HCN 通道在生物胃肠道起搏机制中作用研究现状

HCN通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels)是一种超极化激活的,钠、钾、钙离子混合通透的,直接受cAMP调控的离子通道,在人体内的分布具有一定的组织和细胞特异性,其不仅与神经系统疾病联系紧密,与胃肠道动力障碍疾病也存在一定联系。对HCN通道生理功能、在胃肠起搏电流形成中作用及与疾病的关系的深入了解,必将对今后的研究以及临床治疗有实际意义。     

超极化激活的环核苷酸门控性阳离子通道（HCN）与疾病的相关性

超极化激活的环核苷酸门控的阳离子通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gate cation channel,HCN)是一种特殊的阳离子通道,存在于神经细胞、小肠间质细胞、窦房结细胞或心脏细胞等具有自律性的细胞膜上,是产生过度激活正离子电流的结构基础,被认为是起搏细胞的重要特征。HCN离子蛋白通道不但与细胞凋亡以及电流传导有着密切关系,而且还与多种生命活动过程密切相关,近年来,已涉及到疼痛、癫痫、心律失常、消化道系统等许多疾病,特别是有关神经系统方面的疾病,下面将超极化激活的环核苷酸门控性阳离子通道(HCN)与疾病的关系综述如下。     

超极化激活的环核苷酸门控通道（HCN 通道）抑制剂的研究进展

超极化激活的环核苷酸门控通道(HCN通道)有四个亚型,分别为HCN1-4。HCN通道各亚型之间的基本结构相似,在许多组织中均有表达,其中以大脑和心脏组织中表达最为丰富。HCN通道既参与所在组织的正常生理功能,也与所在组织的病理状态密切相关。如神经损伤引起的神经源性疼痛常检测到HCN1通道表达量的增加,肥厚性心肌病和终末期心力衰竭等病理状态下常检测到心室肌细胞HCN4 mRNA及HCN2 mRNA表达增加。鉴于HCN通道与许多疾病密切相关,因此,以其为靶点来治疗相关疾病成为可能,但是由于HCN通道分布广泛,而目前该通道阻滞剂均为非选择性亚型抑制剂,临床应用时不可避免的引起副反应,因此发展选择性HCN通道亚型抑制剂就显得刻不容缓。本文就HCN通道抑制剂的研究发展做进一步探讨。     

HCN 通道在神经系统中的分布及功能

超极化激活的环核苷酸门控的阳离子通道(hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated channels,HCN),分为四个亚型:HCN1、HCN2、HCN3和HCN4。关于其在神经系统中作用的研究有很多,但是有些研究的结果似乎是矛盾的,这些矛盾的结果可能与其分布特点有关。在神经系统中,HCN通道的各个亚型的分布具有差异,这决定了其作用的差异性,因此在不同区域有其特定的生理功能。本文从不同脑区、脊髓及外周DRG等方面综述了HCN通道4个亚型在神经系统的分布,并且针对具体组织、核团分析其作用和生理功能。     

HCN通道在神经系统中的功能和作用

HCN通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels)是一种超极化激活的,选择性通透K 、Na ,直接受cAMP调控的离子通道,其在神经系统中有多方面的功能并与癫痫等神经疾病有关系.对HCN通道正常生理功能以及与疾病的关系的深入认识,必将对今后的研究和临床有深远的意义.     

神经病理性疼痛增强HCN2通道在大鼠触液核的表达

本文旨在研究超极化激活环核苷酸门控通道亚型2(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels subtype2,HCN2)在触液核的分布及其在神经病理性疼痛条件下的表达变化,以期为揭示触液核的生物学功能及神经病理性疼痛的调控机制提供实验依据。以Sprague-Dawley(SD)大鼠为实验动物,用坐骨神经慢性压迫损伤(chronic constriction injury,CCI)法制作神经病理性疼痛模型,用侧脑室注射辣根过氧化物酶标记的霍乱毒素B亚单位复合物(CB-HRP)特异性标记触液核神经元,用热缩足潜伏期及机械缩足阈值作为定量指标研究痛行为,用免疫荧光法及Western blot检测触液核HCN2通道蛋白及c-Fos蛋白的表达量。结果显示,与正常大鼠相比,接受侧脑室CB-HRP注射的大鼠痛阈及触液核HCN2、c-Fos表达均无明显变化;而CCI术后第7、14天,神经病理性疼痛模型大鼠痛阈显著下降,且触液核神经元的HCN2通道蛋白及c-Fos蛋白的表达显著增加。使用HCN2阻断剂ZD7288后,CCI致痛大鼠痛阈显著提高,触液核神经元HCN2通道蛋白及c-Fos蛋白的表达较相应时间点模型组显著降低,以术后第7、14天为明显。以上结果提示,触液核可能参与了神经病理性疼痛的调制,且通过HCN2通道发挥重要作用。     

HCN2阳离子通道:缓解疼痛的新靶点

疼痛长期困扰人类健康,其发病机制纷繁复杂,究竟谁在其中扮演了重要的作用是目前亟待解决的重大问题。随着对疼痛研究的不断深入,超极化激活的环核苷酸门控通道逐渐引起广泛关注。在炎性痛和神经病理性痛过程中,它都扮演了至关重要的作用,其数目改变和开放频率增加都参与介导了疼痛部位的异常放电,成为诱发疼痛的开关。在给与阻断剂或敲除通道2亚型后,能明显缓解炎性痛和神经病理性痛的不良反应,成为可以缓解疼痛发生的新靶点。超极化激活的环核苷酸门控通道在机体分布广泛,参与多种重要生理功能的调节,但目前还没有针对该门控通道某种亚型的特异性阻断剂。在今后,也许超极化激活的环核苷酸门控通道会成为临床治疗疼痛的新靶点,该通道的特异性药物也将为广大患者带来新的福音。     

人HCN4通道的滞后现象:影响窦房结起搏的潜在决定因素(英文)

超极化活化环核苷酸门控(hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide-gated,HCN)通道参与调制心脏跳动的节律和速率。与HCN1和HCN2有所不同,慢通道HCN4可能不存在电压依赖的滞后现象。本研究采用单细胞膜片钳方法,在稳定转染hHCN4的HEK293细胞上进行电生理记录,观察hHCN4通道是否存在滞后现象,以及cAMP对其的调制作用;同时采用实时定量RT-PCR方法检测窦房结和心房组织中HCNs的表达。电压钳实验结果显示hHCN4电流(Ih)激活随着保持电位超极化的变化而向去极化方向移动。三角电位变化钳(triangular ramp)和动作电位钳的结果也显示了hHCN4的滞后现象。cAMP增加Ih电流幅度,且使电流激活向去极化方向移动,从而改变内源性hHCN4滞后行为。RT-PCR结果显示,人窦房结组织主要表达HCN4,占75%,HCN1占21%,HCN2占3%,HCN3占0.7%。以上结果提示,人窦房结组织主要表达HCN4亚型,hHCN4的Ih存在电压依赖性的滞后现象,且受cAMP调制。由此推断,hHCN4通道的滞后现象可能在窦房结起搏活动中起到了关键作用。     

用生物学方法重建心脏起搏点的研究进展

正常人的心脏节律源于右心房的天然起搏点（pacemaker）——窦房结。窦房结的功能异常或者房室传导阻滞会导致心率异常（如心律缓慢）。治疗严重的心动过缓需要植入在技术上已经相当成熟的电子起搏器,但这种治疗存在一些缺陷和不足。近年来,在动物实验模型中应用基因或细胞来重建心脏的生物起搏点已经取得了进展。超极化活化环核苷酸门控（hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide-modulated,HCN）通道（起搏通道）通过超极化活化的阳离子电流（hyperpolarization-activated cation current,It）调制心脏的自律性。利用病毒载体或转染HCN基因的细胞将HCN基因导入动物心脏内可重建生物起搏点。也有导入其它基因或植入自律细胞来探索心脏起搏点的重建。本文总结了重建心脏生物起搏点的一些研究进展。一旦稳定性和寿命等关键问题得到相应解决,遗传工程改造的生物起搏点可用于治疗严重的心动过缓。     

HCN通道在爪蟾卵母细胞中的功能表达

目的:建立爪蟾卵母细胞表达的HCN通道的细胞模型,研究其生物学特性,并为药物评价建立细胞模型。方法:将HCN1及HCN2的互补DNA(c DNA)体外转录为互补RNA(c RNA)后,分别注射至去除滤泡膜的非洲爪蟾卵母细胞中,表达1~3 d后采用双电极电压钳技术记录其电流。结果:在爪蟾卵母细胞表达的HCN1及HCN2通道的同聚体细胞模型上,记录到了超极化激活的内向阳离子电流,此电流被称为Ih电流,可被HCN通道特异性阻断剂Cs Cl所阻断;在1 mmol/L的Cs Cl作用下,HCN通道产生的电流幅度显著减小,在-140 m V水平,HCN1电流幅度减少率为83.4%±9.5%(n=5,P0.001),HCN2产生的电流幅度减少率为99.7%±0.6%(n=4,P0.001)。结论:建立了表达HCN1及HCN2通道的爪蟾卵母细胞模型,为研究HCN通道生物学特点以及药物评价奠定了基础。     

大鼠纹状体神经元中乙酰胆碱激活的离子通道

用膜片钳技术对培养的纹状体神经元膜上的乙酰胆碱激活的离子通道进行了研究。结果表明,单通道电流为内向电流,随着超极化程度增大而增加,随着去极化程度增大而减少;翻转电位为１５．０±６．１ｍＶ,电导为８２．７１±１６．１７ｐＳ;通道的开放时间分布直方图和关闭时间分布直方图均需双指数拟合,开放时间分布直方图的时间常数分别为１．９３ｍｓ和５．７３ｍｓ,关闭时间分布直方图的时间常数则为０．５２８ｍｓ和２．３２ｍｓ;通道的平均开放时间和开放概率均与超极化程度无明显相关关系。由于电极液中含ＡＣｈ和Ｋ￣＋通道阻断剂Ｃｓ￣＋而不含Ｎａ￣＋或Ｃａ￣（２＋）,且浴槽液中含Ｎａ￣＋通道阻断剂河豚毒素,因此可排除内向Ｎａ￣＋流、Ｃａ￣（２＋）流和Ｋ￣＋流,提示内向电流为ＡＣｈ激活的通道电流。     

大脑皮层神经元NMDA受体的单通道特性

本文用膜片箝技术对机械分离培养的大鼠大脑皮层神经元胞体上的ＮＭＤＡ受体的单通道特性进行了研究,实验用细胞贴附和内面向外两种形式记录单离子通道的活动。电极液内含有ＮＭＤＡ或Ｌ－门冬氨酸时,在皮层神经元上常见电导为３５ｐＳ的离子通道。通道对Ｎａ＋,Ｋ＋非选择性通透,对Ｃｌ－不通透,其平均开放时间和开放概率随超极化程度增大而降低。开放、关闭时间及ｂｕｒｓｔ时程的分布直方图均需双指数拟合。Ｍｇ２＋以电压和浓度依赖性的方式减小通道开放时间,ＡＰＶ能阻断通道活动,温度降低使通道开放时间延长及电流幅度减小。本文结果表明大脑皮层神经元上ＮＭＤＡ受体通道活动自身具有电压依赖性,因此提示ＮＭＤＡ受体通道的正常功能活动可能依赖于某些细胞内调控过程的存在。     

热敏TRPV3通道的门控调节与功能研究进展

TRPV3通道是一种对Ca2+具有较高选择通透能力的非选择性阳离子通道。它是TRPV通道家族的一员,在多种组织中均有分布。TRPV3通道可以被温热温度(31~39℃)及多种化学激动剂所激活,并受到机体内受到多种生理因子的调控。TRPV3通道在维持机体正常生理功能中具有重要作用。研究发现TRPV3通道基因的缺失或异常会导致毛发生长异常或皮肤病的发生,特别是近期发现TRPV3通道的获得性功能突变会导致一种比较罕见的人类遗传性疾病——奥姆斯特德综合征(Olmsted syndrome,OS)。本文从TRPV3通道的分布、功能、调控以及靶向药物开发等方面进行了概述。     

TRP通道与自噬相关性的探讨

TRP通道(Transient Receptor Potential,瞬时受体电位通道)是细胞内重要的Ca~(2+)调控通道,其在细胞内有着独特的分布及其能与其它钙离子传感元件特定地相互作用。TRP通道蛋白通过对Ca~(2+)的调控发挥调节细胞的多种生理活动,如自噬和凋亡等。其中细胞质膜或是细胞器膜上的这些钙离子通道开放后可提升胞质[Ca~(2+)]i,为自噬的启动提供Ca~(2+)。自噬启动的初衷是为了使细胞能够在缺氧、营养匮乏及病理因素等应激状态下降解细胞内某些细胞成分满足某些重要生理活动的物质需求,但有大量的研究显示过度的自噬可导致细胞发生与凋亡相关的细胞程序性死亡,因而TRP通道对自噬的调控作用与疾病的发生、发展紧密相连,如TRPML1(Transient Receptor Potential mucolipin-1)与IV型粘膜脂质沉积症相关。根据目前对TRP通道与自噬的研究结果来看,不同的TRP通道可通过不同的机制升高胞质[Ca~(2+)]i,这都与不同TRP通道蛋白在细胞内的特定分布有关,如TRPV(Transient receptor potential vanilloid)通道主要在细胞质膜或内质网膜上调控Ca~(2+),而TRPML则主要在溶酶体上发挥作用,但具体分子通路激活机制尚需进一步研究。     

离子通道受其辅助亚基及外源性毒素调控的作用机制

离子通道是一类位于细胞膜上的跨膜蛋白,可以在电压、配体结合或机械力的作用下开放或关闭,并允许特定离子通过其跨膜孔道进出细胞.辅助亚基是一类单次跨膜或两次跨膜蛋白,可以与离子通道α亚基相互作用,改变其膜上表达量、电导特性等,同时会影响通道对药物的敏感性.动物毒素是一类含二硫键的多肽,可以选择性结合到离子通道特定位点上,产生抑制激活、延缓失活或异常开放等不同通道特性的改变.本文就近年来本实验室在离子通道受其辅助亚基及外源性毒素调控的作用机制研究方面的进展进行简要综述.     

Sigma-1受体在慢性疼痛中的调节作用及其神经机制

Sigma-1受体（sigma-1 receptor, Sig-1R）属于配基依赖性的分子伴侣蛋白质,广泛表达于神经系统的多个区域,并可通过结合多种类型的阳离子通道及G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors, GPCRs）对它们介导的细胞内效应进行调控,或是在内质网和线粒体相关膜结构上对细胞内Ca2+的稳态进行调节。在包括神经病理性疼痛、炎性疼痛及内脏痛的多种类型慢性疼痛疾病中,Sig-1R均可不同程度地参与痛觉过敏的调控作用。针对不同的慢性疼痛疾病类型,Sig-1R可表现功能相反的调控作用,即在大部分慢性疼痛疾病中表现对疼痛发生发展的促进作用,而在外伤性脑损伤为代表的部分疾病中表现抑制疼痛,缓解损伤神经的作用。在Sig-1R调节慢性疼痛的调节神经机制方面,Sig-1R一方面可通过对痛觉信息的传递,包括神经元的内在兴奋性以及神经元间突触传递调节两个方面进行直接的调节,另一方面可通过对各类细胞因子、趋化因子以及包括星形胶质细胞和小胶质细胞在内的神经免疫细胞活动的调节影响炎症反应过程,并间接影响疼痛反应。本文就Sig-1R参与不同类型慢性神经系统性疾病的调控作用做一综述。     

PPARγ在神经系统发育及相关疾病中的研究进展

过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)作为配体依赖型核内转录因子,是经典的脂代谢调控因子,参与机体脂肪生成、葡萄糖代谢、血管生成和炎症发生等多种生物过程。除了在脂肪酸代谢活跃部位高水平表达, PPARγ在神经系统也大量存在,近年来越来越多的研究开始关注PPARγ在神经系统中扮演的角色。本文综述了PPARγ在神经系统发育及相关疾病发生发展中的重要作用:PPARγ通过调控机体炎症反应因子参与神经系统炎症过程;在中枢神经系统或周围神经系统发生外因损伤时, PPARγ通过抑炎或促进再生表现出神经保护功能;在帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病中,调控PPARγ的表达可以起到延缓病程或临床治疗的效果;在视网膜病变中, PPARγ可以通过保护视网膜神经节细胞起到缓解作用。这些总结工作可以为PPARγ在神经系统发育和相关疾病进程中的调控机制研究及配体类药物开发提供参考资料。     

组胺对脊髓α-运动神经元兴奋性的易化作用及其离子机制（英文）

脊髓α运动神经元直接支配骨骼肌活动,是躯体运动和行为控制的最后公路(final common path)。因此,运动神经元兴奋性调控对于运动行为的执行至关重要。事实上,脊髓运动神经元接受多种神经调质的传入,尤其是单胺能神经调质。然而,组胺和下丘脑组胺能神经系统对脊髓运动神经元的调控作用及其下游离子机制至今仍不清楚。本研究采用大鼠脊髓脑片细胞内记录方法,发现组胺H1和H2受体的激活均能增强脊髓α运动神经元的重复放电行为和兴奋性。钾通道的关闭和钠-钙交换体的激活共同参与了H1受体激活介导的脊髓运动神经元的兴奋,而超极化激活的环核苷酸门控(hyperpolarizationactivated cyclic nucleotide-gated, HCN)通道的开放则负责H2受体激活介导的兴奋性效应。以上结果提示,通过切换与组胺受体相耦联的离子通道和交换体的功能状态,组胺可以有效地偏置脊髓α运动神经元的兴奋性,而下丘脑组胺能神经传入很可能以这种方式直接调控最终的运动输出并主动调节脊髓运动反射和运动执行。     

化合物QO-58对KCNQ1/KCNE1/IKs通道电流调节作用的研究

慢激活延迟整流钾电流(slowly activated delayed rectifier potassium current,IKs)由KCNQ1通道与KCNE1通道共同编码。KCNQl或KCNEl通道电流功能上调能够引发短QT综合征。全新化学结构化合物QO-58对KCNQ1-5通道具有开放作用。该文采用电生理膜片钳技术探讨QO-58对KCNQl/KCNEl/IKs通道电流作用,观察QO-58的心脏电生理毒性。结果表明,化合物QO-58能够浓度依赖性地增大KCNQ1/KCNE1通道电流,并且引起KCNQ1/KCNE1通道电流电压关系曲线向超极化方向移动。QO-58能够轻微增大豚鼠心室肌IKs通道电流,但对豚鼠乳头肌动作电位时程无显著影响。结果提示,QO-58心脏电生理毒性较低,具有进一步研发成为治疗兴奋性增强等相关疾病的新型药物的潜力。     

气道上皮细胞P2Y嘌呤受体:从离子转运到免疫功能(英文)

水盐的转运调控对呼吸道、生殖系统以及消化道等多个器官系统的整体功能都至关重要。气道上皮的液体分泌就是通过离子转运产生的渗透压所驱动的,而这种腔面方向渗透梯度的决定因素则是氯离子(Cl-)的外向转运。在各类上皮细胞中,多种经典的信号转导级联都与离子运输的调节相关,其中包括两个为人熟知的胞内信号系统:细胞内钙离子浓度([Ca2+]i)的升高,以及环核苷酸,如环腺苷酸(cAMP)合成率的升高。Cl-的分泌主要是通过开放上皮细胞顶膜面Ca2+激活或cAMP激活的Cl-通道。另外基底面Ca2+激活或cAMP激活钾离子(K+)通道的开放同样对离子跨上皮转运的调节起重要作用,会使细胞超极化从而保持顶面Cl-通道开放,并持续释放Cl-。P2Y受体表达于几乎所有极性上皮的顶膜或基底膜面,并调控分泌液体与电解质的运输。人气道上皮细胞中有多种核苷酸受体的表达。细胞外核苷酸,如UTP和ATP,都是能发动钙离子浓度升高的促分泌素。它们从气道上皮细胞释放到胞外,又以自分泌的形式作用于上皮细胞并刺激跨膜离子转运。与此同时,最新研究结果证明在支气管上皮细胞与其它免疫细胞中,P2Y受体还具有分泌炎症因子的功能。