常曉麗(綜述)， 陳少宗(審校)

ATP敏感性鉀通道(ATP-sensitive potassium channels, KATP)是一種在神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中廣泛分布和表達(dá)的內(nèi)向整流鉀通道，在耦聯(lián)細(xì)胞能量代謝與細(xì)胞興奮性方面發(fā)揮重要作用[1-2]。目前已有報(bào)道證實(shí)，KATP通道參與膀胱疾病的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程，但其機(jī)制尚不明確。因此，闡明KATP通道在膀胱功能障礙中的作用，能夠?yàn)榕R床治療提供新的理論依據(jù)。

1 KATP通道的結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)控

1983年Noma等[3]在豚鼠心室肌細(xì)胞上首先發(fā)現(xiàn)KATP通道，隨后其他實(shí)驗(yàn)室相繼證實(shí)該通道廣泛表達(dá)在骨骼肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、胰島β細(xì)胞以及神經(jīng)元上。KATP通道是由內(nèi)向整流鉀通道亞單位(inwardly rectifying K+channel subunits, Kir 6.x)和磺酰脲類(lèi)受體亞單位(sulfonylurea receptor, SUR)構(gòu)成的八聚體結(jié)構(gòu)。Kir 6.x包括Kir 6.1和Kir 6.2，主要形成離子孔道，具有ATP的結(jié)合位點(diǎn)。SUR主要包括SUR1和SUR2(SUR2A和SUR2B)，是藥物作用的主要靶點(diǎn)，決定通道的功能和對(duì)藥物與代謝應(yīng)激的敏感性[1-2]，表達(dá)有SUR1型的KATP通道更為敏感。Kir 6.x和SUR.x同工型/變體的不同組合形成具有不同特征和不同功能特性的組織特異性KATP亞型。目前，普遍認(rèn)為KATP通道至少有3種組成類(lèi)型，即SUR1-Kir 6.2構(gòu)成的胰腺型，SUR2A-Kir 6.2構(gòu)成的心臟型以及SUR2B-Kir 6.x構(gòu)成的平滑肌型。SUR2B-Kir 6.1型的KATP通道較SUR2B-Kir 6.2型KATP通道具有較低電導(dǎo)[2,4]。除此之外，KATP通道還表達(dá)在線粒體膜上，其結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜上的KATP通道相似，主要功能是調(diào)控線粒體基質(zhì)的代謝狀態(tài)，維持線粒體氧化呼吸鏈的功能，通過(guò)調(diào)節(jié)通道的開(kāi)閉狀態(tài)對(duì)外環(huán)境變化作出反應(yīng)。同時(shí)，在減輕缺血/再灌注損傷以及維持線粒體容積穩(wěn)定方面，線粒體KATP通道具有重要的作用[1,5]。

在不同種屬的膀胱逼尿肌中，KATP通道亞型的構(gòu)成不同。豚鼠逼尿肌的KATP通道由Kir 6.2和SUR 2B構(gòu)成，在大鼠膀胱逼尿肌中有Kir 6.1、Kir 6.2和SUR 2B的表達(dá)。在人逼尿肌中SUR1和SUR2B共表達(dá)，其中SUR2B發(fā)揮主要作用，而在豬的逼尿肌中，KATP通道主要由Kir 6.1和SUR2A構(gòu)成[6-8]。KATP通道的調(diào)節(jié)機(jī)制十分復(fù)雜，通過(guò)對(duì)KATP通道的調(diào)控可以調(diào)節(jié)平滑肌的收縮力。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP大量消耗時(shí)，引起ATP/ADP的比值下降，激活KATP通道，KATP通道的激活能夠促使細(xì)胞膜發(fā)生超極化，細(xì)胞興奮性降低，通過(guò)負(fù)反饋機(jī)制調(diào)節(jié)能量代謝的平衡。內(nèi)源性激動(dòng)劑如降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP)，腺苷等可以通過(guò)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)-蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)途徑激活KATP通道，導(dǎo)致細(xì)胞膜電位超極化和平滑肌松弛。KATP通道的開(kāi)放劑也可產(chǎn)生同樣的效應(yīng)。相反，多種神經(jīng)遞質(zhì)如去甲腎上腺素、5-羥色胺、神經(jīng)肽Y等以及血管收縮劑如血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素-1等可以通過(guò)蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)途徑抑制KATP通道，導(dǎo)致細(xì)胞膜電位去極化，進(jìn)而引發(fā)平滑肌收縮[2,9]。

在豬逼尿肌中，Levcromakalim作為一種KATP通道開(kāi)放劑，以濃度依賴的方式誘導(dǎo)持久的外向電流，該電流可被KATP通道特異性的阻斷劑格列本脲廢除。GDP可顯著增強(qiáng)Levcromakalim誘導(dǎo)的該電流，而cAMP則沒(méi)有這種效應(yīng)。此外，與cAMP信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)(如CGRP、血管活性腸肽、腺苷和生長(zhǎng)抑素)對(duì)該電流的影響很小。KATP通道的SUR亞基與核苷酸的敏感性有關(guān)[5]。在C末端，SUR2B具有PKA和PKC的磷酸化位點(diǎn)，而SUR2A缺乏PKA的磷酸化位點(diǎn)。因此，Levcromakalim的這種作用可能與豬逼尿肌主要表達(dá)KATP通道的SUR2A亞型有關(guān)。

體外研究表明，格列本脲阻斷KATP通道能夠增加豬逼尿肌的肌肉張力，KATP通道開(kāi)放劑則能夠有效抑制自發(fā)性肌源性收縮。同時(shí)，在抑制電場(chǎng)刺激誘發(fā)的收縮方面，與毒蕈堿和嘌呤受體相比，KATP通道開(kāi)放劑的作用更強(qiáng)[10]。在缺乏KATP通道開(kāi)放劑的情況下，KATP通道偶爾會(huì)短暫打開(kāi)。據(jù)推測(cè)，這與KATP通道的低密度或低開(kāi)放概率有關(guān)。這些結(jié)果表明，KATP通道在調(diào)節(jié)膀胱平滑肌的靜息膜電位中起重要作用。此外，KATP通道也是其他物質(zhì)調(diào)控膀胱活動(dòng)的作用靶點(diǎn)。比如，大麻素通過(guò)PKA和KATP通道途徑介導(dǎo)大鼠膀胱松弛[11]。黃體酮通過(guò)環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷(cyclic guanosine monophosphate, cGMP)/NO途徑，并涉及大電導(dǎo)鈣激活鉀通道(big-conductance Ca2+-activated K+channels, BKCa)和KATP通道的激活促進(jìn)豬膀胱頸的松弛[12]。

2 KATP通道在膀胱功能障礙中的作用研究

2.1 KATP通道與膀胱過(guò)度活動(dòng)癥(overactive bladder, OAB) OAB是一種以尿急癥狀為特征的癥候群，可合并或不合并急迫性尿失禁，常伴有尿頻、夜尿，尿動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)為逼尿肌過(guò)度活動(dòng)，或其他形式的尿道-膀胱功能障礙，實(shí)驗(yàn)室檢查無(wú)明確感染證據(jù)和其他明顯的病理學(xué)改變[13]。研究表明，對(duì)激動(dòng)劑的超敏性、縫隙連接的增加以及平滑肌細(xì)胞之間電耦聯(lián)的增強(qiáng)可以使去極化信號(hào)廣泛傳播，從而引起自發(fā)收縮。膀胱平滑肌的KATP通道在控制肌源性肌張力和興奮性中起關(guān)鍵作用[14-15]。脊髓橫斷和膀胱流出道梗阻引起大鼠逼尿肌不穩(wěn)定收縮增加，與正常組相比，鉀電流降低，KATP通道的SUR2B亞型mRNA表達(dá)明顯上調(diào)[16]。更重要的是，KATP通道參與神經(jīng)源性O(shè)AB患者的自發(fā)收縮活動(dòng)[17]。早在1988年，Andersson等[18]首次提出通過(guò)藥理性提高KATP通道的開(kāi)放程度可以治療OAB。

KATP通道開(kāi)放劑可以減少游離逼尿肌的自發(fā)性收縮以及外來(lái)刺激引起的收縮活動(dòng)，與此同時(shí)，并不影響排尿壓力。KATP通道開(kāi)放劑如nicorandil、cromakalim、pinacidil和ZD6169可激活KATP通道，促使細(xì)胞內(nèi)K+外流，抑制L-型鈣通道介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致膜電位超級(jí)化，從而降低逼尿肌興奮性，抑制其收縮。這對(duì)治療逼尿肌不穩(wěn)定，緩解尿頻、尿急癥狀有重要意義。目前報(bào)道指出，KATP通道開(kāi)放劑主要通過(guò)2種途徑改善OAB，一種是直接作用于膀胱平滑肌，另一種為抑制辣椒素敏感的C傳入纖維的放電活動(dòng)。nicorandil還可通過(guò)改善膀胱慢性缺血進(jìn)而改善OAB的癥狀[19]。然而，cromakalim及pinacidil在心血管方面引起的副作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其在膀胱的治療效果。ZD6169對(duì)膀胱的選擇性大于心血管，能夠增加膀胱容量，減少尿頻及逼尿肌自發(fā)收縮，同時(shí)幾乎不影響心血管系統(tǒng)。但是ZD6169在亞臨床動(dòng)物模型中的治療效果不佳。目前，對(duì)Kir 6.2/SUR2B具有高度選擇性的A-251179表現(xiàn)出具有治療OAB的潛力[20]。在治療OAB方面，針對(duì)具有膀胱選擇性的KATP通道開(kāi)放劑進(jìn)行深入研究具有很大的潛在價(jià)值。

2.2 KATP通道與急性尿潴留(acute urinary retention，AUR) 臨床上，前列腺增生、糖尿病性自主神經(jīng)病變或某些藥物相關(guān)的副作用通常會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)AUR癥狀，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。目前的研究報(bào)道指出，膀胱過(guò)度膨脹不僅會(huì)引起逼尿肌和其他膀胱微結(jié)構(gòu)的損傷，還會(huì)導(dǎo)致逼尿肌的收縮力降低。膀胱長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度擴(kuò)張后其生化和代謝狀態(tài)也會(huì)發(fā)生改變。

研究表明，AUR和缺血再灌注會(huì)導(dǎo)致膀胱組織的氧化應(yīng)激以及炎癥和中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)，這些改變可能使膀胱功能恢復(fù)延遲[21-22]。KATP通道開(kāi)放劑nicorandil (3或10 mg/kg)和cromakalim (100或300 μg/kg)可以通過(guò)上調(diào)Kir 6.1和Kir 6.2的表達(dá)，降低膀胱組織的氧化應(yīng)激及凋亡，進(jìn)而預(yù)防AUR及隨后導(dǎo)尿引起的雌性大鼠膀胱功能障礙[23]。Ohmasa等[23]認(rèn)為，激活KATP通道后可能通過(guò)3種機(jī)制來(lái)避免缺血再灌注損傷。首先，線粒體KATP通道激活開(kāi)放后線粒體基質(zhì)腫脹，可以改善線粒體ATP的產(chǎn)生。其次，線粒體KATP通道激活后可以減少線粒體的Ca2+超載。此外，線粒體KATP通道激活后可以增加活性氧的生成，進(jìn)而激活PKC，這在細(xì)胞保護(hù)過(guò)程中是很重要的。另外，nicorandil是NO供體，會(huì)引起血管擴(kuò)張，從而增加膀胱血流。這些研究表明KATP通道可能是改善AUR的一個(gè)重要靶點(diǎn)。

2.3 KATP通道與代謝綜合征引起的膀胱功能障礙 越來(lái)越多的證據(jù)表明，代謝綜合征和下尿路癥狀之間緊密相關(guān)[11]。在糖尿病大鼠模型中，其膀胱對(duì)BKCa通道和KATP通道調(diào)節(jié)劑的反應(yīng)發(fā)生了改變。從鏈脲佐菌素-糖尿病大鼠膀胱功能障礙模型中分離出的膀胱條帶，其階段性活動(dòng)增強(qiáng)。激活BKCa通道和KATP通道可抑制卡巴膽堿引起的該膀胱條帶階段性活動(dòng)的頻率。抑制BKCa通道后糖尿病性膀胱條帶顯示出明顯增強(qiáng)的階段性活動(dòng)。相反，抑制小電導(dǎo)鈣激活鉀通道和KATP通道不會(huì)影響靜息組織中誘導(dǎo)的階段性活動(dòng)?？傊悄虿〈笫竽Ｐ椭蠦KCa通道和KATP通道功能和表達(dá)的改變可能導(dǎo)致膀胱功能障礙[24]。

KATP通道開(kāi)放劑cromakalim可同時(shí)抑制豬膀胱階段性活動(dòng)的幅度和頻率[25]。然而，在糖尿病大鼠模型中，cromakalim僅對(duì)其膀胱階段性活動(dòng)的頻率具有明顯的抑制作用。在糖尿病大鼠模型的膀胱平滑肌中，KATP通道的Kir 6.1和SUR2B亞基的mRNA表達(dá)水平降低，導(dǎo)致KATP通道不足以對(duì)cromakalim產(chǎn)生功能性反應(yīng)。此外，毒蕈堿受體的活化會(huì)抑制膀胱平滑肌的KATP通道，并可能通過(guò)PKC途徑抑制膀胱平滑肌細(xì)胞中40%～70%的KATP電流。如果這些途徑在糖尿病模型的膀胱中得到增強(qiáng)，則可以解釋cromakalim的抑制作用降低。因此，需要進(jìn)一步詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行驗(yàn)證。

2.4 KATP通道與間質(zhì)性膀胱炎/膀胱疼痛綜合征(interstitial cystitis/bladder pain syndrome, IC/BPS) IC/BPS是一種常見(jiàn)的臨床綜合征，主要表現(xiàn)為尿頻、尿急、排尿疼痛，伴小腹、會(huì)陰區(qū)疼痛。目前，該病的發(fā)病原因及機(jī)制尚不明確，與感染、自身免疫反應(yīng)、肥大細(xì)胞的激活、膀胱黏膜改變、尿液毒性等因素相關(guān)[26]。特別是，由于膀胱尿路上皮通透性增加，導(dǎo)致尿液中K+增高，容易滲入間質(zhì)組織，引起炎癥的發(fā)生和膀胱傳入神經(jīng)敏化及逼尿肌收縮，并導(dǎo)致IC/PBS患者的尿急、尿頻和膀胱疼痛。膀胱內(nèi)滴注氯化鉀(0.4 mol/L，40 mL)可引起患病膀胱異常的上皮通透性反應(yīng)，可作為IC/PBS的診斷方法。IC/PBS患者中K+的失衡主要通過(guò)鉀離子通道來(lái)調(diào)節(jié)[27]。

在IC/PBS患者的膀胱尿道上皮中，腎髓外K+通道的表達(dá)量是健康對(duì)照者的3.3倍[27]。研究表明，Kv2/Kv9.1通道活性的增加促進(jìn)了尿路上皮通透性增加的大鼠敏感膀胱感覺(jué)神經(jīng)元的重復(fù)放電。在claudin-2尿路上皮過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)的大鼠膀胱炎模型中，claudin-2在尿路上皮的過(guò)表達(dá)使異凝集素GS-IB4陰性[IB4(-)]膀胱感覺(jué)神經(jīng)元敏感。在該組膀胱感覺(jué)神經(jīng)元中，延遲整流通道Kv2.2和輔助亞基Kv9.1的mRNA水平顯著增加，Kv2/Kv9.1通道的活性升高。重要的是，Kv2通道的選擇性阻滯劑guangxitoxin-1E使致敏的IB4(-)感覺(jué)神經(jīng)元的重復(fù)放電活動(dòng)減少[28]。Kv1.4表達(dá)的下調(diào)也可以增加膀胱炎癥大鼠膀胱傳入神經(jīng)的興奮性[29]。雖然目前的報(bào)道中尚未提到KATP通道在IC/PBS中的作用，但由于該通道在維持K+平衡和神經(jīng)元興奮性中具有重要作用，筆者推測(cè)其功能障礙是促進(jìn)IC/PBS發(fā)生的關(guān)鍵。

綜上所述，KATP通道是調(diào)控膀胱組織興奮性和收縮性活動(dòng)的關(guān)鍵離子通道。越來(lái)越多的證據(jù)支持，膀胱疾病的發(fā)病機(jī)制歸因于KATP通道生理功能的改變，這意味著KATP通道是潛在的治療靶點(diǎn)。正常生理情況下，組織內(nèi)KATP通道處于關(guān)閉狀態(tài)，但在病理情況下，該通道被選擇性激活，激活后的KATP通道通過(guò)影響細(xì)胞的興奮性、能量代謝、線粒體功能以及膀胱血流量等多方面活動(dòng)參與OAB和AUR等多種膀胱疾病。目前，關(guān)于KATP通道在膀胱疾病中的作用的研究尚不完整，缺乏將其作為膀胱疾病候選基因的探索。因此，關(guān)于KATP通道及其調(diào)節(jié)蛋白突變的研究，特別是在膀胱疾病患者中，可能是一個(gè)新穎的研究領(lǐng)域。