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编号:10497550
洛土辛对豚鼠心室肌细胞动作电位及L型钙电流的作用
http://www.100md.com 《同济大学学报(医学版)》 2000年第1期
     作者:王嘉陵 牛小伟 姚伟星 康华光 江明性

    单位:同济医科大学基础医学院药理学教研室, 武汉 430030

    关键词:洛土辛;动作电位;膜片钳技术;L型钙电流;磷酸二酯酶抑制剂

    同济医科大学学报00019 摘要 采用膜片钳技术全细胞记录方式,研究洛土辛(Lot)对单个豚鼠心室肌细胞动作电位(AP)和L型钙通道电流(ICa-L)的影响。结果 表明,Lot 30μmol/L明显延长AP时程,但不影响静息电位和AP幅度,另增加全细胞ICa-L。贴附式单通道记录表明,Lot 100 μmol/L不改变斜率电导,对L型钙通道的门控过程也无明显影响,但显著提高单通道的平均电流,使非空白记录从25%增至41%。提示,Lot增加L型钙通道的可利用度可能是其促钙内流的主要作用机制。

    中图法分类号 R972, R285.5, R329.2
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    Effects of Lotusine on the Action Potentials and L-type Calcium

    Currents inGuinea Pig Ventricular Cells

    Wang Jialing

    (Department of Pharmacology, School of Basic Medic al Sciences,Tongji Medical University, Wuhan 430030)

    Niu Xiaowei

    (Institute of Biophysics and Biochemistry, Huazhong University ofScience an d Technology, Wuhan 430074)
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    Yao Weixing

    (Department of Pharmacology, School of Basic Medic al Sciences,Tongji Medical University, Wuhan 430030)

    Abstract Patchclamp techniques were used to study the effects of lotusine ( Lot) on action potentials (AP) and L-type calcium currents(ICa-L) in s ingle ventricular cell of guinea pig. The results showed that Lot 30 μmol/L obv iously prolongedAPD20,APD50,APD90 by 33.5 %, 14.4 % and 15. 6 % respectively and increasedICa-L, but didn't influence the resting po tential and AP amplitude. In single-channel recording, Lot remarkablyincreased the average currents of single channel, inceased the non-blank sweep from 25 % as control to 41 %, and slightlyelevated open probability but did not alter slope conductance. The results suggested that the main mechanism of increment o fL-type calcium current of Lot may be relevent to the elevation of L-type cal cium channel availability.
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    Keywords lotusine; patch clamp; action potentials; L -type calciumcurrent; phosphodiesterase

    洛土辛(Lotusine,Lot)系从传统中药莲子心中分离出的一种单苄基异喹啉类生物碱单体,波谱及理化测定数据与文献相符[1],Lot明显增加心肌收缩力且略强于氨力农[2],提高血小板cAMP含量,延长豚鼠乳头状肌的动作电位时程,增加犬浦肯野纤维的慢内向电流;具有磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE) Ⅲ抑制剂的性质[2] 。Pimobendan,DPI-201-533 等为选择性PDE Ⅲ抑制剂,它们的正性肌力作用与延长动 作电位时程[3](actionpotential duration, APD)有关,且可通过cAMP影响L型钙通道,增加L型钙通道电流(ICa-L)[4]。本文旨在研究洛土辛对单个心肌细胞动作电位(action potentials, AP)及ICa-L的影响,并探讨其对心肌正性肌力作用的机制。
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    1 材料与方法

    1.1 动物、药品与试剂

    豚鼠47只,体重(356±65)g,雌雄兼用,由同济医科大学医学实验动物学部提供。Lot由同 济医科大学药理学教研室植化组提供,MP:213~214 ℃[5]。CsCl、CsOH、MgATP、 TEA为Sigma产品;BayK8644为德国Bayer药厂赠品;其他均为国产分析纯试剂。标准外液(m mol/L):NaCl 135、KCl 5.4、CaCl21.8、MgCl2 1.0、NaH2PO4 0.3 3、Hepes 10,NaOH调节pH至7.2。电流钳电极内液(mmol/L): KCl120、NaCl 1 0、CaCl2 1.0、MgATP 5.0、 EGTA 11、 Hepes 10,KOH调节pH至7.3。全细胞钙电流内液(mmol/L): CsCl 120、 NaCl 10、CaCl2 1.0、MgATP 5.0、 EGTA 11、 Hepes 10,KOH调节pH至7.3。单通道电极外液(mmol/L): NaCl 140、KCl 10、Mg Cl2 1、 Glucose 10、Hepes 10,NaOH调节pH至7.5。单通道电极内液(mmol/L):BaCl 2 110、Hepes 10,Ba(OH)2调节pH至7.5。
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    1.2 心室肌细胞分离及电生理记录

    豚鼠心室肌细胞标本制备按文献[6]方法 ,采用蛋白酶E-胶原酶合用法分离心室肌细胞。参照文献[7]方法,进行膜片钳实验。膜片钳放大器(PC-Ⅱ型)、DA-Ⅰ型接口、数据采集系统及软件为华中理工大学生物物理与生物化学研究所产品,玻璃毛胚(GG-17,上海脑生理研究所或G-1.5,日本Narishige )于PP-83型微电极拉制仪(Narishige)两步 拉制成尖端1~2μm电极,以MF-33抛光仪(Narishige)抛光后立即使用,电极电阻2~4 GΩ。单通道记录采用贴附式模式,电流信号经截止频率1 kHz的四阶贝塞尔低通滤波器滤波,采 样率为10kHz。数据均以±s表示,采用t检验统计分析。

    2 结果

    2.1 Lot对单细胞AP的影响
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    Lot 30μmol/L对豚鼠心室肌细胞AP的静息电位、超射无显著影响,但AP平台 明显升高,APD也随之显著延长,分别使APD20、APD50、APD90延长33.5%、14.4%和15.6%(表1),故Lot主要影响AP平台期电流。

    表1 Lot 30μmol/L对豚鼠心室肌细胞APD

    的影响(±s, n=6 ) 指标项目

    对照

    Lot

    APD20(ms)

    191±16
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    255±21**

    APD50(ms)

    430±34

    492±29**

    APD90(ms)

    460±31

    532±21**

    与对照比较 ** P<0.012.2 Lot对L型钙电流I-V 曲线的影响

    保持电位-40mV,给予持续时间150 ms,幅值-30 mV至60 mV阶跃刺激,记录不同钳制电压下的L型钙通道电流。图1显示,在所有钳制电压水平下,Lot 30 μmol/L均能增加钙电流的峰值,给药后I-V曲线形状未发生明显改变,最大电流电位出现在0 mV。
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    图1 Lot 30μmol/L对豚鼠心室肌细胞L型钙电流I -V曲线的影响(n=5)

    2.3 Lot对单通道电流的影响

    2.3.1 对单通道电导的影响:贴附式膜片,去极到不同电位(-30mV至20mV),记录单用BayK86445μmol/L激发的单通道L型钙电流(图2a),绘制I-V曲线,经直线拟合,L型钙电流的斜率电导为21.4pS(图2b),在未经冲洗的同一膜片上,再加入Lot100μmol/L,重复实验,记录、拟合得到的单通道L型钙电导为22.6pS,表明Lot不改变L型钙通道电导值。

    图2 Bay K86445 μmol/L对单通道L型钙电流作用 的记录(A: 电流记录)及拟合斜率电导(B:电导,Bay K8644 5 μmol/L,Lot100 μmol/L,n=4)
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    2.3.2 对平均电流的影响:贴附式膜片记录,保持电位为静息膜电位(resting potentia l,RP),刺激脉冲持续时间150 ms ,幅值至0mV,周期性去极化,记录给药前后各100次扫描结果。图3显示,对照(图3A)和 加入Lot 100μmol/L(图3B)条件下的单通道电流原始记录及相应的平均电流。 结果表明,Lot明显增加单通道的平均电流,使平均L型钙电流约增加一倍。

    图3 Lot 100μmol/L对单通道L型钙电流及平均电流的影响 ( A: 给药前, B: Lot)

    2.3.3 对空白扫描的影响: 以70 mV方波从RP电位周期性去极化,连续扫描记录给药 前后的电流,统计空白记录比例,判断L型钙通道慢门控过程变化[10]。在Lot 10 0μmol/L存在条件下,非空白记录的比例从给药前的25%(n=262)增至41%(n=3 00)。
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    2.3.4 对通道开放及关闭时间的影响:L型钙通道的开放时间(open time)和关闭时间(sh uttime)分别呈单、双指数分布[9],依据来自4个膜片的数据,选用单指数或双指数拟合,求得相应的τ值。 结果发现,Lot 100 μmol/L分别使通道的开放时间τ值(一个时相)及通道关闭时间τ1、τ2值(两个时相)由给药前的0.56、0.57和12.55 ms变为0.59、0.53和11.67 ms,表明Lot对通道门控动力学无明显影响。

    3 讨论

    在离体乳头状肌及犬浦肯野纤维标本上,我们曾证实Lot延长乳头状肌的APD,促进浦肯野纤维的慢钙内流,本文在单个豚鼠心室肌细胞标本,再次证明Lot 30 μmol/L明显延长动作APD20,而对RP、AP幅度无影响,表明其主要影响钙电流。全细胞钳实验中,Lot可浓度依赖性的增加ICa-L,30 μmol/L能增加各钳制电压水平下的L型钙通道电流的峰值,但给药后I-V曲线形状未发生明显改变,最大电流电位均出现于0 mV,这与某些PDE抑制剂对ICa-L的作用特点是一致的[4],再次提示Lot有PDE Ⅲ抑制剂的性质。在调节细胞内钙浓度,激发兴奋-收缩耦联的诸因素中,细胞外钙经L型钙通道的内流是最重要的因素,该过程受cAMP及cAMP依赖性蛋白激酶(PKA)中介[8],而细胞内cAMP的水平除受腺苷酸环化酶的调控外还受PDE的调控。抑制PDE可提高cAMP的水平,增加ICa-L
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    在贴附式膜片单通道记录中,所获L型钙通道斜率电导为21.4 pS,这与文献[9 ]的值相似,说明实验条件是可行的。Lot不改变L型钙通道电导值,也不明显影响通道门控动力学特性,但却增加平均L型钙电流约一倍。促钙内流药物作用方式可分为两类,一类是延长L型钙通道开放时间,改变通道开放模式,如二氢吡啶类钙激动剂Bay K8644;另一类主要是增加膜上L型钙通道的可利用度,如β-受体激动剂(异丙肾上腺素)[10 ]。结果表明,Lot对单通道钙电流的影响与Bay K8644不同,Lot并不影响电导;依通道开放概率( Po)公式计算,Lot 100 μmol/L略增加Po,由给药前的0.0395增至0.0454,净增15%。它显著减少单通道空白记录,使非空白记录比例从25%提高到41%,因此,可以推断Lot的主要机制是通过增加L型钙通道的可利用度而促钙内流,这与异丙肾上腺素的作用方式十分相似。异丙肾上腺素促钙作用的产生是通过cAMP转导的,而PDE抑制剂增高cAMP水平,故两者都通过共同的中介物质cAMP,最终影响L型钙通道,故两者促钙内流 的作用方式相似,产生的效应相似,仅在环节上不同。Lot的作用强度远弱于异丙肾上腺素则可能与其作用环节不同等有关。
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    湖北省科委科研基金资助项目(No.99JJ15-90)

    王嘉陵,男,1951年生,医学博士,副教授

    参 考 文 献

    1,古川宏,杨蒇雄,林宗仁. 莲子心中生物碱成分的研究(第11报). 药学杂志 (日文),1965,85(5):472

    2,王嘉陵,赵志方,李明等.洛土辛对离体心肌的正性肌力作用及机制. 同济 医科大学学报,1999,28(5):385

    3,Fujino K, Sperelakis N, Solaro J. Differential effects of d- an d l- pimbendan on cardiacmyofilament calcium sensitivity. J Pharmacol Exp Ther, 1988,247:519
, http://www.100md.com
    4,Kajimoto K, Hagiwara N,Kasannuki H et al. Contribution of phos phodiesterase isozymes to the regulation of the L-type calcium current inhuman cardiac myocytes. Br J Pharmacol, 1997, 121:1549

    5,王嘉陵,胡学民,蔡宏生等.莲心碱中生物碱成分的研究. 中国中药杂志, 1 991, 16(11): 673

    6,Mitra R, Morad M.A uniform enzymatic method for dissociation of myo cytes from heart and stomachs of vertebrates. Am J Physiol, 1985,249:H 1056

, http://www.100md.com     7,Yan S, Li X H, Yao W X et al. The effect of Benzytetrahydro palmatine onaction potentials and the two components of delayed rectifying pota ssium currents in guinea pig ventricular myocytes. J ChinPharm Sci, 1998,7:214

    8,Martin J Perry, Gerald A Higgs. Chemotherapeutic potential of phosphodiesterase inhibitors. Current Opinion in Chemical Biology,1998, 2:472

    9,McDonaland TF, Pelzer S, Trautwein W et al. Regulation and modu lation of calcium channel in cardiac, skeletal and smooth musclecells. Physiol Rew, 1994,74:365

    10,Yue D T, Herzig S, Marban E. β-Adrenergic stimulation ofcalcium channels occurs by potentiation of high-activity gating modes. Proc Natl Sc i USA,1990,87:735

    (1999-08-06,收稿), http://www.100md.com