Kv2.2調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)活動并參與疾病發(fā)生發(fā)展的研究現(xiàn)狀

李姝柳 劉菊英

湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院，湖北 十堰 442000

1 Kv2.2的概述

電壓門控性鉀離子通道（voltage-gated potassium channel，Kv）包含12 個亞家族（Kv1～12），是由4 個α亞基組成的選擇性鉀離子孔道，這些孔道在介導(dǎo)神經(jīng)元和肌肉的興奮性上發(fā)揮作用［1］。Kv2.2 屬于Kv中的Kv2家族，在機體的神經(jīng)系統(tǒng)和多個器官（如胰島、胃腸道平滑肌、心腦血管等）中均有表達(dá)，并能夠通過介導(dǎo)細(xì)胞膜電位的改變調(diào)節(jié)機體的生理病理活動［2-3］，尤其在影響神經(jīng)元的興奮性和某些疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2 Kv2.2調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的活動

2.1 Kv2.2 通過影響動作電位調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性Kv是神經(jīng)細(xì)胞膜興奮性的重要決定因素，K+通道表達(dá)模式和密度的不同會導(dǎo)致神經(jīng)元AP 波形和重復(fù)放電模式的差異?，F(xiàn)普遍認(rèn)為Kv 通道在神經(jīng)元中以異構(gòu)復(fù)合體的形式存在，不同的亞基有不同的軸突運輸和表面定位功能［4］。Kv2.2亞基編碼神經(jīng)元的慢性延遲整流電流IK，能使細(xì)胞膜發(fā)生去極化并調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的靜息膜電位、AP 的波形和放電模式、遞質(zhì)的釋放、突觸的強度等過程［5］。

神經(jīng)元獲得極性的早期事件是軸突生長和軸突始段形成，該過程對高濃度的K+通道具有依賴性［6］。在哺乳動物腦內(nèi)神經(jīng)元的胞體和樹突近端，Kv2.2的累積會導(dǎo)致棘間電位超極化，促進(jìn)電壓門控性鈉離子通道從失活狀態(tài)中恢復(fù)，維持AP 的振幅和頻率，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性［7］。同時，Kv2.2 在腦內(nèi)和大細(xì)胞視前核以及Broca 斜角帶水平支的GABA 能神經(jīng)元中高度選擇性表達(dá)，能為這些抑制性神經(jīng)元的興奮性提供反饋機制［8］。

2.2 Kv2.2 參與早期神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育Kv2.2 在胚胎和成體的神經(jīng)元中均有表達(dá)，且隨著中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，表達(dá)區(qū)域會逐漸增多，這與細(xì)胞骨架標(biāo)志物微管蛋白密切相關(guān)［9］。在胚胎分化早期階段，Kv2.2 主要表達(dá)于大腦和脊髓腹外側(cè)區(qū)的有絲分裂細(xì)胞中，尤其是與軸突生長有關(guān)的區(qū)域，在此期間，很大一部分Kv2.2 駐留在細(xì)胞內(nèi)并沿著微管蛋白細(xì)胞骨架進(jìn)行運輸。到發(fā)育后期，突觸聯(lián)系建立較為穩(wěn)定后，Kv2.2 與微管蛋白的共存逐漸減少。同時，在神經(jīng)元發(fā)育的早期，由Kv2.2介導(dǎo)的IK電流小而緩慢，但其持續(xù)時間長，并逐漸促進(jìn)Ca2+的流入量［10］。這種小而緩慢的電流能夠促進(jìn)未成熟神經(jīng)元的興奮性，并誘導(dǎo)發(fā)育中的神經(jīng)元開始轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)。后期，IK強度和密度增加，對神經(jīng)元的發(fā)育開始產(chǎn)生抑制作用，促進(jìn)發(fā)育中的神經(jīng)元由一開始的活躍狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒鞝顟B(tài)［11］。因為IK電流激活增強后，AP間期縮短，限制了控制神經(jīng)元分化的Ca2+內(nèi)流，這一過程有助于終止神經(jīng)元形態(tài)生理的發(fā)育，并幫助維持神經(jīng)元內(nèi)穩(wěn)定的K+電流。也有研究提出小鼠背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion，DRG）中神經(jīng)元的IK主要是由Kv2.2和KvS亞基形成的異四聚體介導(dǎo)產(chǎn)生，在小鼠出生后，Kv2.2 介導(dǎo)的電流對IK的貢獻(xiàn)分?jǐn)?shù)會隨著神經(jīng)元的發(fā)育逐漸降低，中樞神經(jīng)系統(tǒng)也會轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒鞝顟B(tài)并完成發(fā)育［12］。

2.3 Kv2.2 參與形成神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接Kv2.2除具有介導(dǎo)IK的作用外，還參與神經(jīng)元中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜的連接。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接是膜運輸?shù)闹行?，神?jīng)元內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接占細(xì)胞表面積的10%以上，是參與膜運輸、調(diào)節(jié)突觸放電、維持Ca2+穩(wěn)態(tài)以及質(zhì)膜脂質(zhì)調(diào)控的重要角色。

Kv2.2位于神經(jīng)元胞體、近端樹突和軸突始段的微米級簇中，在該區(qū)域，膜蛋白在細(xì)胞表面局部化插入，通過參與膜轉(zhuǎn)運機制、調(diào)節(jié)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到質(zhì)膜的非囊泡性脂質(zhì)運輸來介導(dǎo)機體的生理功能［13］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白VAMP 是普遍存在于質(zhì)膜內(nèi)的支架蛋白，有大量與其相互作用的因子（包括AKAP、蛋白激酶、RABS 和脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白等）。Kv2.2 誘導(dǎo)的質(zhì)膜重塑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接處的VAMP濃度變化在神經(jīng)元發(fā)揮生理作用中起到核心作用，其聚集和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接的誘導(dǎo)都是通過其C 末端包含的未成熟的VAMP 的結(jié)合序列發(fā)生的，這個序列含有磷酸化位點，這些位點的磷酸化/去磷酸化的平衡控制著VAMP的親和力［14］，故Kv2.2參與調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接具有磷酸化依賴性。該連接也參與了離子信號的傳導(dǎo)以及體內(nèi)平衡穩(wěn)態(tài)的維持，其之間的特殊接觸位點在真核細(xì)胞中普遍存在［15］，這些連接位點是調(diào)節(jié)Ca2+穩(wěn)態(tài)和信號事件的關(guān)鍵平臺，也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜脂質(zhì)代謝和運輸?shù)臉屑~。

一般情況下，Kv2.2介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接會與普通的質(zhì)網(wǎng)膜連接發(fā)生重疊，共同發(fā)揮生理功能。有研究提出，Kv2.2位于肌動蛋白細(xì)胞骨架缺陷位點的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接處，敲除小鼠腦內(nèi)神經(jīng)元中的Kv2.2 會使連接發(fā)生改變，導(dǎo)致肌動蛋白骨架破壞，從而影響到其空間結(jié)構(gòu)［16］。以上均說明Kv2.2 對重塑神經(jīng)元的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜連接具有重要的作用。

3 Kv2.2與疾病

3.1 Kv2.2參與神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生發(fā)展慢性神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與感覺神經(jīng)元的解剖和功能變化相關(guān)，神經(jīng)損傷后，神經(jīng)元的興奮性增加，表現(xiàn)為自發(fā)性的放電和對刺激的反應(yīng)增強［17］。Kv2.2 能夠調(diào)節(jié)靜息膜電位，并通過促進(jìn)重復(fù)放電過程中AP復(fù)極化和棘間電位超極化在高頻輸入時影響AP 的波形和頻率，以此來促進(jìn)Na+通道從失活狀態(tài)中恢復(fù)，該過程有助于膜電位的復(fù)極化。同時，它介導(dǎo)的IK是興奮性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，對神經(jīng)元興奮性的調(diào)節(jié)具有重要的意義。Kv2.2在形成A纖維的中大型NF200陽性神經(jīng)元中具有較高表達(dá)，主要包括介導(dǎo)機械痛和熱痛的A-β纖維和A-δ纖維［18］。

在感覺神經(jīng)元中，Kv2.2的表達(dá)受到抑制時不會影響到超極化后AP的幅度，但會使其間期縮短。由于軸突切斷或藥物導(dǎo)致的Kv2.2 表達(dá)的下調(diào)會促進(jìn)持續(xù)性輸入驅(qū)動的重復(fù)放電，導(dǎo)致神經(jīng)元的過度興奮。THIBAULT等［19］使用奧沙利鉑（結(jié)腸癌晚期化療藥物）誘導(dǎo)動物產(chǎn)生機械痛和熱敏痛的臨床神經(jīng)病理性疼痛的癥狀，再通過小鼠皮層注射Kv2.2慢病毒載體使其表達(dá)下調(diào)，觀察到當(dāng)Kv2.2 表達(dá)受到抑制時，K+電流減少，AP的長度和幅度均有所增加，且小鼠出現(xiàn)痛覺過敏，這可能與奧沙利鉑影響離子通道的表達(dá)有關(guān)。

Kv2.2是幫助微調(diào)神經(jīng)元興奮性的關(guān)鍵因素，開發(fā)針對Kv2.2 表達(dá)的特定開放劑或可彌補神經(jīng)損傷后的功能損失，從而緩解疼痛，故進(jìn)一步深入此方向的研究能為神經(jīng)系統(tǒng)的疾病，特別是藥物及創(chuàng)傷所引起的慢性神經(jīng)病理性疼痛的治療創(chuàng)造新的機會。

3.2 Kv2.2是治療睡眠障礙的潛在靶點大腦皮質(zhì)內(nèi)不同的神經(jīng)元表達(dá)不同的離子通道群體，以一種特定的方式對感覺信號和運動信號等信息的輸入、處理和輸出作出貢獻(xiàn)［20］。睡眠-覺醒周期的維持需要多個大腦區(qū)域及神經(jīng)元群體的共同作用，發(fā)生病變時會顯著影響腦電波和睡眠周期的循環(huán)。Kv2.2存在于大腦皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)的胞體和近端樹突上的簇中，在基底前腦中，60%的γ-氨基丁酸能（GABA）神經(jīng)元中也有Kv2.2的表達(dá)，這些區(qū)域的神經(jīng)元在覺醒狀態(tài)下優(yōu)先活躍，屬于“覺醒活性神經(jīng)元”，能夠調(diào)節(jié)動物的覺醒和皮質(zhì)的激活［21］。在高頻放電過程中，Kv2.2 通過調(diào)節(jié)尖峰電位和Na+通道的活性來維持AP的幅度，抑制Kv2.2的表達(dá)會減少Na+通道的可用性并潛在的影響神經(jīng)元的放電，故當(dāng)Kv2.2從這些特定的神經(jīng)元中移除時會導(dǎo)致該類神經(jīng)元活性增強。NAMBA等［22］研究發(fā)現(xiàn)，Kv2.2表達(dá)下調(diào)后，小鼠容易受到睡眠剝奪的干擾，在受到睡眠剝奪刺激后的黑暗周期中難以保持覺醒狀態(tài)。同時，降低Kv2.2的表達(dá)也能使表達(dá)于基底前腦的表皮生長因子受體的內(nèi)源性配體轉(zhuǎn)化生長因子-α（TNF-α）的分布受到影響，同時降低IK的電流密度，并平行地抑制皮層GABA能神經(jīng)元中AP的產(chǎn)生。

針對這些獨特神經(jīng)元的放電特性、神經(jīng)支配模式和激素調(diào)節(jié)的進(jìn)一步研究將為開發(fā)新的睡眠障礙治療提供機會，而Kv2.2作為這一神經(jīng)元群體潛在的分子靶點，確定其在睡眠-覺醒周期中的作用會為將來通過調(diào)控離子通道表達(dá)治療睡眠障變?yōu)榭赡堋?/p>

3.3 Kv2.2 通過逆轉(zhuǎn)胰島δ細(xì)胞受損維持內(nèi)分泌穩(wěn)態(tài)葡萄糖刺激的胰島素分泌是控制代謝穩(wěn)態(tài)所必需的途徑，此途徑受損是2型糖尿病β細(xì)胞衰竭的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)已知的典型模型機制認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖代謝會導(dǎo)致ATP介導(dǎo)的K+-ATP通道關(guān)閉，進(jìn)而激活電壓門控L 型Ca2+通道，使Ca2+內(nèi)流并促進(jìn)胰島素的分泌，而糖代謝誘導(dǎo)的K+-ATP通道的關(guān)閉可被Kv介導(dǎo)的復(fù)極化抵消［23］。生化過程中的丙酮酸-異檸檬酸循環(huán)途徑包括線粒體檸檬酸-異檸檬酸載體、胞漿NADP依賴性異檸檬酸脫氫酶，該途徑參與葡萄糖刺激的胰島素分泌并能夠通過控制Kv2.2在胰島δ細(xì)胞中的表達(dá)參與機體血糖的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)已有研究證實，Kv2.2 通道表達(dá)受到抑制會損傷胰島δ細(xì)胞中葡萄糖刺激的胰島素分泌途徑，且在胞漿NADP依賴性異檸檬酸脫氫酶表達(dá)降低的條件下恢復(fù)Kv2.2 的功能可以挽救胰島δ細(xì)胞受損的功能。故重新激活丙酮酸-異檸檬酸循環(huán)或保證Kv2.2的正常表達(dá)均有益于逆轉(zhuǎn)糖尿病中的胰島功能障礙［24］。

糖尿病發(fā)生后不僅會影響患者血糖，還會因血糖的異常波動導(dǎo)致一系列的并發(fā)癥。周圍神經(jīng)病變是糖尿病最常見的遠(yuǎn)期并發(fā)癥，可能通過引起外周炎癥反應(yīng)的增加而導(dǎo)致痛覺過敏的臨床表現(xiàn)。當(dāng)外周炎癥反應(yīng)出現(xiàn)時，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子在DRG 神經(jīng)元中活性增加，這可能是通過某些腦源性受體介導(dǎo)的Kv通道功能下降的原因之一［25］。Kv2.2介導(dǎo)的IK降低可能是糖尿病神經(jīng)病變中DRG神經(jīng)元異常興奮的因素之一，這對于我們理解糖尿病神經(jīng)病變中初級感覺神經(jīng)元過度活動和脊髓背角輸入增加的機制很重要?，F(xiàn)階段針對糖尿病引起的周圍神經(jīng)病變的治療主要包括周圍神經(jīng)減壓術(shù)、神經(jīng)電刺激術(shù)等外科治療方法，而藥物療效欠佳［26］，進(jìn)一步了解Kv2.2 在該過程中的作用機制可為臨床治療糖尿病及其并發(fā)癥提供新的離子通道靶點。

3.4 Kv2.2磷酸化引起的電重構(gòu)使胃腸道平滑肌興奮性增強Kv2.2 表達(dá)于胃腸道所有區(qū)域的平滑肌細(xì)胞中，并通過誘導(dǎo)慢激活K+電流的產(chǎn)生參與胃腸道平滑肌IK的形成。平滑肌質(zhì)膜通過膜電位的改變來調(diào)節(jié)通道的開放和收縮，再通過調(diào)節(jié)Ca2+通道控制Ca2+的內(nèi)流，此過程與Kv2.2介導(dǎo)的IK有關(guān)［27］。Kv2.2通道約在220 mV 的電位下能夠被激活，與其他Kv家族的成員相比，激活的速度較慢，且大部分電流都在幾秒內(nèi)失活，失活后恢復(fù)的過程也非常緩慢［28］。

發(fā)生腸梗阻時，梗阻附近腸道的平滑肌細(xì)胞會明顯肥大并伴運動障礙。研究表明，肥厚平滑肌細(xì)胞中絲氨酸、蘇氨酸、Kv2.2的磷酸化水平明顯上調(diào)，這些通道蛋白的表達(dá)變化可能與磷酸化水平改變引起的電重構(gòu)相關(guān)。同時，擴張區(qū)域的腸道平滑肌的慢波明顯被抑制，其振幅和頻率都降低，IK的電流密度也明顯降低，Kv激活的電壓敏感度也發(fā)生改變［29］。在該研究中，腸道肥大的平滑肌細(xì)胞中Kv通道發(fā)生重構(gòu)，這種電重構(gòu)導(dǎo)致肥厚平滑肌細(xì)胞的高興奮性，提示IK密度降低可能是由于肥厚平滑肌細(xì)胞中通道蛋白磷酸化增強所致，而Kv2.2磷酸化增強可能參與了這一過程，故逆轉(zhuǎn)K2.2 的磷酸化水平可能會修復(fù)磷酸化導(dǎo)致的通道功能受損，并通過調(diào)節(jié)腸梗阻狀態(tài)下肥厚平滑肌細(xì)胞的高興奮性克服腸梗阻時腸腔內(nèi)的高壓狀態(tài)，對臨床治療具有重要意義。

3.5 Kv2.2 對心腦血管疾病的治療具有創(chuàng)新意義心腦血管疾病是臨床上常見的危急重癥，發(fā)病急驟，病死率高，臨床治愈后往往也會合并遠(yuǎn)期并發(fā)癥，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量［30］。血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）能作用于下丘腦和腦干核團中的血管緊張素Ⅰ型受體，通過誘導(dǎo)精氨酸加壓素釋放、調(diào)節(jié)細(xì)胞外液容量、增加交感血管舒縮活性等過程來調(diào)節(jié)許多與心血管相關(guān)的事件，但其調(diào)節(jié)的具體通路尚不清楚，可能涉及到交感血管活性增加和（或）AVP 的釋放，也可能是通過改變潛在的離子電流和蛋白通道而影響了神經(jīng)元活性來完成對血壓的調(diào)控?，F(xiàn)已知Kv2.2在S4 和S5 跨膜片段之間有一個保守的PKC 磷酸化位點，且AngⅡ?qū)︹涬x子電流IK的抑制可能是通過Ca2+依賴的PKC 通路介導(dǎo)的Kv2.2 磷酸化來實現(xiàn)的［31］。AngⅡ能增強電壓激活的Ca2+電流，也能抑制K+電流的亞型，這種抑制作用能使神經(jīng)細(xì)胞膜去極化并改變其不應(yīng)性，導(dǎo)致神經(jīng)元的放電頻率增加。故Kv2.2 可能作為AngⅡ的一個下游分子參與了心血管活動的調(diào)節(jié)。

白藜蘆醇（REV）是一種天然的植物素，能與雌激素受體GPR30 結(jié)合對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生保護作用，在哺乳動物神經(jīng)元中，REV 在神經(jīng)損傷后延遲軸突變形，抑制組織損傷因子的積累，并對腦缺血提供保護作用，可以防止急性癲癇發(fā)作進(jìn)展為慢性癲癇和認(rèn)知功能障礙［32］。Kv2 通道決定神經(jīng)元的AP 頻率、控制神經(jīng)元之間的突觸強度，并在調(diào)節(jié)神經(jīng)元凋亡和存活中發(fā)揮重要作用，大腦區(qū)域的Kv2.2通道通過維持高頻AP 的發(fā)射來誘導(dǎo)IK的緩慢激活。REV 與GPR30 結(jié)合后可通過激活PKC 通路來干擾Kv2.2 的表達(dá)，抑制IK的電流密度，從而對腦血管疾病的發(fā)病產(chǎn)生影響。當(dāng)下針對心腦血管疾病的診療相對成熟，Kv2.2 通道蛋白作為一個新的研究熱點，探索出更多類似于REV一類針對該通道的藥物能為干預(yù)心腦血管疾病的治療提供更多可能。

4 總結(jié)與展望

Kv2.2 在神經(jīng)系統(tǒng)及人體內(nèi)多個器官系統(tǒng)的表達(dá)變化可引起多種疾病的發(fā)生，當(dāng)其表達(dá)下調(diào)時，會導(dǎo)致AP 后超極化電位發(fā)生改變，延長其間期，誘導(dǎo)膜興奮性發(fā)生變化。同時，Kv2.2磷酸化積累導(dǎo)致的通道功能受損會引起病理性效應(yīng)，介導(dǎo)疾病的發(fā)生發(fā)展。但由于目前針對Kv2.2的研究尚不夠充分，對于該通道激活和抑制的具體調(diào)節(jié)機制還不夠明了，且現(xiàn)有的針對Kv2.2 通道調(diào)控的主要研究方向是通過基因敲除和病毒干擾影響其表達(dá)，其他相關(guān)藥物的研究較少，期望隨著對Kv2.2 分子機制的深入研究，將不斷有更多有關(guān)Kv2.2分子作為疾病治療靶點的研究成果，以研制出更有效的Kv2.2 藥物調(diào)控制劑，為今后臨床疾病的治療和藥物開發(fā)提供實驗基礎(chǔ)。