環(huán)核苷酸調(diào)節(jié)血管平滑肌舒張的研究進(jìn)展

范雙莉 王曉靜

血管張力的調(diào)控是通過(guò)調(diào)節(jié)血管收縮與舒張之間的平衡實(shí)現(xiàn)的，在高血壓、血管痙攣等血管類(lèi)疾病的病理生理過(guò)程中具有重要作用。了解血管張力調(diào)控的分子機(jī)制，是建立預(yù)防和治療血管疾病新途徑的基礎(chǔ)［1，2］。調(diào)節(jié)血管平滑肌(VSM)細(xì)胞張力的主要因素是細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度(［Ca2+］i C)的改變。［Ca2+］i C 升高，VSM收縮;反之則舒張。血管收縮劑之所以能夠升高［Ca2+］i C，主要有兩種途徑:(1)細(xì)胞外的鈣離子通過(guò)細(xì)胞膜鈣離子通道內(nèi)流;(2)肌質(zhì)網(wǎng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放鈣離子。另一方面，當(dāng)給予誘導(dǎo)血管舒張的因素或去除收縮血管的因素時(shí)，血管平滑肌細(xì)胞［Ca2+］i C降低，這主要是由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子外流或SR攝取胞漿內(nèi)鈣離子所致，進(jìn)而引起肌球蛋白輕鏈激酶失活，最終使血管平滑肌舒張。目前認(rèn)為，環(huán)核苷酸舒張血管的途徑主要有兩種［1，3，4－7］:(1)增強(qiáng) SR 的鈣攝取，增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+外流，抑制SR鈣釋放或降低細(xì)胞外鈣內(nèi)流等降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平;(2)鉀通道活化，鈉通道或其他多個(gè)通道失活，使平滑肌細(xì)胞膜電位超極化。本文就生理?xiàng)l件下，環(huán)核苷酸調(diào)節(jié)血管舒張過(guò)程、機(jī)理及展望進(jìn)行綜述。

1 環(huán)核苷酸誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平下降

環(huán)核苷酸依賴(lài)的血管平滑肌舒張的第一種機(jī)制是胞漿內(nèi)游離鈣離子濃度的降低。［Ca2+］i C的增加是MLC20的磷酸化和收縮活動(dòng)所必需的。細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平的下降，可能是通過(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)的:

1.1 SR釋放鈣離子降低 在VSM中，鈣被儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)的SR中，SR是調(diào)節(jié)［Ca2+］iC和血管張力的主要內(nèi)膜系統(tǒng)，不僅供給鈣離子激活劑，也是鈣離子拮抗VSM活化作用的緩沖區(qū)。VSM細(xì)胞的SR中至少存在有兩種類(lèi)型的鈣釋放通道，即:IP3R(IP3受體)激活的鈣通道和RyR激活或Rye敏感的鈣通道。IP3R通道能夠?qū)⒋罅康拟}釋放到細(xì)胞質(zhì)，并且在鈣動(dòng)員中起主要作用，鈣動(dòng)員調(diào)節(jié)拮抗劑誘導(dǎo)的平滑肌收縮的早期過(guò)程。IP3R可以被多種蛋白激酶磷酸化，如 PKG，PKA和PKC，因此，IP3R的活性受這些蛋白激酶的調(diào)控。在完整的VSM中，研究已經(jīng)證實(shí)了IP3R的磷酸化對(duì)cGMP誘導(dǎo)的血管舒張的作用，及對(duì)拮抗代謝的cGMP的類(lèi)似物的作用［4］。IP3R也能被毛喉素磷酸化，毛喉素能直接激活腺苷酸環(huán)化酶，并增加cAMP水平。然而，這些磷酸化作用對(duì)各種蛋白激酶抑制劑的敏感性的研究表明，PKG通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)cAMP和cGMP，調(diào)節(jié)IP3R的磷酸化［8］。因此，在某些類(lèi)型的細(xì)胞如血管平滑肌細(xì)胞中，cAMP和cGMP信號(hào)途徑通過(guò)PKG的活化和受體的磷酸化調(diào)節(jié)IP3R的活性。從這種意義上而言，PKG的穩(wěn)定的靶點(diǎn)是IRAG，IRAG是平滑肌細(xì)胞 IP3受體和 PKG的復(fù)合物［9，10］。由PKG引起的IRAG的磷酸化抑制IP3誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)的鈣釋放［9，11，12］。另一方面，有報(bào)道稱(chēng)，PKG同工酶與底物蛋白的細(xì)微交互作用決定其在細(xì)胞內(nèi)的定位，而 IRAG 能限定 PKG 在細(xì)胞內(nèi)定位［13，14］。Desch等［15］用缺乏IRAG的突變小鼠觀察到，IRAG信號(hào)對(duì)血管的基本張力沒(méi)有調(diào)節(jié)作用，但能在病理生理?xiàng)l件下調(diào)節(jié)血壓。

1.2 肌漿網(wǎng)中鈣儲(chǔ)存作用的增強(qiáng) 受磷蛋白(PLB)是平滑肌肌漿網(wǎng)的一種磷酸化的蛋白復(fù)合物，能夠可逆性地抑制肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA)的活性和肌漿網(wǎng)Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)。在絲氨酸殘基作用下，由PKA或PKG引起的PBL磷酸化可以緩解這種抑制作用，從而增加ATP酶的活性和肌漿網(wǎng)Ca2+攝取速率。通過(guò)受磷蛋白磷酸化和肌漿網(wǎng)Ca2+－ATP酶的激活誘導(dǎo)肌漿網(wǎng)攝取Ca2+，由此產(chǎn)生的舒張作用可能是通過(guò)升高cGMP和cAMP水平的藥物介導(dǎo)的，如硝普鈉和毛喉素，在貓主動(dòng)脈中發(fā)現(xiàn)，這種機(jī)制大約是這兩種化合物全部舒張作用的約1/3，這與引起平滑肌舒張的多重機(jī)制是一致的［16］。

1.3 細(xì)胞外鈣內(nèi)流降低 盡管SR的鈣釋放是誘導(dǎo)VSM快速收縮相早期的重要因素，但細(xì)胞外鈣通過(guò)質(zhì)膜鈣通道內(nèi)流對(duì)維持鈣內(nèi)流和收縮具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，VSM細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的路徑主要通過(guò)兩種類(lèi)型的質(zhì)膜鈣通道:電壓依賴(lài)性鈣通道和鈣池操縱的鈣通道(SOCCs)［17，18］。

鈣離子通過(guò)SOCCs內(nèi)流的途徑的活化與細(xì)胞內(nèi)鈣池的排空和補(bǔ)充有關(guān)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣庫(kù)引發(fā)細(xì)胞外鈣內(nèi)流的機(jī)制有兩種［19］:(1)與細(xì)胞器釋放的擴(kuò)散型“鈣內(nèi)流因子”(CIF)有關(guān)，不過(guò)這種因子尚未被鑒定［20，21］。CIF 激活非依賴(lài)鈣的磷脂酶 A(iPLA2)，后者生成溶血磷脂進(jìn)而激活質(zhì)膜SOCCs。(2)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣感應(yīng)器STIMⅠ的重組有關(guān)，STIMⅠ能夠激活質(zhì)膜跨膜蛋白OraiⅠ。研究發(fā)現(xiàn)，SOCC是瞬時(shí)受體電位(TRP)通道［22］。STIMⅠ能誘導(dǎo)鈣離子進(jìn)入 TRPC［23，24］。在VSM中，TRP通道的差異與鈣庫(kù)的耗損、G-蛋白藕聯(lián)受體的活化、膜張力、磷脂信號(hào)分子及其他因素有關(guān)。但是，可能是由于缺乏具體的藥理學(xué)工具藥，如特定的激動(dòng)劑或抑制劑。TRP通道的作用目前尚不清楚。

L-型和T-型鈣通道(LTCC和TTCC)是平滑肌細(xì)胞的主要電壓依賴(lài)性Ca2+通道，質(zhì)膜電位升高后被激活:超極化使通道關(guān)閉導(dǎo)致血管舒張，而去極化使通道開(kāi)放引起血管收縮［17］。在大多數(shù)VSM細(xì)胞，LTCC是數(shù)目最多的通道且可能是最重要的鈣內(nèi)流途徑［17，18］。電壓門(mén)控鈣通道由包括環(huán)核苷酸在內(nèi)的多種信號(hào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)。在VSM細(xì)胞中，LTCC通過(guò)環(huán)核苷酸的調(diào)控的數(shù)據(jù)有時(shí)是矛盾的，但通常情況下認(rèn)為，環(huán)核苷酸抑制LTCC。Lincoln等［4］采用膜片鉗技術(shù)對(duì)大鼠門(mén)靜脈VSM細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)證明，cAMP和cGMP能抑制L-型鈣通道活性。然而，Schlossmann等［9］的研究表明，在大鼠腸系膜動(dòng)脈，LTCC能被cAMP激活，而被cGMP抑制。Casteel等［10］的研究表明，在兔門(mén)靜脈VSM細(xì)胞中，細(xì)胞內(nèi)低濃度的cAMP能使整個(gè)細(xì)胞LTCC活性的適度增強(qiáng)，而cGMP和高濃度cAMP抑制L-型鈣通道的活性。同一研究還表明，cAMP/PKA能增強(qiáng)兔門(mén)靜脈中LTCC的活性，而被cGMP/PKG抑制，而且與相應(yīng)激酶調(diào)節(jié)的被稱(chēng)為是交叉反應(yīng)的繼發(fā)作用一樣，每個(gè)環(huán)核苷酸都具有被其激酶調(diào)節(jié)的作用。以上結(jié)果推論，環(huán)核苷酸對(duì)LTCC的抑制能降低鈣內(nèi)流和細(xì)胞興奮性，并引起血管舒張。Manuel等在A7r5細(xì)胞中的研究中也觀察到兩種核苷酸對(duì)LTCC的抑制［8］。

1.4 通過(guò)細(xì)胞膜鈣-ATP酶的激活增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子外流 質(zhì)膜Ca2+-ATP酶(PMCA)能介導(dǎo)鈣離子外流，并在靜息或內(nèi)源性舒血管藥物的調(diào)節(jié)下降低［Ca2+］iC水平中起關(guān)鍵作用。PMCA有多種亞型，平滑肌細(xì)胞中表達(dá)最豐富的亞型是PMCA 1b，分子量約為140 kDa。PMCA在高電化學(xué)梯度下進(jìn)入細(xì)胞的能量來(lái)源于ATP的水解，引起Ca2+外流，2個(gè)H+內(nèi)流。PMCA的胞漿域的C-末端包含CaM的結(jié)合位點(diǎn)和蛋白激酶如PKA、PKG和PKC的底物。當(dāng)CaM不存在時(shí)，CaM結(jié)合域與酶的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域相互作用，抑制其活性。通過(guò)蛋白激酶如PKA，PKG，PKC和Ca2+/CaM依賴(lài)的蛋白激酶的催化，CaM結(jié)合域的某些位點(diǎn)磷酸化激活PMCA。在平滑肌細(xì)胞中，PKG能夠促進(jìn)鈣離子通過(guò)質(zhì)膜ATP依賴(lài)的鈣泵外流。體外培養(yǎng)的大鼠主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的結(jié)果表明，cGMP活化的機(jī)制可能是由于鈣-ATP酶的活化，繼而降低胞漿鈣離子濃度。用可通過(guò)細(xì)胞膜的cGMP的類(lèi)似物--8-溴-cGMP的研究發(fā)現(xiàn)，與PKG相比，cAMP依賴(lài)性蛋白激酶催化亞基和PKC對(duì)鈣-ATP酶沒(méi)有活化作用或作用不明顯。此外，在細(xì)胞膜片段中觀察到，cGMP依賴(lài)性磷酸化能增強(qiáng)鈣的親和力和PMCA泵的活性。此外，PKG通過(guò)磷脂酰肌醇激酶的磷酸化增加磷脂酰肌醇磷酸，間接激活豬主動(dòng)脈平滑肌質(zhì)膜鈣泵。

1.5 通過(guò)刺激Na+/Ca2+交換體增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子外流 盡管VSM細(xì)胞表達(dá)Na+/Ca2+交換體，但由于其表達(dá)量相當(dāng)?shù)?，其功能性作用尚不完全清楚。NCX的驅(qū)動(dòng)力是Na+泵(Na+/K+ATP酶)維持的Na+的跨膜梯度，通常轉(zhuǎn)運(yùn)出1個(gè)Ca2+交換3個(gè)Na+。NCX是促進(jìn)鈣內(nèi)流或外流，取決于細(xì)胞的環(huán)境［25，26］。即使Na+通過(guò)質(zhì)膜，電化學(xué)梯度發(fā)生大的變化，也不能改變VSM細(xì)胞靜息時(shí)［Ca2+］i C的水平。多年來(lái)，對(duì)于NCX在細(xì)胞中的生理意義存在疑問(wèn)?？赡苁怯捎谖锓N和組織的差異，NCX在細(xì)胞內(nèi)鈣離子平衡的調(diào)控中的重要性仍存有爭(zhēng)議。質(zhì)膜鈣泵在鈣離子外流中的作用比NCX重要，F(xiàn)ritsch等［12］的研究顯示，培養(yǎng)的大鼠主動(dòng)脈VSM細(xì)胞中，細(xì)胞外的非依賴(lài)Na+的鈣外流中，至少90%的鈣離子是通過(guò)ATP依賴(lài)的鈣泵實(shí)現(xiàn)的，這種鈣泵能被細(xì)胞內(nèi)的cGMP而非cAMP激活。對(duì)cGMP的促進(jìn)舒張作用的進(jìn)一步研究表明，8-溴-cGMP或心鈉肽(ANP)能提高原代培養(yǎng)的大鼠主動(dòng)脈VSM細(xì)胞的Na+/Ca2+交換體的活性，相反，Karashima等研究表明，NCX參與毛喉素誘導(dǎo)的小鼠胸主動(dòng)脈舒張和［Ca2+］iC降低［26］。

2 環(huán)核苷酸誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞膜電位的超極化

細(xì)胞膜電位是由細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性決定的，包括K+、Ca2+、Na+和 Cl－等。細(xì)胞膜電位是血管緊張性的主要決定因素之一。在VSM細(xì)胞中，細(xì)胞膜上的K+通道在維持細(xì)胞膜電位中起重要作用［17］。其它的離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)如Na+/K+泵或陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也起一定的作用。

K+通道活性的改變?cè)谡{(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位中起最主要的作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)血管緊張性。K+通道失活會(huì)引起細(xì)胞膜去極化，Ca2+通過(guò)VOCC迅速聚集，導(dǎo)致血管收縮。相反，K+通道的活化引起K+大量外流，細(xì)胞膜超極化，Ca2+通過(guò) VOCC 減少，導(dǎo)致血管舒張［27］。K+通道通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位決定血管收縮和舒張的狀態(tài)。K+通道的開(kāi)放被認(rèn)為是生理?xiàng)l件下調(diào)節(jié)血管收縮和舒張的主要機(jī)制之一。

在大多數(shù)VSM細(xì)胞中有多種不同的K+通道:(1)電壓門(mén)控K+(Kv)通道;(2)高電導(dǎo)Ca2+激活K+通道;(3)ATP敏感性K+(KATP)通道;(4)K+內(nèi)流調(diào)節(jié)(Kir)通道。

環(huán)核苷酸對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)體的生理功能具有非常廣泛又重要的作用，許多血管疾病的產(chǎn)生與環(huán)核苷酸在血管平滑肌中的濃度變化密切相關(guān)。因此，血管平滑肌中環(huán)核苷酸濃度的測(cè)定和調(diào)節(jié)，能夠?yàn)槟承┘膊〉脑\斷和治療提供依據(jù)，也可以從新的視角解釋藥物的治療作用及其不良反應(yīng)。同時(shí)，環(huán)核苷酸制劑和環(huán)核苷酸調(diào)節(jié)劑的研制和應(yīng)用也將為許多疾病治療開(kāi)辟新途徑。

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