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哺乳动物心肌细胞不同功能性电压门控的钾通道多样性分子基础
哺乳动物心脏中,不依赖于钙离子的、去极化激活的钾离子电流对于动作电位的波形形成起着重要作用,几种完成这种功能的电压门控的钾电流已经被鉴定出来.在大多数心肌细胞中,瞬时外向电流,Ito.f与Ito.s,以及几类延迟再激活的电流成分,包括Ikr,Iks,Ikur与IK,slow都有表达.尽管如此,这些电流仍然存在着种属间以及细胞类型与区域间的表达形式的差异,这种差异能以动作电位的波形变化加以体现.大量的电压门控的钾通道核心(α)与附属亚基(β,minK,MiRP)已经被克隆出来并且已被证明在心脏中有表达,一系列的实验方法已经被提出以用来通过体内或者体外方法来研究这些亚基与功能性电压门控钾通道的关系.近这些关系的研究已经取得了相当大的进展,现在清楚的是在心肌细胞中不同的分子构成是不同的电生理复极化钾电流的基础.
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心房颤动中与心房相关的钾离子电流的研究进展
心房颤动(房颤)的形成包括触发和维持两个因素.触发因素为异位冲动的发放,维持因素为心房的结构重构和电生理重构.心房的结构重构是心房纤维化,电生理重构包括有效不应期(ERP)缩短、不均一性增加以及频率适应性下降,这两种心房重构有利于折返的形成,也被称为房颤的基质.心肌的复极化占据了ERP的大部分,加快复极化可以引起ERP重构.钾离子电流是复极化过程中重要的外向电流,决定着膜电位和ERP,它们在房室分布的差异导致房室动作电位(AP)的差异,亦是研究房性或室性心律失常的切入点.本文就与房颤关系密切的钾离子电流即超快速激活的钾离子电流(IKur)和乙酰胆碱(ACh)敏感的钾离子电流(IK,ACh)及其靶点治疗进行综述.
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大鼠kir2.1通道重组质粒的构建及其在HEK293细胞中的表达
内向整流钾电流(IK1)是心肌主要的背景外向电流,参与静息电位的维持和心肌动作电位3 期终末的复极,进而调控心肌的兴奋性和传导性[1,2].已知心肌细胞IK1通道主要由Kir2 亚家族(Kir2.x) 中的Kir2.1、Kir2.2 和Kir2.3 构成,它们的编码基因分别是KCNJ2、KCNJ12 和KCNJ4.其中,Kir2.1是重要的亚型[3], 也是组成人类心肌细胞IK1电流的主要亚单位[4],大量研究表明IKir2.1减弱或增强均可导致严重的心律失常[1,2].基于此,国内外众多学者在抗心律失常药物筛选过程中将目光投向了Kir2.1 通道,Kir2.1 通道电流克隆细胞模型成为必备的研究工具.本研究利用分子克隆技术, 构建pEGFP-N1-Kir2.1 真核表达质粒, 并对其在人胚胎肾细胞(HEK293)中的表达进行检测.
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肺动脉平滑肌细胞氧敏感钾通道与低氧性肺血管收缩
Lopez Barnc于1988年采用全细胞膜片钳技术发现了大鼠颈动脉体Ⅰ型细胞膜上对低氧敏感的钾(K+)通道,称为"氧敏感K+通道"(O2-sensitive K+channels).在肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)中亦存在此种离子通道.低氧时PASMCs的K+外向电流发生抑制,膜发生除极化,继而L-型电压门控Ca2+通道开放,Ca2+内流使PASMCs内[Ca2+]升高,平滑肌细胞收缩,终导致低氧性肺血管收缩(hypoxic pulmonary vasoconstriction,HPV).
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奎尼丁增强大鼠软脑膜动脉平滑肌细胞BKCa通道介导的外向电流
目的 研究奎尼丁对SD大鼠软脑膜动脉平滑肌细胞外向电流的作用及其机制.方法 应用单细胞全细胞膜片钳技术,研究给予奎尼丁后大鼠软脑膜动脉单个平滑肌细胞(pial artery smooth muscle cell,PASMC)外向电流的变化情况.结果 (1) 奎尼丁呈电压依赖性增强PASMC的外向电流(n=6,P<0.01).(2) 奎尼丁呈浓度依赖性增强大鼠PASMC的外向电流(n=6,P<0.05).(3) 应用BKCa通道特异性阻断剂iberiotoxin (IBTX)后,不仅取消了奎尼丁增强外向电流的作用,而且抑制了对照组的外向电流(n=6,P<0.01).结论 奎尼丁通过增强BKCa通道激活的外向电流,可能参与了舒张大鼠软脑膜动脉.
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酪氨酸激酶抑制剂通过活化大钾通道松驰小梁网细胞
青光眼是致盲的主要原因之一,大约2%老年人被青光眼困扰.部分青光眼的发病机制与眼内压升高有关.小梁网组织是眼房水外流通路上的重要结构,其细胞是平滑肌样组织具有收缩性并参与房水外流的调节.当小梁网细胞松驰时房水滤过面积加大,房水外流增加,降低眼内压;反之则眼内压升高.目的: 通过酪氨酸激酶抑制剂对小梁网细胞膜电流的影响探讨其松驰的可能机制.方法:使用"膜片钳"技术中Nystatin全细胞穿孔模式.标本取自牛眼小梁网.结果:实验中使用的所有细胞经acetylcholine预收缩.天然酪氨酸激酶抑制剂genistein(5×10-5 mol/L)引起一个强而持续并可逆转的外向电流(578±154)%(n=16);超极化(15±3) mV.人工合成酪氨酸激酶抑制剂tyrphostin 51也具有类似效果(433±46)%(n=7).该效应表现剂量依赖[10-6 mol/L时无作用;10-5 mol/L时(363±80)%(n=9);10-4 mol/L时(1129±251)%(n=9)].一种具有非活化结构的genistein同系物daidzein对膜电流没有作用(n=4).Genistein刺激产生的外向电流能被钾通道阻断剂TEA+取消.而glibenclamide(一种ATP依赖钾通道阻断剂)和apamin(一种小传导钙活化钾通道阻断剂)对由genistein和tyrphostin 51诱导的外向电流没有作用;大传导钙活化钾通道(大钾通道Maxi-K channel)阻断剂iberiotoxin(10-7 mol/L)抑制了刺激电流的(86±18)%(n=4).结论:酪氨酸激酶抑制剂可能是通过活化大钾通道松驰小梁网细胞,从而改善房水外流降低眼内压,该物质有可能成为治疗青光眼的理想候选药物.
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钾通道与心血管临床
一、心肌K+通道有以下几类1.外向整流通道(Kv)由膜去极化激活,产生外向钾电流,负责心肌动作电位的各期复极化.在快反应细胞如心室肌中,复极1期是由短暂外向钾电流(Ito)所产生;内向性钙电流(ICa)和外向性钾电流(IK)的相互平衡是形成2期平台的主要因素;钙电流的失活和IK的缓慢成分(IKs)的继续,使外向电流超过内向电流而触发3期快速复极化,3期复极化主要为外向钾电流的快速成分(IKr)所产生.
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大鼠背根神经节神经元S-型与O-型H+-门控离子通道外向电流研究
目的 在前期工作的基础上,从药理学敏感性的角度出发,初步探讨S-型与O-型H+-门控离子通道外向电流的离子成分及其药理学特性.方法 采用全细胞膜片钳技术记录急性分离的大鼠背根神经节神经元H+-门控离子通道电流,测定S-型与O-型离子通道外向电流的药理学特性,分析其成分组成.结果 高浓度的胞外K+、CsC1、BaCl2、4-氨基吡啶(4-AP)、四乙基溴化铵(TEABr)、CdCl2、阿米洛利等抑制S-型与O-型H+-门控离子通道外向电流,而Ca2+络合剂EGTA和高浓度的胞外Ca2+则增强该外向电流;胞外Na+浓度的变化对该外向电流无明显影响.结论 S-型和O-型H+-门控离子通道电流的外向电流离子成分可能为钙依赖性钾电流.
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钠钙交换蛋白在慢性心衰室性心律失常中的作用
慢性心衰患者死因中一半是心源性猝死,其原因是致命性心律失常.心律失常的发生是由于慢性心衰的心室肌电生理特性发生了改变,即电重构[1].它包括动作电位时程(APD)延长,APD在时空上离散度增加,细胞膜离子流如K+电流,起搏电流,If,Na+-K+-ATP酶所致外向电流及细胞内钙离子稳态(Ca2+hemeostasis)都发生了改变.钠钙交换蛋白(NCX)作为细胞内钙离子排出的主要途径.
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钾通道与心血管临床
1 心血管钾通道心肌K+通道分以下几类:①外向整流通道(Kv);②内向整流通道(KIR);③乙酰胆碱激活性钾通道(KAch);④Ca2+激活性K+通道(K1,BKCa);⑤ATP敏感性K+通道(KATP).1.1 外向整流通道(Kv) 由膜去极化激活,产生外向钾电流(IK),负责心肌动作电位的各期复极化.在快反应细胞如心室肌中,复极1期是由短暂外向钾电流(Ito)所产生;内向性钙电流(ICa)和IK的相互平衡是形成2期平台的主要因素.钙电流的失活和IK的缓慢成分(IKs)的继续,使外向电流超过内向电流而触发3期快速复极化,3期复极化主要为外向钾电流的快速成分(IKr)所产生.3期复极化的后1/3由钾外向背景电流(IK1)完成.IKs、IKr在细胞膜外钾浓度增高时增强,K+外流增加,反之则减少,故称整流通道,1.2 内向整流通道(KIR) 保持心脏舒张期静息电位的稳定,静息电位时处于开放,产生IK1,K+外流,造成外正内负的极化状态,去极化时关闭,此电流受膜外钾浓度的影响,当钾浓度降低时,内向性钾电流增大,外向性钾电流减小,两者呈反变关系.反之,则内向性钾电流减小,外向钾电流增大.