r 讲座与综述r
氯离子通道ClC -3研究进展*
陈临溪 关永源
(中山大学中山医学院药理学教研室,广州 510080)
2002-01-16收稿,2002-03-20修回
*
国家自然科学基金(No 39970849)、国家科技部攀登计划(国科基
字[1999]045号)和2000年广东省自然科学基金团队项目资助作者简介:陈临溪,男,37岁,博士研究生,副教授。Tel:020-********,E -mail:ch enlinxi@https://www.doczj.com/doc/6612135234.html,;关永源,男,56岁,教授,博士生导师
中国图书分类号 R 329125
文献标识码 A 文章编号 1001-1978(2002)05-0481-06摘要 ClC -3氯离子通道广泛分布于组织器官和各种细胞,ClC -3氯离子电流呈外向整合电流,在正性电位通道灭活,0mV 左右出现反转电位,通道的离子渗透选择性是I ->Cl -,能被氯通道阻断剂DIDS 、tamox ifen 和细胞外A T P 抑制,被PK C 磷酸化调节,参与细胞容积调控。关键词 氯离子通道;ClC -3;容积激活;电生理学
氯离子(Cl -)是生物体内最多的阴离子,通过跨膜转运和阴离子通道参与各种生物功能,Cl -的跨膜转运形成Cl -
电流,很久以前就用电生理方法记录到了,一直当作/漏电流0而被忽视,近来由于膜片钳技术的应用,特别是分子生物学技术的发展,大大推进了Cl -通道(chloride channel)的研究,1990年Jentsch 和同事首先在电鳐电器官上克隆了电压门控Cl -通道(voltage -gated chloride channel),取得了突破性进展[1]。之后发现了大量的Cl -通道,形成了一个Cl -通道家族(ClC),ClC 基因存在于几乎所有生物体。在哺乳动物已发现9种ClC 同源体,ClC 1~17,ClCKa,ClCKb,分属于A B C 3个亚族,各Cl -通道有30%~80%的同源序列。
维持细胞容积的稳态十分重要,细胞内外渗透压变化、细胞生长分裂等可引起细胞容积发生改变,而在细胞容积调节中Cl -通道起重要作用。多项研究提示ClC -3是容积激活(volume -activated )Cl -通道,参与许多生理功能。ClC -3属ClC 家族B 亚族,已成为ClC 研究的热点,现将有关ClC -3的研究进展介绍如下。1 ClC -3的基因克隆、蛋白质结构
编码ClC -3蛋白的基因已从大鼠肾[2]、小鼠肝、人胎脑[3]、豚鼠心脏[4]等组织克隆,与其他的ClC 结构相似,ClC -3蛋白有13个跨膜区域,N 和C 末
端均位于细胞内(Fig 1,引自Duan,1997),人ClC -3基因编码的是一个760个氨基酸的蛋白,从豚鼠心脏克隆的ClC -3与大鼠肾ClC -3在核苷酸有9115%的同源性,在氨基酸序列有9814%的同源性。豚鼠、犬、大鼠的心房和心室的ClC -3蛋白分子质量约为85ku [5],但在65和70ku 还有两条额外的ClC -3样免疫反应带,可能是ClC -3的糖基化形式或蛋白水解产物。大鼠肝细胞ClC -3蛋白约为80ku [6]
。从人结肠癌细胞系T 84克隆的hClC -3蛋白约90~120ku [7]。在转染豚鼠ClC -3的NIH /3T3细胞,把编码跨膜区域末端天门冬氨酰胺的g p ClC -3cDNA 人为突变,579位的天门冬氨酰胺突变为赖氨酸(N579K ClC -3通道),外向整合电流消失,通道的离子渗透选择性从I ->Cl -改变为Cl ->I -,说明ClC -3蛋白579位的天门冬氨酰胺与外向整合电流和通道的离子渗透选择性有密切关系。如果把转染了ClC -3的N IH/3T3细胞上的ClC -3通道51位丝氨酸突变成丙氨酸,PDBu 激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)时低渗激活的I ClC -3不能被抑制,而在362位的丝氨酸突变时PKC 抑制低渗激活的I ClC -3作用依然存在,说明ClC -3胞内氨基末端丝氨酸残基是PKC 磷酸化位点,也是通道的容积感受器[8,9]
。在大鼠肝、肺、肾、心脏、大脑皮质、小脑和嗅球的组织mRNA 还发现ClC -3有长型和短型两亚型[6],肝ClC -3短型与豚鼠心脏ClC -3一致,长型是在N -末端还附加58个氨基酸,但用Western blot 方法检测肝组织蛋白未能把两种同源形式分辨出
来。
Fig 1 Structure of ClC -3
T ab1Express ion of ClC-3in aninal,organ and cell 动物器官细胞
大鼠心脏,大脑,胰腺,肝,肺,
肾,耳脑血管内皮细胞,肾集合管联接管闰细胞,肾皮质,肾内髓集合管细胞系mIM CD-K2,胰腺腺泡细胞,视上核神经元,神经元突触囊泡,海马,嗅觉皮层,嗅球,耳蜗外毛细胞
小鼠肾,脑神经元突触囊泡
犬心脏,肺,肾,结肠,血管心房心室肌细胞,肾动脉平滑肌细胞,肺动脉平滑肌细胞,结肠平滑肌细胞兔心脏心室肌细胞
豚鼠心脏心房心室肌细胞
人牛肺,支气管,血管,鼻主动脉冠状动脉平滑肌细胞及内皮细胞,上皮细胞,支气管平滑肌细胞,嗜酸性粒细胞,人胚细胞系RPE28SV4,非色素沉着睫状上皮细胞(NPE),人结肠癌细胞系T84,胰岛B细胞系HIT非色素
沉着纤毛上皮细胞(NPCE)
2ClC-3的分布
ClC-3分布广泛,多种动物如大鼠、犬、兔、豚鼠、牛及人等心、肝、肾血管组织的细胞和一些细胞系都有分布,还表达于肿瘤细胞,汇集见Tab1。ClC-3不仅在细胞膜上表达,而且也在肝细胞、上皮细胞和神经元突触囊泡等胞内表达。
3ClC-3电生理特性
ClC-3的基本电生理特性有高的基础活性,细胞膨胀时被激活,PKC的激活可抑制通道活性,在正电位时通道失活,通道开放形成一外向整合电流,电导在40~140pS之间,对离子的通透性为I-> Cl-,4,4c-diisothiocyanostibene-2,2c-disulphhonate (DIDS)、tamoxifen可阻断。不同组织及在不同的表达系统其特性不完全一样。大鼠ClC-3在爪蟾卵母细胞表达时的Cl-电流呈外向整合电流,离子的渗透性I->Cl-,被PKC和DIDS抑制[2]。豚鼠心脏克隆的ClC-3在N IH/3T3细胞表达,用膜片钳记录到一个大的外向整合电流[8],电流在正性电位时灭活,0mV左右出现反转电位,PKC、DIDS、ta-mox ifen、细胞外ATP都能以电压依赖方式阻断I ClC-3,兔、豚鼠的心肌细胞I Cl-的特征与此相似。在CHO-K1细胞瞬时转染鼠ClC-3,氯电流是Cl-> I-,呈极强的外向整合电流,缺乏负电压灭活,对氯通道阻断剂DIDS、NPPB不敏感,不能被佛波酯抑制,也不能被渗透性膨胀激活[10]。在犬结肠平滑肌细胞可记录到一外向整合Cl-电流[11],能被低渗激活,0mV左右出现反转电位,对离子的通透性为I->Br->Cl-,PKC、DIDS、tamoxifen、细胞外ATP抑制低渗激活Cl-电流,NFA无效,用Mn2+替代Ca2+或nicardipine阻断Ca2+内流都不能抑制低渗激活Cl-电流,说明此电流是Ca2+非依赖性的。犬肺动脉肾动脉平滑肌细胞ClC-3电流的特征与结肠平滑肌细胞相似。大鼠脑微血管内皮细胞在低渗状态下可记录到一个大的外向整合电流,在去极化时呈轻微的时间依赖性减少,阴离子渗透顺序是I->Br->Cl->F->gluconate,氯通道阻断剂DIDS、5-nitro-2-(3-phenylpropylamino)-benzoate(NPPB)、tamox ifen都能抑制容积激活的氯电流,此电流依赖于细胞内ATP而不依赖于细胞内Ca2+,phorbol 12,13-dibutyrate(PDBu)激活PKC能抑制低渗激活的氯电流,细胞外ATP和verapamil对低渗激活的Cl-内向和外向整合电流都有抑制作用[12]。
4ClC-3与细胞容积调节
1997年Duan等[8]首次确定了ClC-3与细胞容积调节的关系,把从豚鼠心脏克隆的ClC-3(gpClC-3)转染到NIH/3T3细胞表达,用膜片钳记录到一个大的外向整合电流,电流密度在+80mV时是(484?52)pApF-1,在-80mV时是(-300?36) pApF-1,电流在正性(>+80mV)电位时灭活,在预计的Cl-平衡电位(E Cl=0mV)附近出现反转电位.把细胞置于低渗液(250mOsm per kg H2O,17%低渗)>2m in,细胞膨胀,膜电导明显增加,呈外向整合,在正电位时为时间和电压依赖性灭活,电流密度增加了2倍,在高渗液时此电流仍存在,但减少了,而在未转染ClC-3的N IH/3T3细胞和转染pZeoSV-CFTR的N IH/3T3细胞,未得到相同结果,强烈提示此结果是由于g pClC-3蛋白表达引起。由PDBu激活PKC以电压非依赖方式抑制膨胀激活的I ClC-3,DIDS、tamoxifen、细胞外ATP都能以电压依赖方式阻断I Cl C-3,离子渗透的选择性是I->Cl->Asp-,在转染ClC-3的NIH/3T3细胞用细胞接触式膜片钳记录到I ClC-3典型的单通道电流,呈外向整合电流,弦状电导,对Cl-敏感,通道有3种开放动力学状态和4种关闭动力学状态,这些特征与心脏和其他哺乳动物细胞的I Cl.vol非常相似。把编码跨膜区域末端天门冬氨酰胺的gp ClC-3cDNA人为突变,579位的天门冬氨酰胺突变为赖氨酸,外向整合电流消失,通道的离子渗透选择性从I->Cl-改变为Cl->I-,ClC-3蛋白579位的天门冬氨酰胺与外向整合电流和通道的离子渗透选择性密切相
关,因而从生物物理、药理及基因突变等方面证实了ClC -3调节细胞容积的作用。如果把转染了ClC -3的N IH/3T3细胞上的ClC -3通道51位丝氨酸(S51A)突变成丙氨酸,在PDBu 激活PKC 时低渗激活的I ClC -3不能被抑制,而在362位的丝氨酸突变时PKC 抑制低渗激活的I ClC -3作用依然存在,说明ClC -3胞内氨基末端51位丝氨酸残基PKC 磷酸化位点是通道的容积感受器调节位点
[9]
。2000年Wang
等[13]
用ClC -3反义寡核苷酸研究了内源性ClC -3调节细胞容积的作用,质量浓度为0123低渗溶液引起牛非色素沉着上皮细胞(NPCE)膨胀引出一外向整合氯电流,在去极化步骤很少失活。ATP 阻断88%和61%容积激活的氯电流的外向和内向整合电流部分,ClC -3反义寡核苷酸抑制内源性ClC -3的表达,剂量依赖性地降低容积激活氯电流幅度,激活潜伏时间延长,未被ClC -3反义寡核苷酸抑制的电流还能被ATP 抑制。ClC -3反义寡核苷酸抑制ClC -3蛋白表达与抑制容积激活氯电流成正相关,也抑制低渗时容积调节减低能力,而用ClC -3正义寡核苷酸作对照未见此效应,确定ClC -3参与NPCE 细胞容积激活氯电流(I Cl.v ol )和细胞容积调节。2001年Duan 等[14]
用抗ClC -3抗体再次确定内源性ClC -3调节细胞容积的作用,在转染了豚鼠心脏ClC -3的N IH/3T3细胞用ClC -3多克隆抗体通过膜片钳电极微管细胞内透析30min 全抑制低渗激活的ClC -3电流,而抗体与抗原预孵后再细胞内透析,此作用消失。在豚鼠心肌细胞、犬肺动脉平滑肌细胞用ClC -3多克隆抗体细胞内透析时也出现这种作用。当细胞膨胀时激活ClC -3,通道开放,Cl -大量外流,同时携带细胞内水分大量外流,恢复细胞容积,从而达到调节细胞容积的目的。5 ClC -3的调控机制
在兔心房肌和犬心室肌未受刺激时即可记录到基础活性的Cl -电流(I Cl.b )[15]
,低渗细胞膨胀时增强,高渗皱缩时被抑制,此现象也见于豚鼠心肌和N IH/3T3细胞[9,10],犬心房肌细胞等渗状态下可见自发性激活[16]
,因为在等渗状态细胞容积也受到代谢时渗透性物质形成和跨膜转运的不断影响,说明等渗状态时ClC -3通道多数呈关闭状态,只有少量呈开放状态,因此产生了I Cl.b ,也显示细胞内有内源性抑制物存在[17],由PDBu 激活内源性PKC 抑制膨胀激活的I ClC -3,抑制通道对容积敏感性,用高特异性PKC 抑制剂BIM 抑制内源性PKC 使转染了野生型ClC -3的NIH /3T3细胞和豚鼠心房心室肌
细胞在等渗状态下膜Cl -电流增加了,而且取消了
低渗时通道激活,提示细胞内PKC 是细胞ClC -3通道的内源性抑制剂,PKC 抑制作用的去除与低渗引起的通道开放密切相关,也说明PKC 对ClC -3通道磷酸化/去磷酸化在细胞容积变化时通道的调节起重要作用
[9]
。蛋白磷酸酶(protein phosphatase,PP)
抑制剂okadaic acid 和calyculin A 能抑制I ClC -3,PP 是使蛋白去磷酸化。细胞容积急性改变时PKC 和其他激酶活性发生变化,低渗时细胞膨胀,通道附近PKC 发生移位,将允许通道磷酸化,这种PKC 移位可能非常精细,很可能在靠近膜处的细胞骨架上
[18]
。细胞容积改变时如何调节PKC 和PP 活性
还不清楚,有人发现当细胞皱缩时可激活phos -phatidylinosito-l 4,5-bisphosphate 1PtdIns(4,5)P 22y phopholipase(PLC)y Ins(1,4,5)P 3和二酰基甘油y PKC 信号通路,激活PKC 。基于这些认识,细胞容
积改变引起ClC -3通道开放的过程可能是:在等渗状态,蛋白激酶(protein kinase,PK)和PP 基础活性处于平衡,保持大多数ClC -3通道磷酸化,呈关闭状态,只有少量通道位点去磷酸化,呈开放状态,这些少许活性通道形成了基础电流(I Cl.b ),当细胞处于低渗状态,细胞膨胀,PKC 活性降低,PP 活性升高,ClC -3通道去磷酸化,引起更多通道开放,形成I ClC -3,而在高渗状态,细胞皱缩,PKC 活性升高和(或)PP 活性降低,通道磷酸化,通道关闭(Fig 2)。ClC -3胞内氨基末端51位丝氨酸很可能是细胞内PKC -PP 活性和通道门控之间的直接感受器,但如何精确参与通道功能还不知道,可能是ClC -3NH 2末端或蛋白结构变化在通道孔道形成一个无活性的/球0(ball),PK 对S51的磷酸化可能影响/球0的活性
[19]
。已有研究证明细胞骨架对阴离子通道的门
控起调节作用,F -肌动蛋白基质细胞骨架位于细胞膜下方维持细胞膜的折叠,通道蛋白与体积敏感的细胞骨架上的蛋白相互作用而位移,膜折叠而通道关闭,膜去折叠则通道开放,但ClC -3的门控是否如此还有待进一步研究。
Fig 2 Regulation of PKC on ClC -3
细胞内Ca2+对ClC-3的调节认识还不一致。转染大鼠神经元ClC-3的中国仓鼠卵母细胞(CHO)细胞内Ca2+升高可抑制单通道电流I Cl C-3,而且不依赖于磷酸化和ATP[17]。在转染豚鼠心肌w tClC-3的N IH/3T3细胞Ca2+载入剂ionomy cin也能抑制低渗状态I ClC-3,但是在用BIM预处理抑制内源性PKC时ionomycin对I ClC-3的抑制作用被取消了,在S51A突变的gp ClC-3转染的NIH/3T3细胞iono-my cin对等渗和低渗状态下的I Cl C-3都无抑制作用了,提示可能是由Ca2+敏感的PKC磷酸化机制介导的[9]。与Kaw asaki等[17]的结果不一致,其原因可能与PKC不同亚型对Ca2+敏感性不同有关。
细胞内cAM P-PKA通路对I Cl.vol调节存在矛盾,在犬心室肌细胞I Cl.vol对PKA抑制剂H-89不敏感[15],而在犬心房肌细胞和人心房心室肌细胞iso-prenaline或forskolin增加c AMP水平刺激了I Cl.vol[16]。cAMP类似物8-Br-cAM P和能升高细胞内cAMP的B受体激动剂iroprenaline能抑制豚鼠和犬心房肌细胞I Cl.vol,在转染豚鼠心肌gp ClC-3的N IH/3T3细胞8-Br-c AM P抑制低渗状态下I Cl C-3, PKA抑制剂KT5720预处理能防止8-Br-cAMP对I ClC-3的抑制作用,在S51A突变的gp ClC-3转染的N IH/3T3细胞8-Br-cAM P就不能抑制低渗状态下I ClC-3,说明此作用可能通过S51A氨基末端丝氨酸位点磷酸化。也有人认为PKA对I Cl.vo l的抑制作用是由于PKA对通道的磷酸化引起,而对I Cl.vol的刺激作用是由PKA非依赖通路介导的。
Ca2+/钙调素依赖蛋白激酶(Ca2+/calmodulin dependant protein kinaseò,CaMKò)参与人ClC-3的调节作用[7],从人结肠癌细胞系T84克隆了ClC-3(h ClC-3)基因,稳定表达在无CaMKò的哺乳动物上皮细胞系tsA细胞,用膜片钳技术从微电极管导入CaMKò,可记录到一CaMKò依赖氯电流, CaMKò特异性阻断剂AIV可阻断此电流,通道的280位甘氨酸突变为谷氨酸(G280E)后,通道对阴离子通透选择性从I->Cl-改变为Cl->I-,说明h ClC-3通道受CaMKò依赖的磷酸化调控,尽管h ClC-3电流的激活依赖于CaMKò依赖的磷酸化过程,但并没有参与低渗状态细胞膨胀引起的C-l电流,与细胞膨胀容积改变无关。
6ClC-3的生理、病理作用
ClC-3在组织器官广泛表达,可能参与许多生物学功能,但ClC-3的生理、病理方面作用还远未揭示。在豚鼠、大鼠、犬等动物心脏都发现ClC-3的表达[5,8],与心肌细胞容积调节、膜电位等密切相关,可能参与心率失常、心肌肥厚、心衰等心脏疾病。犬结肠平滑肌细胞在低渗状态细胞膨胀时可引出I ClC-3,ClC-3可能参与在受机械张力时结肠平滑肌的收缩反应[11]。ClC-3在肾集合管,联接管闰细胞有表达,可能与肾结石形成相关[20]。Stobraw a 等[21]报道,在ClC-3基因敲除的小鼠出生后海马和光感受器几乎完全消失,海马和光感受器的缺失导致突触囊泡不适酸化,认为ClC-3是保持质子泵酸化囊泡内电荷平衡的阴离子分流通路。胰腺胰岛B 细胞系H IT在低渗状态细胞膨胀时刺激胰岛素分泌,即使有氯通道阻断剂存在也不能抑制,H IT表达ClC-3,但与胰岛素分泌及糖尿病等的关系还不清楚[22]。ClC-3与肝脏疾病、鼻疾病、耳蜗疾病、肺血管疾病、癌症、免疫性疾病等的关系还需进一步研究。
7ClC-3通道的阻断剂
特异性ClC-3通道的阻断剂还没有,DIDS、抗雌激素药物tamox ifen都能抑制容积激活氯电流[12],Wang等[13]合成了ClC-3反义寡核苷酸,能抑制ClC-3蛋白的表达,抑制I Cl C-3,是一个有用的研究工具药,也可能用于基因治疗。最近发现[14]ClC-3多克隆抗体通过膜片钳电极微管细胞内透析30 min完全抑制低渗激活的I ClC-3,也是一个特异性的研究工具,是否能在细胞外或在体使用值得研究。8问题与展望
细胞容积的调节对机体非常重要,ClC-3是一个关键通道,但不是调控细胞容积的唯一离子通道因素。ClC-3反义寡核苷酸抑制NPCE内源性ClC-3的表达,降低容积激活氯电流幅度,但不能完全抑制,未被ClC-3反义寡核苷酸抑制的电流还能被ATP抑制,提示还有其他因素参与[13]。最近Weylandt等[23]报道了与以前大不一样的结果,在多个细胞系研究认为ClC-3并不参与ICl,swell,页不参与细胞容积调节减低,甚至细胞内Ca2+也不能激活ClC-3,这可能与组织特异性有关,也可能ClC-3有功能不同的亚型。
PKC对ClC-3通道的调节存在矛盾。用全细胞膜片钳技术在犬心房肌细胞受到正压膨胀时可记录到膨胀激活的氯电流(ICl,sw ell),PDBu浓度依赖性刺激ICl,sw ell,作用缓慢加强,5min达稳态,此效应能被bisindolylmaleim ide I抑制,而且PDBu的无活性的类似物4A-PDBu则无此作用,由phorbol 12-myristate13-acetate(PMA)下调PKC后基础的全细胞电流和膨胀激活的ICl,sw ell都不再对
PDBu起反应,A-受体激动剂新福林不能影响ICl, sw ell,此结果提示PKC活性能刺激而不是抑制犬心房肌细胞ICl,sw ell,与在兔心房肌PKC依赖性抑制ICl,sw ell的结果相矛盾,说明PKC调节心脏ICl,sw ell存在种属差异[24]。
也有报道ICl,vol不受PKC抑制剂和激动剂的调节,甚至用生物化学方法提供佛波酯(phorbol es-ters)T PA仍然对ICl,vol无影响,原因可能是在不同的细胞佛波酯对PKC不同亚型的激活不一样,而ClC-3通道磷酸化可能是有一特别的PKC亚型介导的,也可能不是单一PKC,还有其他丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶作用于相同的S51位点。Waldegger 等[25]已克隆了一个容积调节丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶h-sgk,与PKC催化区域有50%同源,低渗细胞膨胀时下调,高渗细胞皱缩时上调,但对ICl,vol的作用仍未确定。也可能存在非PKC调节的容积敏感的ClC-3亚型或其他ClC亚型,仍需进一步研究。
作为通道功能的ClC-3蛋白应该存在于细胞膜上,但在上皮细胞、结肠癌细胞胞膜胞内都有表达[7,13],而且在胞内表达占优势,那么,在细胞膨胀容积激活氯通道时在细胞内的ClC-3是否会从胞内向细胞膜移位?Huang等[7]发现细胞内Ca2+增加可促进ClC-3向膜转移。胞内和膜上的ClC-3蛋白是否一致、胞内ClC-3向膜转移的意义及调控信号如何都还是个迷。
总之,进一步阐明ClC-3的生理病理与疾病的关系将有助于开发特异性作用于ClC-3通道的药物。
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神经元上的小电导钙激活钾通道的研究进展*
金宏伟王晓良
(中国医学科学院#中国协和医科大学药物研究所,北京100050)
中国图书分类号R32218;R329124;R338;R34812
文献标识码A文章编号1001-1978(2002)05-0486-04摘要小电导的钙激活钾通道(SK)具有K+选择性,Ca2+高敏性和电压不依赖等特性,广泛分布在神经元上。参与产生慢后超级化电位,通过放电频率适应影响神经元的放电功能。SK通道主要包括SK1,SK2,SK33种通道,通道活性受Ca2+,钙调蛋白(CaM)以及一些神经递质的调节。SK通道的改变可能与学习记忆失调,精神分裂症以及神经肌肉失调等疾病有关。
关键词小电导的钙激活钾通道;慢后超级化电位;钙调蛋白
钙激活钾通道(K Ca)是钾通道超家族的一个重要分支,目前,已知有许多类型的钙激活钾通道存在于各种类型的细胞上。按生物物理及药理学特性主要分为3大类:大电导钙激活钾通道(BK Ca),中电导钙激活钾通道(IK Ca),和小电导的钙激活钾通道
2002-01-24收稿,2002-03-20修回
*国家重大基础项目研究计划资助课题(No G1998051106)和国家杰出青年科学基金资助课题(No39425014)
作者简介:金宏伟,男,33岁,博士研究生;
王晓良,男,46岁,研究员,博士生导师。Tel:010-
63165193,Fax:010-********,E-mail:W angxl@i https://www.doczj.com/doc/6612135234.html, (SK Ca)。由于它们不仅参与膜兴奋性的改变,而且还与细胞内Ca2+的变化相关联,因此,参与机体许多重要的生理、病理功能的调节。
SK Ca的单通道的电导值为5~20pS,apam in和高浓度的d-tubdotoxin可阻断该通道,但对TEA, charybdotox in(CTX)不敏感;可被100~400nmol# L-1Ca2+激活,在负膜电位时,SK Ca比BK Ca对Ca2+更敏感。由于SK Ca具有K+选择性,Ca2+高敏性和电压不依赖等特性,以及在调节神经元放电等功能上的重要作用,近年来已引起人们的广泛关注。
1SK通道与后超极化电位(AHP)
在许多神经元上,后超级化电位产生于动作电位之后,持续达几秒,影响神经元的放电功能。从动力学角度来看,后超极化电位是由快、中、慢3种成分组成,每个组分均是由不同的钙激活钾通道调节。sAHP就是紧随快速超极化后,持续几百毫秒甚至几秒的慢时相,由激活SK Ca通道而产生的,主要是限制神经元的放电频率,产生放电频率适应(Spike frequency adaptation)。基于对apamin(一种从蜂腺中提取的神经毒)的敏感性的差异,又将sAH P分为apamin敏感的sAH P和apamin不敏感的sAHP2种,它们分别是由不同SK通道亚型调节的。
1.1apamin-敏感AHP在如海马神经元,牛蛙交
23W eylandt KH,Valverde M A,Nobles M et al.H uman ClC-3is-not the sw elling-activated chloride channel involved in cel l volume regulation.J Biol Che m,2001;276(20):17461~7
24Du XY,Sorota S.Protein kinase C s timulates swelling-induced chl oride current in canine atrial cells.Pf lugers Ar ch,1999;437
(2):227~34
25Waldegger S,Barth P,Raber G,Lang F.Cloning and character-i zati on of a putative human serine/threonine protein kinase tran-scriptionally modified during anisotonic and isotonic alterati ons of cell volume.Proc Nalt Acad Sci US A,1997;94:4440~5
Progress in ClC-3chloride channel
CH EN Lin-Xi,GUAN Yong-Yuan
(Dep t of Phar macology,Sun Yat-sen University o f Medical Sciences,Guangz hou510080)
ABSTR ACT ClC-3is an important chloride channel, w ildly ex pression in organs and tissues.ClC-3chloride current show outw ard rectification current、inactiva-tion at positive potention、reverse potential at about0 mV.Anion selectivity is I->Cl-,ClC-3chloride current can be inhibited by chloride channel inhibitor DIDS、tamox ifen and extracellular ATP.ClC-3is modulated by cell volume and regulated by PKC.T he present review discusses the ex pression,eletrophysio-logy,molecular properties,sig nal transduction of such channel.
KEY WOR DS chloride channel;ClC-3;volume-act-i vated;eletrophysiology
万方数据
１９０生命科学第１９卷 ６条染色体，大鼠位于第５条染色体。ＣＦＴＲ分布广泛，许多器官，如肺、肝、胰腺、肠、生殖腺等的细胞膜中都有表达，尽管称为氯离子通道，但还涉及到其他一价阴离子的运输，由于生理条件下氯离子最为重要，故称为氯离子通道。 图１ＣＦｌＲ型氯离子通道推测的结构模型１２】 ＭＳＤ：跨膜结构域；ＮＢＤ：核苷酸结合结构域；Ｒ：调节结构域；ＰＫＡ：ｃＡＭＰ依赖的蛋白激酶 ＣＦＴＲ是一种跨膜蛋白质，较难获得理想的晶体，至今未获得完整的结构图像，但由于它属于ＡＢＣ家族，而ＡＢＣ家族的部分成员结构已经阐明，因此，根据序列比对推测得到了ＣＦＴＲ的结构（图１）。最近获得了ＣＦＴＲ的一般晶体结构，使用电子显微镜初步获得了它的空间结构，与真核生物另一个ＡＢＣ家族成员Ｐ．糖蛋白在结构上具有相似性【５１，说明了推测的合理性。现在可以肯定的是ＣＦＴＲ由５个功能结构域组成：两个跨膜结构域（ｍｅｍｂｒａｎｅ— ｓｐａｎｎｉｎｇｄｏｍａｉｎｓ，ＭＳＤ）ＭＳＤ１和ＭＳＤ２；两个核苷酸结合结构域（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ－ｂｉｎｄｉｎｇｄｏｍａｉｎｓ，ＮＢＤ）ＮＢＤｌ和ＮＢＤ２；一个调节结构域Ｒ。这些结构域中两个ＭＳＤ形成了选择性氯离子通道，两个ＮＢＤ结构域调节了氯离子通道的门控性，而Ｒ基团的磷酸化控制了通道活性【：】。 ２ＣＦＴＲ的调节机制 两个六跨膜结构域ＭＳＤｌ和ＭＳＤ２共同构成了对氯离子具有选择性的通道，通道最狭窄部位的直径为０．５３—０．６０ｎｍ，在正常情况下，被其他大的阴离子或调节结构域Ｒ阻断；当胞内氯离子浓度升高激活了ｃＡＭＰ依赖的蛋白激酶最终可使通道打开，通过这种方式而有效调节了通道的开闭。此 外，胞外的氯离子浓度也可以影响通道的门控，它 的浓度升高也可以促进通道的打开【６１。和其他ＡＢＣ蛋白不同的是ＣＦＴＲ允许氯离子双向通透，而不是定向转运【７】。两个ＭＳＤ的部分氨基酸构成了对氯离子的选择性运输，如带有正电荷Ｋ９５、Ｒ１３４、Ｒ３３４、Ｋ３３５、Ｒ３４７和Ｒ１０３０在物种间具有高度保守性，它们的突变会影响到通道对氯离子的通透性【ｚ】，由于ＣＦＴＲ完整结构还未阐明，因此对氯离 子的选择性分子机理也还未完全阐明。 Ｃ网ｔ的门控性则主要由两个ＮＢＤ来调节，对它们的研究则最为详细。ＮＢＤ含有大量高度保守的序列，每一个ＮＢＤ结构域都含有一个保守的磷酸结合环（被称为Ｐ环或ＷａｌｋｅｒＡ基序），此外还含有保守的ｗａｌｋｅｒＢ基序和ＬｓＧＧＱ基序，推测这些结构域对于ＡＴＰ的结合和水解发挥着重要作用【扪。 很早就发现√册的结合是通道打开所必需的［４】，ＡＴＰ的结合和随后的水解有效的调节了通道的门控，而最近研究发现ＡＤＰ可以抑制通道的打开【８】。ＮＢＤｌ和ＮＢＤ２都含有ＡＴＰ结合结构域，同时具有ＡＴＰ酶活性，可以通过水解ＡＴＰ的方式来驱动通道的打开。在这个过程中需要大量ＡＴＰ，但氯离子通道主要介导的是氯离子的被动运输，因此不应该耗费太多能量，研究人员最新发现ＮＢＤ除了具有ＡＴＰ酶活性外，还具有腺苷酸激酶活性，腺苷酸激酶主要催化ＡＴＰ＋伽仰?—＋２ＡＤＰ的反应，因此尽管需要大量的ＡＴＰ，但在生理条件下是腺苷酸激酶活性而不是ＡＴＰ酶活性主要调节了门控，因此并不耗费太多能量【９】。 那么两个ＮＢＤ如何在ＡＴＰ的驱动下实现对氯离子通道的门控作用的呢？Ⅺｄｄ等【１０１研究表明，当两个结构域单独存在时，ＡＴＰ酶活性较低，而只有当两者形成二聚体才时可以有效增加酶活性，特别是Ｖｅ穆ａＩｌｉ等【ｌｌ】最近发现，当ＮＢＤｌ和ＮＢＤ２独立存在时，氯离子通道关闭，当形成紧密结合的二聚体后氯离子通道打开，并且形成二聚体的过程需要ＡＴＰ，因此ｊ旧驱动的两个ＮＢＤ结构域的紧密二聚体化是离子通道打开的前提【１２】，从而实现将ＡＴＰ水解和通道的门控作用有机结合【１３】。那么形成的二聚体中两个结构域的功能是否相同呢？研究发现，两个结构域都可以和ＡＴＰ结合，但只有ＮＢＤ２可以水解ＡＴＰ促使通道的打开，说明两个结构域通过各自的机制完成了ＡＴＰ水解和门控的偶联过程【?引。 相对于ＡＢＣ家族的其他成员，ＣＦｌＲ是唯一已 万方数据
植物钾离子通道的分子生物学研究进展 闵水珠 (浙江大学生命科学学院，浙江杭州，310029) 摘 要：钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。近年来，已从多种植物或同种植物的不同组织器官 中分离到多种钾离子通道基因，包括内向整流型钾离子通道基因( 如OsAKT1，DKT1，Ktrrl ，KIl l ，KZM1，ZMK2 等) 和外向整流型钾离子通道基因(如CORK ，PTOR K ，STOR K 等) 。文章分别从结构、功能以及相关基因等三 方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展，并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进 行了讨论。 关键词：钾离子通道；结构；基因 中图分类号：Q945；Q735 文献标识码：A 文章编号：1 004 —1 524(2005)03—01 63—07 T he progress on the m olecular biology of t h e K channels in plants M G Shui— zhu ( Co／e ge o f Li fe Science ， 慨 Un ive rsity ，Ha．~ hou 310029 ，China ) A bstract ：Tif s review summar i zed recent progresses on molecular biology of K channels in plants ，including structure and their elevant genes in specialty．The latter is d i v i ded into inward-rectifying K channel(K in) genes(OsAKT 1，DKT1， KFrl ，KDC1，KZM1，ZMK2，etc．) and o utward-~ tifyin g K channel(K out) gene s (C O R K ，FIDR K ，STOR K ，etc．) ．The possibilit y of impr o v i n g potassium nutr i tion of pla n t by bioengineerin g is also d i scussed in this paper． K ey words ：K channel；structure ；gene 离子通道(ion channe1) 是跨膜蛋白，每个蛋 白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被 动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下 进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来 讲，离子通道具有两个显著特征：一是离子通道 是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种 构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据 门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、
氯离子通道异常引发的肌强直（一） 【摘要】细胞膜离子通道结构和功能正常是细胞进行生理活动的基础。钠、钾离子通道在肌肉收缩中的作用一直受人关注。最近的研究表明，氯离子通道在肌肉收缩中也占有很重要的地位，甚至比钠、钾通道更具有决定性的意义。 【关键词】肌强直；CLC突变 骨骼肌的收缩的整个生理过程是以膜的电位变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑动为基础的收缩过程，不同的离子通道共同完成这一过程（兴奋-收缩偶联）。肌强直是因为离子通道的功能异常而导致的一种疾病。它的特征是突发自主收缩后肌肉松弛延缓。这是因为离子通道的功能障碍影响了细胞膜的静息电位，从而使骨骼肌纤维浆膜过度兴奋，造成了动作电位的重复产生。 由两种基因独立编码的电压门控氯离子通道和钠离子通道的突变是形成单纯遗传性肌强直的基础。氯离子通道和钠离子通道对细胞膜的作用是相反的：氯离子通道主要是抑制细胞膜的兴奋，稳定静息电位，而钠离子通道主要是兴奋细胞膜，使之产生动作电位〔1〕。 事实上，肌强直的诱发原因是多样的：一方面可以是氯离子通道失去性功能突变降低了氯离子的电导；另一方面，也可以是钠离子通道获得性功能突变导致的多余的离子通道的开放。本文仅就氯离子通道异常所引发的肌强直做一总结论述。 1 CLC氯通道 氯离子在体内含量极为丰富多种细胞存在氯离子浓度梯度。CLC是氯通道 家族的一大类，Mw约75?110kU,均有12个跨膜区和相同的离子选择顺序 （CI->Br->l-）及较低的单位电导值。 CLC基因存在于几乎所有的生物体中，在哺乳动物中发现了9种CLC同源体。 根据它们简单的序列将CLC通道分成三组，其中CLC-0 CLC-1、CLC-Ka和CLC-Kb属于细胞跨膜通道，其他两组可能构成细胞膜内的通道〔2〕。氯离子 通道在功能和结构上与其他离子通道有很大不同，它独一无二的结构特征是双筒型构造〔3〕，CLC可能是由两种完全相同但是相互独立的protopore构成，它们能在开放一段时间后不约而同的关闭。最近的克隆CLC实验证明，这种双 筒构造实际上是同源蛋白的两种形态的分化传导通路〔4〕。相比而言，钠通道是一种蛋白四聚体，四个亚单位沿中央的孔道对称分布，其中每个亚单位在其中行使相同的功能，通道直接垂直于细胞膜表面。而氯离子通道没有这种对称性，既不垂直于膜也不弯曲于膜内。一种更远的关于不对称的推测是一些在空间上相互接近但是在蛋白质一级结构上相隔甚远的区域构成了孔道。这种特殊的构造决定了它在细胞活动中的特殊地位和作用。CLC g离子通道和其他常规 通道的不同点是在通透和门控上的相互影响。阴离子的通透需要通道的开放，这个通透过程又反馈性的调节通道的开放〔5〕。 2氯离子通道与相关疾病
离子通道病 定义:离子通道结构的缺陷所引起的疾病.又称离子通道缺陷性疾病。 与信号传导相关的离子通道获得性或遗传性的结构和功能改变,均可能导致响应的信号传导异常,引起某种疾病或参与疾病的发病过程。如；肌肉型nAch受体自身免疫性损害-----重症肌无力；CI-通道CIC1基因缺陷-----先天性肌强直：Ryarodine受体缺陷------恶性高热易感性。 细胞膜上电压调控性钠、钙、钾和氯离子通道功能改变与先天性和后天性疾病发生之间的关系，对于离子通道基因缺陷、功能改变与某些疾病关系的研究，将可更新在离子通道生理学、病理学和分子遗传学等方面的知识，有助于开辟离子通道病治疗新途径。 90年代以来发现的主要离子通道病: 第一节钠通道病 钠通道基因突变所引起的心律失常，其原因可分为：基于通道活动的失活异常（不完全失活）；基于通道激活异常（Ina降低）；基于细胞膜上通道的数量减少（合成、运输及表达障碍)。钠通道分子结构上的有关部门位点发生突变时，就会严重影响钠通道的正常活动，而出现致命性心律失常。 所有钠通道基因突变所引起的疾病主要与α-亚单位的基因改变有关。在心肌细胞，位于染色体3p21-24上的SCN5A基因与钠通道（hH1）的组成有关。该基因突变是造成人类第3型长Q-T综合症（LQT3）的根本原因。先天性长Q-T综合症是一种罕见且致死的心脏电复极化过程异常延长性心律失常，心电图上QT间期延长，出现室性心律失常、晕厥和瘁死的一种综合症。与正常结构相比，在由突变SCN5A形成的钠通道α亚单位上，位于Ⅲ和Ⅳ结构域之间的4和5号片段有脯氨酸、赖氨酸和谷氨酰胺缺失现象。破坏了通到连接攀与通道的相互作用，使部分通道变为非失活的形式，通道失活的延迟导致持续的Na+内流，延长心肌复极时间，导致QT间期延长。 LQT与一些基因的突变或缺失有关，这些基因分别命名为LQT1---LQT4。 LQT1，LQT2是主要的心脏钾通道病。
离子通道研究进展 陆亚宇（江苏教育学院生物系） 指导老师：戴谷（江苏教育学院生物系） 摘要：随着对离子通道研究的逐步深入, 各种研究方法都暴露出一定的局限性. 目前, 对于离子通道的研究工作进入了一个新阶段,即对不同方法的综合应用阶段,这不仅有助于人们在分子水平上认识离子通道的结构和功能的关系,也为不同领域的科学家提供了更多的合作机会.首先介绍了离子通道理论及实验研究方法, 并分析了各种研究方法综合应用的必要性,展望了这一领域的发展前景及其所面临的挑战性问题.并介绍最新的全自动膜片钳技术及其最新进展,它具有直接性、高信息量及高精确性的特点。近来在多个方面作出新的突破,如高的实验通量表现,较高的自动化程度、良好的封接质量、微量加样等。目前,该技术在以离子通道为靶标的药物研发,药物毒理测试以及虚拟药筛等方面有广阔的应用前景。全文对全自动膜片钳仪器的原理和技术细节作简单介绍。并简单介绍最新的关于K+通道在烟草中的发现，并对利用现代生物技术手段提高烟叶含钾量进行了展望。 关键字：离子通道; 实验方法; 全自动膜片钳；钾离子通道 前言： 细胞是通过细胞膜与外界隔离的,在细胞膜上 有很多种离子通道（如右图）,细胞通过这些 通道与外界进行离子交换。离子通道在许多细 胞活动中都起关键作用,它是生物电活动的基 础,在细胞内和细胞间信号传递中起着重要作 用。随着基因组测序工作的完成,更多的离子 通道基因被鉴定出来,离子通道基因约占 1 . 5% ,至少有400个基因编码离子通道。相应的 由于离子通道功能改变所引起的中枢及外周疾 病也越来越受到重视。 离子通道的实验研究最初主要来源于生理学实 验。1949～1952年, Hodgkin等发展的“电压钳 技术” 为离子通透性的研究提供技术条件。60 年代中期,一些特异性通道抑制剂的发现为离 子通道的研究提供有力武器。1976年Neher和 Sakmann发展的膜片钳技术直接记录离子单通 道电流,为从分子水平上研究离子通道提供直 接手段。80年代中期,生化技术的进步,分子生物学以及基因重组技术的发展,使人们能够分离纯化许多不同的通道蛋白,直接研究离子通道的结构与功能关系。 通道结构和功能的研究日益成为电生理学、分子生物学、生物化学、物理学等多学科交叉的热点问题.对离子通道进行研究,传统的实验方法是电压钳技术、膜片钳技术等电生理学研究方法[; 传统的理论方法主要包括PNP模型和布朗动力学模型, 伴随计算机技术的迅猛发展和X 射线晶体衍射图谱技术在离子通道研究中的应用, 以及Mackinnon 等用X 射线晶体衍射技术成功解析出多个高分辨率离子通道三维空间结构,使得人们得以使用分子动力学模拟和量子化学计算等模拟在分子水平认识离子通道结构和功能的关系;随着分子生物学快速发展,又出现了定点突变技术、人工膜离子通道重建技术等实验技术手段本文中,笔者将
第十八章肌肉疾病 学习要求 掌握各型进行性肌营养不良症的临床表现，掌握周期性瘫痪的临床表现及治疗原则，掌握多发性肌炎的临床表现、辅助检查、诊断及治疗原则；熟悉进行性肌营养不良症的诊断、鉴别诊断、治疗及预防原则，熟悉周期性瘫痪的诊断及鉴别诊断，熟悉强直性肌营养不良症、先天性肌强直的临床表现、诊断、鉴别诊断及治疗；了解肌肉疾病的概念及肌纤维的结构与功能，了解进行性肌营养不良症的病因及发病机制，了解周期性瘫痪的病因及发病机制，了解多发性肌炎的病因及发病机制，了解肌强直的概念及机理。 一、选择题 A型题 1.Dys缺失或异常可见于： A. 强直性肌营养不良症 B. 低钾型周期性瘫痪 C. 假肥大型肌营养不良症 D. Andersen综合征 E. 多发性肌炎 2.假肥大型肌营养不良症的Dys基因位于： A. 1q31-32 B. Xp21 C. 19q13.3 D. 5q11-13 E. 4q35 3.假肥大型肌营养不良症患者，男性，其姨表兄弟亦患有同样疾病，则其母亲为： A. 患者 B. 肯定携带者 C. 很可能携带者 D. 可能携带者 E. 正常人 4. 进行性肌营养不良症下列哪型病情最为严重： A. Duchenne型肌营养不良症 B. Becker假肥大型肌营养不良症 C. 面肩肱型肌营养不良症 D.肢带型肌营养不良症 E. 远端型肌营养不良症 5. 下列哪种疾病属骨骼肌钙通道病： A. 进行性肌营养不良症 B. 多发性肌炎 C. 高钾型周期性瘫痪 D. 低钾型周期性瘫痪 E. 强直性肌营养不良症 6. 下列疾病中属X性连锁遗传的有： A. 低钾型周期性瘫痪 B. 少年近端型脊髓性肌萎缩症 C. Andersen综合征 D. 先天性肌强直 E假肥大型肌营养不良症 7.反复发作的周期性瘫痪应做下列哪项检查： A.头部CT B.胸部X线拍片 C.T3、T4检测 D.血糖检测 E.血脂检测 8. 以反复发作的突发性骨骼肌弛缓性瘫痪为特征的疾病为： A. 进行性肌营养不良症 B.多发性肌炎 C. 低钾型周期性瘫痪 D. 少年近端型脊髓性肌萎缩症
r 讲座与综述r 氯离子通道ClC -3研究进展* 陈临溪 关永源 (中山大学中山医学院药理学教研室,广州 510080) 2002-01-16收稿,2002-03-20修回 * 国家自然科学基金(No 39970849)、国家科技部攀登计划(国科基 字[1999]045号)和2000年广东省自然科学基金团队项目资助作者简介:陈临溪,男,37岁,博士研究生,副教授。Tel:020-********,E -mail:ch enlinxi@https://www.doczj.com/doc/6612135234.html,;关永源,男,56岁,教授,博士生导师 中国图书分类号 R 329125 文献标识码 A 文章编号 1001-1978(2002)05-0481-06摘要 ClC -3氯离子通道广泛分布于组织器官和各种细胞,ClC -3氯离子电流呈外向整合电流,在正性电位通道灭活,0mV 左右出现反转电位,通道的离子渗透选择性是I ->Cl -,能被氯通道阻断剂DIDS 、tamox ifen 和细胞外A T P 抑制,被PK C 磷酸化调节,参与细胞容积调控。关键词 氯离子通道;ClC -3;容积激活;电生理学 氯离子(Cl -)是生物体内最多的阴离子,通过跨膜转运和阴离子通道参与各种生物功能,Cl -的跨膜转运形成Cl - 电流,很久以前就用电生理方法记录到了,一直当作/漏电流0而被忽视,近来由于膜片钳技术的应用,特别是分子生物学技术的发展,大大推进了Cl -通道(chloride channel)的研究,1990年Jentsch 和同事首先在电鳐电器官上克隆了电压门控Cl -通道(voltage -gated chloride channel),取得了突破性进展[1]。之后发现了大量的Cl -通道,形成了一个Cl -通道家族(ClC),ClC 基因存在于几乎所有生物体。在哺乳动物已发现9种ClC 同源体,ClC 1~17,ClCKa,ClCKb,分属于A B C 3个亚族,各Cl -通道有30%~80%的同源序列。 维持细胞容积的稳态十分重要,细胞内外渗透压变化、细胞生长分裂等可引起细胞容积发生改变,而在细胞容积调节中Cl -通道起重要作用。多项研究提示ClC -3是容积激活(volume -activated )Cl -通道,参与许多生理功能。ClC -3属ClC 家族B 亚族,已成为ClC 研究的热点,现将有关ClC -3的研究进展介绍如下。1 ClC -3的基因克隆、蛋白质结构 编码ClC -3蛋白的基因已从大鼠肾[2]、小鼠肝、人胎脑[3]、豚鼠心脏[4]等组织克隆,与其他的ClC 结构相似,ClC -3蛋白有13个跨膜区域,N 和C 末 端均位于细胞内(Fig 1,引自Duan,1997),人ClC -3基因编码的是一个760个氨基酸的蛋白,从豚鼠心脏克隆的ClC -3与大鼠肾ClC -3在核苷酸有9115%的同源性,在氨基酸序列有9814%的同源性。豚鼠、犬、大鼠的心房和心室的ClC -3蛋白分子质量约为85ku [5],但在65和70ku 还有两条额外的ClC -3样免疫反应带,可能是ClC -3的糖基化形式或蛋白水解产物。大鼠肝细胞ClC -3蛋白约为80ku [6] 。从人结肠癌细胞系T 84克隆的hClC -3蛋白约90~120ku [7]。在转染豚鼠ClC -3的NIH /3T3细胞,把编码跨膜区域末端天门冬氨酰胺的g p ClC -3cDNA 人为突变,579位的天门冬氨酰胺突变为赖氨酸(N579K ClC -3通道),外向整合电流消失,通道的离子渗透选择性从I ->Cl -改变为Cl ->I -,说明ClC -3蛋白579位的天门冬氨酰胺与外向整合电流和通道的离子渗透选择性有密切关系。如果把转染了ClC -3的N IH/3T3细胞上的ClC -3通道51位丝氨酸突变成丙氨酸,PDBu 激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)时低渗激活的I ClC -3不能被抑制,而在362位的丝氨酸突变时PKC 抑制低渗激活的I ClC -3作用依然存在,说明ClC -3胞内氨基末端丝氨酸残基是PKC 磷酸化位点,也是通道的容积感受器[8,9] 。在大鼠肝、肺、肾、心脏、大脑皮质、小脑和嗅球的组织mRNA 还发现ClC -3有长型和短型两亚型[6],肝ClC -3短型与豚鼠心脏ClC -3一致,长型是在N -末端还附加58个氨基酸,但用Western blot 方法检测肝组织蛋白未能把两种同源形式分辨出 来。 Fig 1 Structure of ClC -3
氯离子通道异常引发的肌强直(一) 【摘要】细胞膜离子通道结构和功能正常是细胞进行生理活动的基础。钠、钾离子通道在肌肉收缩中的作用一直受人关注。最近的研究表明，氯离子通道在肌肉收缩中也占有很重要的地位，甚至比钠、钾通道更具有决定性的意义。 【关键词】肌强直；CLC；突变 骨骼肌的收缩的整个生理过程是以膜的电位变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑动为基础的收缩过程，不同的离子通道共同完成这一过程(兴奋-收缩偶联)。肌强直是因为离子通道的功能异常而导致的一种疾病。它的特征是突发自主收缩后肌肉松弛延缓。这是因为离子通道的功能障碍影响了细胞膜的静息电位，从而使骨骼肌纤维浆膜过度兴奋，造成了动作电位的重复产生。 由两种基因独立编码的电压门控氯离子通道和钠离子通道的突变是形成单纯遗传性肌强直的基础。氯离子通道和钠离子通道对细胞膜的作用是相反的：氯离子通道主要是抑制细胞膜的兴奋，稳定静息电位，而钠离子通道主要是兴奋细胞膜，使之产生动作电位〔1〕。 事实上，肌强直的诱发原因是多样的：一方面可以是氯离子通道失去性功能突变降低了氯离子的电导；另一方面，也可以是钠离子通道获得性功能突变导致的多余的离子通道的开放。本文仅就氯离子通道异常所引发的肌强直做一总结论述。 1 CLC氯通道 氯离子在体内含量极为丰富多种细胞存在氯离子浓度梯度。CLC是氯通道家族的一大类，Mw 约75～110kU, 均有12个跨膜区和相同的离子选择顺序(Cl->Br->I-) 及较低的单位电导值。 CLC基因存在于几乎所有的生物体中，在哺乳动物中发现了9种CLC同源体。根据它们简单的序列将CLC通道分成三组，其中CLC-0、CLC-1、CLC-Ka和CLC-Kb属于细胞跨膜通道，其他两组可能构成细胞膜内的通道〔2〕。氯离子通道在功能和结构上与其他离子通道有很大不同，它独一无二的结构特征是双筒型构造〔3〕，CLC可能是由两种完全相同但是相互独立的protopore构成，它们能在开放一段时间后不约而同的关闭。最近的克隆CLC实验证明，这种双筒构造实际上是同源蛋白的两种形态的分化传导通路〔4〕。相比而言，钠通道是一种蛋白四聚体，四个亚单位沿中央的孔道对称分布，其中每个亚单位在其中行使相同的功能，通道直接垂直于细胞膜表面。而氯离子通道没有这种对称性，既不垂直于膜也不弯曲于膜内。一种更远的关于不对称的推测是一些在空间上相互接近但是在蛋白质一级结构上相隔甚远的区域构成了孔道。这种特殊的构造决定了它在细胞活动中的特殊地位和作用。CLC氯离子通道和其他常规通道的不同点是在通透和门控上的相互影响。阴离子的通透需要通道的开放，这个通透过程又反馈性的调节通道的开放〔5〕。
摘要 细胞离子通道的结构和功能正常是维持生命过程的基础，其基因变异和功能障碍与许多疾病的发生和发展有关.离子通道的主要类型有钾、钠、钙、氯和非选择性阳离子通道，各型又分若干亚型.离子通道的主要功能是:提高细胞内钙浓度，触发生理效应;决定细胞的兴奋性、不应性和传导性;调节血管平滑肌的舒缩活动;参与突触传递;维持细胞的正常体积.离子通道的主要研究方法为膜片钳技术、分子生物学技术、荧光探针钙图像分析技术.离子通道病是指离子通道的结构或功能异常所引起的疾病.疾病中的离子通道改变是指由于某一疾病或药物引起某一种或几种离子通道的数目、功能甚至结构变化，导致机体发生或纠正某些病理改变.从离子通道与疾病的关系角度，加强分子生物学、生物物理学、遗传学、药理学等多学科交叉深入研究，对于深入探讨某些疾病的病理生理机制、早期诊断及发现特异性治疗药物或措施等均具有十分重要的理论和实际意义. 0 引言 离子通道(ion channel)是细胞膜上的一类特殊亲水性蛋白质微孔道，是神经、肌肉细胞电活动的物质基础.随着分子生物学、膜片钳技术的发展，人们对离子通道的分子结构及特性有了更加深入的认识，并发现离子通道的功能、结构异常与许多疾病的发生和发展有关[1].近年来，对于离子通道与疾病关系的研究取得了重大进展，不仅阐明了离子通道的分子结构突变可导致某种疾病，而且还明确了某些疾病可影响某种离子通道功能甚至结构.本文论述离子通道的主要类型、功能、研究方法及其与疾病的关系. 1 离子通道的主要类型 离子通道的开放和关闭，称为门控(gating).根据门控机制的不同，将离子通道分为三大类:(1)电压门控性(voltage gated)，又称电压依赖性(voltage dependent)或电压敏感性(voltage sensitive)离子通道:因膜电位变化而开启和关闭，以最容易通过的离子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通道4种主要类型，各型又分若干亚型.(2)配体门控性(ligand gated)，又称化学门控性(chemical gated)离子通道:由递质与通道蛋白质受体分子上的结合位点结合而开启，以递质受体命名，如乙酰胆碱受体通道、谷氨酸受体通道、门冬氨酸受体通道等.非选择性阳离子通道(non-selective cation channels)系由配体作用于相应受体而开放，同时允许Na+、Ca2+ 或K+ 通过，属于该类.(3)机械门控性(mechanogated)，又称机械敏感性(mechanosensitive)离子通道:是一类感受细胞膜表面应力变化，实现胞外机械信号向胞内转导的通道，根据通透性分为离子选择性和非离子选择性通道，根据功能作用分为张力激活型和张力失活型离子通道.此外，还有细胞器离子通道，如广泛分布于哺乳动物细胞线粒体外膜上的电压依赖性阴离子通道(voltage dependent anion channel，VDAC)，位于细胞器肌质网(sarcoplasmic reticulum，SR)或内质网(endoplasmic reticulum，ER)膜上的Ryanodine受体通道、IP3受体通道. 2 离子通道的主要功能 离子通道的主要功能有:(1)提高细胞内钙浓度，从而触发肌肉收缩、细胞兴奋、腺体分泌、Ca2+依赖性离子通道开放和关闭、蛋白激酶的激活和基因表达的调节等一系列生理效应;(2)在神经、肌肉等兴奋性细胞，Na+ 和Ca2+通道主要调控去极化，K+主要调控复极化和维持静息电位，从而决定细胞的兴奋性、不应性和传导性;(3)调节血管平滑肌舒缩活动，其中有K+、Ca2+、Cl-通道和某些非选择性阳离子通道参与;(4)参与突触传递，其中有K+、Na+、Ca2+、Cl-通道和某些非选择性阳离子通道参与;(5)维持细胞正常体积，在高渗环境中，离子通道和转运系统激活使Na+、Cl-、有机溶液和水分进入细胞内而调节细胞体积增大;在低渗环境中，Na+、Cl-、有机溶液和水分流出细胞而调节细胞体积减少. 3 离子通道的主要研究方法 研究离子通道功能的最直接方法是用膜片钳技术直接测定通过离子通道的电流或测量细胞膜电位的变化.膜片钳技术是利用一个玻璃微吸管电极完成膜片或全细胞电位的监测、钳制和膜电流的记录，通过观测膜电流的变化来分析通道个体或群体的分子活动、探讨离子通道特性.分子生物学技术为离子通道的分子结构分析、基因克隆、功能表达研究提供了有力工具，对于编码离子通道亚单位的基因结构可采用基因定位克隆确定其在染色体上的定位，用逆转录-聚合酶链反应、Northern杂交等明确其在器官组织中的分布，用Western杂交检测基因表达产物等.荧光探针钙图像分析技术为检测细胞内游离钙离子浓度提供了有效
气道中氯离子转运通路的研究概况 晏斌林 (江西医学院2002级硕士研究生,江西南昌330006) 关键词:氯离子;转移通路;气道 中图分类号:R33 文献标识码:A 文章编号:1000-2294(2005)01-0117-02 Cl-是体内最为丰富和常见的阴离子,它参与了细胞的多种活动和功能调节过程,如细胞电活动调节、容积调节、跨上皮物质转运、细胞内PH调节,在细胞免疫应答、细胞迁移、细胞增殖和分化,细胞凋亡中都发挥一定的作用[1]。近年来关于氯离子转运通路的研究表明人类的多种疾病与Cl-转运通道的功能改变或缺失有关,因此氯离子转运通路越来越受到重视。在气道中与氯离子跨膜转运有关的通路主要有氯通道,其他则为细胞膜上的阴离子交换蛋白及转运体如:Cl-/HCO3-离子交换系,Na+-2Cl--K+共同转运体等。本文将着重介绍气道上皮细胞膜上表达的多种通道的特点以及可能的生理和病理作用。 1 呼吸道氯离子通道及其临床意义 1.1 CF T R Cl-通道 囊性纤维变性(CF)是上皮细胞对Cl-不通透引起的疾病。CF是CF T R突变引起的,CF T R还可调节外向整流氯通道,N a+通道,用cA mp刺激CF T R会导致上皮细胞N a+通道的关闭[2]。其基因已克隆,相应的蛋白CF T R(cy stic fi-bro sis transmembra ne co nductance reg ulato r)是一种氯通道[3]。 CF T R是一种磷酸化依赖性上皮细胞Cl-通道。Rior-dan等于1989年最早克隆得到其cDN A基因编码。CF T R 主要位于气道上皮顶侧膜,在跨上皮盐类转运,水分流动和离子浓度调节中发挥重要作用。 CF T R由1480个氨基酸组成,它有两个六次跨膜区(T M D)。两个核苷酸连接区(N BD)和一个调节区。跨膜区参与孔道的形成。CF T R门控特征可能受到A T P的调节[4],在第一个N BD上被水解可打开通道,在第二个N BD 上结合使通道稳定于开放状态,水解则使通道关闭,有趣的是去掉CFT R的C端(第二T M D和第二个N BD)通道的基本性质不变,这说明此突变体以二聚体的形式完成其功能,也说明第一个T M D对孔道的形成有关键性作用。此外PK A可激活CF T R。 Cl-分泌对液体和电解质转运是至关重要的,CF T R介导的Cl-分泌占主要部分,CF患者不能分泌足够的Cl-,以致于粘膜表面不能充分地与水结合,更重要的是影响粘液从腺管分泌出。CF T R功能缺陷的患者分泌的粘液与正常人很不一样,粘液包含有细菌感染产物,包括粘液脂质,肌动蛋白还有蛋白酶等[5]。它具有更多非易失性的固体成分,增加粘液的粘度。这样的改变足以缩减粘液清除率,由此造成哮喘,慢性阻塞肺气肿(COP D)等。 1.2 C LC家族 CLC蛋白构成一大类氯通道家族,分子量约为75～110 K u,均有12个跨膜区和相同的离子选择顺序(Cl->Br-> I-)及低的单位电导值,如C LC-0为10pS,CLC-1则仅为1pS[6]。该通道在哺乳动物细胞中普遍存在,已发现了九个CLC家族基因,依其同源性可分成三组:接近电鱼器官的CLC-0和肾特异性的C LC-ka,C LC-kb,功能缺失导致高钙尿症和低分子量蛋白尿症的肾结石病[7]。CLC-1是哺乳动物骨骼肌的主要氯通道,功能缺失会使肌膜动作电位复极化延缓,导致肌强直。 无处不在的C LC-2Cl-通道能促进上皮Cl-分泌,它可以被强超级化或细胞膨胀激活,可能参与细胞体积调节,防止在高于平衡电位时氯离子积累。CLC-2在细胞容积增大以及随后的Cl-和水外流而引起调节性容积,减少过程中发挥重要的作用。但即使在等渗状态下,由代谢引起的细胞内外物质交换会导致细胞容积的小幅度变化,从而也有可能引起这种通道的激活或失控[8]。CL C对SIT S、D IDS、N PP B敏感。通道激活与胞钙浓度无关,对PK的阻断剂不敏感。人们已经在人和鼠发现CLC-2位于纤毛细胞顶侧,分布位置与CF T R有重叠性,一些实验数据支持当CF T R缺陷时, CLC-2也许代偿性加强Cl-分泌[5]。 1.3 细胞内钙激活的Icl,ca(CLCA或CaCC) CLCA通道由Ca2+激活,是受细胞内钙控制的配体门控通道。在对称性Cl-浓度具有线性电流-电压关系,其离子选择顺序为I->Br->Cl-。尽管该通道的电导较低(约1.0～1.3pS)但密度很高。由于Icl,ca受细胞内Ca2+的控制,因此它的作用始终与电压依从性钙通道的激活和肌质网钙的释放密切相关,由于肾上腺受体和毒覃硷受体可增加和小细胞内瞬间电流的大小。因此这两种受体也对Icl,ca 有调节作用,Icl,ca也受N a+/Ca2+交换的调节。Icl,ca的增加可作为另一种负反馈,通过减小动作电位的初始平台电位而限制钙的内流。 CLCA Cl-通道广泛分布人类分泌器官中,CL CA1主要分布在气道上皮尤其是杯状细胞上,消化道也可见。 收稿日期:2004-09-02
钾离子通道 所有活细胞都被一层膜包围着,它把细胞内的液态世界与外部环境隔离开.膜质可以有效的阻止小离子通过(而且像蛋白质和核酸这样的大分子也一样),因此为细胞提供了新的机遇:可以根据离子浓度的差异进行快速的信号传导.首先,细胞可提高其内部的钾离子浓度;而后,由于瞬时刺激膜上的某些通道迅即被打开,钾离子被释放,使得整个细胞的钾离子浓度发生巨大变化,由此产生信号传导.此过程在各种细胞形式中都存在,如细菌细胞,植物细胞和动物细胞.有两个关于离子通道作用的例子:肌肉收缩(由钙离子释放起始的)和神经细胞信号传导(包含一个复杂的那钾离子交换). 离子通道是神经系统中信号传导的基本元件 当你闻过一朵花,你会知道这是一枝玫瑰;或者当你的手要触及炙热的东西时,你会立即把手缩回来.这都是由于人的鼻腔和手部的感觉器官通过离子释放把信号由神经传递给大脑,在由大脑做出适当的反应而完成的.其中,神经细胞摄入了大量钾离子并选择性地泵出钠离子从而进行了信号的传递,并因此在膜内外产生了一个电势差.为了传递信号,神经细胞首先打开钠离子通道,摄入钠离子,降低膜内外的电势差.然后打开钾离子通道,排出钾离子,使膜电位重新恢复到静息水平.此后通过其他通道和泵使钠钾离子在细胞内外得到重新分布.由于这种巧妙设计,这些通道对膜电位都非常灵敏,稍有变化通道就会打开.所以,神经细胞一段的通道被打开时产生的离子流会瞬时引发质膜下游通道的打开.结果导致信号通过通道开启传播波沿着质膜迅速传播直至末端. 钾离子通道 钾离子通道的通透特异性允许钾离子通过质膜,而阻碍其他离子通透-特别是钠离子.这些通道一般由两部分组成:一部分是通道区,他选择并允许钾离子通过,而阻碍钠离子;另一部分是门控开关,根据环境中的信号而开关通道,结构展示在蛋白库编号1bl8,展示的是一种细菌的钾离子通道的通道区部分,它由四个同源的跨膜蛋白质组成,在中心部分形成一个选择性的孔洞.钾离子(绿色)以每秒一亿个的速度自由通过.由于特异的选择性,每一万个钾离子通过才允许一个钠离子通过.在下一页的晶体图中可以看到,通道结构是如何完成特异性选择的. 通道的开启与关闭 活细胞中有数百种不同的离子通道,它们行使着各种不同的功能.这些通道有相似的通道区(两图例中的顶部),与专门的门控结构域相连(图例的底部).为了在图解中清楚的展示孔道,灰色条纹代表质膜,而在选择性的通道区指显示了四个同源亚单位中的两个.门控区对通道的开关是有不同信号决定的,如电位差或重要的信号分子的出现.还有一些结构上的设计被用来开关通道,正如这里展示的
?综述m迅展?J Med Res,Apr2019,Vol.48No.4 TWIK相关性酸敏感钾离子通道与疾病研究进展 闻璐姚晓光李南方 摘要TASK-1利TASK-3是广泛表达于全身各组织，产生外向钾离子电流，受细胞外酸浓度抑制而不受经典钾离子阻滞剂影响的TWIK相关性酸敏感钾离子通道;TASK-1和TASK-3参与中枢神经系统、呼吸系统、心房颤动、肾上腺皮质激素、炎症免疫及肿瘤的发生等-系列牛?理病理过程，有望为相关疾病药物治疗研究提供靶点 关键词TASK-1和TASK-3中枢神经系统呼吸系统心房颤动肾上腺皮质炎症和肿瘤 中图分类号R4文献标识码A1)01 双孔钾通道(K2P)是背景钾通道或漏钾通道，即改变钾背景电流可以调节细胞膜电位和电阻，从而调节细胞的兴奋性和反应性，可由不同类型的G蛋白偶联受体的调节。双孔钾通道是由两个亚单位组成的双聚体结构，每个亚单位含有4个跨膜区(TM1-TM4)，其中TM1与TM2、TM3与TM4之间形成2个孔道(P1和P2),组成4T M/2P的结构。随着研究不断深入，根据结构和功能性质可被划分为6个亚类'o从人类肾脏中克隆到对生理范围内细胞外pH 值变化具有极高敏感性的双孔钾通道，命名为TWIK 相关性酸敏感钾离子通道，包括TWIK相关性酸敏感钾离子通道1(TWIK-related acid-sensitive K*chan-nel-1,TASK-1,KCNK3,K2p3.1)、TW1K相关性酸敏感钾离子通道3(TWIK-related acid-sensitive K+channel-3,TASK-3,KCNK9,K2p9.1)和TWIK相关性酸敏感钾离子通道5(TWIK-related acid-sensitive K+channel-5,TASK-5,KCNK15, K2pl5.1)。TASK-3是从大鼠小脑克隆并且发现与TASK-1具有55%~60%的序列同一性。其中TASK-1和TASK-3构成了大部分pH值敏感的钾电导，这些通道在结构上与酸中毒有关并受到抑制，在许多生理病理过程均有参与TASK-5进入TASK亚家族主要是基于结构相似性。与TASK-1和TASK-3通道相反,TASK-5不能在功能上表达，尽管其mRNA在个别组织中大量表达，但是可能需 基金项目：新驰维吾尔|'1治区庆学联合基金资助项H(2016D0IC127)作者单位:830001乌伶木齐，新船维吾尔白治区人民医院高血压中心、新僵髙血用研究所 通讯作者：李南方.教授.博士生导师.电子信箱：l.>anfang2016@https://www.doczj.com/doc/6612135234.html, 10.11969/j.issn.1673-548X.2019.04.039 要一些其他未确定的伙伴亚基在质膜或细胞器中形成功能通道，其相关研究报道也很少。因此.本文就TASK-1.TASK-3及其表达产物与疾病的相关研究进展做一综述。 -.TASK-1.TASK-3的分布与调节 TASK-1、TASK-3广泛表达于各个组织，例如大脑皮质、脑干前包氏复合体、视网膜神经节细胞、颈动脉体、舌下神经核、肾上腺皮质、心房、棕色脂肪及癌症中等⑵。TASK-1和TASK-3蛋白约有60%的氨基酸同源性，在钾传导、成孔、膜结合结构域的相 似性最高。TASK-1、TASK-3通道能被体内外的许 多生理和病理因素所调节,TASK通道几乎不依赖电压，对各种神经递质、药物化合物(即挥发性麻醉药)和物理化学因素(温度、pH值、氧分压、CO：分压、渗透圧、Zn"等)都很敏感，而经典的钾离子通道阻滞剂对其无影响。TASK钾通道电导受细胞外酸性pH 值的抑制，是由两个TASK-1亚基、两个TASK-3亚基或一个TASK-1和一个TASK-3亚基组成的同源或异二聚体通道，它们有不同的pH值敏感性， 其酸敏感性主要是由大胞外环/螺旋盖区域的组氨酸残基的质子化引起，缺乏一个或两个TASK通道 的敲除小鼠表现出多种表型，包括颈动脉体化学感受受损，睡眠破碎、抗抑郁行为、原发性醛固酮增多症、低肾素原发性高血压、心脏传导和复极异常、癫痫及肺动脉高压等"。另外.TASK通道在基因研究中也有报道。在一项全基因组关联研究中，人类TASK-1的失活突变与家族性肺动脉高压相关和房性心律失常有关"：。TASK-3基因770G>A 突变使通道活性降低进而改变神经元发育，产生以 智力迟钝、低肌张力和面部畸形为特征的Birk Barel 综合征⑹。 ?160?
中国医药报/2005年/7月/16日/第006版 医疗卫生 心肌细胞膜钾离子通道研究进展 聂松义 细胞膜在维持细胞稳态方面起着主要作用。心肌细胞膜中含有各种离子转运蛋白，包括多种钾离子通道。这些钾离子通道依靠和其他蛋白质的相互作用发挥正常功能和生理作用。Kv4.2钾离子通道（编码瞬时外向钾通道）和蛋白质KCHiP2具有相互作用。由加拿大McGill大学A.Shrier 教授第一次发现的KCHiP2增强Kv4.2表达需要和Kv4.2的羧基端直接作用的机制，引起与会专家的高度关注。Shrier教授介绍了他在心肌细胞膜钾离子通道方面的研究成果。 Shrier教授等研究人员采用膜片钳技术，免疫共沉淀、免疫组化和GST折叠式分析发现Kv4.2电流增加可能是Kv4.2表达加强及Kv4.2和KCHiP2相互作用增加通道稳定的结果。他们还发现一个新的心肌细胞膜蛋白组学特性和另一钾离子通道HERG通道（编码Ikr钾电流）。 心肌细胞膜富含蛋白质和离子通道，他们通过亚细胞分段分离技术，包括差异和密度梯度离心法及免疫分离法，纯化介于中层的成分，并采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳和凝胶胰岛素消化液分离；使用串连的MS-MS光谱测定法鉴定多肽。在有或没有免疫提纯的情况下，他们发现600多种蛋白质有40%与细胞膜和伴随的细胞支架有关；大约65%和细胞信号，运输和细胞之间粘附相关。此外，他们还发现30种蛋白质尚无确定的功能。 据介绍，他们研究的第一阶段是进一步分析心肌细胞膜在病理情况下蛋白质的改变，包括局部缺血，心衰和糖尿病。在最近的研究中，他们用蛋白组学方法研究Kv4.2和HERG通道相互作用的配偶体。其方法是转染HA标记的HERG和Kv4.2到HL-1心肌细胞系。随后，他们用HA 抗体通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳，胰岛素消化和MS-MS光谱测定法使离子通道和伴随的蛋白质免疫沉淀。 如今他们在HERG分析方面获得了很大成功，已确定了50多种有可能的HERG相互作用的蛋白质，并发现是这种相互作用在通道运输、定位和调节中具有重要作用。这项研究最有启迪意义的是发现新的配偶体HERG通道，它可提供有关通道生成和调节方式的信息。 第1页共1页
74 中国烟草科学2009，30（2）：74-80 烟草钾离子通道研究进展 曲平治1，刘贯山1，刘好宝1*，司丛丛1，刘朝科2，胡晓明2，冯祥国2，张守厚3，赵静4 （1.农业部烟草类作物质量控制重点开放实验室，中国农业科学院烟草研究所，青岛266101；2.川渝中烟工业公司，成都 610000；3.山东日照烟草有限公司，山东日照276800；4.山东中烟工业公司青州卷烟厂，山东青州262500） 摘要：K+通道是烟草吸收K+的重要途径之一。近年来，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种K+通道 基因。笔者从K+通道基因类型、K+通道基因的克隆与功能、K+吸收机制和K+通道分子调控技术等方面综述了烟草K+通道 研究现状与进展。对应用生物工程技术改良烟草的钾营养性状进行了讨论，并对利用现代生物技术手段提高烟叶含钾量进行 了展望。 关键词：烟草；钾离子通道；克隆；吸收机制 中图分类号：TS413 文献标志码：A 文章编号：1007-5119（2009）02-0074-07 Research Advances in Tobacco Potassium Ion Channel QU Pingzhi1, LIU Guanshan1, LIU Haobao1*, SI Congcong1, LIU Chaoke2, HU Xiaoming2, FENG Xiangguo2, ZHANG Shouhou3, ZHAO Jing4 (1.Key Laboratory of Tobacco Quality Control, MOA, Tobacco Research Institute of CAAS, Qingdao 266101, China; 2.China Tobacco Chuanyu Industrial Corporation, Chengdu 610000, China; 3.Rizhao Tobacco Corp. Ltd., Rizhao, Shangdong 276800, China; 4.Qingzhou Cigaret Factory, China Shongdong Industrial Tobacco Corpoaration, Qingzhou, Shangdong 262500, China ) Abstract: K+ channel is one of the important pathway for tobacco absorbing K+. In recent years, Many K+ channel genes have been cloned from various plants or different organization of same plant. In this paper, the type of K+ channel gene, cloning and function of K+ channel, K+ absorption mechanism and molecular regulation technology of K+ channel are summarized. Applying biotechnology to improve tobacco potassium nutrition character is discussed, and utilizing the modern biotechniques to improve the potassium content of tobacco leaves is proposed. Keywords: tobacco; potassium channel; cloning; absorption mechanism 植物吸收K+涉及到质膜上的钾转运蛋白，钾转 运蛋白分为两类：K+通道和高亲和K+转运体，其 中K+通道是主要的K+吸收途径。K+通道是一种跨 膜蛋白，广泛存在于各种细胞膜上，它的结构与功 能研究是生命科学交叉领域中研究最活跃的分支 之一。K+通道（potassium channel）是允许K+特异 性通透质膜的离子通道，该通道由两部分组成:一部 分是通道区，选择并允许K+通过；另一部分是门控