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摘 要： 如何去加強(qiáng)對(duì)氯離子通道藥理學(xué)的建設(shè)管理呢?什么樣的藥學(xué)建設(shè)發(fā)展是當(dāng)下所需要建設(shè)管理的呢?目前的醫(yī)藥學(xué)管理技巧有哪些呢?本文從不同的角度對(duì)藥理學(xué)做了全方位的講解。本文選自：《中國(guó)藥物警戒》,《中國(guó)藥物警戒》以保障人民群眾安全用藥、用械為核心，秉
如何去加強(qiáng)對(duì)氯離子通道藥理學(xué)的建設(shè)管理呢?什么樣的藥學(xué)建設(shè)發(fā)展是當(dāng)下所需要建設(shè)管理的呢?目前的醫(yī)藥學(xué)管理技巧有哪些呢?本文從不同的角度對(duì)藥理學(xué)做了全方位的講解。本文選自：《中國(guó)藥物警戒》,《中國(guó)藥物警戒》以“保障人民群眾安全用藥、用械”為核心，秉承“學(xué)術(shù)性、指導(dǎo)性、實(shí)用性、服務(wù)性”的辦刊宗旨，積極關(guān)注國(guó)內(nèi)外藥/械警戒動(dòng)態(tài)，為藥械監(jiān)測(cè)與再評(píng)價(jià)的學(xué)術(shù)研究、管理經(jīng)驗(yàn)、警戒信息發(fā)布、臨床安全用藥、用械等提供了一個(gè)廣闊的交流平臺(tái)，是與政府機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、企業(yè)、社會(huì)公眾等進(jìn)行有效溝通的橋梁與紐帶。
摘要：隨著膜片鉗技術(shù)應(yīng)用,離子通道對(duì)待試離子的選擇性已被較好的掌握,當(dāng)通道中多種離子被K+或Cl-替代后,其翻轉(zhuǎn)電位僅以6mV或更小的幅度變化,提示此通道對(duì)待試離子的選擇性較低。從翻轉(zhuǎn)電位中可以發(fā)現(xiàn),Cl-通道選擇性不是很完美,其中KCl轉(zhuǎn)膜電流的變化也需要一定的電壓來(lái)調(diào)制。
關(guān)鍵詞：藥理學(xué),醫(yī)藥管理,醫(yī)學(xué)職稱(chēng)
氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)通常被認(rèn)為是陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)的代表,其轉(zhuǎn)運(yùn)形式及轉(zhuǎn)運(yùn)通道蛋白的狀態(tài)對(duì)細(xì)胞的活性而言顯得尤為重要。深受研究者的關(guān)注[1],細(xì)胞體積和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)對(duì)氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)起著決定性作用。其內(nèi)環(huán)境條件包含了諸多形式的調(diào)節(jié),如:電生理調(diào)節(jié)、膜上離子及物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、胞內(nèi)體積及酸堿性(pH值)調(diào)節(jié)等。從功能上看,Cl-Ionchannel(氯離子通道)在很大程度上影響了細(xì)胞的功能,如:細(xì)胞的免疫應(yīng)答、細(xì)胞增殖與分化都有氯離子通道的參與,現(xiàn)階段不少研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞的凋亡(Apoptosis)與氯離子通道存在很多相互依存關(guān)系。氯離子膜通道的功能與特性直接影響細(xì)胞的活性狀態(tài),更進(jìn)一步推進(jìn)我們對(duì)疾病的生理及病理發(fā)生發(fā)展的全過(guò)程的了解。很多膜上蛋白通道參與細(xì)胞的電壓門(mén)控等功能活動(dòng)。研究表明,人類(lèi)骨骼肌ClC家族區(qū)域?qū)﹃庪x子選擇性傳導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)有較大貢獻(xiàn)[2],所有的氯通道蛋白的ClC家族成員在相應(yīng)的陰離子通道上都包含一個(gè)相對(duì)保守的模序GKxGPxxH.[3]Cl-的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是非常重要的生理功能之一,在生物體內(nèi),Cl-的數(shù)量相對(duì)較多,廣泛存在于原、真核生物細(xì)胞及卵母細(xì)胞上的一種陰離子通道上,近幾年來(lái),相關(guān)的通道基因表達(dá)及分布功能研究都在一定程度上取得了重大突破性進(jìn)展。其中在卵母細(xì)胞中,組氨酸殘基37是野生型M2離子通道起始激活的主要因素之一[4],在細(xì)胞膜上,陰離子通道是允許陰離子順電化學(xué)梯度被動(dòng)擴(kuò)散的蛋白通道,由于Cl-在生物體內(nèi)數(shù)量較多,分布廣泛,其通透性作用最佳。大量的生物物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在很多蛋白通道中,都存在具有特征性的門(mén)控現(xiàn)象[3],就通道本身而言,Cl-通道主要是電壓門(mén)控通道,主要有細(xì)胞腫脹依賴(lài)性、信號(hào)分子偶聯(lián)性、相關(guān)離子依賴(lài)性、胞內(nèi)多種蛋白激酶磷酸化依賴(lài)性以及ATP的水解反應(yīng)相偶聯(lián)等諸多特性。
從電生理角度看,Cl-通道平衡電位與靜息電位相似,其功能與K+通道相類(lèi)似,抑制細(xì)胞的興奮性,同時(shí)促進(jìn)去極化后復(fù)極,進(jìn)而維持細(xì)胞靜息膜電位。在胞膜及胞內(nèi)細(xì)胞器上的Cl-通道的功能主要表現(xiàn)為電轉(zhuǎn)運(yùn)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn),尤其在神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的細(xì)胞膜上,Cl-電流是參與興奮性調(diào)節(jié)的重要離子流。在一定程度上影響細(xì)胞的容積,執(zhí)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的任務(wù),調(diào)節(jié)并維持著細(xì)胞的體積。就Cl-通道蛋白自身結(jié)構(gòu)而言,暫可分為:電壓依賴(lài)性Cl-通道(ClC家族)、囊性纖維轉(zhuǎn)膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)體型(CFTR)、Cl-通道及配體門(mén)控Cl-通道。此通道是動(dòng)態(tài)大分子復(fù)合物,其細(xì)胞質(zhì)的附屬蛋白參與分子間作用調(diào)節(jié)并為其通道的功能可塑性提供分子基礎(chǔ)[5]。
1電壓依賴(lài)性Cl-通道(ClC家族)廣泛存在于原核、真核生物細(xì)胞,在哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要在細(xì)胞的質(zhì)膜及胞內(nèi)各細(xì)胞器的膜上,其分子結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,目前已發(fā)現(xiàn)9個(gè)亞基,包括ClCO-7、ClC-Ka、ClC-Kb,其跨膜結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,有較好的功能研究?jī)r(jià)值大多數(shù)ClC通道都有電壓依賴(lài)門(mén)控效應(yīng)。Cl-通道受陰離子和pH值調(diào)節(jié)的影響。同時(shí)受到蛋白激酶(PKA、PKC)或胞內(nèi)信使的調(diào)控作用,研究發(fā)現(xiàn),很多生物疾病發(fā)生與Cl-通道蛋白基因序列變化有關(guān),其中的幾種特殊的遺傳疾病都與ClC通道基因發(fā)生突變有密切關(guān)聯(lián),另外,ClC-K通道的β亞基的突變也在很大程度上影響人類(lèi)部分疾病的發(fā)生。在哺乳動(dòng)物體內(nèi),其疾病發(fā)生的部位較復(fù)雜,主要分布于骨骼肌、小腸、腎臟、心臟及肝臟等器官上。心臟的發(fā)病因素比較特殊,目前也有部分研究認(rèn)為該病是由HCN4離子通道作為領(lǐng)頭突變體而導(dǎo)致[6]。Cl-通道電流特征主要表現(xiàn)為CFTR依賴(lài)Cl-通道電流或cAMP依賴(lài)的Cl-通道,其特性可以有以下表現(xiàn):a.普遍外向整流性;b.非時(shí)間依賴(lài)性;c.對(duì)β-受體阻斷劑敏感;d.對(duì)離子通透性有一定的順序。
2囊性纖維轉(zhuǎn)膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)體型(CFTR)Cl-通道家族CFTR主要發(fā)揮跨膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能,上皮細(xì)胞缺乏Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)功能、組織缺水、鹽分泌和重吸收的平衡失調(diào)是囊性纖維變性(CF)致命性遺傳性疾病的主要的細(xì)胞微環(huán)境病理表現(xiàn)。多種研究表明,CFTR在這種遺傳性疾病中起著決定性作用,其中CF基因已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),研究也證實(shí)了CFTR是cAMP-依賴(lài)性的Cl-通道。其開(kāi)放需要足夠量的AMP,存在能量及物質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程,當(dāng)胞內(nèi)、胞外氯離子濃度相當(dāng)時(shí),CFTR的I-V呈線性關(guān)系,但是在胞內(nèi)與胞外Cl-濃度相差較大時(shí),其I-V線性關(guān)系不是很明顯。在心肌細(xì)胞上,CFTR通道電流表現(xiàn)較為突出。CFTR有兩種類(lèi)型:PKA激活的Cl-通道(Icl,PKA)和PKC激活的Cl-通道(Icl,PKC),有些綜合肽也行使著Cl-選擇性通道功能[7],其中它參與細(xì)胞活性及其他離子通道的調(diào)節(jié)作用。其磷酸化后結(jié)構(gòu)域起著重要的功能導(dǎo)向作用。基于電生理考慮,離子通道大多是涉及到離子相位改變的電化學(xué)體系。其通道介質(zhì)間的離子的轉(zhuǎn)移對(duì)離子通道阻抗的變化發(fā)揮重要的作用[8]。
3甘氨酸和γ-氨基酸受體(GABA)相關(guān)的配體門(mén)控Cl-通道聚焦中樞神經(jīng)系統(tǒng),作為神經(jīng)介質(zhì)的GABA和甘氨酸通過(guò)控制Cl-的內(nèi)流使神經(jīng)元超級(jí)化而發(fā)揮抑制性調(diào)節(jié)作用。神經(jīng)介質(zhì)主要使Cl-內(nèi)流,神經(jīng)細(xì)胞超級(jí)化而抑制其活性,成年動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表現(xiàn)突出。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育早期,GABA和甘氨酸使神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生較強(qiáng)的去極化并使Ca2+內(nèi)流進(jìn)而促發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)釋放。隨著神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育,細(xì)胞內(nèi)Cl-濃度逐漸下降,再是陽(yáng)離子反轉(zhuǎn)體KCC2上調(diào),使GABA和甘氨酸介導(dǎo)的電流也從興奮向抑制轉(zhuǎn)化。就通道結(jié)構(gòu)而言,GABA和甘氨酸及煙堿同屬配體門(mén)控離子通道超家族(LGLC)體系,常規(guī)通道蛋白上含有5個(gè)亞基,每個(gè)亞基約有200個(gè)氨基酸組成的巨大胞外氨基酸結(jié)構(gòu)域,4個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和一個(gè)較為短大的胞外羧基末梢。從分子層面看,氨基酸末端結(jié)構(gòu)域含有一個(gè)保守序列,被稱(chēng)為:Cys環(huán),由不同長(zhǎng)度的胞內(nèi)環(huán)相連接而成,其三維晶體結(jié)構(gòu)尚未明朗,需進(jìn)一步探究。目前隨著微尺度技術(shù)研究的進(jìn)展,結(jié)構(gòu)和功能研究已趨向成熟,應(yīng)用納米微管及微孔技術(shù)研究離子通道相關(guān)蛋白生物分子的轉(zhuǎn)運(yùn)已成為現(xiàn)實(shí)[9]。
4Ca2+激活的Cl-通道Ca2+激活的Cl-通道在細(xì)胞正常的生理活動(dòng)中起著非同尋常的作用,包含了上皮細(xì)胞電解質(zhì)和水的分泌、神經(jīng)和心肌細(xì)胞興奮性調(diào)節(jié)、感覺(jué)換能及血管緊張長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)等作用。其中離子通道電流-電壓的關(guān)聯(lián)具有離子濃度的依賴(lài)性[10],部分Cl-通道的激活還依賴(lài)于細(xì)胞外Ca2+,其中ClC-K1通道為典型表現(xiàn)。和K+通道一樣,原核生物中的有豐富的ClC家族基因,為通道蛋白表達(dá)和結(jié)構(gòu)分析提供良好的環(huán)境[11]。相反,有種特殊的Cl-通道能被細(xì)胞外Ca2+所阻斷,譬如:蟾蜍卵母細(xì)胞上就有一種特殊的Cl-通道。遺傳學(xué)研究已經(jīng)結(jié)合通道研究分別通過(guò)動(dòng)物體內(nèi)有害物質(zhì)的檢測(cè)進(jìn)一步研究部分生物分子功能特征和信號(hào)通路[12],就電生理而論,瞬時(shí)外向K+電流主要包括兩種成分:一種為4-AP(4-氨基吡啶)敏感的K+電流(Ito1),另外一種被稱(chēng)為Ito2,它對(duì)4-AP不敏感,可被陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑阻滯。其電流即為Ca2+激活的Cl-電流(Id,ca),它不被4-AP所抑制。當(dāng)然,若細(xì)胞缺乏或根本就沒(méi)有K+,而細(xì)胞內(nèi)K+由Ca2+所代替,該離子流依然存在,所以它不是K+電流,而是由Ca2+所激活。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外Cl-濃度降低時(shí),能明顯減弱該離子流,與Cl-密切相關(guān),其激活曲線可以隨細(xì)胞外Cl-的濃度發(fā)生變化,當(dāng)細(xì)胞外無(wú)Cl-時(shí),該電流消失。
5腫脹激活的Cl-通道(Icl,swel)在腎小球及胃腸上皮細(xì)胞上廣泛分布有腫脹激活的Cl-通道參與調(diào)節(jié)細(xì)胞體積。通常此通道通過(guò)激活Na+/H+和Cl-/Hco3-交換使細(xì)胞內(nèi)外離子濃度達(dá)到平衡從而調(diào)節(jié)維持細(xì)胞體積穩(wěn)定。而且通過(guò)不同的跨膜電壓模擬裝置可以容易判斷膜通道兩側(cè)的離子是否轉(zhuǎn)運(yùn)和其轉(zhuǎn)運(yùn)方向[15],Icl,swell通道的激活通常依賴(lài)于細(xì)胞內(nèi)的ATP,存在明顯的能量消耗,其通道本身具有外向整流特性,沒(méi)有明顯的時(shí)間依賴(lài)性激活。當(dāng)ATP濃度較低時(shí),Mg2+能阻斷Icl,swell通道,胞內(nèi)高ATP濃度改變Icl,swell通道最大激活位點(diǎn)并降低激活速率。ClC家族中Cl-陰離子通道同時(shí)存在于真核生物和原核生物細(xì)胞內(nèi)[16],了解Cl-通道數(shù)量通常選用最佳定量化學(xué)計(jì)算法進(jìn)行推斷,也有些離子通道模型成功建立,其中BD模型比較深入地闡述了Cl-和K+通道電活動(dòng)及離子走向[17]。ClC-7作為家族成員之一,是陰離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體,在溶酶體破骨細(xì)胞類(lèi)似物中起著決定性作用,其丟失直接導(dǎo)致骨質(zhì)缺乏病變[18],目前情況下,膜蛋白生物物理學(xué)研究的核心問(wèn)題還是離子通道門(mén)控機(jī)制[19],可以深入研究。ClC-3的PKC的磷酸化的位點(diǎn)為N端Serine51(絲氨酸51),通常用alanine(丙氨酸)代替Serine(S51A)可消除PKC的抑制作用,也同樣消除8-Br-cAMP的抑制作用,尤其在動(dòng)物心房肌中表現(xiàn)明顯。在心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞上,因細(xì)胞暴露于低滲液引起腫脹可誘發(fā)Icl,swell或容積依賴(lài)的Cl-通道(Icl,vol)電流,該通道為非時(shí)間和電壓依賴(lài)性的,同時(shí)也不依賴(lài)于細(xì)胞內(nèi)Ca2+,電流不能被一些阻斷劑阻斷。很可能是通過(guò)細(xì)胞骨架成分或質(zhì)膜牽張而引起,其電流對(duì)滲透壓非常敏感。除此之外,蛋白激酶C(PKC)激活的Cl-電流在部分動(dòng)物心室肌細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn),在細(xì)胞內(nèi)用弗波脂能誘導(dǎo)出時(shí)間依賴(lài)性且不對(duì)稱(chēng)Cl-電流,同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)此中電流可以被芳香族單羧酸阻斷。其中,弗波脂作為PKC慣用激動(dòng)劑。最為突出的ATP激活的Cl-通道電流(Icl,ATP)和內(nèi)向電流Cl-電流(Icl,ir)存在于動(dòng)物心肌等諸細(xì)胞中,細(xì)胞外的ATP可以通過(guò)三種作用機(jī)制作用于心肌細(xì)胞:通過(guò)嘌呤相關(guān)受體增加K+電導(dǎo)和抑制β腎上腺素能激動(dòng)的腺甘酸環(huán)化酶;通過(guò)嘌呤能P2受體可以增加Ca2+電流,在G蛋白參與下并刺激磷酸肌醇的降解產(chǎn)生IP3和DG,并最后激活PKC;通過(guò)嘌呤能P2受體也可以刺激Cl-/HCO3-交換體而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酸化,同時(shí)激活非選擇性的陽(yáng)離子電流。當(dāng)ATP與其對(duì)應(yīng)的嘌呤受體結(jié)合時(shí),即可產(chǎn)生相關(guān)電流,此電流具有外向整流性,但無(wú)時(shí)間依賴(lài)性,其中對(duì)腎上腺素能受體激動(dòng)劑較為敏感。大鼠心室肌細(xì)胞相關(guān)研究表明,ADP和ATP能激活I(lǐng)cl,ATP,而AMP和腺苷酸無(wú)特殊作用,因而可以推斷這種作用是通過(guò)嘌呤能P2受體。在通道研究過(guò)程中,為了更進(jìn)一步證實(shí)推斷的正確性,通常借助模型進(jìn)行模擬研究,譬如,在與記憶退行性病變的腦疾病相關(guān)蛋白研究中,淀粉樣β蛋白(A-β)離子通道結(jié)構(gòu)模型已有較完整闡述[20]。
