不同钾通道阻滞剂对大鼠血管平滑肌的影响
作者：陈琦 王晓良
单位：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；陈琦 扬州医学院生理教研室，扬州 225001)
关键词：血管平滑肌；钾通道阻滞剂；4-氨基吡啶；格列本脲；索他洛尔
摘要 目的 摘要 目的：研究几种不同钾通道阻滞剂对血管平滑肌的影响。方法：大鼠离体胸主动脉条张力记录法。结果：BaCl2，4-AP，CsCl和TEA均能浓度依赖的引起大鼠离体胸主动脉条收缩, 其中BaCl2引起血管收缩的作用明显强于其它3种化合物，EC50值为90 μmol.L-1。而E-4031、索他洛尔和格列本脲对血管张力没有影响；此外E-4031、索他洛尔和4-AP还可抑制去甲肾上腺素引起的血管收缩。结论：E-4031、索他洛尔和格列本脲在正常治疗浓度下对血管平滑肌的张力影响不大；并提示不同的钾通道阻滞剂其组织选择性存在明显差异。
, 百拇医药
EFFECTS OF POTASSIUM CHANNEL BLOCKERS
ON ISOLATED RAT AORTA STRIP
Chen Qi(Chen Q)1 and Wang Xiaoliang(Wang XL)
(Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100050; 1Department of Physiology, Yangzhou Medical College, Yangzhou 225001)
ABSTRACT AIM: To study the effects and mechanisms of different potassium channel blockers on rat vascular smooth muscle. METHODS: Isometric tension recording of aorta strip. RESULTS: The EC50 values of BaCl2, 4-aminopyridine(4-AP), cesium chloride(CsCl) and tetraethylammonium(TEA) to increase tension of rat aorta strips were (0.09±0.08) mmol.L-1，(6.43±1.75) mmol.L-1，(7.6±1.92) mmol.L-1 and (11.5±3.09) mmol.L-1, respectively. 1，4-piperidine(E-4031), sotalol and glibenclamide did not show any influence on the aorta strip tension. On the other hand, our study demonstrated that E-4031, sotalol and 4-AP can inhibit NE-induced contraction in a dose-dependent manner. CONCLUSION: E-4031, sotalol and glibenclamide showed no effect on blood vessel tension at the normal range of concentration and K+ channel blockers may have different selectivity for heart and blood vessels.
, 百拇医药
KEY WORDS vascular muscle; potassium channel blocker; 4-aminopyridine; glibenclamide; sotalol
有钾通道阻滞作用的III类抗心律失常药已广泛用于临床，但某些钾通道阻滞剂除可影响心脏的电生理特性外，还可能作用于血管、胃肠等平滑肌，从而不可避免地产生一系列临床副作用。由于钾通道阻滞剂对血管平滑肌的影响一直没有得到较系统的平行比较性研究，故本文通过大鼠离体血管张力记录法研究了不同钾通道阻滞剂对血管张力的影响，旨在探讨经典的钾通道阻滞剂和临床使用的钾通道阻滞剂在血管平滑肌上的作用及差异，为进一步开发选择性强、副作用小的III类抗心律失常药提供一定的理论依据。
材料与方法
动物 体重(250±20) g的 ♂ Wistar大鼠，由医学科学院实验动物中心提供。
, 百拇医药
实验方法 大鼠断头处死，取胸主动脉，去除周围脂肪及结缔组织。将血管剪成螺旋形肌条(2 mm×15 mm)，置于有Krebs液15 ml的浴槽中，通95% O2+5% CO2，Krebs液成分(mmol.L-1): NaCl 118, NaHCO3 25, KCl 4.7, MgSO4.7H2O 0.45, KH2PO4 1.03, Glucose 11.1, CaCl2 2.5, EDTA 0.001； pH7.4。血管条连接于张力换能器(上海医科大学)，负荷1g； 实验前平衡1h，用MP100WSW计算机软件系统采集、记录及计算实验结果。
药物 氯化钡(barium chloride, BaCl2)、氯化铯(cesium chloride, CsCl)、4-氨基吡啶(4-Aminopyridine, 4-AP)、四乙基氨(tetraethylammonium, TEA)、格列本脲(glibenclamide)、去甲肾上腺素(NE)均为美国Sigma公司产品；E-4031(1，4-piperidine)由日本Eisa公司提供；dl-索他洛尔(sotalol)由天津医药工业研究所提供。
, 百拇医药
统计处理 全部数据用
±s表示，以药物浓度作为横座标，以药物引起血管条收缩时产生的最大张力变化为100%作量-效曲线。用曲线拟合法求EC50, EC50的显著性检验采用t检验。
结果
1 BaCl2， 4-AP，CsCl，TEA引起的大鼠胸主动脉条收缩
大鼠主动脉条在Krebs液中平衡1h后分别累积加入BaCl2(0.03～3 mmol.L-1)、4-AP(0.3～30 mmol.L-1)、 CsCl(1～30 mmol.L-1)和TEA(1～100 mmol.L-1)，可见血管条产生浓度依赖性收缩(图1)。它们引起血管收缩的EC50值分别为(0.09±0.08) mmol.L-1，(6.43±1.75) mmol.L-1, (7.6±1.92) mmol.L-1和(11.5±3.09) mmol.L-1，BaCl2与其它3药的EC50相比具有非常显著性差异(P<0.01)。 证明由BaCl2引起的大鼠主动脉收缩作用明显强于4-AP，CsCl和TEA。
, 百拇医药
Fig 1 Effects of BaCl2(■—■), 4-AP(▲—▲), CsCl(◆—◆) and TEA(●—●) on the tenion of isolated rat aorta strips，n=5～7. 4-AP: 4-aminopyridine; CsCl: cesium chloride; TEA: tetraethylammonium.
2 E-4031、索他洛尔和格列本脲对血管条张力的影响
大鼠主动脉条在Krebs液中平衡1 h后分别累积加入E-4031(1～30μmol.L-1)、索他洛尔(1～1 000μmol.L-1)或格列本脲(1～100μmol.L-1)，3药始终未对血管张力产生影响。
3 钾通道阻滞剂对NE引起的大鼠胸主动脉条收缩的影响
, 百拇医药
大鼠主动脉条在Krebs液中平衡1 h后加入NE 3 nmol.L-1，血管条收缩张力可达0.5 g以上，待收缩稳定后，加入不同的钾通道阻滞剂，发现E-4031(1～30μmol.L-1)、索他洛尔(3～1 000 μmol.L-1)和4-AP(0.3～10 mmol.L-1)都可浓度依赖地使血管条张力明显下降(图2,图3,图4)；而BaCl2，CsCl和TEA均不能减少NE引起的血管张力，反而可以在一定程度上增加其张力(图表省略)。
Fig 2 Effects of E-4031 on NE-induced contraction of isolated rat aorta strips. The upper part shows the original recording. The lower part shows the concentration-response curve of the mean value from 9 experiments. E-4031:1，4-piperidine; NE: norepi-nephrine.
, 百拇医药
Fig 3 Effects of sotalol on NE-induced contraction of isolated rat aorta strips，The upper part shows the original recording. The lower part shows the concentration-response curve of the mean value from 6 experiments.
Fig 4 Effects of 4-AP on NE-induced contraction of isolated rat aorta strips. The upper part shows the original recording. The lower part shows the concentration-response curve of the mean value from 8 experiments.
, 百拇医药
讨论
本文着重研究了几种经典的、作为工具药使用的和临床使用的钾通道阻滞剂对大鼠离体主动脉条张力的影响。在我们所选用的药物中，TEA和CsCl的通道亚型选择性较低，常视为非选择性钾通道阻滞剂[1]，而4-AP，BaCl2则分别相对选择性阻断瞬间外向钾电流和内向整流钾通道，但4-AP在浓度高时选择性较差[2]。此外索他洛尔和格列本脲已被证明可分别选择性地阻断延迟整流钾通道(Ik)[3]和ATP敏感的钾通道(KATP)[4]，而E-4031则与索他洛尔结构相似，能特异地阻断快激活延迟整流钾电流[5]。据文献报道：在血管平滑肌上主要有4种钾离子通道，即电压依赖性钾通道(以延迟整流钾通道为主)，内向整流钾通道，钙激活钾通道和ATP敏感钾通道，并以钙激活钾通道和内向整流钾通道的密度最高，而ATP敏感钾通道在生理状态下活性较低[6]。
, 百拇医药
本文结果提示：4-AP，CsCl以及TEA可能同时阻断血管平滑肌上的多种钾离子通道，导致膜电位升高和钙内流增多，引起血管张力增加；已知内向整流钾通道的主要功能是维持膜的静息电位[7]，而BaCl2由于能较高选择性地阻断内向整流钾通道，更易造成膜的去极化[8]，因而BaCl2引起血管收缩的作用较其它药物更强。
实验表明，E-4031，索他洛尔和格列本脲在治疗浓度范围内对血管张力无明显影响，这3种药的使用浓度已远远超过对心肌钾通道的阻断浓度和通常的使用浓度，说明在正常生理情况下，血管平滑肌上的延迟整流钾通道不起主要作用，ATP敏感钾通道也未明显开放，不能使血管张力产生变化。这一结果提示：通道亚型的不同及组织分布差异可能是影响药物组织选择性的主要原因。
NE作用于血管平滑肌上的α1受体引起血管收缩后，E-4031、索他洛尔和4-AP均能抑制此种收缩反应而使血管张力下降。Williamson等的实验发现：用苯肾上腺素激动大鼠的左心房肌后，4-AP可抑制其收缩反应[9]，此结果与本实验结果一致。4-AP，索他洛尔和E-4031抑制NE诱发血管收缩的作用可能是由于其阻断血管平滑肌上的α1肾上腺素受体的结果[10]。
, http://www.100md.com
由于目前钾通道阻滞剂的研究目标是以开发新一代抗心律失常药为主，但某些有钾通道阻断作用的药物因组织选择性较差，可能产生平滑肌收缩，引起血压升高等副作用，因此考查一种新的III类抗心律失常药时，必须重视其对血管平滑肌的影响，提高它们的组织选择性。我们的实验结果表明：BaCl2，4-AP，CsCl，TEA可影响血管张力，组织选择性差，因此只能作为工具药使用，而E-4031，索他洛尔和格列本脲之所以能够进入临床试用或作为临床用药，重要原因在于它们的组织选择性高，不论在单独使用还是存在NE时，都不能使血管平滑肌产生收缩。
Corespondence address to Dr. Wang Xiaoliang
联系人 Tel:(010)63165193, Fax:(010)63017757
基金项目：国家杰出青年科学基金(39425014)和CMB基金
, 百拇医药
参考文献
1 Nigel S. Cook. The pharmacology of potassium channels and their therapeutic potential. Trends Pharmacol Sci, 1988,9∶21
2 Kenyon JL, Gibbons WR. 4-Aminopyridine and the early outward current of sheep cardiac Purkinje fibres. J Gen Physiol, 1979,73∶139
3 Neil D, Berman, Paul Dorian. Cellular mechanism underlying the efficacy of the sotalol-quinidine combination. J Cardiovasc Pharmacol, 1993,21∶609
, 百拇医药
4 Beech DJ, H Zhang, Nakao K. K channel activation by nucleotide diphosphates and its inhibition by glibenclamide in vascular smooth muscle cells. Br J Pharmacol, 1993,110∶573
5 Follmer CH, Colatsky TJ. Block of delayed rectifier potassium current(IK) by flecainide and E-4031 in cat ventricular myocytes. Circulation, 1990,82∶289
6 Nelson MT, John MQ. Physiological roles and properties of potassium channels in arterial smooth muscle. Am J Physiol, 1995,268(Cell Physiol. 37)∶C799
, 百拇医药
7 Hirsi KA, Kenji K, Hiroyuki N. Pharmacological and physiological significance of ion channels and factors that modulate them in vascular tissues. Pharmacol Rev, 1995,47∶387
8 Wang XL, Hua Z, Zhang LM. Effect of potassium channel blockers on isolated rat atrium. Drug Dev Res, 1997,39∶161
9 Williamson, Seifen, Lindemann. The positive inotropic effect of alpha 1A-adrenoceptor stimulation is inhibited by 4-aminopyridine. Eur J Pharmacol, 1996,304∶73
10 Noritsugu T, Haruaki N, Yuichi H. Inhibitory effect mediated by α1-adrenoceptors on transient outward current in isolated rat ventricular cells. Pflugers Arch, 1990,415∶575
收稿日期：1998-04-08, http://www.100md.com
单位：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；陈琦 扬州医学院生理教研室，扬州 225001)
关键词：血管平滑肌；钾通道阻滞剂；4-氨基吡啶；格列本脲；索他洛尔
摘要 目的 摘要 目的：研究几种不同钾通道阻滞剂对血管平滑肌的影响。方法：大鼠离体胸主动脉条张力记录法。结果：BaCl2，4-AP，CsCl和TEA均能浓度依赖的引起大鼠离体胸主动脉条收缩, 其中BaCl2引起血管收缩的作用明显强于其它3种化合物，EC50值为90 μmol.L-1。而E-4031、索他洛尔和格列本脲对血管张力没有影响；此外E-4031、索他洛尔和4-AP还可抑制去甲肾上腺素引起的血管收缩。结论：E-4031、索他洛尔和格列本脲在正常治疗浓度下对血管平滑肌的张力影响不大；并提示不同的钾通道阻滞剂其组织选择性存在明显差异。
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EFFECTS OF POTASSIUM CHANNEL BLOCKERS
ON ISOLATED RAT AORTA STRIP
Chen Qi(Chen Q)1 and Wang Xiaoliang(Wang XL)
(Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100050; 1Department of Physiology, Yangzhou Medical College, Yangzhou 225001)
ABSTRACT AIM: To study the effects and mechanisms of different potassium channel blockers on rat vascular smooth muscle. METHODS: Isometric tension recording of aorta strip. RESULTS: The EC50 values of BaCl2, 4-aminopyridine(4-AP), cesium chloride(CsCl) and tetraethylammonium(TEA) to increase tension of rat aorta strips were (0.09±0.08) mmol.L-1，(6.43±1.75) mmol.L-1，(7.6±1.92) mmol.L-1 and (11.5±3.09) mmol.L-1, respectively. 1，4-piperidine(E-4031), sotalol and glibenclamide did not show any influence on the aorta strip tension. On the other hand, our study demonstrated that E-4031, sotalol and 4-AP can inhibit NE-induced contraction in a dose-dependent manner. CONCLUSION: E-4031, sotalol and glibenclamide showed no effect on blood vessel tension at the normal range of concentration and K+ channel blockers may have different selectivity for heart and blood vessels.
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KEY WORDS vascular muscle; potassium channel blocker; 4-aminopyridine; glibenclamide; sotalol
有钾通道阻滞作用的III类抗心律失常药已广泛用于临床，但某些钾通道阻滞剂除可影响心脏的电生理特性外，还可能作用于血管、胃肠等平滑肌，从而不可避免地产生一系列临床副作用。由于钾通道阻滞剂对血管平滑肌的影响一直没有得到较系统的平行比较性研究，故本文通过大鼠离体血管张力记录法研究了不同钾通道阻滞剂对血管张力的影响，旨在探讨经典的钾通道阻滞剂和临床使用的钾通道阻滞剂在血管平滑肌上的作用及差异，为进一步开发选择性强、副作用小的III类抗心律失常药提供一定的理论依据。
材料与方法
动物 体重(250±20) g的 ♂ Wistar大鼠，由医学科学院实验动物中心提供。
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实验方法 大鼠断头处死，取胸主动脉，去除周围脂肪及结缔组织。将血管剪成螺旋形肌条(2 mm×15 mm)，置于有Krebs液15 ml的浴槽中，通95% O2+5% CO2，Krebs液成分(mmol.L-1): NaCl 118, NaHCO3 25, KCl 4.7, MgSO4.7H2O 0.45, KH2PO4 1.03, Glucose 11.1, CaCl2 2.5, EDTA 0.001； pH7.4。血管条连接于张力换能器(上海医科大学)，负荷1g； 实验前平衡1h，用MP100WSW计算机软件系统采集、记录及计算实验结果。
药物 氯化钡(barium chloride, BaCl2)、氯化铯(cesium chloride, CsCl)、4-氨基吡啶(4-Aminopyridine, 4-AP)、四乙基氨(tetraethylammonium, TEA)、格列本脲(glibenclamide)、去甲肾上腺素(NE)均为美国Sigma公司产品；E-4031(1，4-piperidine)由日本Eisa公司提供；dl-索他洛尔(sotalol)由天津医药工业研究所提供。
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统计处理 全部数据用
±s表示，以药物浓度作为横座标，以药物引起血管条收缩时产生的最大张力变化为100%作量-效曲线。用曲线拟合法求EC50, EC50的显著性检验采用t检验。结果
1 BaCl2， 4-AP，CsCl，TEA引起的大鼠胸主动脉条收缩
大鼠主动脉条在Krebs液中平衡1h后分别累积加入BaCl2(0.03～3 mmol.L-1)、4-AP(0.3～30 mmol.L-1)、 CsCl(1～30 mmol.L-1)和TEA(1～100 mmol.L-1)，可见血管条产生浓度依赖性收缩(图1)。它们引起血管收缩的EC50值分别为(0.09±0.08) mmol.L-1，(6.43±1.75) mmol.L-1, (7.6±1.92) mmol.L-1和(11.5±3.09) mmol.L-1，BaCl2与其它3药的EC50相比具有非常显著性差异(P<0.01)。 证明由BaCl2引起的大鼠主动脉收缩作用明显强于4-AP，CsCl和TEA。
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Fig 1 Effects of BaCl2(■—■), 4-AP(▲—▲), CsCl(◆—◆) and TEA(●—●) on the tenion of isolated rat aorta strips，n=5～7. 4-AP: 4-aminopyridine; CsCl: cesium chloride; TEA: tetraethylammonium.
2 E-4031、索他洛尔和格列本脲对血管条张力的影响
大鼠主动脉条在Krebs液中平衡1 h后分别累积加入E-4031(1～30μmol.L-1)、索他洛尔(1～1 000μmol.L-1)或格列本脲(1～100μmol.L-1)，3药始终未对血管张力产生影响。
3 钾通道阻滞剂对NE引起的大鼠胸主动脉条收缩的影响
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大鼠主动脉条在Krebs液中平衡1 h后加入NE 3 nmol.L-1，血管条收缩张力可达0.5 g以上，待收缩稳定后，加入不同的钾通道阻滞剂，发现E-4031(1～30μmol.L-1)、索他洛尔(3～1 000 μmol.L-1)和4-AP(0.3～10 mmol.L-1)都可浓度依赖地使血管条张力明显下降(图2,图3,图4)；而BaCl2，CsCl和TEA均不能减少NE引起的血管张力，反而可以在一定程度上增加其张力(图表省略)。
Fig 2 Effects of E-4031 on NE-induced contraction of isolated rat aorta strips. The upper part shows the original recording. The lower part shows the concentration-response curve of the mean value from 9 experiments. E-4031:1，4-piperidine; NE: norepi-nephrine.
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Fig 3 Effects of sotalol on NE-induced contraction of isolated rat aorta strips，The upper part shows the original recording. The lower part shows the concentration-response curve of the mean value from 6 experiments.
Fig 4 Effects of 4-AP on NE-induced contraction of isolated rat aorta strips. The upper part shows the original recording. The lower part shows the concentration-response curve of the mean value from 8 experiments.
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讨论
本文着重研究了几种经典的、作为工具药使用的和临床使用的钾通道阻滞剂对大鼠离体主动脉条张力的影响。在我们所选用的药物中，TEA和CsCl的通道亚型选择性较低，常视为非选择性钾通道阻滞剂[1]，而4-AP，BaCl2则分别相对选择性阻断瞬间外向钾电流和内向整流钾通道，但4-AP在浓度高时选择性较差[2]。此外索他洛尔和格列本脲已被证明可分别选择性地阻断延迟整流钾通道(Ik)[3]和ATP敏感的钾通道(KATP)[4]，而E-4031则与索他洛尔结构相似，能特异地阻断快激活延迟整流钾电流[5]。据文献报道：在血管平滑肌上主要有4种钾离子通道，即电压依赖性钾通道(以延迟整流钾通道为主)，内向整流钾通道，钙激活钾通道和ATP敏感钾通道，并以钙激活钾通道和内向整流钾通道的密度最高，而ATP敏感钾通道在生理状态下活性较低[6]。
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本文结果提示：4-AP，CsCl以及TEA可能同时阻断血管平滑肌上的多种钾离子通道，导致膜电位升高和钙内流增多，引起血管张力增加；已知内向整流钾通道的主要功能是维持膜的静息电位[7]，而BaCl2由于能较高选择性地阻断内向整流钾通道，更易造成膜的去极化[8]，因而BaCl2引起血管收缩的作用较其它药物更强。
实验表明，E-4031，索他洛尔和格列本脲在治疗浓度范围内对血管张力无明显影响，这3种药的使用浓度已远远超过对心肌钾通道的阻断浓度和通常的使用浓度，说明在正常生理情况下，血管平滑肌上的延迟整流钾通道不起主要作用，ATP敏感钾通道也未明显开放，不能使血管张力产生变化。这一结果提示：通道亚型的不同及组织分布差异可能是影响药物组织选择性的主要原因。
NE作用于血管平滑肌上的α1受体引起血管收缩后，E-4031、索他洛尔和4-AP均能抑制此种收缩反应而使血管张力下降。Williamson等的实验发现：用苯肾上腺素激动大鼠的左心房肌后，4-AP可抑制其收缩反应[9]，此结果与本实验结果一致。4-AP，索他洛尔和E-4031抑制NE诱发血管收缩的作用可能是由于其阻断血管平滑肌上的α1肾上腺素受体的结果[10]。
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由于目前钾通道阻滞剂的研究目标是以开发新一代抗心律失常药为主，但某些有钾通道阻断作用的药物因组织选择性较差，可能产生平滑肌收缩，引起血压升高等副作用，因此考查一种新的III类抗心律失常药时，必须重视其对血管平滑肌的影响，提高它们的组织选择性。我们的实验结果表明：BaCl2，4-AP，CsCl，TEA可影响血管张力，组织选择性差，因此只能作为工具药使用，而E-4031，索他洛尔和格列本脲之所以能够进入临床试用或作为临床用药，重要原因在于它们的组织选择性高，不论在单独使用还是存在NE时，都不能使血管平滑肌产生收缩。
Corespondence address to Dr. Wang Xiaoliang
联系人 Tel:(010)63165193, Fax:(010)63017757
基金项目：国家杰出青年科学基金(39425014)和CMB基金
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参考文献
1 Nigel S. Cook. The pharmacology of potassium channels and their therapeutic potential. Trends Pharmacol Sci, 1988,9∶21
2 Kenyon JL, Gibbons WR. 4-Aminopyridine and the early outward current of sheep cardiac Purkinje fibres. J Gen Physiol, 1979,73∶139
3 Neil D, Berman, Paul Dorian. Cellular mechanism underlying the efficacy of the sotalol-quinidine combination. J Cardiovasc Pharmacol, 1993,21∶609
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4 Beech DJ, H Zhang, Nakao K. K channel activation by nucleotide diphosphates and its inhibition by glibenclamide in vascular smooth muscle cells. Br J Pharmacol, 1993,110∶573
5 Follmer CH, Colatsky TJ. Block of delayed rectifier potassium current(IK) by flecainide and E-4031 in cat ventricular myocytes. Circulation, 1990,82∶289
6 Nelson MT, John MQ. Physiological roles and properties of potassium channels in arterial smooth muscle. Am J Physiol, 1995,268(Cell Physiol. 37)∶C799
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7 Hirsi KA, Kenji K, Hiroyuki N. Pharmacological and physiological significance of ion channels and factors that modulate them in vascular tissues. Pharmacol Rev, 1995,47∶387
8 Wang XL, Hua Z, Zhang LM. Effect of potassium channel blockers on isolated rat atrium. Drug Dev Res, 1997,39∶161
9 Williamson, Seifen, Lindemann. The positive inotropic effect of alpha 1A-adrenoceptor stimulation is inhibited by 4-aminopyridine. Eur J Pharmacol, 1996,304∶73
10 Noritsugu T, Haruaki N, Yuichi H. Inhibitory effect mediated by α1-adrenoceptors on transient outward current in isolated rat ventricular cells. Pflugers Arch, 1990,415∶575
收稿日期：1998-04-08, http://www.100md.com