G蛋白偶聯(lián)受體對(duì)T型鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展

黃 沙，黃東陽(yáng)，張海林

（河北醫(yī)科大學(xué)藥理學(xué)教研室，河北石家莊 050017）

T型鈣通道又稱(chēng)低電壓激活鈣通道（LVA鈣通道）是一種電壓依賴(lài)型鈣離子通道，其組織分布廣泛，在調(diào)控神經(jīng)放電、激素分泌、平滑肌收縮等生理過(guò)程中具有重要的作用［1］。1975年Hagiwara等［2］使用雙電極電壓鉗的方法證實(shí)不同鈣通道的存在，然而區(qū)分出多種鈣通道是在1984～1985年，利用單通道膜片鉗技術(shù)，人們直接地記錄到了T型鈣電流［3］，此類(lèi)通道的單通道電導(dǎo)非常低，約為5～9 pS（110 mmol·L－1Ba2＋），因此又被稱(chēng)為小電導(dǎo)型電流。T型鈣通道由于激活電壓較低（＞－70 mV），失活速度較快，開(kāi)放時(shí)間較短等特征，并對(duì)心臟的起搏、中樞及外周神經(jīng)元的興奮性等有重要影響，故一直是電生理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。T型鈣通道家族目前有3個(gè)成員，即 Cav3.1（α1G）、Cav3.2（α1H）、Cav3.3（α1I）［4］。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明，T型鈣通道在機(jī)體生理和病理情況中都起著非常重要的作用，如睡眠、疼痛、癲癇、高血壓、充血性心衰、癌癥、帕金森病等［5－6］。T型鈣通道在細(xì)胞中的分子調(diào)節(jié)機(jī)制尚不很明確，因此，闡明T型鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制有重要意義。大量研究表明，G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）以及下游多種第二信使都對(duì)T型鈣通道起到一定調(diào)節(jié)作用［4，7－8］。本文將重點(diǎn)針對(duì)近年來(lái)有關(guān) GPCRs對(duì) T型鈣通道調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

GPCRs是一類(lèi)具有7次跨膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞表面受體，其細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)部分與鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白（G蛋白）相偶聯(lián)。當(dāng)GPCRs被相應(yīng)配體激活后，首先激活偶聯(lián)的G蛋白，G蛋白作為一種轉(zhuǎn)導(dǎo)體可以將細(xì)胞外的信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，從而引起細(xì)胞內(nèi)各種調(diào)節(jié)作用。G蛋白由α、β、γ3個(gè)亞基組成。根據(jù) Gα亞基的不同，G蛋白被分為4個(gè)亞類(lèi)（Gαs、Gαi／o、Gαq／11、Gα12／13）。目前已知哺乳類(lèi)具有 20多種不同的Gα亞基，至少5種不同的 Gβ亞基和12種不同的Gγ亞基［9］。

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，GPCRs對(duì)T型鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制主要分為兩大途徑：一種是單獨(dú)由G蛋白βγ亞基介導(dǎo)的調(diào)節(jié)；另一種是由激活GPCRs后，繼而激活Gα亞基以及下游第二信使介導(dǎo)的調(diào)節(jié)。為方便比較，本文將對(duì)第2種途徑按不同受體進(jìn)行分類(lèi)闡述。

1 G蛋白βγ亞基對(duì)T型鈣通道的調(diào)節(jié)

為了研究G蛋白βγ亞基是否參與調(diào)節(jié)T型鈣通道，2003年 Barrett實(shí)驗(yàn)室 Wolfe等［10］將 β2γ2和 β1γ2分別與α1H共表達(dá)于HEK293細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)β2γ2能夠選擇性抑制Cav3.2（α1H）電流。進(jìn)一步研究表明 β2γ2的作用是由于β2γ2與 Cav3.2（α1H）通道蛋白Ⅱ －Ⅲ跨膜區(qū)胞內(nèi)連接片段結(jié)合所導(dǎo)致。此區(qū)域被替換后，抑制作用就會(huì)消失；將此片段轉(zhuǎn)接到 Cav3.1（α1G）通道結(jié)構(gòu)中，發(fā)現(xiàn) β2γ2也可以抑制Cav3.1（α1G）鈣電流。因此，Ⅱ －Ⅲ連接片段是 β2γ2抑制Cav3.2電流的關(guān)鍵位點(diǎn)。

此研究結(jié)果與 Herlite等［11］發(fā)現(xiàn)的 G蛋白 βγ對(duì) Cav2（N、P／Q型）高電壓激活鈣通道的抑制機(jī)制較為相似。但不同的是β2γ2對(duì)T型鈣通道的抑制作用是非電壓依賴(lài)型，而βγ對(duì)Cav2抑制是電壓依賴(lài)型［10］。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，G蛋白βγ亞基通過(guò)結(jié)合并改變通道的開(kāi)放模式從而起到對(duì)Cav2的抑制作用，由于βγ與通道的結(jié)合具有電壓依賴(lài)性，所以這種抑制作用也具有電壓依賴(lài)性，并且此結(jié)論被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)［11］。這就是人們很早提出的“willing-reluctant”門(mén)控模型［12］。針對(duì)這一不同，Wolfe等［10］也作出了相應(yīng)解釋?zhuān)m然β2γ2對(duì)Cav3.2通道的抑制作用是非電壓依賴(lài)，但其并沒(méi)有改變通道蛋白的細(xì)胞膜表面表達(dá)。

隨后，同樣是Barrett實(shí)驗(yàn)室，Hu等［13］的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶A（PKA）能夠調(diào)控G蛋白β2γx亞基對(duì)Cav3.2電流的非電壓依賴(lài)性抑制作用，而且此抑制作用是通過(guò)1 107位的絲氨酸磷酸化實(shí)現(xiàn)的，而1 107位絲氨酸殘基是通道孔蛋白Ⅱ－Ⅲ連接片段的關(guān)鍵位點(diǎn)。

2 多種G蛋白偶聯(lián)受體對(duì)T型鈣通道的調(diào)節(jié)

研究表明，在背根神經(jīng)節(jié)（DRG）、心肌等原代細(xì)胞中，激活GPCRs（如NK1受體、阿片受體、多巴胺受體等）都對(duì)T型鈣電流有調(diào)節(jié)作用，并且此過(guò)程涉及細(xì)胞內(nèi)多種第二信使［4，7］。然而，由于這些細(xì)胞中T型鈣通道亞型不同、G蛋白不同、GPCRs不同，加之實(shí)驗(yàn)條件不同，使得這些研究結(jié)果之間存在許多矛盾之處。然而近年來(lái)，將編碼單一T型鈣通道亞型和單一GPCR的cDNA共表達(dá)于異源細(xì)胞系（如HEK293細(xì)胞等），成為研究T型鈣通道調(diào)節(jié)機(jī)制一種很好的方法［14］。因此，本文將把原代細(xì)胞和表達(dá)系統(tǒng)的研究結(jié)果結(jié)合起來(lái)討論，以便更好地理解GPCRs對(duì)T型鈣通道復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制。

2.1 NK 1受體 NK1受體屬于GPCRs的一員，可被速激肽P物質(zhì)和神經(jīng)激肽A（NKA）激活。NK1受體主要與Gq／11家族偶聯(lián)，能激活典型的 PLCβ、PIP2、DAG、PKC信號(hào)通路［15］。

早期研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠脊髓側(cè)角神經(jīng)元中，P物質(zhì)可以增大鎳敏感的T型鈣電流。然而，在大鼠基底核神經(jīng)元上，鎳敏感的T型鈣電流被P物質(zhì)抑制。除此之外，在蟾蜍胃平滑肌細(xì)胞上，P物質(zhì)可以增大L型鈣電流，但是對(duì)T型鈣電流無(wú)作用。

2010年，Rangel等［15］將 Cav3.2和 NK1受體共表于HEK293細(xì)胞中，研究發(fā)現(xiàn)NK1受體激動(dòng)劑NKA可抑制Cav3.2電流。應(yīng)用Gq／11抑制劑RGS2和RGS3T，可阻斷此抑制作用；分別使用PLCβ和PKC的選擇性抑制劑U73122、bisindolylmaleimide I，亦可以阻斷此抑制作用。由此得出，通過(guò)Gq／11偶聯(lián)的 NK1受體，經(jīng)PKC信號(hào)通路能夠抑制重組Cav3.2通道電流。

2.2 毒蕈堿受體 毒蕈堿受體簡(jiǎn)稱(chēng)M型受體，可分為5種亞型（M1～M5）。

早期研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠CA1海馬中間神經(jīng)元以及過(guò)表達(dá)M3和M5受體的3T3成纖維細(xì)胞（NIH3T3）中，M受體激動(dòng)劑乙酰膽堿可以增加T型鈣電流；在大鼠DRG細(xì)胞中，乙酰膽堿卻抑制T型鈣電流；在大鼠膽堿能基底前腦神經(jīng)元大細(xì)胞中，乙酰膽堿對(duì)T型鈣電流無(wú)作用。

2007年，Hildebrand等［16］將 M1受體與 Cav3.1、Cav3.2、Cav3.3分別共表于HEK293H細(xì)胞中，利用打孔膜片鉗記錄方式，發(fā)現(xiàn)激活M1受體能夠很大程度地選擇性抑制Cav3.3電流，而對(duì) Cav3.1、Cav3.2沒(méi)有作用或產(chǎn)生小幅度的增大作用。研究還發(fā)現(xiàn)M1受體對(duì)Cav3.3電流的抑制作用是通過(guò)Gq／11，且激活Gq／11偶聯(lián)的M3和M5受體也能夠抑制Cav3.3電流，但激活Gi偶聯(lián)的M2和M4受體無(wú)此作用。2011年，Zhang等［17］在小鼠DRG小神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)，激活M3受體能夠抑制T型鈣電流。在內(nèi)液中加入GDP-β-S或預(yù)孵育PTX，能夠完全阻斷此抑制作用。當(dāng)使用去極化前刺激時(shí)，此抑制作用仍然存在，表明激活M3受體所引起的T型鈣電流的抑制并不是因?yàn)镚蛋白βγ亞基與T通道的直接結(jié)合。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用白屈菜赤堿和新型PKC阻斷劑GF109203X能夠阻斷此抑制作用。然而，應(yīng)用經(jīng)典的PKC阻斷劑Ro31-8820或抑制PKA，并不能阻斷此抑制作用。因此，作者總結(jié)得出：M3受體介導(dǎo)的T型鈣電流的抑制是通過(guò)PTX敏感的新型PKC途徑。

2.3 促腎上腺皮質(zhì)素釋放因子受體 促腎上腺皮質(zhì)素釋放因子（CRF）是機(jī)體重要的神經(jīng)調(diào)節(jié)因子，其信號(hào)的傳導(dǎo)也是通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體，包括CRFR1和CRFR2。

2007年Kim等［18］的研究發(fā)現(xiàn)，在MN9D多巴胺能細(xì)胞中，激活CRFR能夠抑制T型鈣電流。應(yīng)用CRFR1特異性阻斷劑，此抑制作用消失。并且，這種抑制作用可被PKC激動(dòng)劑所模擬，以及被PKC抑制劑所阻斷。這些結(jié)果表明，在MN9D細(xì)胞中，CRFR1對(duì)T型鈣電流的抑制作用是通過(guò)激活PKC信號(hào)途徑介導(dǎo)的。然而，2008年Tao等［19］在表達(dá)系統(tǒng)HEK293細(xì)胞中的研究結(jié)果卻與之不同，他們將CRFR1與Cav3.1、Cav3.2、Cav3.3分別共表于 HEK293細(xì)胞中，激活CRFR1能夠選擇性抑制Cav3.2電流，而對(duì) Cav3.1和Cav3.3電流無(wú)作用。并且此抑制作用并不依賴(lài)PLC、酪氨酸激酶、PKC以及其他激酶途徑，而是依賴(lài)于霍亂毒素敏感的G蛋白的βγ亞基。這些結(jié)果表明，CRFR1對(duì)T型鈣通道的調(diào)節(jié)高度依賴(lài)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境。

2.4 阿片受體 體內(nèi)至少存在8種阿片受體亞型，而中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)至少存在4種亞型（μ、κ、δ和σ）。現(xiàn)廣泛認(rèn)為，此 4種阿片受體都與 Gαi／o偶聯(lián)［20］。

1991年在大鼠DRG神經(jīng)元上，Schroeder等［21］發(fā)現(xiàn)選擇性μ受體激動(dòng)劑DAMGO可以抑制T型鈣電流。然而，2004年Wu等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠小直徑DRG神經(jīng)元中，DAMGO對(duì)T型鈣電流（＞100 pA）無(wú)作用，但可以抑制高電壓激活的鈣電流（HVA鈣電流）。對(duì)于這種矛盾現(xiàn)象，Wu等［23］的進(jìn)一步研究結(jié)果對(duì)此作了合理的解釋。他們研究了T型鈣通道蛋白和μ型阿片受體兩者在大鼠DRG中表達(dá)的關(guān)系。RT-PCR結(jié)果表明，μ受體mRNA僅存在于缺乏明顯T型鈣電流的DRG神經(jīng)元中，即有明顯T型鈣電流的DRG神經(jīng)元不表達(dá)μ受體。

2.5 多巴胺受體 多巴胺受體根據(jù)生化和藥理學(xué)性質(zhì)，可分為D1類(lèi)和D2類(lèi)受體。其中，D1類(lèi)受體包括D1、D5，與Gαs偶聯(lián)；D2類(lèi)受體包括 D2、D3、D4，與 Gαi／o偶聯(lián)［24］。

早期，人們就分別在小雞感覺(jué)神經(jīng)元、腎上腺腎小球區(qū)細(xì)胞等原代細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)多巴胺可以抑制鎳敏感的T型鈣電流。1997年Drolet等［25］在腎上腺腎小球區(qū)細(xì)胞上，發(fā)現(xiàn)D1受體介導(dǎo)的T型鈣電流的抑制是需要Gβγ和cAMP的聯(lián)合作用。此結(jié)果現(xiàn)已被Hu等［13］的研究進(jìn)一步證實(shí)，一方面，蛋白激酶A（PKA）能夠調(diào)控 β2γx亞基對(duì) Cav3.2電流非電壓依賴(lài)型抑制；另一方面，D1和D2受體在調(diào)控Cav3.2通道過(guò)程中存在協(xié)作作用。將Cav3.2表達(dá)到H295R細(xì)胞中（該細(xì)胞本身表達(dá)有內(nèi)源性多巴胺受體，但不表達(dá)Cav3.2通道），根據(jù)抑制后電流特性的相似變化，證實(shí)多巴胺確實(shí)在H295R細(xì)胞中模擬了HEK293細(xì)胞中β2γ2對(duì)Cav3.2電流的非電壓依賴(lài)型抑制。為了進(jìn)一步探索多巴胺受體介導(dǎo)Cav3.2電流的抑制是否需要cAMP和活性Gβγ，分別加入了Gβγ消除蛋白transducin、βARKct或PKA選擇性抑制劑PKI，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多巴胺對(duì)Cav3.2電流的抑制作用被消除了。接著，又嘗試單獨(dú)使用D1或D2受體選擇性激動(dòng)劑，發(fā)現(xiàn)并不能抑制Cav3.2電流，而當(dāng)聯(lián)合應(yīng)用時(shí)就能夠抑制Cav3.2電流。所以，Hu等［13］提出，多巴胺調(diào)控 Cav3.2電流是雙重受體調(diào)節(jié)機(jī)制，即：多巴胺引起的Cav3.2電流非電壓依賴(lài)性抑制作用需要活性Gβγ和PKA共同介導(dǎo)。

除上述幾種G蛋白偶聯(lián)受體以外，還有GABAB受體和神經(jīng)介素受體等其他GPCRs對(duì)T型鈣通道的調(diào)節(jié)。但龐大的GPCRs的數(shù)量也增加了研究的難度 。因此，雖然人們針對(duì)GPCRs對(duì)T型鈣通道的研究并不少，但其調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)雜，至今仍然并不清晰。

3 結(jié)語(yǔ)

T型鈣通道在生理和病理情況下都有著重要作用，大量神經(jīng)遞質(zhì)和激素都通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體而對(duì)其起到調(diào)節(jié)作用，因此闡明G蛋白偶聯(lián)受體對(duì)T型鈣通道的調(diào)節(jié)機(jī)制顯得越發(fā)重要?；仡櫼酝难芯?，我們能夠發(fā)現(xiàn)，GPCRs對(duì)T型鈣通道的調(diào)節(jié)并不是上述兩種途徑的單獨(dú)作用，而是由兩種途徑共同作用，即：我們不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為其僅僅是通過(guò)βγ亞基的抑制，而沒(méi)有第二信使的參與，反之亦然。因此，實(shí)際情況似乎看起來(lái)并不像原來(lái)預(yù)期的那樣簡(jiǎn)單。然而，隨著各個(gè)偶聯(lián)受體和通道亞型在表達(dá)系統(tǒng)的建立以及有關(guān)T型鈣通道其他方面的研究進(jìn)展，如基因敲除動(dòng)物的產(chǎn)生、特異性阻斷劑的研發(fā)等，相信此科學(xué)問(wèn)題將會(huì)獲得更好的解答。

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