鈣庫操縱性鈣內(nèi)流對低氧性肺血管收縮作用的研究進展

趙悅孚，蓋祥云*，王金宇，趙恩麒

（青海民族大學(xué)藥學(xué)院，青海西寧 810007）

肺高壓（pulmonary hypertension，PH）是由于一些已知或未知的原因所導(dǎo)致肺動脈壓異常升高的疾病，PH 的最新診斷標準為：平均肺動脈壓≥25 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），肺毛細血管楔壓≤15 mmHg[1]。其臨床癥狀主要表現(xiàn)為早期沒有明顯的癥狀，隨著病情發(fā)展出現(xiàn)異常氣促，患者還伴隨胸悶、頭暈、乏力等癥狀。該病由肺血管結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，引起肺動脈壓升高，繼而發(fā)展成右心衰竭甚至死亡[2-4]。其發(fā)病原因很可能與患者肺血管結(jié)構(gòu)功能、患者用藥情況以及環(huán)境因素、遺傳因素等有關(guān)[5]。通常在臨床上可以將PH 分為5 大類：①動脈性PH（pulmonary arterial hypertension，PAH）；②左心疾病所引發(fā)的PH；③肺部疾病和（或）低氧所引發(fā)的PH(hypoxic pulmonary hypertension，HPH)；④慢性血栓栓塞性PH（chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH）和其他肺動脈阻塞性病變所引發(fā)PH；⑤不知明或多因素所引發(fā)的PH[6]。HPH 屬于上述臨床分類中的第三類，是急性或慢性高山病等發(fā)病的重要病理生理學(xué)基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)的肺血管收縮與肺動脈平滑肌細胞（pulmonary artery smooth muscle cells，PASMC）內(nèi)Ca2+濃度密切相關(guān)，而細胞膜上的電壓依賴性鈣通道（Voltage dependent calcium channels，VDCC）、受體操縱性鈣通道（Receptor operated calcium channel，ROCC）、鈣庫操縱性鈣通道（Store operated calcium channel，SOCC）、Na+/Ca2+交換蛋白、Ca2+泵以及細胞內(nèi)鈣庫的釋放都是涉及細胞內(nèi)Ca2+濃度變化的主要因素。其中SOCC 的機制較為復(fù)雜且是影響Ca2+內(nèi)流的關(guān)鍵因素。本文就低氧誘導(dǎo)的鈣庫操縱性鈣內(nèi)流對肺血管收縮作用的研究進展，做一綜述。

1 鈣庫操縱性鈣通道（SOCC）

Ca2+參與調(diào)節(jié)機體的多種功能，如細胞代謝、增殖、分裂、分化、基因轉(zhuǎn)錄、肌肉興奮收縮和細胞死亡等[7]，通常被認為是生命活動過程中重要的信號分子之一，是細胞內(nèi)關(guān)鍵的第二信使[8]。在PASMC 中，當細胞內(nèi)產(chǎn)生級聯(lián)信號時，Ca2+濃度需要達到一定標準，一旦達到該濃度，信號蛋白便可以產(chǎn)生級聯(lián)信號，激活下游效應(yīng)器，調(diào)節(jié)相應(yīng)的反應(yīng)。但是在細胞能夠觸發(fā)Ca2+信號以激活維持健康細胞所需的某些過程之前，必須使細胞中維持一個穩(wěn)定的Ca2+水平[9]。

鈣庫是指一系列細胞內(nèi)具有Ca2+儲存能力的細胞器例如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、肌質(zhì)網(wǎng)等，這些細胞器中含有大量的Ca2+，同時也含有對Ca2+具有高容量，低親和力的蛋白，這類細胞器表面還存在各種Ca2+轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，對Ca2+有很強的攝入功能以及誘導(dǎo)Ca2+釋放的能力[10]。若儲存在在鈣庫中的Ca2+耗竭，將會導(dǎo)致細胞膜上的SOCC的開放，進而引發(fā)Ca2+內(nèi)流[11-12]。

SOCC 是一種高鈣選擇性陽離子通道，存在于細胞膜上，其作用機制是在一些特定條件下，當相關(guān)的G 蛋白偶聯(lián)受體被激活后，通過磷脂酶C（Phospholipase C，PLC）介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，將4.5-二磷酸酯水解為二酰甘油（Diacylglycerol，DAG)和可溶性三磷酸肌醇(Inositol 1，4，5-triphosphate，IP3)，IP3結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)上的IP3受體，從而誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋放到細胞質(zhì)中[13]。當鈣庫耗竭后，又可激活細胞膜上的SOCC 通道，引發(fā)鈣庫操縱性鈣內(nèi)流，使鈣庫重新充盈。目前的研究發(fā)現(xiàn)在低氧環(huán)境的刺激下SOCC是介導(dǎo)Ca2+異常內(nèi)流的重要因素，其誘發(fā)的Ca2+內(nèi)流量雖較小，但持續(xù)時間較長，導(dǎo)致PASMC內(nèi)Ca2+濃度異常升高，破壞細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，從而引發(fā)肺血管收縮進而導(dǎo)致肺血管重構(gòu)。

2 鈣庫操縱性鈣通道的三種結(jié)構(gòu)蛋白與低氧性肺血管收縮

SOCC 的分子結(jié)構(gòu)主要包括三種分子結(jié)構(gòu)蛋白:經(jīng)典瞬時受體電位通道（Transient receptor potential canonical，TRPC）、微囊蛋白（caveolin-1）、Orai 蛋白和基質(zhì)相互作用分子復(fù)合體（Stromal interaction molecule，STIM）。

2.1 經(jīng)典瞬時受體電位通道

經(jīng)典瞬時受體電位通道被認為是非選擇性陽離子通道。研究發(fā)現(xiàn)TRP 通道的一個子家族TRPC 通道對Ca2+有高度滲透性，在PASMC 中TRPC3、TRPC6、TRPC7 構(gòu)成ROCC 與G 蛋白共同參與調(diào)節(jié)Ca2+內(nèi)流。而TRPC1、TRPC4、TRPC5、TRPC6 參與SOCC的構(gòu)成[14-15]。低氧性肺動脈高壓的發(fā)病機制與PASMC靜息期胞內(nèi)Ca2+的濃度的升高有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)Ca2+濃度的升高主要與低氧導(dǎo)致的SOCC 活性增強，和TRPC蛋白表達升高有關(guān)。

Notch 蛋白是一類高度保守的細胞膜表面受體，參與細胞正常形態(tài)發(fā)生改變的多個過程，包括細胞的分化、細胞凋亡、細胞增殖以及細胞膜的形成。現(xiàn)在已有兩項研究證實了TRPC6 蛋白依賴Notch 蛋白表達，研究發(fā)現(xiàn)提高Notch 蛋白表達可以引發(fā)轉(zhuǎn)錄調(diào)控TRPC6 蛋白，在HPH 中發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，低氧可以通過激活Notch 蛋白從而上調(diào)TRPC6 蛋白的表達進一步使SOCC 的作用增強引發(fā)持續(xù)性SOCE，導(dǎo)致PASMC內(nèi)Ca2+濃度升高使肺動脈發(fā)生收縮。實驗發(fā)現(xiàn)TRPC6 蛋白在低氧誘導(dǎo)的PASMC 和低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓大鼠肺組織中的表達上調(diào)，同時也發(fā)現(xiàn)低氧還可以誘導(dǎo)Orai1、Orai2和STIM2的蛋白表達的上調(diào)，證明了低氧可以誘導(dǎo)TRPC 蛋白表達升高從而引發(fā)肺血管收縮[16]。

2.2 微囊蛋白（caveolin-1）

小凹內(nèi)陷（caveolae)一種是特殊形式的脂筏。脂筏包含在質(zhì)膜內(nèi)，在質(zhì)膜上形成內(nèi)陷，是鞘脂質(zhì)和膽固醇的動態(tài)組合，它們參與細胞的信號傳遞和運輸，并已被證明對血管和血壓有重要的調(diào)節(jié)作用。它們可以集中或分離受體和信號中間體，并形成局部激酶和磷酸酶，從而修飾下游信號[17]。

小凹內(nèi)陷主要是由微囊蛋白caveolin-1 和Cavins 蛋白家族組成的，已被證實caveolin-1 在PASMC 上大量表達。研究表明，在特發(fā)性肺動脈高壓患者的PASMC 中caveolin-1 的表達上調(diào)，采用RNA 沉默技術(shù)敲除caveolin-1 或者破壞小凹內(nèi)陷結(jié)構(gòu)可以減弱SOCE，從而達到抑制血管收縮的作用。另外Yang 等人的實驗表明，低氧同樣也會導(dǎo)致caveolin-1 蛋白表達增加。實驗進一步發(fā)現(xiàn)在低氧條件的刺激下caveolin-1 的表達上調(diào)，SOCE 的作用增強，PASMC 中Ca2+濃度升高。因此證明了低氧可以誘導(dǎo)caveolin-1 的表達上調(diào)，加強SOCE 的作用可引發(fā)低氧性肺血管收縮[18-19]。

2.3 Orai蛋白和STIM

Orai 蛋白是一種跨膜蛋白，主要是由Orai1、Orai2 和Orai3 三種亞型組成，形成鈣通道的離子傳導(dǎo)孔，當其過表達時可以參與SOCC通道的形成[20]。

基質(zhì)相互作用分子復(fù)合體（Stromal interaction molecule，STIM）是一種單次跨膜Ca2+結(jié)合型蛋白，駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)膜上，是一種Ca2+的傳感器[21-22]。它結(jié)構(gòu)中具有一個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)的N端和一個細胞質(zhì)內(nèi)的C 端，分別影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)中Ca2+存儲和Ca2+的釋放。

Orai蛋白和STIM 蛋白是導(dǎo)致細胞發(fā)生SOCE的主要介質(zhì)。SOCE 依賴于STIM/Orai/TRPC 蛋白復(fù)合物。當Ca2+存儲耗盡時，STIM 蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)膜連接處積累，促進Orai蛋白與TRPC的功能耦合形成SOCC。STIM 具有STIM1 和STIM2 兩種亞型。當關(guān)閉STIM1 時，STIM2 單獨表達會抑制SOCE，但其與Orai1 共同表達時則會導(dǎo)致SOCE。研究發(fā)現(xiàn)，當鈣庫耗竭時，STIM1 會從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移到細胞膜上,從而激活SOCC 導(dǎo)致SOCE[23]，進而導(dǎo)致肺血管收縮。Zhou 等人成功地建立平滑肌特異性STIM1 蛋白敲除小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)STIM1 蛋白敲除的小鼠其SOCC 介導(dǎo)的低氧性肺血管的收縮完全消失[24]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，在低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓中STIM2、Orai1、Orai2 蛋白的表達增加，Wang 等人經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)采用人參皂苷Rb1 可有效的抑制肺動脈平滑肌中STIM2、Orai1、Orai2 的共同表達，從而改善肺血管收縮達到緩解肺動脈高壓的作用[25]。

3 新型潛在SOCC 蛋白組成分子—瞬時受體電位M8

瞬時受體電位M8（Transient receptor potential melastatin 8，TRPM8）是TRP 家族的另一種亞型，也是Ca2+內(nèi)流通道，最初被鑒定為人前列腺特異性基因。它在人前列腺癌中表達為雄激素反應(yīng)性上調(diào)，可能參與細胞增殖和轉(zhuǎn)移。TRPM8 也是感覺神經(jīng)元中檢測低溫的薄荷腦和冷敏感離子通道。它也在骨骼和平滑肌、肺、膀胱和泌尿生殖道表達，但在這些組織中的功能尚不清楚[26]。Yun 等人的研究發(fā)現(xiàn)，低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓大鼠的PASMC 中TRPM8 表達下調(diào)，TRPM8 介導(dǎo)的陽離子進入減少，通過上調(diào)TRPM8 的表達發(fā)現(xiàn)，對PASMC 內(nèi)SOCE的抑制作用顯著增強。這些結(jié)果表明，上調(diào)TRPM8 的表達可以抑制SOCE 從而達到緩解肺動脈收縮的作用[27]。

4 結(jié)語

低氧性肺動脈高壓是一種常見的高原病，發(fā)病原因主要是由于早期肺血管發(fā)生持續(xù)收縮以及后期肺血管重構(gòu)，且不可被逆轉(zhuǎn)，隨著病情發(fā)展最終導(dǎo)致右心室功能衰竭。該病早期臨床表現(xiàn)不明顯，不易被診斷，導(dǎo)致死亡率較高。肺血管持續(xù)性收縮是導(dǎo)致該病發(fā)生的重要前提，所以可以通過緩解肺血管收縮，從而抑制HPH 的發(fā)展。

近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)PASMC內(nèi)Ca2+濃度變化是引發(fā)低氧性肺血管收縮的關(guān)鍵性因素，其中SOCC 的作用至關(guān)重要。在低氧條件的刺激下SOCC 可以發(fā)生持續(xù)性的SOCE，導(dǎo)致PASMC 內(nèi)Ca2+濃度異常升高從而引發(fā)低氧性肺血管收縮。有效抑制Ca2+內(nèi)流，有望為治療低氧性肺動脈高壓提供新的方法。