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编号:10281554
ATP敏感钾通道在心血管系统中的作用
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 2000年第1期
     作者:孟繁学 焦晓慧 韩大英

    单位:孟繁学(首都医科大学心血管生理研究室);焦晓慧(临床检测中心,北京 100054);韩大英(首都医科大学心血管生理研究室)

    关键词:K通道;心血管系统

    中国病理生理杂志000127 [中图分类号] Q 424; R 322.1 [文献标识码] A

    [文章编号]1000-4718(2000)01-0094-03

    The role of ATP-sensitive K+ channels in the cardiovascular system

    MENG Fan-xue, JIAO Xiao-hui, HAN Da-ying
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    (Department of Cardiovascular Physiology, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100054, China)

    【A Review】 15 years ago, Noma first applicated the patch-clamp technique to CN-treated mammalian heart cells, revealed specific K+ channels which were depressed by intracellular ATP at level greater than 1 mM. He suggested the ATP-sensitive channels are important for regulating cellular energy metabolism in the control of membrane exitability. Recent studies supported the hypothesis and suggested that ATP-sensitive channels play an important role in hypoxia, myocardial ischemia/reperfusion and ischemic preconditioning.
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    [MeSH] Potassium channels; Cardiovascular system

    1983年,Noma[1]首次报道细胞内ATP可抑制豚鼠心室肌选择性钾通道(即KATP),并推测KATP激活与心肌缺血时动作电位缩短有关, KATP激活可降低细胞内 ATP的消耗,避免细胞发生不可逆性损伤。近年来大量研究表明KATP在心血管系统的病理生理过程中具有重要作用。

    单通道记录KATP主要采用内面向外式(inside-out)。通常心肌细胞的KATP活性很低,不起什么作用。只有当心肌缺血缺氧,ATP浓度明显低于正常时,KATP才逐渐开放。该通道的电导值为80ps,并表现出内向整流 (Ik1) 特性[2]。KATP的内向整流作用亦依赖于细胞内Mg2+、Na+等离子浓度和膜电位的变化,KATP单通道活动呈簇状(burst)发放,目前尚未建立该通道的动力学模型。KATP在细胞膜内侧面有3~4个ATP选择性受体结合位点,ATP受体激动剂与其受体结合后可抑制KATP活性。KATP对K+和铷(Rb+)有较高通透性,但细胞外Na+很难透过[3]
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    Ashford等[4]研究了心肌KATP的cDNA结构,克隆出的KATP由17个氨基酸构成,有两个疏水区域,其N末端和C末端存在于细胞内。KATP与1993年克隆的Ik1同样具有2次贯穿膜的构造[5]。人和田鼠细胞的KATP可被细胞内ATP(IC50:100 μm)及KATP特异性抑制剂如磺酰脲类(格列苯脲 glibenclamide[6])等抑制;被KATP特异性开放剂激活(如RP52891[6],cromakalim[7],BMS-180448[8],U-89232[9],BRL-38227[10],Pinacidil[11]等)。

    近年来KATP在心血管系统中的作用日益引人注目。
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    一、缺氧:

    在恒流条件下离体灌流豚鼠心脏,缺氧15 min后复氧,glibenclamide可以显著升高乳酸脱氢酶,降低心率和左室压。但在生理条件下,glibenclamide对心肌并没有什么作用。这表明急性缺氧条件下,KATP对心肌有保护作用[12]

    在慢性缺氧条件下饲养的兔子,取心脏造成心肌缺血再灌注(I/R)损伤时,比正常条件下饲养的兔子的心功能恢复明显快,用KATP开放剂bimakalim 可加速心功能的恢复,而glibenclamide可阻断缺氧时KATP开放对心肌的保护作用。这表明,慢性缺氧条件下,心肌对I/R耐受力的提高也与KATP开放有关[13]

    二、心肌缺血再灌注(I/R):
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    1. KATP对心肌的保护作用: Rohmanns等[9]在结扎猪冠状动脉左前降支造成心脏缺血60 min,然后再灌注2h的实验中发现,KATP开放剂U-89232可明显减小心梗面积(18.5%±3.6% vs 63.2%±3.3%)。Grover等发现在大鼠心肌I/R中KATP开放剂BMS-180448可促进心肌中的ATP和CPK恢复正常,提高心肌对氧的有效利用率,促进心功能的恢复[8]

    2. KATP与I/R心律失常: 目前,有学者认为心肌缺血后的电活动改变部分是KATP通道激活的结果[11],表现为: 静息膜电位(RMP)和动作电位幅值(AP)明显下降;除极化速度减慢;AP缩短;细胞外钾离子堆积和K+平衡电位向正移动;RMP到EK电位的距离加大;传导速率减慢等。而KATP对心肌I/R心律失常的作用尚有争议:Grover等[7]研究表明,冠状动脉注射cromakalim可降低I/R时狗室颤发生率。也有完全相反的实验结果证明Cromakalim会加重大鼠I/R心律失常[14]。目前,关于KATP激活对心肌I/R心律失常有保护作用的研究表明: KATP激活对抗心律失常的可能机制为:(1)KATP激活时心肌AP缩短,因而经电压依赖性Ca2+通道的Ca2+内流减少;(2)延长Na+-Ca2+交换时间,增加Ca2+排出。以上两者均可使缺血再灌注心肌内钙超载减轻。而AP缩短和Ca2+内流减少也间接的降低高能磷酸盐的消耗[11]。持相反意见的学者则认为,急性心肌缺血时KATP激活所致的细胞外K+堆积,APD缩短,易致颤性提高是诱发严重室性心律失常的主要原因[10]。因此,关于KATP在心肌I/R心律失常中的作用有待进一步研究。
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    3. KATP与PLA2: 近年来,PLA2在心肌I/R损伤中的作用倍受关注。Turk等[15]研究表明胰岛β细胞中,非钙依赖性磷脂酶A2(PLA2)可通过花生四烯酸代谢途径调节KATP活性,即糖酵解产生的ATP激活PLA2,引起细胞膜磷脂酰胆碱(PC)水解和花生四烯酸释放,后者可促使KATP关闭。因此,他认为在胰岛β细胞上, PLA2对KATP有一定的调节作用。随后, Carol等[16]在大鼠心肌I/R的实验中发现PLA2阻断剂溴烯醇内酯对心功能有保护作用,而KATP阻断sodium 5-hydroxydecanoate(5-HD)和glibenclamide能够阻断溴烯醇内酯对心肌的保护作用。这表明PLA2抑制剂对I/R心肌的保护作用可能也与KATP有关。因此,如果在心肌中PLA2也存在着象胰腺β细胞那样的作用途径,那就意味Carol等的结果是由于PLA2阻断剂减轻了对KATP的抑制,增加KATP在I/R时通道开放的机率,因此PLA2阻断剂对心肌的保护作用将部分或全部归因于KATP的活化。
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    三、缺血预处理(IP):

    Speechly-dick等[17]在IP实验中发现KATP开放剂cromakalim和蛋白激酶C(PKC)的活化剂1,2-dioctanoyl-sn-glycerol(DOG)对心肌功能的恢复均有保护作用,且两者均可被glibenclamide阻断。 因此IP 时PKC的保护作用可能与KATP激活有关。但Grover等[18]在IP实验中发现glibenclamide或5-HD并不能阻断IP对大鼠心肌的保护作用。这或许与动物种属不同有关。

    Cleveland等[19]在人心房小梁实验中发现腺苷可模拟心肌IP的保护作用,此作用可被glibenclamide阻断,因此认为,IP时腺苷对心肌保护作用与激活KATP有关。

    IP在90 min内对缺血组织的保护作用被称为第一窗口作用,上述研究结果表明心肌IP实验中第一窗口作用与KATP激活有关。而IP在24 h后对缺血组织的保护作用,被称为第二窗口作用。那么心肌IP第二窗口作用是否与KATP激活有关呢? 在给予单磷酰脂(MLA)24 h后, 造成狗心肌缺血60 min,再灌注3 h,Mei等发现MLA可剂量依赖性的减小心梗面积。此IP对心肌的这种保护作用可被glibenclamide 与5-HD所消除。因此,心肌IP第二窗口作用似乎也与KATP激活有关[20]
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    [参 考 文 献]

    [1] Noma A. ATP-regulated K+ channels in cardiac muscle. Nature, 1983, 305:147.

    [2] Horie M, Irisawa H, Noma A. Voltage-dependent magnesium block of ATP-sensitive potassium channel in guinea-pig ventricular cells. J Physiol, 1987, 387: 251.

    [3] Kakei M, Noma A, Shibasaki T. Properties of adenosine triphosphate regulated potassium channels in guinea pig ventricular cells. J Physiol, 1985, 363: 441.
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    [4] Ashford MLJ, Nond CT, Blair TA, et al. Cloning and functional expression of a rat heart KATP channel. Nature, 1994, 370: 456.

    [5] Ho K, Nichols CG, Lederer WJ, et al. Cloning and expression of a inwardly rectifying ATP-regulated potassium channel. Nature, 1993, 362: 31.

    [6] Auchampach JA, Maruyama M, Cavero I, et al. Pharmacological evidence for a role of ATP-dependent potassium channels in myocardial stunning. Circulation, 1992, 86(1): 311.
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    [7] Grover GJ, Paul GS, Steven D. Pharmarcologic profile of cromakalim in the treatment of myocardial ischemia in isolated rat hearts and anesthetized dogs. J Cardiovasc Pharmacol, 1990, 16: 853.

    [8] Grover GJ, Sleph PG, Dzwonczyk S, et al. Glyburide-reversible cardioprotective effects of BMS-180448: functional and energetic considerations. J Cardiovasc Pharmacol, 1997, 29(1): 28.

    [9] Rohmann S, Fuchs C, Schelling P. In swine myocardium, the infarct size reduction induced by U-89232 is glibenclamide sensitive: evidence that U-89232 is a cardioselective opener of ATP-sensitive potassium channels. J Cardiovasc Pharmacol, 1997, 29(1): 69.
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    [10] Bellemin-Baurreau J, Poizot A, Hicks PE, et al.Effects of ATP-dependent K+ channel modulators on an ischemia-reperfusion rabbit isolated heart model with programmed electrical stimulation. Eur J Pharmacol, 1994, 256(2): 115.

    [11] Cole WC, Mcpherson CD, Sontag D. ATP-regulated K+ channels protect the myocardium against ischemia/reperfusion damage. Circ Res, 1991, 69: 571.

    [12] McKean TA, Branz AJ. Influence of ATP-sensitive potassium channel blocker on hypoxia-induced damage of isolated guinea pig heart. Gen Pharmacol, 1992, 23(5): 921.
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    [13] Baker JE, Curry BD, Olinger GN, et al. Increase tolerance of the chronically hypoxic immature heart to ischemia, contribution of the KATP channel. Circulation, 1997, 95(5): 1278.

    [14] Tosaki A, Szerdahelyi P, Engelman RM, et al. Potassium channel openers and blockers: do they possess proarrhythmic or antiarrhythmic activity in ischemic and reperfused rat hearts? J Pharmacol Exp Ther,1993, 267(3): 1355.

    [15] Turk J, Gross RW, Ramanadham S. Perspective in diabetes; amplification of insulin secretion by lipid messengers. Diabetes, 1993, 42:367.
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    [16] Carol AS, Marry WW, Steven D, et al. Glyburide-reversible cardioprotective effects of calcium-independent phospholipase A2 inhibition in ischemic rat hearts. Cardiovasc Res, 1996, 31: 270.

    [17] Speechly-Dick ME, Grover GJ, Yellon DM. Does ischemic preconditioning in the human involve protein kinase C and the ATP-dependent K+ channel? Studies of contractile function after simulated ischemia in an atrial in vitro model. Circ Res, 1995, 77(5): 1030.
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    [18] Grover GJ, Murray HN, Baird AJ, et al. The KATP blocker sodium 5-hydroxydecanoatd does not abolish preconditioning in isolated rat hearts. Eur J Pharmacol,1995, 277(2-3): 271.

    [19] Cleveland JC, Meldrum DR, Rowland RT, et al. Adenosine preconditioning of human myocardium is dependent upon the ATP-sensitive K+ channel. J Mol Cell Cardiol, 1997, 29(1): 175.

    [20] Mei DA, Elliott GT, Gross GJ. KATP channels mediate late preconditioning against infarction produced by monophosphoryl lipid A. Am J Physiol,1996, 271(6Pt2): H2723.

    [收稿日期] 1998-11-02 [修回日期] 1999-03-16

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