缓慢激活延迟整流钾通道(IKs)的研究进展

\o"医学百科：心肌细胞"心肌细胞\o"医学百科：动作电位"动作电位是许多\o"医学百科：离子"离子通道电流共同\o"医学百科：作用"作用的结果，其中许多电压门控钾通道协同参与调节其复极过程,并以延迟整流钾通道（delayedrectifierpotassiumcur-rent,IK）的作用最为重要。20世纪60年代末,Noble和Tsien首次在羊浦肯野\o"医学百科：纤维"纤维\o"医学百科：标本"标本上使用电压钳技术对IK进行了初步\o"医学百科：分析"分析,他们推测IK可能含有两个成分,分别称为IK1和IK2［1］。1990年Sanguinetti等观察了E24031对豚鼠单个心室肌\o"医学百科：细胞"细胞IK的影响,结果证实IK确由两个成分组成,并根据它们对E24031不同的敏感性分别命名为快速激活的延迟整流钾通道（rapidlyactivateddelayedrectifierpotassuimcurrent,IKr）\o"医学百科：和缓"和缓慢激活的延迟整流钾通道（slowlyactivateddelayedrectifierpotassuimcurr-ent,IKs）。目前，普遍认为IK包含3个成分，除了上述的两种通道以外，还包含超快激活的延迟整流钾电流（ultrarapidlyactivateddelayedrectifierpotassiumcurrent,IKur）。

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IKs的\o"医学百科：药理学"药理学特性

IKs主要在动作电位平台期的\o"医学百科：后期"后期起作用。膜去极化时,IKs激活非常缓慢,在-30mV左右IKs才被激活,激活的时程很慢，+20mV左右达到中值，要经数秒钟才能达到\o"医学百科：稳态"稳态。IKs在膜电位复极时，它的去激活也慢，在-80mV时需经数百毫秒才能恢复［2，3］。由于它的恢复慢，所以在\o"医学百科：心率"心率快时，每次的去极化后都不能完全恢复，下次去极化时，IKs在上次的基础上又激活，而呈现累积，即外向电流加大，而使复极加快。这使得心肌细胞在快速驱动时，动作电位时程变短，在\o"医学百科：心电图"心电图上就表现为QT间期变短。

IKs在不同种属动物的\o"医学百科：心脏"心脏中的\o"医学百科：分布"分布是不同的：在豚鼠心脏中，心房肌细胞中IKs的密度大于心室肌细胞，心\o"医学百科：外膜"外膜下层、中层细胞（M细胞）大于心内膜下层；在兔的心脏中，心脏基底层密度大于心脏顶层；在犬的心脏中，心房肌细胞、心室肌细胞的IKs密度无明显区别［4］。实际上，动作电位复极化过程在不同深度的心室壁中也是不均一的，Ｍ细胞较之内膜层\o"医学百科：心肌"心肌和外膜层心肌有更长的动作电位时（APD）。之所以会造成这种APD的不同，就是因为IKs在不同部位表达以及调控的不同。

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\o"医学百科：分子"分子基础

IKs通道分子是由4个KCNQ1成孔道\o"医学百科：基因"基因（α-亚单位）及2个附属的KCNE1基因（β-亚单位）组成，KCNE1表达一个单独的N-末端在细胞内，C-末端在细胞外的跨膜区域。KCNQ1异源表达能产生快激活、慢失活的通道电流，但是KCNE1单独表达并不能形成具有\o"医学百科：功能"功能的通道。KCNQ1/KCNE1共同表达减缓通道激活及失活的\o"医学百科：动力学"动力学，使得通道要在更正的电位才能被激活，并且通道电流幅度增加，这与天然心肌中IKs的生物物理特性非常一致。此外，KCNE1还参与蛋白激酶C（PKC）对IKs的调控并改变KCNQ1的药理学特性［3］。KCNQ1和KCNE1\o"医学百科：突变"突变分别与Ⅰ型（LQT１）和Ⅴ型（LQT５）\o"医学百科：先天"先天性\o"医学百科：QT间期延长综合征"QT间期延长综合征的Romano-Ward\o"医学百科：变异"变异有关，\o"医学百科：儿童"儿童期伴有\o"医学百科：耳聋"耳聋的Jervell－Lange－Nielsen\o"医学百科：综合征"综合征也是由于从父母那里遗传了异常的KCNQ1及KCNE1\o"医学百科：等位基因"等位基因而造成的。

KCNQ为典型的K离子通道α亚单位（676个\o"医学百科：氨基酸"氨基酸长度），包含6个跨膜区域和1个成孔道区域。KCNQ1在许多\o"医学百科：组织"组织\o"医学百科：中都"中都有表达，但主要在心脏、\o"医学百科：胰腺"胰腺、\o"医学百科：肾脏"肾脏和肠中表达［5］。KCNQ1基因产物对于\o"医学百科：内耳"内耳正常功能的维持非常重要，这一点在Jervell－Lange－Nielsen综合征中KCNQ1基因上的退行\o"医学百科：性功"性功能缺失突变会引起\o"医学百科：神经"神经性耳聋并伴有严重的QT间期延长上得到了证实［6，7］。此外，有关KCNQ1基因敲除小鼠的研究表明，除了神经性耳聋，基因敲除小鼠还伴有原因未知的胃黏膜明显肿大［10］。

KCNE基因的产物就是KCNQ成孔道蛋白的β亚单位。心肌中IKs\o"医学百科：需要"需要KCNQ1和KCNE1共同表达。KCNE1是1个129个氨基酸的膜蛋白，含有1个跨膜区域，在心脏及肾脏中高度表达。至今，有3个KCNE家族成员（KCNE2、KCNE3、KCNE4）已经被\o"医学百科：克隆"克隆出来，但它们各自在心脏以及其他\o"医学百科：器官"器官中的\o"医学百科：生理学"生理学作用并未被完全揭示［7，9，11］。有研究提出，KCNE2（以前称为Mirp1）和KCNE3与KCNQ\o"医学百科：相互作用"相互作用，能够显著影响KCNQ1\o"医学百科：相关"相关的电流［9］。与心脏电生理学更为相关的是：KCNE2（心脏中表达的）与KCNQ1结合能将电压依赖性的KCNQ1通道转变为非电压依赖性的通道，原因可能是KCNE2与KCNQ1相互作用产生一个背景电流，这个电流通过\o"医学百科：控制"控制膜\o"医学百科：静息电位"静息电位从而间接调控动作电位不应期。从上面我们不难看出，与一系列不同的亚单位相互结合可以实现对KCNQ1的调控。

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调控

胞外低浓度K离子、\o"医学百科：Ca"Ca离子能够增强IKs，环\o"医学百科：腺苷"腺苷酸（cAMP）诱导释放的蛋白激酶A（PKA），\o"医学百科：磷酸"磷酸二酯酶抑制剂和β-\o"医学百科：肾上腺素"肾上腺素\o"医学百科：受体"受体\o"医学百科：激动"激动剂都能增加IKs的密度并且产生\o"医学百科：频率"频率依赖性的APD缩短，在生理温度范围内，豚鼠心肌细胞中的IKs电流会随着温度的改变而显著改变。β受体激动时,经偶联G2蛋白活化\o"医学百科：腺苷酸环化酶"腺苷酸环化酶（AC）,使细胞内cAMP合成增多,作为第二信使的cAMP进一步激活cAMP依赖的蛋白激酶（PKA）,后者直接调节IKs通道［12，13］。

KCNQ1/KCNE1通道是一个\o"医学百科：大分"大分子的信号复合物，由靶蛋白yotiao结合到KCNQ1的C-末端\o"医学百科：亮氨酸拉链"亮氨酸拉链基序上来\o"医学百科：协调"协调。Yotiao是一个骨架蛋白，它将PKA和\o"医学百科：蛋白质"蛋白质磷酸酶1（PP1）结合到通道微域上，然后通过对N-末端上的一个残基（S27）的磷酸化来调控。破坏KCNQ1的亮氨酸拉链区域以及S27A突变都会\o"医学百科：阻断"阻断IKs的cAMP依赖性上调，然而，如果缺少yotiao，KCNQ1/KCNE1通道并不会因为细胞内cAMP而增加。由PKA\o"医学百科：钝化"钝化-\o"医学百科：奎尼丁"奎尼丁和293B造成的KCNQ1亚单位磷酸化会导致通道阻断，这可能是因为\o"医学百科：药物"药物进入阻断位点造成KCNQ1的构象\o"医学百科：发生"发生了改变。另外，PKA依赖性的信号调控\o"医学百科：系统"系统有一部分是通过A-激酶锚定蛋白（AKAPs）介导来发挥作用的。cAMP与PKA全酶四聚体结合后，PKA的催化（C-）亚单位被激活并从调节（R-）亚单位二聚体上释放，游离的催化亚单位在Mg2+和\o"医学百科：ATP"ATP参与下,使通道蛋白磷酸化,改\o"医学百科：变蛋"变蛋\o"医学百科：白质"白质的构象和功能,最终控制通道的开关。虽然个体AKAPs之间序列\o"医学百科：相似"相似性很小，但是每个AKAP都包含一个与R-亚单位二聚体结合的区域。此外，AKAPs对于同样也由PKA调控的天然细胞中的L-型Ca通道调控功能的重现是必需的［14］。PKC对IKs电流的调控非常复杂，这种调控作用具有种属\o"医学百科：特异性"特异性且作用较PKA的调控作用弱至少两倍。有研究证明在KCNQ1/KCNE1通道上有两个功能各不相同的PKC作用位点，KCNE1上的磷酸化位点N102是PKC对IKs进行调控的作用位点［13］。除此之外，PKC预调控会阻碍PKA对IKs的调控，而且PKC对于已经因为PKA调控而增强的IKs电流不产生作用，这说明PKA和PKC对IKs的调控是互相排斥的。

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IKs阻断剂

IKs对甲磺酸盐类有抵抗作用，但可被色原烷醇类（293B、\o"医学百科：HMR"HMR-1556）,吲哚帕胺，\o"医学百科：硫喷妥钠"硫喷妥钠，\o"医学百科：异丙酚"异丙酚和\o"医学百科：地西泮"地西泮（L-768、673，L735、821或L-7）选择性阻断［15～17］。此外，色原烷醇类对于开放通道的阻断作用具有对映选择性，（-）3R，4S-293B和（-）3R，4S-HMR1556为有效的IKs选择性阻断剂就是很好的例子［18］。

IKs一开始就是Ⅲ类抗心律失常药的非常有吸引力的作用靶点。这是因为IKs由于它的缓慢失活特性在高速驱动频率下会出现累积，于是IKs阻断剂有希望在高频率下更有效地延长APD。实际上，在人心室肌细胞中，293B延长APD和不应期且与频率无关，所以认为IKs阻断剂与IKr阻断剂相\o"医学百科：比较"比较而言，致\o"医学百科：心律失常"心律失常性更低［19］。另外，因为IKs激活发生0mV附近，而这个电压较浦肯野纤维的动作电位更正，IKs在这个水平上应该不会延长APD。而在心室肌细胞中，平台电位更正（≈+20mV），使得IKs本质上更多地被激活，反而阻断IKs可能会明显延长APD。这两种作用的净结果可能是减少了极化过程中药物诱发的离散程度并降低致心律失常性。

IKs阻断剂延长心脏APD和QT间期，并能缓解已\o"医学百科：治愈"治愈\o"医学百科：心肌梗死"心肌梗死动物由于急性冠脉缺血、运动而引发的室性快速心律失常，这种QT间期延长可因为受到β-肾上腺素的\o"医学百科：刺激"刺激而得到增强。犬左心室\o"医学百科：动脉"动脉灌流中，293B延长心室APD和QT间期，并且并不引发TdP，然而在293B存在的情况下，\o"医学百科：异丙肾上腺素"异丙肾上腺素会缩短心内膜和心外膜上的\o"医学百科：ADP"ADP，但对M细胞没有影响，这样就加强了复极化过程中的透壁不\o"医学百科：均一性"均一性，引发TdP［20］。这就是为什么β-肾上腺素对LQT1及LQT5型病人有治疗作用，但在\o"医学百科：交感"交感活性增强（体力\o"医学百科：活动"活动和\o"医学百科：应激"应激状态）的情况下会增加这些病人发生致死性心律失常的危险［21］。

此外，在正常情况下，不考虑起搏频率，293B和L-7只能在最低程度延长犬心室肌和浦肯野纤维的APD，这可能是因为其他的K电流能提供足够的复极化贮存。因此，当复极化贮存因为QT延长药物（IKr和IKs阻断剂），心肌重构（心衰、心肌肥厚）或\o"医学百科：遗传"遗传缺陷减少时，IKs阻断剂能够使得心室APD明显延长，增加复极化的离散程度并导致TdP心律失常。另外，在IKr阻断剂存在的情况下，IKs或IK1的\o"医学百科：抑制"抑制会造成逆频率依赖现象［22］。这些发现提示同时阻断几种K通道的药物很可能比特异性通道阻断剂危险性更大。

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展望

从最开始Noble和Tsien发现哺乳动物心脏中独特的慢激活K+通道以来，IKs在人类心脏电生理学中所扮演的角色渐渐引起了人们的关注。直到发现LQTs与IKs通道上两个亚单位上突变之间的联系，这个通道蛋白复合物对于维持正常心脏功能的重要性变得越来越清晰。定位突变及电压钳制技术与分子基因技术相结合，使我们能够了解更多关于这个重要离子通道的基本特性。虽然如此，但是关于IKs通道功能特性的结构基础以及调控的分子基础还有待研究完善。这些研究能使开发新型的IKs通道药理学调控方法成为可能，并且能促进发现对获得性和遗传性LQTs病人复极化异常有效的介入疗法。【参考文献】

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