)放；另一組包括中間電導(dǎo)KCa3.1和小電導(dǎo)KCa2.1-3通道，僅由胞質(zhì)鈣離子濃度控制開(kāi)放。在鈣依賴性鉀離子通道家族中，大電導(dǎo)KCa1.1通道是鉀離子流出量最大的通道[21]，KCa3.1通道控制一些基本的細(xì)胞過(guò)程，這些過(guò)程涉及調(diào)節(jié)一些對(duì)惡性腫瘤至關(guān)重要的高階生物學(xué)功能，包括遷移和入侵，由KCa3.1通道控制的最相關(guān)和最常見(jiàn)的基本細(xì)胞過(guò)程是鈣離子信號(hào)的調(diào)節(jié)和細(xì)胞體積的控制。Guo等[22]發(fā)現(xiàn)KCa3.1可能通過(guò)激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)/p38 絲裂原激活的蛋白激酶信號(hào)通路參與PAH的發(fā)生發(fā)展，進(jìn)而參與缺氧誘導(dǎo)的肺血管重構(gòu)。在完全分化的主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(即具有收縮表型的細(xì)胞)中，大電導(dǎo)KCa電流占主導(dǎo)地位，而在未成熟細(xì)胞(即增殖表型細(xì)胞)中，電壓不敏感的中電導(dǎo)KCa電流占主導(dǎo)地位。在PHA中，PASMCs上鈣活化鉀通道由KCa1.1轉(zhuǎn)化為KCa3.1，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞遷移和增殖，抑制細(xì)胞凋亡[23]。

2.4 雙孔域鉀通道

根據(jù)序列相似性和功能，將雙孔鉀離子通道細(xì)分為6個(gè)亞類：TWIK、TREK、TASK、TALK、THIK和TRESK。因?yàn)镵2P通道是在負(fù)膜電位時(shí)打開(kāi)，它們與鉀離子穩(wěn)定負(fù)靜息膜電位和平衡去極化背景的建立密切相關(guān)。KCNK3編碼的鉀通道相關(guān)的酸敏感鉀通道1(TWIK-related acid sensitive K channel，TASK-1)屬于雙孔域鉀通道家族，該基因亞家族在包括平滑肌細(xì)胞在內(nèi)的可興奮細(xì)胞的生理靜息膜電位上具有組成活性，尤其與人類肺循環(huán)有關(guān)。TASK-1通道對(duì)一系列影響其活性的生理和藥理學(xué)介質(zhì)敏感，如不飽和脂肪酸、細(xì)胞外pH值、缺氧、麻醉和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路[24]。Antigny等[25]發(fā)現(xiàn)在人類PAH和野百合堿誘導(dǎo)的大鼠PAH中，肺動(dòng)脈平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞的KCNK3的表達(dá)和功能降低。有研究證明了Src家族酪氨酸激酶(SrcTK)在TASK-1等鉀通道的調(diào)控中發(fā)揮著重要作用，它設(shè)置了人類PASMCs的負(fù)靜息膜電位，低氧誘導(dǎo)的對(duì)TASK-1電流的抑制和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的升高依賴于SrcTK，提示了SrcTK和TASK-1通道的生理相關(guān)性[26]。此外，內(nèi)皮素(ET)-1通過(guò)與PASMCs中特定的G蛋白偶聯(lián)受體相互作用，引起的血管收縮和血管重構(gòu)，對(duì)PAH的病理生理發(fā)展起重要作用[27]。Seyler等[28]證明了ET-1通過(guò)激活內(nèi)皮素受體A和內(nèi)皮素受體B調(diào)控血管TASK-1電流。Rho激酶信號(hào)通路介導(dǎo)了這種效應(yīng)，在TASK-1通道C端的位點(diǎn)磷酸化上起著重要作用。Kiper等[29]利用雙微電極電壓鉗制法在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中測(cè)試了KVI.5通道阻滯劑與不同化學(xué)結(jié)構(gòu)TASK-1的親和力，分析發(fā)現(xiàn)所有KV1.5通道阻滯劑對(duì)TASK-1的親和力都比KV1.5更高，可優(yōu)先阻滯TASK-1通道；這些受體阻滯劑對(duì)TASK-1通道有高親和力，提示TASK-1通道或許是KV1.5通道阻滯劑未被識(shí)別的分子靶點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)多不飽和脂肪酸活化的K2p2.1和K2p6.1在小鼠肺組織中表達(dá)，功能正常的K2p樣通道有助于內(nèi)皮超極化和肺動(dòng)脈舒張。K2p6.1基因表達(dá)的增加可能是一種新的有關(guān)PAH的調(diào)控機(jī)制，提示K2p2.1和K2p6.1可能是PHA的一種新的治療靶點(diǎn)[30]。此外，KCNK3基因的突變?cè)谶z傳性PAH中有重要意義[31]，KCNK3基因突變是PAH中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)通道病變，它所引起的PAH是一種常染色體不完全外顯疾病[32]。

3 鉀通道對(duì)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖的影響

維持PASMCs凋亡和增殖之間的平衡是正常組織穩(wěn)態(tài)所必需的，當(dāng)這個(gè)平衡被破壞，可能導(dǎo)致PAH等疾病。研究表明，肺動(dòng)脈平滑肌抵抗凋亡的特點(diǎn)是PASMCs線粒體超極化(部分是由于丙酮酸脫氫酶活性降低)，線粒體活性氧(mROS)降低，KV1.5下調(diào)(鈣離子濃度升高)，活化T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子核因子(NFAT)活化[33]。鉀通道在調(diào)節(jié)PASMCs的數(shù)量方面扮演了重要角色，其參與PASMCs細(xì)胞的凋亡、存活和增殖。PAH患者的PASMCs表現(xiàn)出的許多細(xì)胞異常都與鉀通道有關(guān)，包括鉀通道電流減少，各種鉀通道的表達(dá)下調(diào)或表達(dá)被抑制。鉀通道是細(xì)胞內(nèi)主要的陽(yáng)離子通道，鉀電流是細(xì)胞體積的主要決定因素，凋亡體積減小(AVD)是程序性細(xì)胞死亡的早期標(biāo)志和前提，特點(diǎn)是鉀離子和氯離子流出；鉀通道除了在AVD中的作用以外，還被認(rèn)為在抑制半胱天冬酶活性和DNA片段化中起著重要作用[34]。在PASMCs中，激活鉀通道加速AVD和促進(jìn)細(xì)胞凋亡；而抑制鉀通道則減緩AVD，抑制細(xì)胞凋亡。

4 展望

目前，PAH的治療都集中在針對(duì)血管收縮通路的藥物上。由于血管舒張劑治療的局限性，目前研究的重點(diǎn)是逆轉(zhuǎn)肺動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)重建?；赑AH生理病理機(jī)制的研究進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋z測(cè)了多種藥物的抗重構(gòu)作用，其中肺動(dòng)脈鉀離子通道表達(dá)和鉀離子電流的恢復(fù)是最常被探討的。PAH的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)受多因素影響的過(guò)程，應(yīng)從不同的治療角度進(jìn)行探討。PASMCs中鉀離子通道活性降低，促進(jìn)細(xì)胞增殖、抗凋亡和血管收縮，促進(jìn)血管重構(gòu)。盡管上述確切機(jī)制仍不清楚，但鉀通道在控制血管功能方面的重要性為未來(lái)的研究提供了希望。