KCa3.1在腫瘤細(xì)胞中的研究進(jìn)展

李喆雪，李祉諾，耿莉娟，王 皓，金 超綜述，田 晶審校

(吉林醫(yī)藥學(xué)院：1.臨床醫(yī)學(xué)院，2.生理教研室，吉林 吉林 132013)

鉀離子通道有很多種，其主要分為4種：鈣激活的鉀離子通道(calcium-activated potassium channel，KCa)、內(nèi)向整流鉀離子通道(inwardly rectifying potassium channel,Kir)、串聯(lián)孔域型鉀離子通道(tandem pore domain potassium channel,K2P)和電壓門控鉀離子通道(voltage-gated potassium channel,Kv)。KCa根據(jù)其主要的氨基酸序列、單通道電導(dǎo)值和藥理學(xué)特性的不同，又可分為大電導(dǎo)(large conductance Ca2+activated potassium channel，BK)、中電導(dǎo)(intermediate conductance Ca2+-activated potassium channel,IK)和小電導(dǎo)(small conductance Ca2+-activated potassium channel,SK)。KCa3.1是KCa中IK的一種亞型。BONITO等發(fā)現(xiàn)KCa3.1在胰腺癌高表達(dá)，并與細(xì)胞增殖、凋亡、遷移都密切相關(guān)[1]；CHEN等發(fā)現(xiàn)阻斷KCa3.1可以減輕順鉑造成的腎損傷[2]；D’ALESSANDRO等發(fā)現(xiàn)阻斷KCa3.1可以使膠質(zhì)瘤對(duì)替莫唑胺的敏感性增加[3]；LIU發(fā)現(xiàn)阻斷KCa3.1可以抑制肝癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移，增加肝癌細(xì)胞的凋亡[4]。本文主要綜述KCa3.1在腫瘤細(xì)胞生物活動(dòng)中的作用，并討論其作為惡性腫瘤新靶點(diǎn)的前景。

1 KCa3.1的結(jié)構(gòu)

KCa3.1最早發(fā)現(xiàn)于淋巴結(jié)組織，其活性可以被克霉唑(clotrimazole，CLT)、卡律蝎毒素和TRAM-34阻斷[5]。KCa3.1主要由4個(gè)亞單位構(gòu)成，4個(gè)亞單位之間具有高度的同源性。每個(gè)亞單位有6個(gè)跨膜段,分別命名為1S-6S區(qū)，這是離子通道發(fā)揮作用的功能區(qū)段之一，KCa3.1的功能區(qū)位于S5-S6之間，4個(gè)重復(fù)成分的功能區(qū)相互連接溝通,成為離子通路的干道[6]。KCa3.1每個(gè)亞單位的N端與C端均位于胞內(nèi)，C端末尾具有鈣調(diào)蛋白結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)胞內(nèi)的鈣高度敏感。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+增多，Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，再結(jié)合到KCa3.1的C端末而促使通道開(kāi)放。KCa3.1的基因KCNN4位于19號(hào)染色體上。

2 KCa3.1的功能

2.1 KCa3.1參與腫瘤細(xì)胞增殖

細(xì)胞周期(cell cycle)是指細(xì)胞從一次分裂完成開(kāi)始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過(guò)程，分為間期和分裂期兩個(gè)階段,細(xì)胞周期蛋白(cyclin)、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDKs)和CDK抑制蛋白(CDKIs)是參與細(xì)胞周期調(diào)控的主要因子。[7-8]。有研究表明KCa3.1的抑制劑可以減緩細(xì)胞的增殖，可能的機(jī)制有：1)降低細(xì)胞內(nèi)外電化學(xué)梯度，降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖；2)降低細(xì)胞分裂周期蛋白D1和E的表達(dá)，使細(xì)胞阻滯在G0/G1期。在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞膜鈣依賴性ATP酶(plasma membrane Ca2+-ATPase,PMCA)及肌質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣依賴性ATP酶(sarcoplasmic and endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase,SERCA)保持細(xì)胞內(nèi)低鈣的環(huán)境。在如此低濃度的游離Ca2+背景下，細(xì)胞對(duì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度的增加非常敏感，以至于當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增多時(shí)，Ca2+成為觸發(fā)或激活許多生理過(guò)程的關(guān)鍵因素，如通道蛋白的激活。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+增多時(shí)，KCa3.1活化，誘發(fā)細(xì)胞膜電位的超極化，使細(xì)胞膜內(nèi)外電化學(xué)梯度增加，從而促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，使細(xì)胞增殖。Ca2+在細(xì)胞的增殖中發(fā)揮著重要的作用，Ca2+與鈣調(diào)蛋白相結(jié)合,使其發(fā)生構(gòu)象改變,促進(jìn)鈣調(diào)蛋白與不同的鈣離子/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶(CaMKs)結(jié)合,從而使CaMKs構(gòu)象改變,導(dǎo)致酶的活化。CaMKII γ能夠激活結(jié)直腸細(xì)胞系中的NFκB通路,促使NFκB P65進(jìn)核,從而促進(jìn)細(xì)胞增殖。張英麗等證實(shí)了KCa3.1的特異性阻斷劑TRAM-34可以抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖[9]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TRAM-34處理過(guò)的腫瘤細(xì)胞的G0/G1期細(xì)胞百分比上升,S期細(xì)胞百分比下降，cyclinD1、cyclinE及survivin的蛋白表達(dá)水平降低。她認(rèn)為可能的機(jī)制是KCa3.1通過(guò)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)進(jìn)而控制細(xì)胞周期,影響細(xì)胞的增殖。

雖然KCa3.1與細(xì)胞增殖之間的關(guān)系還不是十分的清楚，但去極化的靜息膜電位(resting membrane potential,RMP)可能是一個(gè)重要的銜接點(diǎn)。有研究表明在胰腺癌細(xì)胞BxPc-3和MiaPaCa2中，阻斷KCa3.1，細(xì)胞發(fā)生去極化，胞內(nèi)Ca2+減少，使細(xì)胞阻滯于G0/G1期，細(xì)胞增殖減少[9]。

2.2 KCa3.1參與細(xì)胞凋亡

細(xì)胞的增殖和凋亡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，細(xì)胞增殖增強(qiáng)或是凋亡減弱都可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，這個(gè)過(guò)程受原癌基因和抑癌基因的控制,目前發(fā)現(xiàn)真核細(xì)胞凋亡主要有4種途徑，分別是死亡受體介導(dǎo)的外部途徑、內(nèi)部線粒體途徑、顆粒酶B介導(dǎo)途徑及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)途徑[10]。凋亡性容積減小(apoptotic volume decrease，AVD)是眾多細(xì)胞凋亡的共同特點(diǎn)，是細(xì)胞凋亡早期特征之一。在細(xì)胞凋亡早期，Cl-通道和K+通道被激活，Cl-和K+外流，并伴有水的外流，導(dǎo)致AVD，繼而發(fā)生caspase通路的激活、DNA片段化、凋亡小體形成[11-12]。細(xì)胞內(nèi)失鉀會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果,一是引起細(xì)胞皺縮激活caspase通路,二是減少對(duì)caspase和nuclearases的直接抑制作用。

研究發(fā)現(xiàn)，KCa3.1主要在細(xì)胞凋亡的內(nèi)部線粒體途徑中起作用[13]。線粒體外膜通透性的改變引起細(xì)胞色素C向胞質(zhì)的釋放是內(nèi)部線粒體途徑的關(guān)鍵一步，由Bcl-2蛋白家族調(diào)控。在凋亡刺激因子的作用下，Bcl-2蛋白家族中的Bax、Bak等受到激活后結(jié)合到線粒體外膜，并在線粒體膜上形成通向胞質(zhì)的通道，使線粒體內(nèi)的蛋白流向胞質(zhì)，如細(xì)胞色素C。細(xì)胞色素C上存在銜接蛋白Apaf-1的結(jié)合位點(diǎn)，在ATP存在的條件下，細(xì)胞色素C和Apaf-1通過(guò)半胱氨酸蛋白酶募集域(CRAD)的作用，Apaf1和caspase-9酶原結(jié)合，使caspase-9酶原活化，形成凋亡小體，然后激活下游的半胱氨酸蛋白酶如caspase-2、3、6、7、8、10，從而啟動(dòng)細(xì)胞凋亡[10,14]。但是，對(duì)于AVD和caspase活化的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，KCa3.1在細(xì)胞凋亡的過(guò)程中起促進(jìn)作用，一些研究發(fā)現(xiàn)KCa3.1的抑制劑TRAM-34可以減少AVD和caspase-3的激活[13]，從而抑制凋亡。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，KCa3.1的抑制劑會(huì)促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，如劉玲等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)隨著KCa3.1的阻斷劑CLT濃度的增高，HeLa細(xì)胞凋亡率顯著增加[15]。很顯然這兩種結(jié)果是矛盾的，這可能是由所用的細(xì)胞類型和抑制劑的種類不同引起，抑制劑的其他藥理作用也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.3 KCa3.1參與細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移

目前研究發(fā)現(xiàn)，KCa3.1的特異性阻斷劑可以抑制黑色素瘤、宮頸癌、膠質(zhì)瘤細(xì)胞等的侵襲和轉(zhuǎn)移。腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移可以通過(guò)蛋白酶降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜完成?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)中的MMP-2是一種研究比較多的亞型。MMP-2的表達(dá)水平與組織的分化程度呈反比，與肌層的浸潤(rùn)深度呈正比。在惡性腫瘤遷移的過(guò)程中，腫瘤細(xì)胞會(huì)形成一種肌動(dòng)蛋白聚合骨架的細(xì)胞膜性突起，這種結(jié)構(gòu)能夠募集包括MMPs在內(nèi)的多種蛋白酶至細(xì)胞和基質(zhì)的接觸部位，降解細(xì)胞周圍的基質(zhì)以消除腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移障礙,從而實(shí)現(xiàn)侵襲性腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的擴(kuò)散[16]。惡性腫瘤細(xì)胞中的這種特殊的肌動(dòng)蛋白骨架結(jié)構(gòu)稱為侵襲性偽足(invadopodia)。KCa3.1可以通過(guò)兩種機(jī)制參與細(xì)胞遷移與侵襲，一是參與細(xì)胞形狀和體積的變化、調(diào)整細(xì)胞向周圍環(huán)境移動(dòng)；二是通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+、促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合、募集MMP-2從而影響細(xì)胞的侵襲。

3 展 望

目前，離子通道在腫瘤中的作用越來(lái)越受到大家的關(guān)注。許多實(shí)驗(yàn)已表明，抑制KCa3.1可以減少細(xì)胞的增殖，阻止細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，抑制或促進(jìn)細(xì)胞凋亡。因此，KCa3.1作為腫瘤治療的新靶點(diǎn)具有開(kāi)發(fā)前景。但這其中還有一些機(jī)制不清楚，需要我們進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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