CFTR型氯离子通道研究进展

囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）是一种重要的氯离子通道,突变易引起囊性纤维化病变,故得名。一系列研究表明,CFTR由5个结构域组成：两个跨膜结构域形成氯离子通道;两个核苷酸结合结构域调节通道的开闭;一个调节结构域主要影响氯通道的活动。这些结构域通过协同作用共同控制了氯离子的跨膜流动,而一些突变可以影响细胞功能而导致囊性纤维化的发生。本文通过介绍CFTR基本结构、调节机制、与囊性纤维化病变的关系及针对CFTR的治疗而对CFTR型氯离子通道有一个的全面的理解。     

用于治疗囊性纤维化的药物Lumacaftor

囊性纤维化(CF)是一种严重威胁生命的遗传性疾病,该病系由CF跨膜传导调节蛋白(CFTR)的缺陷所引起。正常的CFTR为1种存在于细胞膜上的氯离子通道蛋白,氯离子可通过此通道蛋白自由进出细胞,细胞也可分泌1层稀薄的黏液以保护气道上皮。若cftr基因出现G551D突变,CFTR的通道就不能正常开放,氯离子也就无法自由地进出细     

囊性纤维化跨膜电导调节体:ATP结合和水解门控Cl-通道

囊性纤维化跨膜电导调节体（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR）是一种Cl^-通道,属于ATP结合（ATP-binding cassette,ABC）转运体超家族。CFTR功能缺陷是高加索人种中普遍存在的致死性常染色体隐性遗传疾病囊性纤维化（cystic fibrosis,CF）发生的主要原因。这种疾病患者各组织上皮细胞内Cl^-转运失调。目前,与CF相关的不同突变超过1400种。CFTR调节（regulatory,R）域负责调控,核苷酸结合域（nucleotide-binding domains,NBDs）NBD1和NBD2负责ATP结合和水解门控。近期研究发现CFFR的NBDs与其它ABC蛋白一样可以二聚化。二聚化过程中,NBD1和NBD2首-尾相连,一个NBD上的WalkerA和B模块与另一个NBD提供的标签序列（signature sequence）形成ATP结合袋（ATP-binding pockets,ABPs）ABP1和ABP2。ABPs中与ATP结合相关的氨基酸突变实验揭示,ABP1和ABP2在CFTR的ATP依赖门控中发挥不同作用。ABP2由NBD2上的WalkA和B模块与NBD1提供的标签序列形成,它与ATP结合催化通道开放,而ABP1单独与ATP结合不能促进通道开放,只能稳定通道构象。有一些CFrR突变相关疾病的特征就是门控失调,进一步深入研究CFTR的NBD1和NBD2如何通过相互作用而达到通道门控,将为药理学研究提供更多所需的机制信息,有利于为CF治疗的药物设计铺平道路。     

甲氧基黄酮类化合物对囊性纤维化跨膜电导调节因子的激活作用

囊性纤维化跨膜电导调节因子(CFTR)是一种c AMP依赖的Cl-通道蛋白,其在上皮液体分泌过程中具有重要作用。本研究组在前期工作中观察到两种甲氧基黄酮类化合物3’,4’,5,5’,6,7-六甲氧基黄酮(HMF)和5-羟基-6,7,3’,4’-四甲氧基黄酮(HTF)能够有效地激活CFTR Cl-通道,但是作用机制尚不清楚。本研究旨在利用细胞荧光淬灭模型和短路电流技术系统研究HMF和HTF对CFTR Cl-通道的激活作用。荧光淬灭实验结果显示两种化合物均能以剂量依赖的方式激活CFTR Cl-通道,该激活作用具有快速、可逆的特点,可被CFTR特异性抑制剂CFTRinh-172完全抑制;引人注目的是,HMF(EC50=2μmol/L)是迄今发现的亲和力最高的黄酮类CFTR Cl-通道激活剂。HMF和HTF对CFTR Cl-通道的激活作用具毛喉素(forskolin,FSK)依赖特性,与FSK和3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(3-Isobutyl-1-methylx,IBMX)的作用存在相加效应,但是与三羟基异黄酮(genistein,GEN)的作用之间不存在协同效应。离体组织研究结果显示,HMF和HTF能够显著促进大鼠结肠粘膜Cl-电流及小鼠气管粘膜下腺液体分泌。以上结果提示,HMF和HTF能够通过提高c AMP水平和直接与CFTR蛋白作用两条途径发挥CFTR Cl-通道激活作用。本研究为深入揭示黄酮类CFTR Cl-通道激活剂结构与功能之间的关系奠定了基础。     

基于蛋白质剪接的BHK细胞Ser~(660)前断裂的CFTR基因转移

利用内含肽(intein)的蛋白质反式剪接技术,研究双载体真核细胞转囊性纤维化跨膜电导调节体(CFTR)基因,通过翻译后连接成为完整的功能性CFTR蛋白.应用基因重组技术,将人CFTRcDNA于剪接反应所需保守残基Ser660前断裂为N端和C端两部分,分别与split Ssp DnaB intein编码序列融合,构建到真核表达载体pEGFP-N1和pEYFP-N1.用脂质体将这对载体共转染至幼年仓鼠肾细胞(BHK),48h后Western印迹观察CFTR蛋白质的连接,并用全细胞和单通道膜片钳技术记录Cl-通道电流.基因共转染细胞可观察到明显的由蛋白质反式剪接形成的完整CFTR蛋白,膜片钳记录到较高的全细胞Cl-电流和与转野生型CFTR基因细胞相似的单Cl-通道开放活性,提示CFTR功能的恢复.内含肽可作为一种技术策略用于双载体转CFTR基因,为应用双腺相关病毒载体(AAV)转基因的囊性纤维化疾病(CF)基因治疗提供了依据.     

PLoS Gene：研究表明囊性纤维化是两种类型疾病

一项由美国匹兹堡大学医学院多中心团队完成的新研究提示：囊性纤维化（CF）其实是两种不同的疾病。一种影响多个器官包括肺，一种不影响肺。这项研究发表在PLOS Genetics杂志上，揭示了与囊性纤维化相关基因变异中的9个可导致胰腺炎。鼻窦炎和男性不育症。但却不对肺部造成伤害。 CF患者继承分别来自父母各方的CFTR基因的一个严重突变拷贝，CFTR生成那些构成通道来转运氯化物分子进出细胞的蛋白质，研究员David Whitcomb医学博士表示：没有功能性CFTR通道会导致出现问题，例如CF有关的慢性肺阻塞。     

ClC型氯离子通道的研究

ClC型氯离子通道是一类分布广泛的阴离子通道,参与多种生理过程,如pH及静息膜电位和兴奋性的调节、细胞内囊泡的酸化和细胞体积调节等,其基因突变或功能异常都可导致多种疾病的发生。对于ClC型氯离子通道结构与功能关系的研究,有助于理解相关疾病的分子机制。本文简要介绍了ClC型氯离子通道的分类与性质、分子结构与作用机制、以及结构和表达异常所导致的主要生理变化和疾病。     

囊性纤维化跨膜转运调节体氯离子通道——跨上皮离子转运的多功能引擎

囊性纤维化跨膜转运调节体（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR）是ATP结合转运体超家族（ATP-binding cassette transporter superfamily）的一名特殊成员,因为它是一个具有相当复杂调控机制的氯离子通道。CFTR由五个结构域（domain）组成：两个跨膜结构域（membrane-spanning domains,MSDs）,两个核苷酸结合域（nucleotide-binding domains．NBDs）和一个特殊的调控域（regulatory domain,RD）。MSDs构成一个低电导（6-12pS）的阴离子选择性孔道（pore）,其形状如同不对称的沙漏,胞外小胞内大,狭窄部分为离子筛。两个NBDs组成头尾相对的二聚体,在二聚体之间的接触面上有两个能和ATP结合的位点（位点1和位点2）。CFTR的门控机制是：ATP分子与位点1和2相互作用促使NBD二聚体的结合与解离,从而引起MSDs的构象发生变化进而使通道孔打开和关闭。RD具有多样化的结构,它含有多个磷酸化共有位点（consensus　phosphorylation　sites）。RD的磷酸化促进NBDs与ATP的结合,从而使CFTR得以激活。CFTR通过支架蛋白与其它膜受体以及蛋白激酶、磷酸酶形成大分子信号复合体。在复杂的细胞信号系统参与下,CFTR的功能活动在时间和空间上得到精确的调控。此外,CFTR的活动与细胞代谢有紧密联系：CFTR与代谢酶形成大分子复合体,当细胞能量需求增加时,CFTR活动会受到抑制而使细胞能量得以保存。CFTR广泛分布于机体上皮组织,它通过促进水盐转运而控制上皮细胞分泌物的量与组成。值得注意的是,在呼吸道,CFTR还对机体的防御机制起重要作用。CFTR功能失常严重影响跨上皮离子转运,进而引起或加重某些疾病。     

TMD2前断裂CFTR翻译后的连接及氯离子通道功能

CFTR基因突变导致一种常染色体隐性遗传疾病——囊性纤维化(CF)。利用split Ssp DnaB intein的蛋白质反式剪接技术的真核细胞双载体转CFTR基因,旨在研究翻译后水平CFTR的连接,以及由其建立的氯离子通道功能。于CFTR膜内第2个跨膜结构域(TMD2)前的Glu838密码子后将其cDNA断裂为N端和C端两部分,与具有蛋白质反式剪接作用的split Ssp DnaB intein编码序列融合,分别插入到载体pEGFP-N1和pEYFP-N1,构建一对真核表达载体pEGFP-NInt和pEYFP-IntC。用脂质体将这对载体共转染至幼年仓鼠肾细胞(BHK),瞬时表达实验用Western blotting观察CFTR蛋白质的连接,并用膜片钳技术记录Cl-通道电流。结果显示,基因共转染细胞呈现完整的CFTR蛋白条带,膜片钳记录到全细胞Cl-电流和单个Cl-通道开放活性。结果表明split Ssp DnaB intein的蛋白质反式剪接技术可用于双载体共转移CFTR基因,为CF基因治疗应用双腺相关病毒载体(AAV)转运CFTR基因,克服AAV的容量限制提供了依据。     

瞬时受体电位通道在心脑血管系统疾病中的研究进展

瞬时受体电位(TRP)通道是一类重要的非选择性阳离子通道,其家族成员众多,参与多种生理病理过程。其中,TRP通道的异常表达及功能改变与心脑血管疾病的发生发展密切相关。近年研究发现,通过拮抗或者激活TRP通道可以调节血管内皮和血管平滑肌功能,参与心脑血管疾病的调控。该文主要从TRP通道的结构及各亚家族蛋白基于血管内皮和血管平滑肌对心脑血管系统疾病的作用及机制作一综述,为心脑血管疾病的防治提供新思路。     

氯离子通道CFTR在肝脏慢性炎症中的作用

目的分析囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR)敲除小鼠肝组织中炎症相关因子的表达变化,为进一步探讨CFTR在调节肠肝微生态平衡中的作用奠定理论基础。方法利用CFTR基因敲除小鼠肝组织,采用Western blot检测炎性细胞因子JNK和AKT活性的变化。结果 CFTR敲除小鼠肝组织中炎性细胞因子JNK和AKT的活性表达均有显著提高。结论 CFTR具有抑制炎症发生发展的作用。     

肠道运动疾病与情绪异常共病发生的TRP通道机制

肠道运动疾病与情绪异常共病是全球关注的健康问题。研究表明,瞬时受体电位(transient receptor potential, TRP)通道可调节肠道运动、菌群和稳态,并参与情绪的发生发展,其系统机制有待研究阐明。本文综合肠道运动障碍相关神经递质、激素、Ca²⁺、肠道菌群与TRP通道的生理病理变化,相较于情绪异常相关的肠道运动与TRP通道,提出肠道运动疾病与情绪异常共病发生的TRP通道机制,以期为脑-肠与肠-脑系统稳态调控相关疾病的诊疗提供新思路。     

大电导钙激活钾通道（BKCa）及其开放剂研究进展

大电导钙激活钾通道（BKCa）广泛分布在哺乳动物各种组织（不含心肌细胞）中,并参与细胞内信号转导、细胞的兴奋及代谢调节等生理过程。BKCa功能异常牵涉到特发性癫痫、高血压等疾病的发生。BKCa通道是治疗高血压、尿失禁、哮喘、冠心病及缺血性脑中风等疾病的潜在药物靶点。探索高活性、高选择性、细胞通透性优良、类药性好的BKCa通道开放剂,不仅有助于阐明BKCa通道在生理病理条件下的作用机制,而且为治疗心脑血管疾病的药物研发奠定基础。对各类BKCa通道开放剂做一概述。     

鸟苷素家族的研究进展

鸟苷素家族是近年来发现的调节肠道与肾脏水和电解质分泌的激素,可与其受体鸟苷酸环化酶C(GC—C)结合,激活GC—C,使细胞内环磷酸鸟苷(cGMP)升高,激活囊性纤维化跨膜电导调节剂(CFTR)氯离子通道,调节水和电解质的分泌。盐的摄入量可以影响鸟苷素和尿鸟苷素mRNA的表达。最近发现,尿鸟苷素基因敲除的小鼠在肠道给予钠盐负荷后排泄钠盐的功能明显降低,血压明显升高。鸟苷素家族可能参与心脏、肾脏等疾病的病理生理过程。     

内含肽介导的氯离子通道蛋白CFTR的反式剪接

研究利用内含肽(intein)的蛋白质反式剪接功能在大肠杆菌中对囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane regulator, CFTR)的反式剪接作用.CFTR基因突变导致一种常染色体隐性遗传疾病囊性纤维化(cystic fibrosis, CF).将CFTR的cDNA于剪接反应所需的保守性氨基酸残基Ser-660前断裂为N端和C端,分别与split mini Ssp DnaB 内含肽的106个氨基酸残基的N端和48个氨基酸残基的C端编码序列融合,构建到原核表达载体pBV220 诱导表达后SDS-PAGE可见预期大小剪接形成的CFTR蛋白条带,Western印迹用CFTR特异性抗体进一步证明为剪接所产生的CFTR蛋白,表明内含肽可有效催化CFTR的反式剪接.     

定量检测囊性纤维化跨膜传导调节因子BA-ELISA方法的建立与评价

目的:建立一种定量检测囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)的生物素-亲和素ELISA(BA-ELISA)方法并评价其可靠性。方法:优选设计CFTR三个表位的大肠杆菌表达抗原,免疫新西兰白兔获得CFTR多克隆抗体,用纯化后的抗体包被酶标板,并用生物素对其标记,从人精子提取CFTR作为抗原,用辣根过氧化物酶偶联的亲和素检测,优化两种抗体浓度及实验参数,建立可定量检测CFTR蛋白的双抗体夹心BA-ELISA方法;用临床精子标本评估所建立方法的重复性、特异性等。结果:CFTR包被抗体和生物素化CFTR抗体最适浓度分别为4μg/ml和10μg/ml,最佳封闭液为1%BSA-PBST,抗原与包被抗体最佳反应时间60 min,底物显色最佳时间15 min。批内、批间变异系数分别为2.16%~9.23%和2.29%~11.71%,包被的CFTR抗体与精子胞浆蛋白无交叉反应,最低检出下限为0.15 ng/ml,标准反应曲线具有良好的线性关系R2=0.962。结论:成功创建了定量检测CFTR蛋白的ELISA方法,具有特异性强、灵敏度高等特点。     

电压门控钠离子通道β亚基的研究

电压门控钠离子通道对Na+的选择性通透是神经元等兴奋性细胞产生动作电位的基础。该通道为跨膜蛋白,主要是由形成孔道的α亚基和一个或几个辅助性的β亚基组成,近年来发现,β亚基对α亚基的调节主要是在调节钠通道的膜上表达和亚细胞定位方面。由于β亚基的突变不仅能够引起动作电位的传导异常,导致神经元功能障碍,引发多种心脏系统疾病,包括恶性心律失常、Brugada综合征、QT间期延长综合征及其他传导性疾病,还能引起亨廷顿病(Huntigton’s diaease,HD)等神经系统疾病。本文就近几年钠离子通道β亚基生理功能的研究及其突变体与疾病的关系等方面作一阐述。     

囊性纤维化基因产物的新功能

囊性纤维化(CF)基因克隆两年来,对其蛋白质产物的功能不断有新的发现。过去许多研究证明,CF蛋白具有氯离子(Cl~-)通道作用。在CF患者中,CF蛋白发生异常,导致Cl~-分泌失调,不能正常通过细胞膜,水分排出较正常减少,因而形成一些典型体征如咸味皮肤和呼吸道内粘稠浓痰,后者又为致死性感染菌假单胞属细菌提供了滋生场所。最近,Qais Al-Awqati证明,CF蛋白作为跨膜传导调节因子(transmembrane conductance regulator,CFTR)在     

电压门控钠离子通道β4亚基的研究进展

电压门控钠离子通道由一个功能性的α亚基孔道蛋白和几个起辅助作用的β亚基组成。已知的4种β亚基共同调节钠离子通道的功能,并且在控制神经兴奋性、细胞黏附、迁移等方面发挥重要作用。其中β4亚基是钠离子通道的阻遏蛋白,可以诱导产生复苏电流。当β4亚基在基因或蛋白质水平表达异常时,会导致多种疾病的发生,如神经退行性疾病、长QT综合征等。我们简要综述了β亚基的结构与功能、各β亚基之间的关系、β亚基异常表达与相关疾病,以及β亚基与钠通道抑制剂的相互作用,并对β4亚基的研究发展方向予以评述。     

下丘脑KATP通道与糖代谢

下丘脑葡萄糖反应神经原表面ATP敏感的钾离子（KATP）通道对于血糖浓度调节发挥着重要的作用.胰岛素、长链脂肪酸、葡萄糖及其代谢物等均可以激活KATP通道,通过迷走神经而限制肝脏的葡萄糖生成,以保持血糖浓度的相对恒定.KATP通道调节异常可能导致Ⅱ型糖尿病等的发生,因此下丘脑KATP通道与糖代谢关系的研究为相关疾病的治疗带来新的希望.