缓慢激活延迟整流钾通道（IKs）的研究进展

心肌细胞动作电位是许多离子通道电流共同作用的结果，其中许多电压门控钾通道协同参与调节其复极过程, 并以延迟整流钾通道（delayed rectifier potassium cur— rent,IK）的作用最为重要。20 世纪60 年代末,Noble 和Tsien 首次在羊浦肯野纤维标本上使用电压钳技术对IK进行了初步分析, 他们推测IK可能含有两个成分, 分别称为IK1和IK2［1］。1990 年Sanguinetti等观察了E24031对豚鼠单个心室肌细胞IK的影响, 结果证实IK确由两个成分组成, 并根据它们对E24031 不同的敏感性分别命名为快速激活的延迟整流钾通道（rapidly activated delayed rectifier potassuim current, IKr）和缓慢激活的延迟整流钾通道（slowly activated delayed rectifier potassuim curr— ent, IKs）。目前，普遍认为IK包含3个成分，除了上述的两种通道以外，还包含超快激活的延迟整流钾电流（ultra rapidly activated delayed rectifier potassium current, IKur）。

1 IKs的药理学特性。

IKs主要在动作电位平台期的后期起作用。膜去极化时, IKs激活非常缓慢, 在—30mV左右IKs才被激活,激活的时程很慢，+20mV左右达到中值，要经数秒钟才能达到稳态。IKs在膜电位复极时，它的去激活也慢，在—80mV时需经数百毫秒才能恢复［2，3］。由于它的恢复慢，所以在心率快时，每次的去极化后都不能完全恢复，下次去极化时，IKs在上次的基础上又激活，而呈现累积，即外向电流加大，而使复极加快。这使得心肌细胞在快速驱动时，动作电位时程变短，在心电图上就表现为QT间期变短。

IKs在不同种属动物的心脏中的分布是不同的：在豚鼠心脏中，心房肌细胞中IKs的密度大于心室肌细胞，心外膜下层、中层细胞（M细胞）大于心内膜下层；在兔的心脏中，心脏基底层密度大于心脏顶层；在犬的心脏中，心房肌细胞、心室肌细胞的IKs密度无明显区别［4］。实际上，动作电位复极化过程在不同深度的心室壁中也是不均一的，Ｍ细胞较之内膜层心肌和外膜层心肌有更长的动作电位时（APD）。之所以会造成这种APD的不同，就是因为IKs在不同部位表达以及调控的不同。

2 分子基础。

IKs通道分子是由4个KCNQ1成孔道基因（α—亚单位）及2个附属的KCNE1基因（β—亚单位）组成，KCNE1表达一个单独的N—末端在细胞内，C—末端在细胞外的跨膜区域。KCNQ1异源表达能产生快激活、慢失活的通道电流，但是KCNE1单独表达并不能形成具有功能的通道。KCNQ1/KCNE1共同表达减缓通道激活及失活的动力学，使得通道要在更正的电位才能被激活，并且通道电流幅度增加，这与天然心肌中IKs的生物物理特性非常一致。此外，KCNE1还参与蛋白激酶C（PKC）对IKs的调控并改变KCNQ1的药理学特性［3］。KCNQ1和KCNE1 突变分别与Ⅰ型（LQT１）和Ⅴ型（LQT５）先天性QT间期延长综合征的Romano—Ward变异有关，儿童期伴有耳聋的Jervell －Lange－Nielsen综合征也是由于从父母那里遗传了异常的KCNQ1及KCNE1等位基因而造成的。

KCNQ为典型的K离子通道α亚单位（676个氨基酸长度），包含6个跨膜区域和1个成孔道区域。KCNQ1在许多组织中都有表达，但主要在心脏、胰腺、肾脏和肠中表达［5］。KCNQ1基因产物对于内耳正常功能的维持非常重要，这一点在Jervell －Lange－Nielsen综合征中KCNQ1基因上的退行性功能缺失突变会引起神经性耳聋并伴有严重的QT间期延长上得到了证实［6，7］。此外，有关KCNQ1基因敲除小鼠的研究表明，除了神经性耳聋，基因敲除小鼠还伴有原因未知的胃黏膜明显肿大［10］。

KCNE基因的产物就是KCNQ成孔道蛋白的β亚单位。心肌中IKs需要KCNQ1和KCNE1共同表达。KCNE1是1个129个氨基酸的膜蛋白，含有1个跨膜区域，在心脏及肾脏中高度表达。至今，有3个KCNE家族成员（KCNE2、KCNE3、KCNE4）已经被克隆出来，但它们各自在心脏以及其他器官中的生理学作用并未被完全揭示［7，9，11］。有研究提出，KCNE2（以前称为Mirp1）和KCNE3与KCNQ相互作用，能够显著影响KCNQ1相关的电流［9］。与心脏电生理学更为相关的是：KCNE2（心脏中表达的）与KCNQ1结合能将电压依赖性的KCNQ1通道转变为非电压依赖性的通道，原因可能是KCNE2与KCNQ1相互作用产生一个背景电流，这个电流通过控制膜静息电位从而间接调控动作电位不应期。从上面我们不难看出，与一系列不同的亚单位相互结合可以实现对KCNQ1的调控。

3 调控。

胞外低浓度K离子、Ca离子能够增强IKs，环腺苷酸（cAMP）诱导释放的蛋白激酶A（PKA），磷酸二酯酶抑制剂和β—肾上腺素受体激动剂都能增加IKs的密度并且产生频率依赖性的APD缩短，在生理温度范围内，豚鼠心肌细胞中的IKs电流会随着温度的改变而显著改变。β受体激动时,经偶联G2蛋白活化腺苷酸环化酶（AC）,使细胞内cAMP 合成增多,作为第二信使的cAMP 进一步激活cAMP 依赖的蛋白激酶（PKA）,后者直接调节IKs通道［12，13］。

KCNQ1/KCNE1通道是一个大分子的信号复合物，由靶蛋白yotiao结合到KCNQ1的C—末端亮氨酸拉链基序上来协调。Yotiao是一个骨架蛋白，它将PKA和蛋白质磷酸酶1（PP1）结合到通道微域上，然后通过对N—末端上的一个残基（S27）的磷酸化来调控。破坏KCNQ1的亮氨酸拉链区域以及S27A突变都会阻断IKs的cAMP依赖性上调，然而，如果缺少yotiao，KCNQ1/KCNE1通道并不会因为细胞内cAMP而增加。由PKA钝化—奎尼丁和293B造成的KCNQ1亚单位磷酸化会导致通道阻断，这可能是因为药物进入阻断位点造成KCNQ1的构象发生了改变。另外，PKA依赖性的信号调控系统有一部分是通过A—激酶锚定蛋白（AKAPs）介导来发挥作用的。cAMP与PKA全酶四聚体结合后，PKA的催化（C—）亚单位被激活并从调节（R—）亚单位二聚体上释放，游离的催化亚单位在Mg2+和ATP参与下,使通道蛋白磷酸化,改变蛋白质的构象和功能,最终控制通道的开关。虽然个体AKAPs之间序列相似性很小，但是每个AKAP都包含一个与R—亚单位二聚体结合的区域。此外，AKAPs 对于同样也由PKA调控的天然细胞中的L—型Ca通道调控功能的重现是必需的［14］。PKC对IKs电流的调控非常复杂，这种调控作用具有种属特异性且作用较PKA的调控作用弱至少两倍。有研究证明在KCNQ1/KCNE1通道上有两个功能各不相同的PKC作用位点，KCNE1上的磷酸化位点N102是PKC对IKs进行调控的作用位点［13］。除此之外，PKC预调控会阻碍PKA对IKs的调控，而且PKC对于已经因为PKA调控而增强的IKs电流不产生作用，这说明PKA和PKC对IKs的调控是互相排斥的。

4 IKs阻断剂。

IKs对甲磺酸盐类有抵抗作用，但可被色原烷醇类（293B、HMR—1556）,吲哚帕胺，硫喷妥钠，异丙酚和地西泮（L—768、673，L735、821或L—7）选择性阻断［15～17］。此外，色原烷醇类对于开放通道的阻断作用具有对映选择性，（—）3R，4S—293B和（—）3R，4S—HMR1556为有效的IKs选择性阻断剂就是很好的例子［18］。

IKs一开始就是Ⅲ类抗心律失常药的非常有吸引力的作用靶点。这是因为IKs由于它的缓慢失活特性在高速驱动频率下会出现累积，于是IKs阻断剂有希望在高频率下更有效地延长APD。实际上，在人心室肌细胞中，293B延长APD和不应期且与频率无关，所以认为IKs阻断剂与IKr阻断剂相比较而言，致心律失常性更低［19］。另外，因为IKs激活发生0mV附近，而这个电压较浦肯野纤维的动作电位更正，IKs在这个水平上应该不会延长APD。而在心室肌细胞中，平台电位更正（≈+20mV），使得IKs本质上更多地被激活，反而阻断IKs可能会明显延长APD。这两种作用的净结果可能是减少了极化过程中药物诱发的离散程度并降低致心律失常性。