鈉鈣交換體1在高血壓發(fā)病學(xué)中的研究進(jìn)展

黃世亮，郭瑞威，匡陳偉，奚銀艷，秦立香，喬　丹

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鈉鈣交換體1在高血壓發(fā)病學(xué)中的研究進(jìn)展

黃世亮，郭瑞威，匡陳偉，奚銀艷，秦立香，喬丹

[關(guān)鍵詞]鈉鈣交換體1；高血壓；鈣通道；鈉通道

作者單位：650032昆明，成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院、昆明醫(yī)科大學(xué)成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院臨床學(xué)院

鈉鈣交換體（sodium-ca1cium exchanger，NCX）是一種存在于細(xì)胞膜上的Na＋-Ca2＋轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，為非耗能的低親和力高容量雙向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)Ca2＋濃度的穩(wěn)態(tài)十分重要。對(duì)NCX的早期研究主要集中于心肌細(xì)胞，揭示NCX是導(dǎo)致缺血再灌注損傷的主要效應(yīng)分子[1]。心肌缺血再灌注時(shí)，繼發(fā)于細(xì)胞內(nèi)酸中毒的胞漿Na＋升高，激活NCX反向轉(zhuǎn)運(yùn)使Ca2＋內(nèi)流增加，導(dǎo)致細(xì)胞鈣超載，進(jìn)而引起缺血再灌注造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在血管平滑肌細(xì)胞上也表達(dá)NCX的一個(gè)亞型，即NCX1，系列研究顯示，NCX1通過(guò)對(duì)Ca2＋轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控影響血管平滑肌的舒縮功能，因此，本文就NCX1在高血壓發(fā)病學(xué)中的作用進(jìn)行綜述。

1　NCX1分子結(jié)構(gòu)和工作模式

1966年由Mordecai P. B1austein和Rick在烏賊的軸突上首先發(fā)現(xiàn)NCX1。1990年Nico11等成功克隆出NCX1，其基因定位于人類染色體2P212 P23。NCX1由938個(gè)氨基酸組成，有11個(gè)疏水片段形成跨膜α螺旋，其中在H5和H6之間形成一個(gè)由520個(gè)氨基酸構(gòu)成的巨大的胞漿內(nèi)結(jié)構(gòu)域[2]。NCX廣泛分布于不同種屬和組織中，哺乳動(dòng)物的NCX有3個(gè)亞型，分別是NCX1、NCX2和NCX3，3個(gè)亞型的NCX基因是相同的，它們70%的氨基酸序列相同。目前研究認(rèn)為，人體內(nèi)NCX1表達(dá)最為廣泛，NCX1被分成3個(gè)區(qū)域，第1個(gè)是N末端區(qū)域，包括跨膜片斷1～5，第2個(gè)區(qū)域是大的胞質(zhì)循環(huán)，包括跨膜片斷5～6，第3個(gè)區(qū)域是存在于羧基末端剩余的4個(gè)跨膜片斷[3]。

NCX1是繼發(fā)性轉(zhuǎn)運(yùn)體，它通過(guò)Na＋梯度逆Ca2＋濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2＋。它有兩種工作模式：一是前向轉(zhuǎn)運(yùn)模式，在每一個(gè)循環(huán)周期中，將1個(gè)Ca2＋移出細(xì)胞，同時(shí)將3個(gè)Na＋轉(zhuǎn)入細(xì)胞。二是反向轉(zhuǎn)運(yùn)模式，將Ca2＋轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)將Na＋轉(zhuǎn)出細(xì)胞外[4]。NCX1的工作模式由兩邊的膜電位和鈉鈣離子的跨膜濃度梯度決定，尤其受到細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)局部鈉離子濃度決定。雖然NCX1中離子轉(zhuǎn)運(yùn)的位置尚未完全明確，但有證據(jù)表明，兩個(gè)高度保守的包含有跨膜片段的序列與離子轉(zhuǎn)運(yùn)高度相關(guān)，因?yàn)榘l(fā)生在這兩個(gè)序列的突變對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)起到了影響作用。此外，一些相關(guān)研究確定了這兩個(gè)序列對(duì)離子轉(zhuǎn)動(dòng)的協(xié)同作用。

2　NCX1與血管平滑肌細(xì)胞

在血管平滑肌細(xì)胞上主要表達(dá)NCX1亞型，NCX1.3 和NCX1.7是血管平滑肌細(xì)胞上主要的剪接變異體，NCX2和NCX3主要在大腦和骨骼肌有較高的表達(dá)。Liu 等[5]研究表明，在原代培養(yǎng)大鼠主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞上，只檢測(cè)到了NCX1亞型的表達(dá)，用腦組織作為對(duì)照，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)NCX2和NCX3的表達(dá)。Zhao等[6]研究也揭示，NCX1表達(dá)于血管平滑肌細(xì)胞上，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣的穩(wěn)態(tài)。然而也有研究指出，NCX2和NCX3在血管平滑肌細(xì)胞上也有少量表達(dá)，但因表達(dá)量太少幾乎檢測(cè)不出，故也缺乏對(duì)其功能學(xué)的研究。K＋依賴型NCX（NCKX）是NCX的另一種結(jié)構(gòu)，主要分布于細(xì)胞的線粒體上，功能是調(diào)控細(xì)胞內(nèi)鈣的分布。Pu1cine11i在血管平滑肌細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了NCKX的表達(dá)，指出NCKX構(gòu)建了Ca2＋細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)移核細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)間轉(zhuǎn)移的信息橋梁。NCX1對(duì)血管平滑肌細(xì)胞生物學(xué)功能的影響，主要是通過(guò)對(duì)細(xì)胞內(nèi)Ca2＋濃度的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有報(bào)道NCX1通過(guò)對(duì)Ca2＋濃度的調(diào)控，影響絲裂原蛋白激酶的活性，進(jìn)而誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞的增殖[7]。近年來(lái)關(guān)于NCX1對(duì)血管平滑肌細(xì)胞生物學(xué)的作用，主要是以高血壓為背景，集中探討NCX1對(duì)血管平滑肌細(xì)胞收縮功能的影響。

3 NCX1與高血壓

血管平滑肌細(xì)胞中Ca2＋的調(diào)節(jié)包括：維持適當(dāng)水平的Ca2＋濃度以產(chǎn)生血管肌源性收縮；提升鈣離子濃度使血管平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生短暫或持續(xù)的收縮；恢復(fù)較低的鈣離子濃度，使血管平滑肌細(xì)胞舒張。這一切都是通過(guò)鈣離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體嚴(yán)格調(diào)控的，NCX1通過(guò)多個(gè)途徑調(diào)控著血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣濃度，從而在高血壓的發(fā)病學(xué)中有著重要作用。

3.1NCX1介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)外鈣離子流動(dòng)與高血壓NCX1能夠調(diào)節(jié)Ca2＋的排出和進(jìn)入，從而可能通過(guò)參與整個(gè)Ca2＋調(diào)節(jié)的過(guò)程，繼而影響到血管收縮和血壓的調(diào)節(jié)。血管平滑肌細(xì)胞漿內(nèi)Ca2＋濃度的降低，在大多數(shù)細(xì)胞中通常由兩種轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)完成。一是通過(guò)Ca2＋膜通道鈣泵（PMCA）和NCX1將Ca2＋排出到細(xì)胞外液；二是通過(guò)肌漿網(wǎng)鈣泵（SERCA）和線粒體將Ca2＋重吸收。然而在高血壓狀態(tài)下，NCX1多為反向工作模式，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加。在動(dòng)物模型的研究中發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細(xì)胞NCX1過(guò)度表達(dá)，可以誘發(fā)動(dòng)脈血壓升高。而選擇性敲除血管平滑肌細(xì)胞的NCX1后，動(dòng)脈血壓降低[8]。有較多的研究在探討其機(jī)制，Go1oVina等研究表明，在體內(nèi)多種因素的作用下，血管平滑肌細(xì)胞從細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)中釋放鈣離子，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)耗竭時(shí)，一個(gè)偵察分子STIM1會(huì)開(kāi)啟細(xì)胞膜上的鈣庫(kù)操縱型鈣通道ORAI1引起細(xì)胞外鈣內(nèi)流，但STIM1分子打開(kāi)鈣選擇型通道同時(shí)，也打開(kāi)了非離子選擇型通道——瞬時(shí)受體電位通道（transient recePtor Potentia1 canonica1，TRPC），這些通道會(huì)引起鈉離子的內(nèi)流，使細(xì)胞局部鈉離子濃度提升，從而激活NCX1的反向工作模式，進(jìn)一步導(dǎo)致鈣的內(nèi)流，引起血管平滑肌細(xì)胞收縮，誘發(fā)血壓升高。在血管平滑肌細(xì)胞中，用NCX1的反向激活抑制劑KB-R7943抑制細(xì)胞鈣內(nèi)流后，可降低血管平滑肌細(xì)胞收縮引起的血管阻力。Lemos等[9]指出，血管平滑肌細(xì)胞中TRPC家族中的TRPC6是介導(dǎo)NCX1反向激活的主要分子。在細(xì)胞中通過(guò)RNA干擾激活敲除TRPC6分子的表達(dá)后，則NCX1反向激活也會(huì)極大地降低。BaryshnikoV等[10]研究表明，在細(xì)胞表面NCX1的表達(dá)與ORAI1的表達(dá)有共區(qū)域性，指出這兩個(gè)分子協(xié)同調(diào)控細(xì)胞鈣內(nèi)流。同時(shí)有研究指出，在氣道平滑肌細(xì)胞中，STIM1可以直接開(kāi)啟NCX1反向功能引起鈣內(nèi)流，增加氣道阻力[11]，但內(nèi)在機(jī)制沒(méi)有闡明。

NCX1對(duì)鹽敏感性高血壓患者更為重要，鹽敏感性高血壓的定義為：相對(duì)高鹽攝入所引起的血壓升高。在鹽敏感性高血壓大鼠模型發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞的NCX1表達(dá)顯著高于自發(fā)性高血壓的大鼠。血管平滑肌細(xì)胞過(guò)度表達(dá)的NCX1促進(jìn)了高鹽飲食飼養(yǎng)下大鼠高血壓的發(fā)生[12]。其內(nèi)在機(jī)制推測(cè)是由于鹽敏感性高血壓大鼠細(xì)胞外液鈉離子濃度高，更能有效地增加細(xì)胞內(nèi)局部鈉離子的濃度，進(jìn)而激活NCX1的反向工作模式。Kuhr等[13]通過(guò)觀察鹽敏感性高血壓大鼠模型也發(fā)現(xiàn)，腎小球入球小動(dòng)脈的NCX1活性和出球小動(dòng)脈NCX1的活性不盡相同，提示NCX1也可能通過(guò)其他機(jī)制來(lái)調(diào)控血壓。

3.2NCX1介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)鈣離子流動(dòng)與高血壓

在血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)，NCX1主要分布在線粒體上，其可利用局部鈣離子濃度升高的勢(shì)能，來(lái)引起鈣離子向亞細(xì)胞器的內(nèi)流，可以降低細(xì)胞鈣離子濃度，引起血壓降低。但是在高血壓等一些病理狀態(tài)下，血管平滑肌細(xì)胞持續(xù)收縮，細(xì)胞內(nèi)線粒體與細(xì)胞膜的微距離拉遠(yuǎn)，故不能引起線粒體上NCX1的活化，細(xì)胞內(nèi)鈣濃度降低速度減慢，更升高了血壓[14]。同時(shí)細(xì)胞器內(nèi)鈣不能及時(shí)得到再次充填，也可引起細(xì)胞膜上鈣庫(kù)操縱型鈣通道的持續(xù)激活和鈣離子的持續(xù)內(nèi)流，這是血管平滑肌細(xì)胞鈣離子調(diào)控的正反饋機(jī)制，在高血壓的發(fā)生中有重要作用。

3.3NCX1反向抑制劑與高血壓Iwamoto等[15]在1996年發(fā)現(xiàn)并報(bào)道NCX1反向抑制劑KB-R7943，該阻滯劑可特異性地阻斷NCX的反向轉(zhuǎn)運(yùn)模式，降低血管平滑肌細(xì)胞鈣內(nèi)流，從理論上可以降低血壓。但是NCX1在體內(nèi)分布廣泛，抑制其反向激活帶來(lái)了很多副作用，因此，KB-R7943目前只被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究中。Matsuda等[16]于2001年發(fā)現(xiàn)的SEA0400，是一種擁有更高選擇性的NCX抑制劑，可以顯著降低外周血管阻力，但目前尚未應(yīng)用于臨床。

4　展望

NCX1通過(guò)調(diào)控鈣離子的濃度參與血管平滑肌細(xì)胞舒張與收縮的調(diào)控，也從多個(gè)環(huán)節(jié)參與了高血壓的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。因此，NCX1可能是對(duì)高血壓進(jìn)行藥物調(diào)節(jié)的潛在靶點(diǎn)，但是還需要更多的基礎(chǔ)與臨床研究。

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收稿日期：（2015-08-17）

通訊作者：郭瑞威，E-mai1:grw771210@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81370383）

文章編號(hào)1004-0188（2016）02-0215-03

doi:10.3969/j.issn.1004-0188.2016.02.040

中圖分類號(hào)R 544.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A