环核苷酸调节血管平滑肌舒张的研究进展

范双莉 王晓静

血管张力的调控是通过调节血管收缩与舒张之间的平衡实现的，在高血压、血管痉挛等血管类疾病的病理生理过程中具有重要作用。了解血管张力调控的分子机制，是建立预防和治疗血管疾病新途径的基础［1，2］。调节血管平滑肌(VSM)细胞张力的主要因素是细胞内钙离子浓度(［Ca2+］i C)的改变。［Ca2+］i C 升高，VSM收缩;反之则舒张。血管收缩剂之所以能够升高［Ca2+］i C，主要有两种途径:(1)细胞外的钙离子通过细胞膜钙离子通道内流;(2)肌质网、内质网等细胞内钙库释放钙离子。另一方面，当给予诱导血管舒张的因素或去除收缩血管的因素时，血管平滑肌细胞［Ca2+］i C降低，这主要是由于细胞内钙离子外流或SR摄取胞浆内钙离子所致，进而引起肌球蛋白轻链激酶失活，最终使血管平滑肌舒张。目前认为，环核苷酸舒张血管的途径主要有两种［1，3，4－7］:(1)增强 SR 的钙摄取，增加细胞内Ca2+外流，抑制SR钙释放或降低细胞外钙内流等降低细胞内Ca2+水平;(2)钾通道活化，钠通道或其他多个通道失活，使平滑肌细胞膜电位超极化。本文就生理条件下，环核苷酸调节血管舒张过程、机理及展望进行综述。

1 环核苷酸诱导的细胞内钙离子水平下降

环核苷酸依赖的血管平滑肌舒张的第一种机制是胞浆内游离钙离子浓度的降低。［Ca2+］i C的增加是MLC20的磷酸化和收缩活动所必需的。细胞内钙离子水平的下降，可能是通过以下途径实现的:

1.1 SR释放钙离子降低 在VSM中，钙被储存在细胞内的SR中，SR是调节［Ca2+］iC和血管张力的主要内膜系统，不仅供给钙离子激活剂，也是钙离子拮抗VSM活化作用的缓冲区。VSM细胞的SR中至少存在有两种类型的钙释放通道，即:IP3R(IP3受体)激活的钙通道和RyR激活或Rye敏感的钙通道。IP3R通道能够将大量的钙释放到细胞质，并且在钙动员中起主要作用，钙动员调节拮抗剂诱导的平滑肌收缩的早期过程。IP3R可以被多种蛋白激酶磷酸化，如 PKG，PKA和PKC，因此，IP3R的活性受这些蛋白激酶的调控。在完整的VSM中，研究已经证实了IP3R的磷酸化对cGMP诱导的血管舒张的作用，及对拮抗代谢的cGMP的类似物的作用［4］。IP3R也能被毛喉素磷酸化，毛喉素能直接激活腺苷酸环化酶，并增加cAMP水平。然而，这些磷酸化作用对各种蛋白激酶抑制剂的敏感性的研究表明，PKG通过增加细胞内cAMP和cGMP，调节IP3R的磷酸化［8］。因此，在某些类型的细胞如血管平滑肌细胞中，cAMP和cGMP信号途径通过PKG的活化和受体的磷酸化调节IP3R的活性。从这种意义上而言，PKG的稳定的靶点是IRAG，IRAG是平滑肌细胞 IP3受体和 PKG的复合物［9，10］。由PKG引起的IRAG的磷酸化抑制IP3诱导的平滑肌细胞内钙库的钙释放［9，11，12］。另一方面，有报道称，PKG同工酶与底物蛋白的细微交互作用决定其在细胞内的定位，而 IRAG 能限定 PKG 在细胞内定位［13，14］。Desch等［15］用缺乏IRAG的突变小鼠观察到，IRAG信号对血管的基本张力没有调节作用，但能在病理生理条件下调节血压。

1.2 肌浆网中钙储存作用的增强 受磷蛋白(PLB)是平滑肌肌浆网的一种磷酸化的蛋白复合物，能够可逆性地抑制肌浆网Ca2+-ATP酶(SERCA)的活性和肌浆网Ca2+的转运。在丝氨酸残基作用下，由PKA或PKG引起的PBL磷酸化可以缓解这种抑制作用，从而增加ATP酶的活性和肌浆网Ca2+摄取速率。通过受磷蛋白磷酸化和肌浆网Ca2+－ATP酶的激活诱导肌浆网摄取Ca2+，由此产生的舒张作用可能是通过升高cGMP和cAMP水平的药物介导的，如硝普钠和毛喉素，在猫主动脉中发现，这种机制大约是这两种化合物全部舒张作用的约1/3，这与引起平滑肌舒张的多重机制是一致的［16］。

1.3 细胞外钙内流降低 尽管SR的钙释放是诱导VSM快速收缩相早期的重要因素，但细胞外钙通过质膜钙通道内流对维持钙内流和收缩具有重要作用。研究发现，VSM细胞外钙离子内流的路径主要通过两种类型的质膜钙通道:电压依赖性钙通道和钙池操纵的钙通道(SOCCs)［17，18］。

钙离子通过SOCCs内流的途径的活化与细胞内钙池的排空和补充有关。内质网钙库引发细胞外钙内流的机制有两种［19］:(1)与细胞器释放的扩散型“钙内流因子”(CIF)有关，不过这种因子尚未被鉴定［20，21］。CIF 激活非依赖钙的磷脂酶 A(iPLA2)，后者生成溶血磷脂进而激活质膜SOCCs。(2)与内质网钙感应器STIMⅠ的重组有关，STIMⅠ能够激活质膜跨膜蛋白OraiⅠ。研究发现，SOCC是瞬时受体电位(TRP)通道［22］。STIMⅠ能诱导钙离子进入 TRPC［23，24］。在VSM中，TRP通道的差异与钙库的耗损、G-蛋白藕联受体的活化、膜张力、磷脂信号分子及其他因素有关。但是，可能是由于缺乏具体的药理学工具药，如特定的激动剂或抑制剂。TRP通道的作用目前尚不清楚。

L-型和T-型钙通道(LTCC和TTCC)是平滑肌细胞的主要电压依赖性Ca2+通道，质膜电位升高后被激活:超极化使通道关闭导致血管舒张，而去极化使通道开放引起血管收缩［17］。在大多数VSM细胞，LTCC是数目最多的通道且可能是最重要的钙内流途径［17，18］。电压门控钙通道由包括环核苷酸在内的多种信号系统调节。在VSM细胞中，LTCC通过环核苷酸的调控的数据有时是矛盾的，但通常情况下认为，环核苷酸抑制LTCC。Lincoln等［4］采用膜片钳技术对大鼠门静脉VSM细胞的实验证明，cAMP和cGMP能抑制L-型钙通道活性。然而，Schlossmann等［9］的研究表明，在大鼠肠系膜动脉，LTCC能被cAMP激活，而被cGMP抑制。Casteel等［10］的研究表明，在兔门静脉VSM细胞中，细胞内低浓度的cAMP能使整个细胞LTCC活性的适度增强，而cGMP和高浓度cAMP抑制L-型钙通道的活性。同一研究还表明，cAMP/PKA能增强兔门静脉中LTCC的活性，而被cGMP/PKG抑制，而且与相应激酶调节的被称为是交叉反应的继发作用一样，每个环核苷酸都具有被其激酶调节的作用。以上结果推论，环核苷酸对LTCC的抑制能降低钙内流和细胞兴奋性，并引起血管舒张。Manuel等在A7r5细胞中的研究中也观察到两种核苷酸对LTCC的抑制［8］。

1.4 通过细胞膜钙-ATP酶的激活增加细胞内钙离子外流 质膜Ca2+-ATP酶(PMCA)能介导钙离子外流，并在静息或内源性舒血管药物的调节下降低［Ca2+］iC水平中起关键作用。PMCA有多种亚型，平滑肌细胞中表达最丰富的亚型是PMCA 1b，分子量约为140 kDa。PMCA在高电化学梯度下进入细胞的能量来源于ATP的水解，引起Ca2+外流，2个H+内流。PMCA的胞浆域的C-末端包含CaM的结合位点和蛋白激酶如PKA、PKG和PKC的底物。当CaM不存在时，CaM结合域与酶的细胞质区域相互作用，抑制其活性。通过蛋白激酶如PKA，PKG，PKC和Ca2+/CaM依赖的蛋白激酶的催化，CaM结合域的某些位点磷酸化激活PMCA。在平滑肌细胞中，PKG能够促进钙离子通过质膜ATP依赖的钙泵外流。体外培养的大鼠主动脉平滑肌细胞的结果表明，cGMP活化的机制可能是由于钙-ATP酶的活化，继而降低胞浆钙离子浓度。用可通过细胞膜的cGMP的类似物--8-溴-cGMP的研究发现，与PKG相比，cAMP依赖性蛋白激酶催化亚基和PKC对钙-ATP酶没有活化作用或作用不明显。此外，在细胞膜片段中观察到，cGMP依赖性磷酸化能增强钙的亲和力和PMCA泵的活性。此外，PKG通过磷脂酰肌醇激酶的磷酸化增加磷脂酰肌醇磷酸，间接激活猪主动脉平滑肌质膜钙泵。

1.5 通过刺激Na+/Ca2+交换体增加细胞内钙离子外流 尽管VSM细胞表达Na+/Ca2+交换体，但由于其表达量相当低，其功能性作用尚不完全清楚。NCX的驱动力是Na+泵(Na+/K+ATP酶)维持的Na+的跨膜梯度，通常转运出1个Ca2+交换3个Na+。NCX是促进钙内流或外流，取决于细胞的环境［25，26］。即使Na+通过质膜，电化学梯度发生大的变化，也不能改变VSM细胞静息时［Ca2+］i C的水平。多年来，对于NCX在细胞中的生理意义存在疑问。可能是由于物种和组织的差异，NCX在细胞内钙离子平衡的调控中的重要性仍存有争议。质膜钙泵在钙离子外流中的作用比NCX重要，Fritsch等［12］的研究显示，培养的大鼠主动脉VSM细胞中，细胞外的非依赖Na+的钙外流中，至少90%的钙离子是通过ATP依赖的钙泵实现的，这种钙泵能被细胞内的cGMP而非cAMP激活。对cGMP的促进舒张作用的进一步研究表明，8-溴-cGMP或心钠肽(ANP)能提高原代培养的大鼠主动脉VSM细胞的Na+/Ca2+交换体的活性，相反，Karashima等研究表明，NCX参与毛喉素诱导的小鼠胸主动脉舒张和［Ca2+］iC降低［26］。

2 环核苷酸诱导的平滑肌细胞膜电位的超极化

细胞膜电位是由细胞膜对离子的通透性决定的，包括K+、Ca2+、Na+和 Cl－等。细胞膜电位是血管紧张性的主要决定因素之一。在VSM细胞中，细胞膜上的K+通道在维持细胞膜电位中起重要作用［17］。其它的离子转运系统如Na+/K+泵或阴离子转运蛋白也起一定的作用。

K+通道活性的改变在调节细胞膜电位中起最主要的作用，进而调节血管紧张性。K+通道失活会引起细胞膜去极化，Ca2+通过VOCC迅速聚集，导致血管收缩。相反，K+通道的活化引起K+大量外流，细胞膜超极化，Ca2+通过 VOCC 减少，导致血管舒张［27］。K+通道通过调节细胞膜电位决定血管收缩和舒张的状态。K+通道的开放被认为是生理条件下调节血管收缩和舒张的主要机制之一。

在大多数VSM细胞中有多种不同的K+通道:(1)电压门控K+(Kv)通道;(2)高电导Ca2+激活K+通道;(3)ATP敏感性K+(KATP)通道;(4)K+内流调节(Kir)通道。

环核苷酸对调节机体的生理功能具有非常广泛又重要的作用，许多血管疾病的产生与环核苷酸在血管平滑肌中的浓度变化密切相关。因此，血管平滑肌中环核苷酸浓度的测定和调节，能够为某些疾病的诊断和治疗提供依据，也可以从新的视角解释药物的治疗作用及其不良反应。同时，环核苷酸制剂和环核苷酸调节剂的研制和应用也将为许多疾病治疗开辟新途径。

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