ia电流在癫痫离子通道中的作用

ia电流在癫痫离子通道中的作用

癫痫是神经病变的一组常见慢性疾病。由于脑损伤和放电的起源部位不同，癫痫发作表现为运动、感觉、意识、思维、行为和自主神经功能障碍。离子通道是体内可兴奋性组织兴奋性调节的基础,其功能发生改变可导致某些遗传性疾病的发生。1979年PeltolaJ等最先提出配体门控通道抗体与癫痫密切相关,至今很多研究表明癫痫是离子通道病,但具体的致病机制仍未完全清楚。因此离子通道的研究对癫痫的诊治起到了很大作用。1根据所作的变化和基钾离子通道是分布最广、类型最多的一类离子通道,它存在于所有的真核细胞内,主要参与细胞膜静息电位和动作电位复极化过程的调节,决定着动作电位的发放频率和幅度。钾通道是大约50个基因编码的α亚单位的聚合物,单个钾通道是同源四聚体,4个亚基对称的围成一个传导离子的中央孔道,恰好让单个钾离子通过。对于不同的家族,每个亚基由不同数目的跨膜链组成。根据钾通道在细胞膜上的构象不同,可以分为以下几类:外向整流型、钙依赖激活型、内向整流型、ATP敏感型和M型钾通道。1.1个亚家族的超家族内向整流钾通道(Kir通道)是一种钾离子激活的通道,自1993年克隆了第一个Kir通道至今,已经构成了一个由7个亚家族(Kir1.x-Kir7.x)组成的超家族。该通道是由两个跨膜区和一个孔区构成的。该通道超级化时激活,内向电流明显。生理情况下,当细胞外钾离子浓度升高时,膜电位比静息电位更负,促使内向整流钾通道开放,钾离子内流,缓冲了细胞外过度的钾负荷。病理状态下,这种平衡作用失调,胞外钾离子浓度异常增高,细胞去极化导致动作电位的发生。1.2动作电位的ia电流瞬时外向钾通道最初由Conner和Stevensm在海兔神经元记录得到而命名,包括KV1-KV4家族。该通道具有快速激活和快速失活的特性,去极化时通道暂时开放,产生短暂外向电流,即IA电流。IA电流是动作电位复极化早期外向电流的主要成分。近年来,对海马神经元中IA电流的研究很多,发现有很多因素参与调节IA电流:钾离子通道相互作用蛋白(KChIPs)、辅助型蛋白(KChAP)、细胞骨架、神经元特异性调控因子及一些蛋白激酶都能对其进行调节。当A型钾通道持续失活时,动作电位时程延长导致Ca2+内流增加,触发神经递质大量释放并调节钙依赖的后续进程,并介导兴奋性突触后电位。因此A通道作为一个阻尼器,在动作电位之间插入一个间歇时间,使动作电位峰峰间隔延长,重复爆发性放电变成缓慢放电,调节神经细胞的复极化,降低膜的兴奋性。1.3大电导钙激活通道钙激活钾通道依赖于钙离子的内流,并因此分为两大类:(1)小电导钙激活通道(SK);(2)大电导钙激活通道(BK)。神经元活动和去极化时,该通道产生一个内向钙电流,同时激活具有负反馈作用的外向钾电流,引起动作电位后的长时间超极化,终止动作电位的发放。钙激活钾通道可调控冲动的发放频率,其活动增强可使动作电位的复极化加速、加快神经元的发放频率、兴奋性增高。1.4v7家族的分子基础Kv7家族(kv7.1-kv7.5)是一个由KCNQ基因编码的、4个亚基组装成一个中央为选择性孔道的多聚体的离子通道,由于Kv7家族与M型电流特点相同,所以目前认为KCNQ钾通道是M电流的主要分子基础。M型钾通道主要调节神经元阈下的电兴奋性,在细胞膜去极化时被缓慢激活,偶尔在静息膜电位时被激活,由于其缓慢的动力学性质,当细胞接受兴奋性传人时,M型钾通道的激活可引起一个延迟性的细胞膜超极化,使众多神经元在接受兴奋时只产生统一的动作电位,缩短去极化时间。若M型钾通道出现抑制则可引起细胞兴奋性增高。1.5u3000带亚基的kir6通道敏感型钾通道(KATP通道)于1983年由Noma首先在豚鼠的心肌细胞上发现,是由磺酰脲受体(SUR)和内向整流钾通道(Kir)亚单位组成的异源四聚体(SUR/Kir6)4。该通道是通过细胞内ATP/ADP浓度来控制其开关的一个独特亚型钾离子通道。当神经元能量不足时,此通道打开,钾离子外流,促使神经元进入超极化状态,神经元兴奋性下降;也可以通过降低动作电位的发放频率来对神经元起保护作用。运用实验手段可以证明几乎所有的KATP通道亚基(除了SUR2A)都可在神经元上检测到,这提示了神经元KATP通道的分子差异可能反映了其在脑内的不同功能。但是,目前对于脑内神经元KATP通道基因表达的调节过程还知之甚少。2kir6.2通道癫痫的发病机制复杂多样,近年研究发现部分特发性癫痫是由离子通道的基因突变引起的,并将这些癫痫综合征称为“离子通道病”。钾通道是调节神经系统兴奋性的基础,但当钾通道基因突变导致膜蛋白不正常时,就会引起神经兴奋性增高,从而导致癫痫。有报导证实夜间额叶癫痫是由离子通道的基因突变引起。最早发现与癫痫相关的钾通道基因是编码kv1.1通道的Kcnal基因,该基因突变可使小鼠在出生后3周出现类似于边缘叶癫痫发作的形式。在人类中,kv1.1通道基因突变主要引起发作性共济失调Ι型(EAI),该疾病在中枢和外周均具有高兴奋性,导致部分性癫痫发作和肌纤维搐颤,从而说明编码kv1.1通道的基因是癫痫的候选基因之一。虽然kv1.1钾通道在神经元兴奋性和神经递质释放中起重要作用,但是由单个神经元的输入-输出所导致的不同临床表现是和哪些基因突变有关的问题还是未知的。A型钾通道或其相互作用蛋白的异常均可引起IA电流的下调,使得神经元过度兴奋,从而导致癫痫症状。最近发现,能降低A型钾通道电流并增强神经元树突兴奋性的匹罗卡品可以诱导成年人最常见的获得性颞叶癫痫(TLE)。大脑中A型钾离子电流主要由Kv4通道介导,它能通过阻止动作电位在树突处的产生并限制动作电位的反向传播、延长冲动发放的间隔时间等来降低神经元的兴奋性。在海马硬化症中,kv4.2通道蛋白和磷酸化的kv4.2通道蛋白水平随神经细胞的丢失而下降;而在海马和皮层生长畸形症中,其神经细胞中发现蛋白表达的强烈信号。根据上述研究结果推测可能是由抗钾离子通道抗体介导的免疫机制所致,但还需进一步的研究证实。WesternBlot分析表明在海马硬化症和神经胶质瘤中,在神经元损害处和EPK激活途径中总的kv4.2通道蛋白表达是增加的,推测是由于kv4.2通道蛋白的代偿性增加,从而对神经系统起到保护作用。Kir6.2通道是ATP敏感型钾通道的一个亚型,Liss等发现Kir6.2基因敲除的小鼠的KATP通道功能和糖敏感性完全丧失,由此推断Kir6.2基因突变和癫痫及糖尿病密切相关。实验证实Kir6.2亚基缺失的突变小鼠对短暂缺氧诱发的癫痫十分敏感;而正常小鼠的黑质网状部神经元的活力在缺氧时由于KATP通道的开放而失活。因此KATP通道对神经元活力的抑制可能是缺氧诱发癫痫的一个保护性机制。GIRK通过G蛋白耦联受体接受神经递质和激素的调节,在调节神经元兴奋性上有重要作用。如果该通道发生异常则可出现癫痫症状。Weaver(wv)小鼠在GIRK2的H5区有一错义突变,小鼠表现为共济失调发作,颤抖,散发的强直阵挛性发作,发病机制是由于这种突变可阻断通道的传导性或改变离子的选择性。国外研究发现难治性颞叶癫痫患者神经胶质细胞中内向整流型钾电流明显减弱,并推测这种钾电流的减弱与Kir通道基因表达异常或与通道蛋白功能改变有关。最新的研究表明,乙醇通过调节离子通道来改变大脑神经系统的兴奋性,激活G蛋白门控通道,并且与乙醇相关的囊状物作用于GIRK通道,从而改变神经兴奋性,但具体的分子机制尚未清楚。当编码BK通道的KCNMA1基因发生突变时,会引起全身性癫痫发作和阵发性运动障碍。当神经毒素蜂毒明肽阻断SK活动时,海马神经元产生癫痫样活动;但是对SK通道使用激动剂1-甲基-2-苯咪唑啉酮(EBIO)时,则抑制了这种癫痫样活动。Pacheco等对毛果芸香碱点燃大鼠的研究中发现钙激活钾通道功能的下降使神经元兴奋性增高,同时触发突触前末梢内兴奋性递质谷氨酸释放增加,引发颞叶癫痫。LeeUS等发现突变的钙激活钾通道β亚单位的调节和癫痫及运动障碍有关。通过一系列研究表明大脑中不同的β亚单位的分布决定E/D突变,并且E/D突变能调节钙激活钾通道,结果从而有助于癫痫和运动障碍的病理生理学研究。Heidi等研究发现编码β亚基的基因KCNAB2定位于染色体1p36,其缺失可使癫痫的易患率和严重性明显增高,因此KCNAB2基因被视为癫痫的一个候选基因。现有报导证明小电导钙激活钾离子通道的SK1和SK3亚型在癫痫发作的下丘脑中蛋白表达是明显下降的,而SK2亚型蛋白表达是增加的。因此可以推测是由于不同亚型导致的基因突变所引起的蛋白表达不同,从而不同亚型在癫痫发作上起不同作用。良性家族性新生儿惊厥(BFNC)是一少见的呈常染色体显性遗传的原发性全身性癫痫,Leppert等在1989年首先报道了BFNC的基因定位,是由染色体20q13位点上的电压门控式的钾通道基因KCNQ2或8q24位点上的KCNQ3突变所致。这些突变会影响钾通道的功能,导致膜复极化时程变长,神经兴奋性增强。患病幼儿多在出生后6~8d至或数周内起病,个别可在生后8个月时出现频繁的惊厥发作,表现为阵挛性、强直性抽搐或呼吸暂停。通过对BFNC的研究,用膜片钳技术测到了最终的钾离子电流,证实了电流大约减少75%和电压依赖性激活的去极化改变。通过实验得出,一种选择性M型通道激动剂在抑制大脑放电和痫性发作上是有效的,但为什么激动剂与年龄有关尚不清楚。通过对M型钾通道的回顾性研究,发现这些通道的调节器在不同组织中对神经活动有潜在影响,因此这些调节器成为临床药物靶点治疗的热门。最近的研究证据显示kv7.2和kv7.3通道亚单位和锚蛋白定位于海马神经元轴突片段,亚单位中损害轴突定位的自发突变导致人类神经系统性癫痫,然而它们