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编号:10271384
汉防己碱对缺血神经元钾通道的作用
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第3期
     作者:王中峰*薛春生**

    单位:第三军医大学生理教研室(重庆 400038)

    关键词:局部缺血;神经元;钾通道

    汉防己碱对缺血神经元钾通道的作用 摘 要 目的和方法:研究汉防己碱(Tet)对缺血状态下大鼠皮层神经元膜电压依赖性钾通道变化的影响。方法:分离大鼠皮层神经元和建立细胞贴附膜片钳技术。结果:在缺血状态下,钾通道开放时间常数τ1和τ2分别由对照组的0.429 ms和8.209 ms增加至1.855 ms和17.464 ms(P<0.01),开放概率由0.114增加到0.151(P<0.01)。Tet(7.5,15和30 μmol/L)浓度依赖性抑制由缺血所诱导的钾通道开放。Tet 7.5和15 μmol/L改变了通道的关闭模式,30 μmol/L改变了通道的开放模式。结论:缺血可导致神经元电压依赖性钾通道开放显著增加,对胞外钾离子聚积起重要作用,从而参与神经元的损伤,Tet可抑制上述改变而对缺血脑细胞产生保护作用。
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    The effects of tetrandrine on neuronal potassium channel in ischemia-like condition

    WANG Zhong-Fong, XUE Chun-Sheng

    Department of Physiology, Third Military Medical University,Chongqing (400038)

    Abstract AIM: To study the effects of tetrandrine(Tet) on changes of rat cortical neuronal potassium channel in ischemia-like condition. METHODS:Acutely isolated rat cortical neurons and single channel recording of patch clamp technique. RESULTS:Compared with control group, the open time constants τ1 and τ2 of potassium channels of rat cortical neurons increased from 0.429 ms and 8.209 ms to 1.855 ms and 17.464 ms, respectively (P all <0.01). Open-state probability increased from 0.114 to 0.151(P<0.01).Tet (7.5, 15 and 30 μmol/L) significantly inhibited the open of potassium channel induced by ischemia-like condition in concentration-dependent maner. Tet in 30 μmol/L changed the open model,15 and 7.5 μmol/L changed the close model. CONCLUSION:The prolonged open of potassium channels in ischemia-like condition would result in extracellular K+ assembling, which play an important role in cerebral injury. Tet protected the cerebral injury by inhibiting the long-lasting open of potassium channel induced by ischemia-like condition.
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    MeSH Ischemia; Neurons; Potassium channels

    脑缺血时,细胞内外离子的分布平衡失调,在细胞内钙聚积的同时,发现胞外K+堆积,从而使胞内外钾离子的浓度梯度减小,细胞膜的静息电位降低,导致细胞兴奋性提高,细胞过度去极化,参与了脑缺血细胞损伤[1,2]。钾通道的亚型很多,对它们在缺血时胞外钾聚集的作用研究较少。有实验证实汉防己碱(tetrandrine, Tet)对缺血脑有保护作用[3],本文用缺氧缺糖来模拟缺血,用膜片钳技术研究Tet对缺血状态下大鼠大脑皮层神经元电压依赖性钾通道变化的影响,以进一步阐明Tet对缺血脑保护作用的机制。

    材料与方法

    一、药品:

    Tet(浙江金华制药厂,纯度>98%);胰蛋白酶,多聚赖氨酸,四乙胺和N-trimethylsilyldiethylamine均为Sigma产品。
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    二、大鼠皮层神经元分离:

    按参考文献[4,5]分离大鼠大脑皮层神经元。将2~4周龄的Wistar大鼠(雌雄不拘)断头取脑,分离皮层并切成400~500 μm的冠状脑片,在人工脑脊液中孵育0.5~1 h后,用0.1%的胰蛋白酶消化0.5 h,稍加剪碎后用吸管吹打使组织分散,单个细胞游离,将细胞悬液滴加于涂有0.1%多聚赖氨酸的盖玻片上使细胞贴壁。

    三、单个细胞缺血模型的建立:

    以体积分数为95% N2+5%CO2混合气饱和无糖浴液,通气时间大于1 h。细胞分离后,加入此液体使细胞缺氧缺糖,从而模拟体内的缺血状态。

    四、通道电活动记录:

    采用细胞贴附式膜片钳技术记录通道电活动[5],采样频率10 kHz,放大器低频滤波1 kHz,用pClamp软件的Fetchex进行不间断记录,细胞钳制电位-80 mV。细胞浴液成分为(mmol/L):NaCl 140,KCl 10.8,CaCl2 1.8,MgCl2 1,HEPES 5,glucose10,NaOH调制pH至7.4;无糖浴液除不含葡萄糖外,其余同正常浴液;电极液成分为(mmol/L)KCl 120,EGTA 10, HEPES 10,KOH调制pH至7.4;电极电阻2~4 MΩ。
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    对照组细胞加入正常浴液,缺血组细胞加入经混合氮气饱和的无糖浴液,记录到缺血状态下钾通道开放后,在浴液中加入Tet,其终浓度分别为7.5,15和30 μmol/L,5 min后记录同一膜片上的钾通道。每组细胞每一药物浓度记录10个膜片。

    五、结果分析处理:

    用pClamp软件的Fetchan程度对曲线理想化,忽略水平0.01 ms,滤波1 kHz。用pStat程序对通道的开放时间、关闭时间进行指数拟合,对通道开放的电流幅度进行高斯拟合,并求出通道的开放概率。实验结果用x-21.gif (98 bytes)±s表示,用单因素方差分析进行统计学处理。

    结果
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    一、正常钾通道的记录:

    记录的通道电活动的Ⅰ-Ⅴ曲线如图1所示,此通道有明显的电压依赖性,在负的钳制电位时,通道为外向电流,电流幅度随膜的超极化而增加;在正的钳制电位时,通道的电流方向发生翻转,变为内向电流,其翻转电位约为0 mV。在浴液中加入20 mmol/L的四乙胺后,该通道被明显抑制,部分细胞记录时,在电极液中加入0.1 mmol/L的ATP,通道电活动无明显改变。在-80 mV的钳制电位下,该通道有两个开放状态和一个关闭状态(图2)。59.gif (7935 bytes)

    Fig 1 Ⅰ~Ⅴ relationship of potassium channel in rat cortical neurons (pA:amplitude)
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    图1 大鼠皮层神经元钾通道的Ⅰ~Ⅴ曲线

    二、Tet对缺血状态下神经元钾通道的影响:

    血气分析(美国IL-1620血气分析仪)结果表明:正常浴液经混合氧气饱和后氧分压为105.2 kPa,无糖浴液在通混合氮气1 h后其氧分压为9.16 kPa。由于该液体不含糖,且氧分压较低,可以模拟体内的缺血状态。

    缺血状态下,神经元钾通道的开放时间显著增加,其开放时间常数τ1和τ2分别为(1.855±0.033) ms和(17.464±0.734) ms,通道的开放概率增加到(0.151±0.019),与对照组相比均有显著差异(P<0.01)。通道的关闭时间与对照组相比无显著差异,说明缺血对钾通道的关闭状态无影响(见图2)。

    记录到缺血状态下的钾通道电活动后,在浴液中加入不同浓度的Tet(7.5,15,30 μmol/L),结果Tet呈浓度依赖性抑制缺血所致的钾通道开放增加。30 μmol/L的Tet使钾通道的开放时间明显缩短,通道的开放时间由双指数拟合变为单指数拟合,7.5和15 μmol/L的Tet也明显缩短通道的开放时间,降低通道的开放概率(P均<0.01)。大剂量的Tet可明显延长缺血时通道的关闭时间,中浓度和低浓度的Tet使缺血时的关闭时间变为双指数拟合。结果见图2和表1。60.gif (5965 bytes)
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    Fig 2 Effects of tetrandrine (Tet)on potassium channel of rat cortical neurons induced by ischemia-like condition. Holding potential -80 mV. The upward deflections indicate outward current. A. Control; B. 20 mmol/L tetraethylammolum. C. Ischemia-like condition; D.Tet 7.5 μmol/L; E. Tet 15 μmol/L; F.Tet 30 μmol/L

    图2 汉防己碱(Tet, μmol/L)对缺血诱导的大鼠皮层神经元钾通道变化的影响 表1 汉防已碱(Tet,μmol/L)对缺血诱导的大鼠皮层神经元钾通道变化的影响

    Tab 1 Effects of tetrandring (μmol/L) on potassium channel of rat cortical neurons induced by ischemia-like conditiaon (x-22.gif (98 bytes)±s,n=10)
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    Open time(ms)

    Close time(ms)

    Current

    amplitude (pA)

    Open-state

    probability

    τ1

    τ2

    τ1

    τ2

    Control
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    0.429±0.434

    8.209±2.643

    24.427±7.357

    4.69±0.29

    0.114±0.089

    Ischemia

    1.855±1.033**

    17.464±0.734**

    27.631±13.035

    4.73±0.15

    0.151±0.019**
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    Tet(7.5)

    0.509±0.357##

    10.908±0.526##

    2.757±0.976

    19.275±5.649

    4.70±0.36

    0.142±0.019##

    Tet(15)

    0.331±0.361

    7.186±0.461##
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    6.290±0.993

    32.648±1.148

    4.71±0.17

    0.086±0.028##

    Tet(30)

    0.779±0.361

    45.723±3.392##

    4.68±0.19

    0.057±0.021##

    **P<0.01,vs control; ##P<0.01,vs ischemia 讨论
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    钾通道是一类分布广、亚型多的离子通道[6~9]。从本实验记录曲线的特征看,是典型的电压依赖性钾通道[6]

    在缺血状态下,钾通道开放时间明显延长,开放时间需双指数拟合,其时间常数τ1和τ2与对照组相比均明显延长,开放概率增加,表明缺血使神经元膜电压依赖性钾通道开放增加,K+外流增多,对缺血时胞外钾聚集起一定作用,破坏了细胞内外的离子平衡,和其它因素一起产生细胞损伤作用。缺血时,Ca2+-激活钾通道开放增加,也是胞外钾离子增多原因之一[10]

    在细胞浴液中加入不同浓度的Tet后,由缺血所诱导的钾通道开放明显被抑制,且呈浓度依赖性。7.5和15 μmol/L的Tet明显缩短开放时间,时间常数τ1和τ2与缺血组相比,均显著缩短。30 μmol/L的Tet改变了缺血状态下的通道开放动力学,在缩短开放时间的前提下,使通道由两个开放状态变为一个开放状态,且明显延长通道的关闭时间常数,7.5和15 μmol/L的Tet改变了通道的关闭动力学,使关闭时间由单指数拟合转变为双指数拟合,即有两个关闭状态,Tet 15 μmol/L可使缺血状态下关闭时间常数τ2延长。三个剂量组的Tet均可降低缺血状态下增高的开放概率,说明Tet可抑制缺血所诱导的电压依赖性钾通道的开放增加,从而维持细胞内钾离子的正常浓度梯度,对缺血脑具有保护作用。
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    *中国科学院上海生理研究所(上海南200031)

    **重庆医科大学药理教研室

    参考文献

    1 Katsura K, Ekholm A, Siesijo BK. Coupling among changes in energy metabolism, acidbase homestasis, and ion fluxes in ischemia.Can Physiol Pharmacol, 1992,70 suppl:S170.

    2 Martins E, Inamura K, Themner K, et al. Accumulation of calcium and loss of potassium in the hippocampus following transient cerebral ischemia: a proton microprobe study. J Cereb Blood Flow Meteb, 1988,8:531.
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    3 Dong Z, Xue CS, Zhou QX. Protective effect of tetrandrine and fructose-1,6-diphosphate on the model of focal cerebral ischemia in rats. J Chin Pharmacol Sci, 1997,6:45.

    4 唐向东,佟振清,杨文俊.一种改进的适用于膜片钳记录的急性神经元分离方法.生理学通报(广东),1994,11:60.

    5 王中峰,薛春生,萧家思等.大鼠皮层神经元膜片钳单通道记录模型.第三军医大学学报,1997,19:271

    6 Sugaya E, Sugaya A, Takagi T, et al. Pentylenetetrazol -induced changes of the single potassium channel in primary cultured cerebral cortical neurons. Brain Res, 1989,497:239
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    7 Kohler M, Hirschberg B, Bond CT, et al. Small-conductance, calcium-activated potassium channels from mammalian brain. Science, 1996,273:1709.

    8 Kubo Y, Miyashita T, Kubokawa K. A weakly inward rectifying potassium channel of the salmon brain. J Biol Chem, 1996,271:15729.

    9 Ohno-Shosaku T, Yamamoto C. Identification of an ATP -sensitive K+ channel in rat cultured cortical neurons. Pflugers Arch, 1992,422:260.

    10 Silver IA, Erecinska M. Intracellular and extracellular changes of [Ca2+] in hypoxia and ischemia in rat brain in vivo. J Gen Physiol, 1990, 95:837.

    1997年7月4日收稿,1998年1月19日修回, 百拇医药