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。
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第一章细胞的基本功能 【习题】 一、名词解释 1.易化扩散 2.阈强度 3.阈电位 4.局部反应 二、填空题 1.物质跨越细胞膜被动转运的主要方式有_______和_______。 2.一些无机盐离子在细胞膜上_______的帮助下，顺电化学梯度进行跨膜转动。 3.单纯扩散时，随浓度差增加，扩散速度_______。 4.通过单纯扩散方式进行转动的物质可溶于_______。 5.影响离子通过细胞膜进行被动转运的因素有_______，_______和_______。 6.协同转运的特点是伴随_______的转运而转运其他物质，两者共同用同一个_______。 7.易化扩散必须依靠一个中间物即_______的帮助，它与主动转运的不同在于它只能浓度梯度扩散。 8.蛋白质、脂肪等大分子物质进出细胞的转动方式是_______和_______。 9.O2和CO2通过红细胞膜的方式是_______；神经末梢释放递质的过程属于。 10.正常状态下细胞内K＋浓度_______细胞外，细胞外Na＋浓度_______细胞内。 11.刺激作用可兴奋细胞，如神经纤维，使之细胞膜去极化达_______水平，继而出现细胞膜上_______的爆发性开放，形成动作电位的_______。 12.人为减少可兴奋细胞外液中_______的浓度，将导致动作电位上升幅度减少。 13.可兴奋细胞安静时细胞膜对_______的通透性较大，此时细胞膜上相关的_______处于开放状态。 14.单一细胞上动作电位的特点表现为_______和_______。 15.衡量组织兴奋性常用的指标是阈值，阈值越高则表示兴奋性_______。 16.细胞膜上的钠离子通道蛋白具有三种功能状态，即_______，_______和_______。 17.神经纤维上动作电位扩布的机制是通过_______实现的。 18.骨骼肌进行收缩和舒张的基本功能单位是_______。当骨骼肌细胞收缩时，暗带长度，明带长度_______，H带_______。 19.横桥与_______结合是引起肌丝滑行的必要条件。 20.骨骼肌肌管系统包括_______和_______，其中_______具有摄取、贮存、释放钙离子 的作用。 21.有时开放，有时关闭是细胞膜物质转动方式中_______的功能特征。 22.阈下刺激引_______扩布。 三、判断题 1.钠泵的作用是逆电化学梯度将Na＋运出细胞，并将K＋运入细胞。 ( ) 2.抑制细胞膜上钠-钾依赖式ATP酶的活性，对可兴奋细胞的静息电位无任何影响。 ( ) 3.载体介导的易化扩散与通道介导的易化扩散都属被动转运，因而转运速率随细胞内外被转运物质的电化学梯度的增大而增大。 ( ) 4.用电刺激可兴奋组织时，一般所用的刺激越强，则引起组织兴奋所需的时间越短，因此当刺激强度无限增大，无论刺激时间多么短，这种刺激都是有效的。 ( ) 5.只要是阈下刺激就不能引起兴奋细胞的任何变化。 ( ) 6.有髓神经纤维与无髓神经纤维都是通过局部电流的机制传导动作电位的，因此二者兴奋的传导速度相同。 ( ) 7.阈下刺激可引起可兴奋细胞生产局部反应，局部反应具有“全或无”的特性。 ( ) 8.局部反应就是细胞膜上出现的较局限的动作电位。 ( ) 9.局部去极化电紧张电位可以叠加而增大，一旦达到阈电位水平则产生扩布性兴奋。( ) 10.单一神经纤维动作电位的幅度，在一定范围内随刺激强度的增大而增大。 ( ) 11.骨骼肌的收缩过程需要消耗ATP，而舒张过程是一种弹性复原，无需消耗ATP。 ( ) 12.在骨骼肌兴奋收缩过程中，横桥与Ca2＋结合，牵动细肌丝向M线滑行。 ( ) 13.肌肉不完全强直收缩的特点是，每次新收缩的收缩期都出现在前一次收缩的舒张过程中。( )
以下为陆江新编著的书稿《延命水》笫三章的1.2节 三：细胞膜水通道、糖脂病与微循环的奥秘 1、膜通道的科学发现对祛除糖脂病的重大意义 各种生物包括人类在内都是由细胞组成的。一个人体上的细胞数目至少一千亿个，不同的细胞联合运作形成一个精密的系统。细胞通过膜通道将有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。早在一百多年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。生物的主要组成成分是水溶液，水占人体重量约70%。生物体内的水溶液主要由水分子和各种离子组成。它们在细胞膜通道中的进进出出可以实现细胞的很多生物性功能。生物的细胞以双层脂质膜与外界隔离。此双层脂质膜通常阻断水、离子与其它极性分子之间的通透，这些分子需要迅速且选择性地通过细胞膜上水通道、糖通道、脂通道和离子通道。这些通道与人体患糖脂病有什么关系呢？ 什么是糖脂病？糖脂病是世界卫生组织对三高四病的统称。三高即高血脂、高血黏、高血糖，四病是高血压病、冠心病、脑中风、糖尿病。据世界卫生组织统计，全世界约十亿人患糖脂病，中老年人约50%死于糖脂病。而我国60%以上的中老年人死于糖脂病。糖脂病危害巨大，病因是长期较多地摄入主食肉食，超过了自身的需要，患者可能数病并发。糖脂病患者首先病在细胞内糖类脂类过多，不能正常地代谢，所以医学上也称代谢紊乱征。 美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农经过研究证明，代谢紊乱的患
者是由于细胞的糖脂通道和闸门受到损伤，糖类脂类物质不能正常地进出细胞，才使糖脂代谢发生紊乱，从而形成糖脂病。这两位科学家荣获2003年诺贝尔化学奖。糖脂病引起血液和血管病变，动脉中易沉积脂质，形成动脉粥样硬化，动脉内腔逐渐狭窄，血难流通，使器官供血不足。 美国科学家彼得·阿格雷罗德里克·麦金农 细胞糖脂通道的发现，揭示了糖脂病的致病根源，破译了根治糖脂病的关键密码，开辟了防治糖脂病的新纪元。人们可能为科学防治糖脂病找到新方法，开辟新途径，使糖脂病的根治成为可能。这个重大发现开启了细菌与植物和哺乳动物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究之门。据最新消息，目前有的国家正在研究开发药物，以求打开细胞的糖脂通道，从根源上防治糖脂病，让人类免受心脑血管病之害。对细胞膜的研究不仅有助于理解基本的生命进程，而且对我们了解许多疾病具有重要意义。[注9] [注10]
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、
钙离子通道阻滞剂对心肌缺血的保护 摘要：钙离子通道阻滞剂选择性地作用于L-型钙通道，通过非竞争性地阻滞电压敏感的L-型钙通道，使Ca2+经细胞膜上的慢通道进入细胞内，即减少Ca2+内流，抑制Ca2+通过心肌，降低心肌细胞内的游离Ca2+浓度，而使心肌的兴奋收缩发生脱偶联，呈现负性肌力作用，因此可降低心肌耗氧量。心肌缺血时，心肌细胞发生能量障碍，细胞内钙积聚，引起细胞凋亡或死亡。钙离子通道阻滞剂能减轻钙超载，从而对缺血的心肌细胞产生保护作用。 关键词：L型钙通道；钙离子通道阻滞剂；心肌缺血；作用 Calcium Channel Blockers On Myocardial Ischemia Protection SHEN Yan (Chengdu Medical College,Chengdu610083,China) ABSTRACT: Selective calcium channel blockers act on the L-type calcium channels, non-competitive manner by blocking voltage-sensitive L-type calcium channel, so that by the plasma membrane Ca2 + slow channel into the cell, a reduction of Ca2 + influx, inhibition of Ca2 + through the myocardium, reducing myocardial free intracellular Ca2 + concentration, leaving the excitement of myocardial contraction uncoupling occurs, a negative inotropic effect, thus reducing myocardial oxygen consumption. Myocardial ischemia, myocardial cell energy barrier, the accumulation of intracellular calcium, induce apoptosis or death. Calcium channel blockers can reduce calcium overload, which the myocardial cells in ischemic protection. KEY WORDS:L-type calcium channel; calcium channel blockers; myocardial ischemia;effects 心血管疾病现已成为世界范围内的一个“现代流行病”，其发病率和死亡率逐年升高的趋势日益明显。随着现代医学的的发展，心血管疾病的防治、诊断和治疗的等方面都取得了一定的进展，但由于心血管疾病发病率高，治愈率低，并发症多，预后欠佳，一般治疗以降血压、降血脂、扩冠改善心肌缺血缺氧、应用能量合剂以营养心肌为主等途径，疗效都不尽如人意，提高心血管疾病的防治水平势在必行[1]。 心肌缺血，是指心脏的血液灌注减少，导致心脏的供氧减少，心肌能量代谢不正常，不能支持心脏正常工作的一种病理状态。心肌缺血对心脏和全身都可能带来许多不利影响。氧是心肌细胞活动必不可少的物质，而氧是通过血液输送给细胞的。心脏没有“氧仓库”，完全依赖心肌血供，所以一旦缺血，立刻会引起缺氧。缺氧的直接后果是心肌细胞有氧代谢减弱，产能减小，使心脏活动时必需的能量供应不足，引起心绞痛、心律失常、心功能下降。同时，代谢的废物也不能被有效及时地清除，易产生不利影响。缺血、缺氧、缺能量，最终会影响心脏的收缩功能。若有20％～25％的心肌停止收缩，通常会出现左室功能衰竭；若有40％以上的心肌不能收缩，就会有重度心泵功能衰竭。如果这种情况突然发生，就会出现非常危险的心源性休克[2]。 钙离子通道阻滞剂以抑制心肌收缩力减少耗氧，对心肌细胞缺血具有一定的保护作用。 作为一种拮抗剂，钙离子通道阻滞剂是指作用于L-型钙通道，抑制C a2+经L-型钙通道进入细胞内的药物。钙拮抗剂的发现和应用是70年代后期心脏血管疾病治疗中的重大进展。钙拮抗剂是一组展示源性化合物，通过非竞争性地阻滞电压敏感的L型钙通道，使Ca2+经细胞膜上的慢通道进入细胞内，即减少Ca2+内流，抑制Ca2+通过心肌和平滑肌膜的药物[3]。现已广泛用于治疗高血压，冠心病心绞痛，心律失常及肥厚性心肌病。 Ca2+参与机体众多的生理生化反应，是维持生命活动的重要阳离子，但细胞胞浆内Ca2+
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
遗传性心脏离子通道病与心肌病基因检测中国专家共识（最全版） 前言 自1990年和1995年分别发现心肌病和离子通道病第一个致病基因以来，对疑有遗传性心脏疾病的基因检测经历了从基础研究到临床应用的发展过程。目前，离子通道病或心肌病的基因检测在国外临床上主要用于辅助诊断，国内尚未用于临床。其发展成熟需要临床医生对遗传知识的理解或与遗传学专家的联合攻关。对临床医生来说，目前首先要回答的问题是：心脏离子通道病与心肌病基因检测的临床意义是什么？基因分析在这类疾病危险分层中的价值如何？何时需要进行家族成员基因筛查？如何根据基因筛查结果进行干预和治疗？就这些学术问题，目前观点尚不统一。 2011年，美国心律学会/欧洲心脏节律学会组织国际上遗传性心律失常和心肌病遗传学研究的著名专家，根据自身经验和文献回顾，发表了《心脏离子通道病与心肌病基因检测专家共识》[1],阐述基因检测在遗传性心脏离子通道病与心肌病中的作用，重点评估基因检测对13种心脏疾病的价值及基因检测结果对诊断、预后和治疗的影响。基于基因检测结果所产生的影响程度不同，该共识主要对长QT综合征(LQTS)、肥厚型心肌病(HCM)、扩张型心肌病(DCM)、限制型心肌病(RCM)等进行了探讨，对体外受精胚胎种植前基因检测的可行性未给出明确建议，有待于将来进一步探索。 先证者致病基因突变的发现，为判断其亲属是否存在致病基因提供了金标准。因此，对家族成员进行特定突变检测，具有诊断、治疗及预后判
断的意义。基因检测阴性的家族成员可以排外该疾病，基因检测阳性可以早期诊断尚无临床表现的家族成员，对预防与治疗更有价值。对于无临床表现的家庭成员，进行基因检测的年龄和意义需根据不同疾病而定。但是，不管基因检测结果如何，对疾病的治疗不能仅依赖于基因检测结果，而更应该基于全面综合的临床评估。 本中国专家共识(简称专家共识)是在中华医学会心血管病学分会和中华心血管病杂志编委会的倡议下，由国内从事该领域研究的专家们参照国际指南并结合我国在该领域的研究成果共同撰写而成。共识中的国内资料主要来自国内文献或相关注册研究的随访结果。 基因检测推荐原则参照美国心脏协会/美国心脏病学学会/欧洲心脏节律学会指南标准，标识了本专家共识的推荐类别和证据水平。推荐类别：Ⅰ类(推荐)为已发现遗传性心脏离子通道病及心肌病先证者基因突变，且发现基因检测结果能够影响其治疗策略、预防措施及生活方式的选择；Ⅱa类(可能有益)为基因检测结果对治疗或预防措施选择无影响，但对于生育咨询有益或者患者要求了解自身遗传基因状况；Ⅱb类(可以考虑)为基因检测结果对治疗或预防措施选择无意义，或者检测基因的范围太广而难以获得阳性结果；Ⅲ类(不推荐)指对可疑遗传性心脏离子通道病与心肌病的诊断与评估，其基因检测结果不能够提供任何益处甚至可能有害。所有推荐为C级证据。 专家共识一般建议如下。 1．建议所有遗传性心脏离子通道病与心肌病患者及亲属进行遗传咨询，包括临床和(或)基因检测的风险、获益和可行性。
生物膜离子通道 生物膜离子通道示意图 生物膜离子通道（ion channels of biomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。
细胞膜离子通道 细胞膜上离子通道的功能，除了可以调节细胞内外的渗透压，也是维持细胞膜电位的重要分子，而神经细胞要进行讯号传导，便是靠离子的进出以造成膜电位的变化。虽然科学家对于细胞膜上离子通道已有相当程度的了解，对于离子通道所具有的特殊选择性，也从能蛋白质的结构大略获得解释，但是一直缺乏一套完整详细的分子作用机制。原因是，要做出膜蛋白三维结构的高解析度影像，非常不容易。1998年，麦金农做出了链霉菌的离子通道蛋白质KcsA的高解析三维结构影像，并首度从原子层次去了解离子通道的作用方式。KcsA离子通道中有一种“滤嘴”，能让钾离子（K+）通过，却不允许同族元素中体积更小的钠离子（Na+）通过，这令科学家百思不得其解。但是麦金农根据KcsA的立体结构，发现离子通道中“滤嘴”边上的四个氧原子的位置，恰好跟钾离子在水溶液中的情况一样，亦即滤嘴边上的氧与水分子的氧距离相同，所以钾离子能够安然通过通道，一如在水中一样；但钠离子尺寸较小，无法顺利接上滤嘴边上的四个氧原子，因此只能留在水溶液，而无法轻易穿过通道。而离子通道的开关会受到细胞的控制，麦金农发现，离子通道的底部有个闸门，当离子通道接收到特定的讯号，离子通道蛋白质结构便会发生改变，因此造成闸门的开关。麦金农对于钾离子通道的结构与作用机制的研究，是生物化学、生物物理等领域的一大突破，也为神经疾病、肌肉与心脏疾病的新药物开发，指引了新的方向。 离子通道蛋白和载体蛋白的异同 相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能 不同点： 1.通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中并不与被运输的分子结合,也不会移动,并且是从高浓度向低浓度运输,所以运输时不消耗能量。 2.载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子结合，并且会移动。在主动运输过程中由低浓度侧向高浓度运动，且消耗代谢能量；在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗代谢能。（注;协助扩散也属于被动运输）
细胞膜上的水通道蛋白 作者：Marokko 摘要： 物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。主要分为被动运输，主动运输，胞吞作用及胞吐作用。但是事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则是通过主动运输的方式进行转运。而维持细胞之间的跨膜运输的膜转运蛋白则主要分为载体蛋白与通道蛋白。其中通道蛋白(channel protein)是跨膜的亲水性通道,允许适当大小的离子顺浓度梯度通过,故又称离子通道。有些通道蛋白长期开放,如钾泄漏通道;有些通道蛋白平时处于关闭状态,仅在特定刺激下才打开,又称为门通道(gated channel).而水扩散通过人工膜的速率很低,所以人们推测膜上有水通道.1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 (28 KD )，目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被命名为水通道蛋白（Aquaporin,AQP)。水通道蛋白广泛存在于生物体中的各组织部位，影响着生物机体水代谢的过程。随着分子生物学技术的进步，对水通道蛋白的基础研究已经比较深入和成熟。目的可以利用水通道蛋白研究的基础成果，阐释临床水代谢障碍类疾病的发病机理提供可能的解决思路。 关键词： 跨膜运输，通道蛋白，水通道蛋白 正文： 包括人类在内的大多数生物都是由细胞组成的。单个细胞就像一个由城墙围起来的微小城镇，有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。早在100多年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特
?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/a49433258.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?
第三章心力衰竭与离子通道 心肌肥厚是心脏对多种诱发因素作出的一种适应性反应，表现为细胞体积增大、蛋白合成增加等。高血压、心肌梗死、心律失常以及内分泌失调等均能诱发心肌肥厚。心肌早期肥厚可代偿性增加心输出量，但长期心肌肥厚将导致扩张性心肌病、心衰和猝死。心肌肥厚是心血管疾病发病和病死的最危险因素，心肌肥厚继续发展的结果即为心力衰竭。心力衰竭是一种病理生理状态，此时心脏不能或仅在提高充盈压后方能泵出组织代谢所需要的相应血量。心力衰竭心脏的一个特征是心脏电活动紊乱，有研究报道心衰死亡人群中30％~50％是由于突发性室性心动过速。心脏复极异常增加了心衰心脏猝死的危险性，在心肌肥厚和心衰动物模型中，均发现心肌细胞动作电位时程延长，而动作电位时程延长本身又易造成复极过程不稳定。因此，人们对肥厚心肌和心衰心脏的离子通道功能、表达进行了大量研究。已证实在肥厚和衰竭心肌，存在细胞和分子水平的重要变化。心衰心脏的兴奋-收缩耦联、收缩蛋白功能和能量学均发现异常，并观察到与正常心脏结构和功能密切相关的几种蛋白表达异常。本章将重点介绍心力衰竭与心肌细胞离子通道和离子转运的关系。 第一节与心肌收缩、舒张有关的离子通道和离子转运 （一）钙通道 1．电压门控钙通道（voltage-dependent calcium channels）心肌细胞膜上表达的电压依赖性钙通道可分为L型和T型钙通道。L型钙通道属高电压激活（high voltage activated）的通道，其电导大，自动衰减现象（rundown）明显，是心肌细胞兴奋时外Ca2+内流的主要途径。T型钙通道属于低电压激活的（low voltage-activated）通道，其电导小，失活快，不易发生自动衰减现象，正常情况下与心脏起搏活动有关，在心衰和心肌肥厚动物模型中表达增强。 2．钙释放通道（Ca2+ release channels）这类通道位于细胞器膜上（如线粒体、肌质网），细胞器内储存的Ca2+经此通道进入胞浆，参与细胞活动，对兴奋-收缩耦联尤为重要。目前，已发现两种不同的Ca2+释放通道，即分别由Ryanodine受体（RyR）和三磷酸肌醇受体（inositol triphosphate receptor, IP3R）调节的Ca2+释放通道。 （二）钾通道 钾通道（potassium channels）的种类及亚型众多，仅电压依赖性钾通道就已克隆出
心肌细胞钙离子与心力衰竭 吴军舟，叶绽蕾，潘雪阳，曹群 摘要： Ca2 +是参与心脏兴奋-收缩耦联的重要环节，Ca2 +的正常调节是心脏正常工作的基础。心肌细胞游离的Ca2+ 浓度的调节包括L型钙通道，Ryanodine受体和钙泵，心力衰竭发生时，心肌细胞中Ca2+ 的调节机制发生障碍。针对Ca2+ 调节机制的治疗也在治疗心力衰竭中有广泛的应用。本文分析Ca2 +在心衰中的扮演的角色，寻找临床治疗心衰的方法。 关键词： L型钙通道，Ryanodine受体，心力衰竭 正文： 1.心肌细胞内游离的Ca2 +调节 兴奋-收缩耦联是心脏力学活动的基本机制, 在这个过程中, Ca2 +起关键作用。心肌细胞游离的Ca2+ 浓度的调节主要有以下3个途径： 1）L型钙通道： 钙通道在心肌细胞膜上有两种，根据其不同电流特性分为L型和T 型。与T型钙通道相比，L型钙通道具有大电导、高电压激活、长时间开 放，能和多种拮抗剂作用的特点。L型电压依赖性钙通道（L—VDCC） 存在于大多数可兴奋细胞膜上，是异四聚体多肽复合体，包含α1，β，α2/S 亚基，在某些组织中还有γ亚基，允许去极化介导的Ca2 +内流人胞。辅助 亚基β、α2/δ均与αl亚基以非共价方式紧密结合，调节其生物特性以及使 仅αl亚基锚定/镶嵌在细胞膜[15]。L型钙通道电流主要在快速去极化时引 起动作电位的传播，参与心肌动作电位平台期的形成和维持。每一次心 肌搏动都需要Ca2 + 经L型钙通道进人胞浆内，然后触发肌浆网释放大量
的Ca2 +，这个过程被Fabiato称为钙诱发的―以钙释钙‖(calcium induced calcium release，CICR)，具体机制见下。 2）Ryanodine受体 RyR（Ryanodine receptor）是一种钙离子释放通道，由于和植物碱-Ryanodine呈高亲和力的结合，并受其调节而得名。根据不同的组织分 布和药理学作用，RyR可以分为三类：RyR1、RyR2、RyR3。在心肌细 胞中钙释放通道的主要类型是RyR2，RyR主要参与了心肌的兴奋收缩耦 连，心脏起搏和心率失常的过程，CICR（calcium-induced Ca2 + release，CICR）是心肌中基础钙离子释放（钙火花）的主要方式[18]。RyRs位于 肌质网终池并与由质膜内陷形成的T管上的二氢吡啶受体（DHPR）由 直接或间接的联系。RyRs的三维结构已经确定，三维重组图像显示RyR 由两部分组成：一个较大的四重对称的棱柱状胞内复合体，为29×29× 12nm和一个较小的跨膜复合体为7nm [17]。心肌的动作电位时，即T- 管上的L型DHPR在去极化作用下开放引起胞外少量钙内流，会激活SR 上的RyR2开放从而使SR内大量钙释放入胞将引起心肌收缩，即―以钙 释钙‖（calcium-induced Ca2 + release，CICR）[16]。 3）钙泵，包括细胞膜钙泵（亦称Ca2 + -A TP酶），肌质网钙泵(sarcoendoplasmic reticulum calcium-ATPase2，SERCA2) 和Na+-Ca2 +交换 体(Na+-Ca2 + exchanger, NCX).Ca2 + -ATP酶在有Ca2 +和Mg2+的条件下每 水解一分子ATP可将细胞质内一个Ca2 +单向运出细胞。而SERCA2每 水解1分子ATP可转运2分子Ca2 +离开胞质。[1,2,3] 细胞膜去极化时Ca2 +内流，位于横小管处肌膜的L型钙通道被激活，Ca2 +内流激活通过―以钙释钙‖(CICR)的方式触发肌浆网上RyR2 释放更多的Ca2 +，使胞浆Ca2 +的浓度从0.1–0.2 mM 上升到2–10 mM。[4] L型钙通道与邻近RyR2 通道偶联作为一个功能体被称作为―钙火花‖（Ca2+ spark）。钙火花形态学包括钙火花峰值、空间尺度和存在时间而其动力学包括钙火花的上升相和衰减相。[5,6]细胞内Ca2 +浓度由10-7mol/L增至10-5mol/L左右时, 两个Ca2 +与肌钙蛋白C结合, 使其与肌纤蛋白的结合解除, 肌球蛋白头部与肌纤蛋白之间发生横桥结合；
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
心脏离子通道病的研究进展 发布时间： 2009-9-24 12:00:52 编辑： cqlihua 字体：大中小我 要投稿 摘要心脏离子通道病是离子通道病的重要组成部分,在心血管疾病中扮演 着重要角色,几乎所有的心律失常都有离子通道病变参与,是心脏性猝死的主要原因。本文对遗传性心脏离子通道病、获得性心脏离子通道病及心脏离子通道病的治疗作一简要介绍。 1995 年Keating 研究组确定了长QT间期综合征(long QT syndrome ,LQTS) 与心脏离子通道基因突变有关,从此揭开了心律失常基因机制研究的新时代。2002 年1 月,Nature 杂志刊登了“心脏离子通道病”一文,较系统地介绍了心脏离子通道分子缺陷在心律失常发生发展中的作用和地位[1 ]。2004 年5 月,Nature Medicine 杂志发表了“心脏离子通道病:基因的缺陷”一文,对心脏离子通道病 的分子机制进行了详细阐述[2 ]。随着研究的深入,越来越多的心律失常被证实与基因缺陷有关,其中多数为心脏离子通道基因异常,少数为非离子通道基因异常。目前心脏离子通道病正日益受到国际心脏病学界的高度关注,对心肌离子通道病 的全面认识,可以从分子水平更好的解释心肌电生理及病理机制,为心律失常的防治奠定基础。 1 心脏离子通道病及细胞分子机制 近年来分子生物学及分子电生理的迅速发展,开创了心律失常机制研究新纪元。心律失常与离子通道基因表达异常明确相关,多个离子通道基因的突变可引起各种心律失常。目前,已知绝大多数的原发性心电异常都是由编码各主要离子通道亚单位的基因突变引起的,因此,这类病可通称为“离子通道病”[3 ] 。如LQTS、Brugada 综合征(Brugada syndrome , BRS) 、儿茶酚胺敏感的多形性室速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia , CPVT) 、短QT 综
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