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胎盘血管钾通道的相关研究综述

更新时间:2020-05-25 09:21点击:

    [摘要]对细胞正常生物功能有 重要作用的钾通道已成为细胞电生理学研究的热点,然而胎盘组织上关于钾.通道的相关研究还比较少,这可能就导致一些妊娠并发症没有被归为“通道病”。其它器官的血管研究中发现钾通道的功能状态可能与平滑肌细胞和内皮细胞关系密切,在胎儿胎盘循环中也可能存在此现象。本文主要通过胎盘血管钾通道的表达和功能与其它组织的基本对照概括正常妊娠和病理妊娠中胎盘血管钾通道的表达和功能的研究进展。
    [关键词]胎盘血管: 平滑肌细胞;内皮细胞;钾通道;妊娠
 钾通道是通道家族中最大、种类最多的一种 ,是细胞生存、膜电位的维持和执行特殊细胞功能必需的。这些主要功能已经被各种“钾通道病”证实,并与胰岛素分泌障碍和长QT综合征相关。由此推断钾通道很可能也参与了胎盘生理学的很多方面。从心血管的研究推断,钾通道可能对控制胎盘血流有重要意义。目前已有很多关于胎盘血管方面的研究,然而关于钾通道的还比较少。现就钾通道的多样性及胎盘血管钾通道的相关研究进展进行综述。
 
  1 钾通道的分类
 
  已有文献较明确地阐述了钾通道的结构和功能。钾通道是由四个有孔道的α亚基和四个有调节功能的β亚基一一配对组成的四聚体。α亚基的跨膜区结构表明了其氨基酸排列顺序,从这个意义上讲钾通道可分为三大类:电压依赖性钾通道(Kv,Voltage-gatedK channels)和钙激活性钾通道(Kca,Ca-activated Kchannels)有 6~7 个跨膜结构域和一个 P 环(P-loop 环,孔道环);双孔钾通道(K2p,two pore K channels)有4个跨膜结构域和2个P环;内向整流钾通道(KIR,in-ward rectifier K channels)有 2 个跨膜结构域和一个 P环。从功能上讲,钾通道常按照其门控性来分类。
  Kv 是调节平衡电位(Em)的主要成员。Kca 需要增加细胞内钙离子水平来激活,常用其单通道电导的特性来描述(例如 BKca)。K2p 常根据其化学性质(如PH)来描述,其常形成基础电流。KIR 促使 K+向细胞内流动形成Em。
 
  2 胎盘血管的钾通道
 
  对血管直径的时刻调控是器官高效灌注的核心。血管间的复杂作用需要神经信号的输入和交流,以探测周围环境的变化,例如氧含量和静水压的变化,并对这些变化做出反应。钾通道可以释放调节局部紧张性的内皮因子对内皮细胞的正常功能有重要作用,这可被系统血管环境发生变化时内皮源性超极化因子(EDHF)的作用证实。钾通道也是正常平滑肌细胞调节血管收缩和舒张的关键。系统循环中通道的鉴定和作用机制很可能也适用于胎盘组织,然而胎儿胎盘循环不受神经支配(这增加了内环境对其影响的重要性)并且压力比较低,是低阻力低含氧量的动脉血流。因此与其有相似特性的肺循环可能为胎盘血管的关键生理机制提供线索。有研究表明,肺血管内皮细胞和平滑肌细胞上的氧敏感钾通道可根据局部环境的氧含量调节血管的收缩反应而表现出“缺氧性血管收缩”(HPV)。人类胎盘血管上相似的“氧敏感”通道可能有相似的机制。
 
  2.1 电压依赖性钾通道(Kv) 有报道证明四乙胺离子通过乙酰胆碱的局部阻断来诱导人脐动脉的舒张,无论是Kv还是BKca都参与了内源性细胞松弛因子的释放或者脐动脉血管平滑肌细胞的复极化。通过测定Em和膜片钳技术证实了胎盘血管平滑肌细胞和内皮细胞上钾通道的存在。Hamp V等用膜片钳技术发现4-氨基吡啶(4AP)能可逆性地抑制单个胎盘动脉平滑肌细胞的全细胞电流,并进一步证实了在灌注的胎盘子叶中Kv参与了对缺氧环境的反应。缺氧诱导灌注压的可逆性增加,这种反应可以被4AP模拟并抑制。用相似的实验方法,Bisseling JM等进一步证明4AP的作用存在剂量依赖性。改变胎盘血管的基础张力或激动剂诱导的血管收缩也能被4AP抑制。另外,4AP通过剂量依赖性改变胎盘血管的直径。综上所述,胎盘上存在一系列Kv亚型的表达,然而是哪种亚型参与了膜电位的形成对4AP反应敏感并调节血管张力尚不清楚。
  2.1.1 Kv1.x 通道 Kv1.5 亚型在胎盘动脉中的表达已经通过Western blotting实验被证实;这些氧敏感性钾通道被认为是HPV的关键。Sampson V等通过免疫组化法证实这一发现并展示了胎盘血管内皮细胞和平滑肌细胞着色的特点。Wareing M等用新青霉素-1(DPO-1)证实了Kv1.5在孤立的胎盘动脉中的作用。但另有实验证明100μm的Correolide(一种尚有争议的Kv1.5阻滞剂)对胎盘动脉无效,而却能提高胎盘静脉中血栓素类似物(U46619)诱导的收缩作用。近来也有文章报道在动脉中发挥功能的是Kv1.2而不是Kv1.5。总之,关于Kv1.5在胎盘血管中的作用仍需进步探讨。
  2.1.2 Kv2.1/Kv9.3 通道 氧敏感性 Kv2.1 和 Kv9.3可能参与了 HPV(缺氧性血管收缩)的调节机制。Kv9.3 是电沉默的,但却和 Kv2.1 共同表达改变通道的门控性。胎盘血管组织中Kv2.1和Kv9.3的存在已经在mRNA水平和蛋白表达水平被证实。FyfeGK 等用免疫组化法证明了这两种通道在血管结构中的表达。从功能上来说,Stromtoxim-1(Kv2.1的特异性阻断剂)增加激动剂诱导的胎盘动脉的收缩性,但对静脉却无效。这个最新的研究结果很出人意料,因为Kv2.1的mRNA在胎儿生长受限(FGR)的胎盘静脉中的表达量是增加的。然而无论如何,Kv2.1表达的上调在正常条件下可能起次要作用。
  2.1.3 其它的 Kv 通道 亚型 Kv3.1 的蛋白表达 E 经通过Western bloting被证实,但目前仍缺乏对其功能研究的数据。功能性的Kv7.4和Kv7.5的蛋白表达最近在鼠类的血管平滑肌细胞中被证实。Mill TA等用免疫组化法证实了Kv7.4在内皮佃细胞和平滑肌细胞中的表达。胎盘血管中Kv7的功能已经被证实;Linopirdine(利诺吡啶,Kv2阻断剂)增加血管的基础张力,Flupirtine(氨吡啶,Kv7 激活剂)可缓和AVP 诱导的收缩,并且这些作用存在剂量依赖性。这些研究结果证明了Kv7对控制胎盘血管张力的意义。
 
  2.2 KIR/KATP 通道 Glibenclamide(格列本脲)使人类胎盘的平滑肌细胞去极化,但在同一组织来源的内皮细胞却无效,这在一定程度上表明了KATP通道的功能作用。这个现象已经被在单个平滑肌细胞的膜片钳技术中使用格列本脲所证实:缺氧抑制的是Kv 而不是 KATP。KT-PCR、实时定量 PT-PCR 和Western blotting 的相关实验数据已证明了胎盘血管组织中KIR6.1(血管平滑肌细胞KATP的P环结构亚基)的mRNA和蛋白表达。格列本脲增加灌注胎盘的灌注亚压说明了KATP的功能。孤立的血管研究也得出了相似的结果。吡那地尔、也满卡林、KRN2391 和 KRN4884 可以明显舒张已收缩的胎盘血管,同时吡那地尔和KRN3391还可以降低血管的张力。此外,可以诱导胎盘血管舒张作用的降钙素相关肽在一定程度上受KATP通道活性的调节。因此证明了促使血管舒张的KATP在张力异常增加的胎盘血官中的作用。
 
  2.3 Kca 通道 BKca 在胎盘血管组织中的存在已经被胎盘血管组织的RT-PCR、Western blotting和免疫组化法证实。Sand等用免疫组化法展示的内皮细胞和平滑肌细胞的BKca的特殊染色支持了电生理学的早期研究。在灌注的胎盘子叶中Apamin/ChTx或者IbTx不能明显地增加灌注压;缺氧导致的血管收缩可以被IbTx减弱。这些研究结果表明在灌注的胎盘子叶中功能性的BKca对缺氧性血管收缩不是促进作用而是调节作用。对孤立的胎盘血管Kca 功能的研究来源有两个:(1)S-亚硝基-N-乙酰青霉素胺诱导胎盘动脉的舒张作用被ChTx减弱;(2)U46619 诱导的胎盘动脉收缩(不改变血管紧张度)作用可显着地被IbTx增强。
 
  2.4 K2p 通道 胎盘血管中已检测到了 TASK1 的mRNA 和蛋白表达。TASK1被认为与静息平衡电位有关,因为Anandamide(大麻素,目前尚有争议的TASK1 阻断剂)在含氧量为 20%时可以增加胎盘静脉的紧张度,但在更低的氧含量时(此时认为TASK1是并闭的)却无效。这一研究结果值得引起注意,因为大部分细胞通路都被认为是Anandamide敏感的。TASK1 和(或)胎盘血管其它 K2p 的功能还需进一步的探索。
 
  3 K 通道和病理妊娠
 
  国外目前尚没有关于K通道和病理妊娠关系的研究。在慢性高血压疾病中改变了的K通道可以引起血管平滑肌细胞收缩增强,这一观点已被普遍认同。NO-CGMP通路可以调节血管舒缩,William WR证明NO-CGMP通路调控机制与一氧化氮合成酶及BKca 的表达有关。由此推测妊娠期高血压疾病可能与BKca的低表达有关。国内有研究通过膜片技术记录妊娠期高血压疾病组及正常妊娠组孕妇的胎盘血管平滑肌细胞膜上的K通道电流,结果提示K通道的功能改变与妊高症的发生有关。在FGR时,彩色多普勒测量其血流的阻力是增加的,但这时是否同样有K通道的改变尚不清楚。已有资料表明,在FGR时胎盘静脉的收缩增加,而不是胎盘动脉;Wareing M等研究发现在FGR时4AP对胎盘动静脉几乎没有作用,这说明通道活性的基线降低。Corcoran J等对FGR的研究表明缺氧性血管收缩反应的重要参加因素:静脉血管平滑肌细胞的Kv2.1有增加的表现;然而这些表达的改变与疾病发生的因果关系仍不清楚。可使血管舒张的KATP激活剂尚没有被在已经明确有胎盘血管阻力增加的血管中研究。活性氧(ROS)可以生理性的调节K通道的功能并使ROS增殖导致心血管疾病(如动脉粥标硬化)。氧化应激/ROS 在子痫前期和 FGR 是增加的。Mills TA 等的研究表明在孤立的胎盘血管上急慢性ROS诱发的修饰反应有相似的过程。在这些血管上K通道的活性可能被增加的ROS改变,但这不能被直接证明。子痫前期和FGR胎盘血管上的K通道调节器的作用可能有着极其深远的意义。最近Luksha等发现在子痫前期的孕妇中其子宫肌层动脉的内皮依赖性超化因子(EDHF)应答发生了改变。然而其K通道的表达和功能是否发生了改变尚不清楚也未对胎盘血管进行相应研究。腺苷酸是一种修饰血管张力改变KATP 功能和一氧化氮释放的核苷,在子痫前期患者的脐静脉血中增加。这可能是胎儿胎盘循环对不同血流阻力的生理反应。在妊娠期糖尿病患者的胎盘中KATP 也受到了损害。使用 K 通道调节剂来改善血管功能目前尚未在任何妊娠相关疾病中有过研究。有资料证实在先天性醛固酮增多症时有胎盘形态改变,但并未提及血管功能的改变。然而到底是KIR1.1 功能的改变还是其它转运蛋白或通道的影响导致了该疾病并不清楚。11p15.5上的印记基因群中有编码Kv7.1的基因,其与贝-威二氏综合征(BWS,以新生儿腹壁受损、巨舌和体重超重为特点)也有关。然而,对伴有Kv7.1基因缺失的BWS病人其胎盘功能尚没有被研究过。Kv7.1突变也与各种长QT综合征和Ⅱ型糖尿病β细胞病理改变有关,但目前还没有把Kv7.1表达和功能改变与胎盘功能异常联系在一起的研究。总之,要明确通道病与胎盘灌注减少的关系还需要对胎盘血管K通道进行更深入的研究。
 
  4 结 论
 
  所有的K通道亚型在胎盘血管组织中都有描述,但仍缺乏一个包括细胞特异性(平滑肌细胞或内皮细胞)在内的详尽的通道分类。氧敏感性K通道的研究可能是比较有意义的,因为在正常的妊娠中组织缺氧可能生理的调节血流,而在子痫前期和FGR时也证明有缺氧的胎盘环境。在所有已证明的有胎盘K通道表达和功能改变的地方,其与疾病发生的因果关系仍不清楚。当有异常的血管反应时已发现的钾通道调节剂或新的分子技术(如siRNA)或能实现对功能性钾通道特殊亚基的修饰改变。
 
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