肿瘤细胞系内钾离子通道的作用机制

肿瘤细胞系内钾离子通道的作用机制

离子通道是膜下的蛋白质分子，与肿瘤密切相关。钾离子通道是膜上最广泛、类型最多的离子通道，可以发挥许多重要的生物作用。肿瘤是当前危害人类健康的重要疾病,随着对肿瘤研究的不断深入,发现一些肿瘤细胞膜上存在着不同的钾离子通道。钾离子通道可通过影响细胞膜电位,导致胞外钙离子内流进入胞内,影响细胞信号转导通路,从而影响整个肿瘤细胞的发生和发展;另有一些钾离子通道阻断剂能诱导肿瘤凋亡,可能成为肿瘤治疗的生物调节剂。1离子流变化的影响钾通道是心肌细胞动作电位复极的主要离子流,它们的变化对动作电位的形状和动作电位时程均有较大影响。根据钾离子通道的特性可分为以下几种:1.1极化作用于亚单位在哺乳动物细胞内,电压门控性钾离子通道是离子通道的一大家族,在调节静息电位和细胞膜复极化中起着重要作用,它是由4个同源性亚单位构成的四聚体通道,其中每个亚单位都含有1个电压感受器,每个亚单位由6个疏水性片段(hydrophobicsegments)S1～S6构成,片段S1～S4组成电压感受器,片段S5和S6共同围成供离子通过的通道壁。1.2单通道自身流变特性在正常生理状态下,内向整流钾电流与电压呈内向整流关系,这种内向整流特性提示其可能包括三种机制:(1)单通道自身整流特性造成内向整流钾电流跨膜电流的内向整流,即通道内部能障可能具有电压依赖性,因此引起通道电导随去极化减少。(2)细胞内外的离子或其他成分对通道钾离子外流有阻滞作用。(3)通道门控具有电压依赖性,去极化使通道关闭。虽然目前还不能完全确定内向整流的具体机制,但越来越多的实验支持后两种观点。1.3异构八聚体的动力学特征该通道属于内向整流性钾离子通道,是由内向整流钾离子通道亚单位Kit6.X和磺酰脲受体亚单位以4∶4组合形成的异构八聚体。通道动力学特征依赖于ATP及K+在细胞膜内外的电势,通道电导随细胞外钾离子浓度增大而变大。它们的开放几率直接受控于胞内ATP/ADP水平,因此命名为ATP-敏感性钾通道(KATP),直接将细胞代谢状态与电活动相偶联。2钾离子通道与肿瘤细胞的克隆周期之间的关系2.1cyclind1是参与细胞目前的特殊调节因子有研究表明离子通道与肿瘤细胞增殖和有丝分裂有密切联系。细胞分裂增殖是细胞最基本的生理活动,许多因素可诱导或抑制细胞增殖。细胞分裂的准确性和定时性是正常细胞生长和分化所必需的,细胞周期运行失控可能导致癌瘤的发生和发展。细胞是否进入分裂周期以及分裂周期能否顺利完成,主要取决于细胞能否顺利通过若干个关卡即调控点。在细胞周期关卡调控中,G1/S关卡的调控至关重要,细胞在该点对DNA损伤、各类信号传导因子等复杂的细胞内外信号进行整合和传递,决定细胞是否进行分裂,发生凋亡,或是进入G0期。G1/S关卡是细胞对DNA损伤的应激反应通路的重要枢纽,是由感觉因子(sensor)、传导因子(transdueer)、效应因子(effector)构成的信号传导通路。而CyclinD1是参与细胞周期G1/S关卡转换的重要正性调节因子,它在肿瘤细胞中过度表达使细胞周期G1/S转换时间缩短,进而促进细胞周期进程和细胞过度增生,加速其分裂进程。每个细胞周期具有各期特征性的细胞周期蛋白(cyclin),若将各期相应的cyclin改为另一期的cyclin,各周期的时相亦相应改变。并且阻断细胞周期的任一阶段,细胞的增生亦停止。D型周期蛋白是细胞周期G1期的关键性调节蛋白,当细胞周期G1期向S期进展时cyclinD及E降解,说明二者是细胞周期G1期的特异表型物,而cyclinD的增多与细胞周期G1期的比例呈正相关关系。因此,如果我们能说明钾通道的激活能调控细胞周期蛋白的表达,也同时说明钾通道的激活调控细胞周期的进展。2.2不同药物作用对肿瘤细胞增殖和细胞活力的影响K+通道抑制剂对细胞增殖的影响是当前肿瘤基础研究的新热点,细胞增殖的调控主要依赖于两方面因素:一是细胞外信号,如生长因子,它能导致细胞内基因表达的变化,这是一个复杂程序控制的结果,首先细胞外信号通过不同的途径激活转录因子,转录因子又以不同形式激活或抑制DNA的转录,从而控制细胞周期和增生的改变。二是细胞内信号,如调控细胞增殖周期的蛋白活性的改变,降低信号传导在细胞生长增殖等调控中起重要作用,信号通路中不同组分的改变都会导致细胞增殖失控,产生癌变,通过阻断肿瘤细胞传导系统引起肿瘤细胞周期阻滞来阻抑肿瘤细胞增殖正成为肿瘤学实验研究的热点。有研究表明,用药物阻断钾离子通道可抑制小细胞肺癌、乳腺癌、前列腺癌等多种肿瘤细胞增殖。姚小鹏等研究发现,浓度为10～20mmol/L的四乙基铵(TEA)能使肺动脉平滑肌细胞数显著增加。有研究认为:钾通道活性降低时促进肺动脉平滑肌细胞增殖,活性提高时抑制其增殖并促进其凋亡。将Ik阻断,同时H3-Tdr分析显示细胞DNA的合成及细胞周期进展受到抑制。3真核三:ros在erk通路激活中的作用细胞凋亡是一个非常复杂的生理和病理过程,是细胞主动参与的“自杀”过程。它是一种在各种刺激因素作用下细胞自动死亡方式,其生化特征表现为基因组DNA分子降解成相差的核苷酸片段,流式细胞仪测定出现亚G1期细胞,线粒体目前被认为处于凋亡控制的中心地位。诱导凋亡配体通过膜通透性转换孔实现跨膜电位的丢失,使线粒体膜的通透性发生改变,线粒体中KATP通道开放剂通过氧化剂依赖机制激活了ERK蛋白激酶。ERKs是调控细胞生存、增殖和分化的关键性蛋白。线粒体是反应性的氧化物(ROS)的主要来源,ROS在ERK通路的激活中发挥了重要作用。线粒体膜的KATP通路开放剂二氮嗪能够去极化线粒体膜电位并且产生一个可逆性的呼吸链黄素蛋白的氧化,释放出细胞色素C,细胞色素C与结合分子Apaf-1结合后再与procaspase-9结合,形成凋亡复合体,从而引发凋亡。细胞容积降低也是启动细胞凋亡的关键环节,细胞的这种容积改变是由细胞膜K+、Cl-流动所引起的,在人上皮细胞Hela细胞系中TNF-α快速地激活容量敏感性的外向整流K+、Cl-电流,进而促进细胞凋亡。这种研究表明,在肿瘤细胞膜上存在一类延迟整流钾离子通道,抑制剂通过与细胞表面受体结合引起钾离子通道构型改变,从而导致细胞膜钾离子电流变化并激活细胞内某种信号传导通路,使细胞周期从G1期向S期转换停滞,同时引发凋亡。目前随着对凋亡分子机制的深入研究,人们已认识到增加肿瘤细胞凋亡是一条有效的治疗肿瘤途径。钾离子通道抑制剂对肿瘤细胞的影响,不仅取决于其对靶细胞的直接毒性作用,更重要的是在于它们诱导肿瘤细胞凋亡的能力,而且,治疗后凋亡发生率与患者的治疗效果和预后也密切相关。另有研究表明钾离子通道所致的肿瘤细胞凋亡可能由于钾离子通道导致细胞外钙离子内流引起。钾离子通道通过影响细胞膜电位,导致细胞外钙离子进入细胞内,从而影响细胞信号转导通路,从而对肿瘤细胞的发生、发展有重要作用。促进细胞皱缩、诱导DNA裂解和激活死亡相关酶均需消耗细胞内钾离子,而这些都是细胞凋亡的特征。4离子通道阻断剂肿瘤作为一种严重威胁人类健康的恶性疾病,主要特征是细胞生长失控和分化受阻,故抑制细胞增殖可抑制肿瘤发生。近年来,虽然在分子生物学方面的研究表明,K+钾离子通道促进肿瘤细胞增殖,抑制K+通道功能或下调K+通道表达可抑制肿瘤的发生。钾离子通道也促进细胞凋亡,增强K+通道功能和上调K+通道表达可能促进细胞的凋亡,这样可以阻止肿瘤发生的进程或至少可以延迟肿瘤发生。肿瘤细胞膜钾离子通道,其生物学特性和对细胞周期分配及细胞增生作用机制虽已部分阐明,但仍有很多问题有待解决。比如说:增强钾离子通道功能可得到许多钾离子通道开启,钾通道阻断剂在影响细胞增殖及周期分配的同时会对细胞产生其他什么样的作用等。另外离子通道阻断剂抑制