T淋巴细胞膜上离子通道与免疫性疾病的关系

凌志扬，李有伟，付青姐

T淋巴细胞膜上离子通道与免疫性疾病的关系

凌志扬，李有伟，付青姐＊

T淋巴细胞上存在多种类型的离子通道，主要有电压门控性K+通道 （KV1.3），Ca2+激活K+通道（Kca3.1）、Ca2+释放激活的Ca2++通道（CRAC）、瞬时受体电位通道（TRPM7）及细胞容积调节的Cl-通道（Clswell）5种类型。这些离子通道共同参与T淋巴细胞的激活、分化等免疫调节过程，参与T淋巴细胞凋亡及体积调节等过程，与很多自身免疫性疾病息息相关。就T淋巴细胞上离子通道的分类、离子通道与淋巴细胞功能的关系、离子通道与免疫性疾病及在临床上的应用等方面进行综述。

T淋巴细胞；离子通道；免疫功能

离子通道分布于各种细胞，如心肌细胞、平滑肌细胞和神经元，是许多药物的作用靶点。对免疫系统离子通道的研究已有30余年，其中T淋巴细胞可表达多种类型的离子通道。目前研究较多的有5种类型的离子通道，包括电压门控性K+通道（KV1.3），Ca2+激活K+通道（Kca3.1）、Ca2+释放激活的Ca2+通道（CRAC）、瞬时受体电位通道（TRPM7）及细胞容积调节的Cl-通道（Clswell），此外，在T淋巴细胞上还存在电压门控性的Na+通道及不同于KV1.3和Kca3.1的K+通道等。这些离子通道在T淋巴细胞膜上形成离子通道网络，共同参与T淋巴细胞的激活、分化、体积调节及细胞凋亡过程。首先在分子水平，STIM1和Orail蛋白共同激活CRAC通道，引起内质网Ca2+贮存消耗。在亚细胞水平，钾通道与钙通道集中分布于免疫突触，共同构成信号复合体，参与免疫突触的信号转导过程。在细胞水平，离子通道通过调节钙信号，使钙内流和钾外流处于平衡状态，从而参与细胞因子的表达。T淋巴细胞体积则主要是通过氯外流和钾外流来实现的。另外在临床应用方面，已KV1.3通道为靶点的通道阻滞药可用于免疫抑制，以Kca3.1及CRAC为靶点的通道阻滞药则参与了急性应激损伤的过程。

本文从T淋巴细胞上离子通道的分类与功能、离子通道与免疫性疾病及在临床上的应用等方面进行了综述。

1 T淋巴细胞膜上的离子通道的分类

膜片钳技术及分子生物学技术的应用，使人们对T淋巴细胞膜上的离子通道有个一个较深的认识。研究证实，T淋巴细胞膜上主要存在5种类型的离子通道。

1.1 电压门控性钾通道（KV1.3）

1.1.1结构和特性 KV1.3通道属于电压门控性钾通道Shaker家族成员，由KCNA3基因编码，位于人类lp21号染色体上［1，2］。KV1.3是由4个亚单位组成的同型四聚体，含有6个跨膜的螺旋片段 （S1～S6），S1～S4与通道的开放有关，S5～S6围成一孔道，孔道的外口有一选择性的滤过膜，是对K+高度选择性的结构基础，孔道内口是KV1.3开放与关闭的“门”。其开放与关闭受膜电位调控。KV1.3通道激活阈值为-60 mV，在-10～0 mV之间达到稳态，单通道电导约为10～12 pS，KV1.3通道呈快速激活及缓慢的C型失活［3］。

1.1.2生理功能 KV1．3受细胞膜电位控制，主要维持T淋巴细胞的静息膜电位。正常人类每个T淋巴细胞表达约300个KV1．3通道［4］。当T淋巴细胞受抗原刺激发生活化时，抗原提呈细胞（APC）识别MHC分子复合物并将其呈递给T淋巴细胞，T细胞受体（TCR）与分子复合物结合，激活酪氨酸细胞激酶和磷脂酶C，分解磷脂为IP3和DG。IP3与内质网上面的IP3受体结合，影响Ca2+内流，继而激活KV1．3通道［4－6］，故KV1．3通道可通过对Ca2+的作用，影响T淋巴细胞的激活和功能。

1.2 Ca2+激活的K+通道（Kca3.1）

1.2.1结构和特性 Kca3．1是一个中小电导的Ca2+激活的K+通道，由KCNN4基因编码，位于人类第19号染色体（19q13．2）［7］，与KV1．3相似。也是由一个同源四聚体构成，在结构上同样有6个跨膜区域，其中第5、6个跨膜区构成K+通道口，对K+离子具有高度选择性。Kca3．1通道细胞内的C末端连接钙调蛋白，为Ca2+感受器，对细胞内Ca2+浓度敏感，其Ca2+激活的浓度阈值约为200～300 nmol［7］。

1.2.2生理功能 静息状态的T淋巴细胞上Kca3．1通道表达相对较低，维持T淋巴细胞膜电位的主要是上述的KV1．3通道。但是，当T淋巴细胞被激活时，Kca3．1表达明显上调。在T淋巴细胞的增生与分化过程中，细胞至少数小时要维持一个持续的Ca2+内流状态，细胞内高浓度和稳定的Ca2+浓度激活了Kca3．1通道，Kca3．1通道开放使K+内流，从而使细胞处于一种超极化状态。

1.3 Ca2+释放激活的Ca2+通道（CRAC）

1.3.1结构与特性 1992年，HOTH等在肥大细胞上成功记录到一种容积性Ca2+电流，并命名为Ca2+释放激活的Ca2+通道（CRAC）。CRAC通道有及其严格的Ca2+选择性，并且其单通道电导及其微小（＜0．1 pS）［8］。目前普遍认为CRAC通道是由STIM1蛋白和Orali蛋白共同组成的。Orali蛋白是细胞膜上的跨膜蛋白，由S1～S4四个跨膜片段构成，其N末端和C末端都处于细胞膜内，该蛋白单体是组成CRAC通道的亚基。STIM1蛋白位于内质网膜上，是Ca2+感受器。CRAC通道处于失活状态时，Orali蛋白以二聚体的形式存在。当内质网Ca2+排空，STIM1蛋白被激活，与位于细胞膜上的Orali蛋白连接成桥，Orali蛋白会由二聚体聚合为四聚体，形成完整的CRAC通道，引发细胞外Ca2+内流。Orali蛋白的S1～S2区域上的谷氨酸残基和天门冬氨酸残基是CARA选择性进出Ca2+的基础［9－12］。

1.3.2生理功能 细胞内Ca2+的持续震荡对细胞内的Ca2++动力学具有重要意义，是细胞赖以生存的基础。T淋巴细胞CRAC通道可以敏锐感知细胞内质网Ca2+库清空状态，保持细胞内Ca2+的持续震荡，对免疫细胞发挥功能起着至关重要的作用。

T淋巴细胞表面TCR与抗原结合后，导致蛋白酪氨酸激酶被激活，启动一系列蛋白的磷酸化过程，最后催化细胞膜上IPI2分解产生IP3，IP3与内质网上的IP3受体结合［13－15］，导致内质网中大量Ca2+释放，并引发CRAC通道的开放，导致细胞外Ca2+大量内流，因此细胞内Ca2+的增加是T细胞激活的必要诱发因素。

1.4 瞬时受体电位通道（TRPM7）

1.4.1结构与特性 TRP离子通道最初是在研究果蝇的光感受器突变体时被发现的，至今已经发现了30多种［16］。TRPM7是TRP家族的melastatin亚家族的一员，又称LTRPC7，由1863个氨基酸残基构成，可以选择性的通透Ca2+和Mg2+等［15，17］。TRPM7含有6个跨膜结构蛋白，以α螺旋形式存在。其中在第5～6跨膜区域之间形成一个疏水性的孔道。通道蛋白的N末端和C末端都位于细胞内。因为TRPM7的C末端含有一个α激酶的活性区域，因此同时具有离子通道和蛋白激酶的双重功能，因此又被称为通道酶［18－20］。4个TRPM7通道单体聚合在一起形成具有活性的四聚体通道，TRPM7通道电流呈外向整流，对单价和二价阳离子无特异选择性［21］，可以通透多种二价阳离子，优先对Mg2+、Ca2+通透。TRPM7通道C末端的α激酶可以磷酸化多种底物进行免疫炎症反应的调节。

1.4.2生理功能 Mg2+在生命活动中具有重要意义，其可以与ATP结合，从而激活体内许多重要的酶，参与糖、蛋白质和脂肪的代谢，与DNA等结合，参与核酸代谢，还可以影响细胞膜的通透性等。TRPM7参与细胞内Mg2+平衡的调节［22－24］。

1.5 容积性调节Cl通道（Clswell）

1.5.1结构与特性 Clswell通道是存在于T淋巴细胞膜上的一类阴离子通道，目前认为Clswell通道是电压门控性氯通道家族蛋白成员3（CLC3），由人类常染色体4q33区的CLCN3基因编码，Clswell是一跨膜10～12次的膜蛋白，由2个同型二聚体形成包括两个孔道的结构形式［25］。分为“快”“慢”两种调控形式。Clswell通道对Cl－具有相对的高度选择性，但是对其他阴离子也具有不同程度的通透性。同时也允许某些氨基酸和葡萄糖酸盐等在该通道激活时渗出细胞，其通透性受胞外Cl-浓度的影响。Clswell通道对阴离子通道阻断剂如NPPB等具有广泛敏感性。

1.5.2生理功能 维持恒定的细胞体积对于细胞保持正常的生理功能非常重要。Clswell通道是细胞容积和渗透压调节的主要参与者［26，27］。当细胞受到低渗环境刺激而变得肿胀时，Clswell通道被激活开放，细胞内大量的Cl-外流，引起细胞膜的去极化改变，细胞膜去极化激活了KV1.3通道，导致K+外流。K+和Cl-外流使得细胞内渗透压下降，细胞内水分进一步流出，从而使细胞恢复正常的体积。因此Clswell通道在维持细胞容积平衡，保持细胞正常功能中具有重要作用［28，29］。此外，Clswell通道还参与细胞增殖、迁徙、细胞信号转导等多个过程。

除了上述5种主要的离子通道外，在小部分人类T淋巴细胞上还记录到了Na+通道，在鼠的T细胞上，还存在区别于KV1.3和KCa3.1的K+通道［29，30］，除此以外，在人类、小鼠的T淋巴细胞上还分别记录到了其他的通道电流如 TRPM4、TRPM2及KCa2.2［31，32］等。

2 T淋巴细胞上离子通道与免疫性疾病的关系

T细胞介导的自身免疫性疾病是TCR-CD3信号复合物识别APC细胞上的MHC而触发的。T细胞上KV1.3作为信号复合物的组成部分，既往研究发现其与多种免疫性疾病、心血管疾病及慢性炎症的发生、发展有着密切的关系［33，34］。如高表达KV1.3通道的TEM细胞会向组织迁徙，释放大量的IFN、TNF-α及IL-2等细胞因子，介导类风湿性关节炎、肾小球肾炎、多发性硬化病等多种自身免疫性疾病的发生和发展［35-38］。阻断KV1.3通道则可以有效地抑制TEM细胞的活性，并能有效缓解多种自身免疫性疾病模型的症状。因此，KV1.3已经成为治疗多种自身免疫性疾病的新型靶标。另外，KV1.3通道mRNA在自发性高血压大鼠T淋巴细胞上的表达要远远大于在正常大鼠T淋巴细胞上的表达，并且其mRNA的表达量与血压增高的程度呈正相关，提示T淋巴细胞上KV1.3通道可能与高血压的发生与发展有关。KV1.3阻断药还可以提高Ⅱ型糖尿病患者外周胰岛素的敏感性，可以阻止牙周炎患者的骨吸收，因此也被认为是肥胖等代谢型疾病的治疗靶点［39-42］。

研究亦表明，Kca3.1通道阻断药有效阻滞T淋巴细胞的分化。因此，Kca3.1通道参与T淋巴细胞的增殖与分化过程。多数自身免疫性疾病表现为免疫反应过度或消退延迟，文献报道，Kca3.1通道阻断药TRAM-34作用于自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型，可以明显减轻炎症反应，作用于哮喘样模型，可以减缓慢性气道的炎症反应，显著改善哮喘症状［43，44］。此外，Kca3.1通道与镰状细胞贫血、冠状动脉粥样硬化等增生性疾病以及多囊肾等分泌性疾病有关。

CRAC通道阻滞药能够靶向抑制T淋巴细胞的活化过程，Orali蛋白可能会抑制应对急性感染的保护性免疫反应，因此是抗移植排斥的潜在靶点。

综上所述，可知离子通道是细胞膜中的跨膜蛋白分子，其功能是细胞生物电活动的基础，也是药物作用的重要靶点。离子通道在免疫细胞的正常活动中具有重要作用，免疫细胞的活动涉及一系列复杂的分子活动和信号转导过程，受到细胞内信号分子和细胞周围微环境的精确调控。免疫细胞不属于可兴奋细胞之列，但也具有某些与神经细胞相类似的生理特性，离子通道的活动与粒子跨膜流动、膜电位的变化以及随后的淋巴细胞激活密切相关。抗原分子进入体内后，经抗原呈递细胞（APC）的处理，与MHC形成抗原复合分子，再与T淋巴细胞抗原受体（TCR）结合。研究发现，免疫细胞上存在多种离子通道，这些离子通道类似于神经细胞及肌肉细胞的离子通道，但又有其自身的特点。T淋巴细胞膜上主要存在5种类型的离子通道，KV1.3、KCa3.1、Ca2+通道（CRAC）、TRPM7、Clswell。KV1.3受细胞膜电位控制，主要维持T淋巴细胞的静息膜电位。可抑制Ca2+进入细胞，故KV1.3通道可通过对Ca2+的作用，影响T淋巴细胞的激活和功能，此外，KV1.3还参与某些环境下T淋巴细胞的体积调节过程。KCa3.1受细胞内Ca2+浓度的调节，细胞内Ca2+浓度的升高是导致KCa3.1开放的主要原因。在T淋巴细胞，KCa3.1通道的开放可由抗原对T淋巴细胞的刺激引起，也可以由其他的损伤性因素引起，KCa3.1通道在T淋巴细胞的活化过程中具有重要作用。T淋巴细胞膜上CRAC是一种电压门控性的Ca2+通道，是细胞外Ca2+进入细胞的唯一通道。由CRAC通道开放导致的细胞内Ca2+的升高是T淋巴细胞激活的根本原因，因此细胞内的Ca2+及CRAC对于T淋巴细胞功能具有重要的意义。Clswell是T淋巴细胞膜上一种Cl-通道，正常状态下不开放。当细胞处于低渗环境时，水分进入细胞，细胞体积增大，激活了Clswell通道，Cl-由细胞内流向细胞外，导致细胞膜内电位升高，细胞膜去极化。细胞膜去极化过程激活了KV1.3通道，KV1.3通道开放，导致细胞内的K+外流。由于细胞内Cl-和K+的外流，减低了细胞内的渗透压，使细胞内的水流出，从而产生调节性的细胞体积减小（RVD）。因此T淋巴细胞上的Cl-通道可能在细胞的RVD中起着重要作用。TRPM7通道是瞬时受体电位（TRP）通道LTRP亚族中的一个类型，具有离子通道和蛋白激酶双重结构和双重功能，因此又称通道酶。TRPM7通道是一种非选择性的阳离子通道，对Ca2+、Mg2+、K+、Na+在内的众多二价和单价阳离子有通透性，同时作为一种蛋白激酶其可使自身或底物磷酸化。在T淋巴细胞TRPM7主要与调节细胞内Mg2+平衡有关。总之，T淋巴细胞膜上的离子通道作为T淋巴细胞内信号转导的一条重要途径，在T淋巴细胞的激活、分化和其他功能中具有重要作用。

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［2016－08－15收稿，2016－09－12修回］

［本文编辑：韩仲琪］

The network and function of ion channels on T lymphocytes，and their relationship with immuno- diseases

LING Zhi-yang，LI You-wei，FU Qing-jie.Department of Pharmacy，No.401 Hospital of PLA，Qingdao，Shandong 266071，China

There are many kinds of ion channels on T lymphocytes，including voltage-gated K+channel（KV1.3），Ca2+-activated K+channel（Kca3.1），Ca2+-release activated channel（CRAC），transient receptor potential channel（TRPM7）and swelling-activated Cl-channel.These channels play a provital role in the activation and differentiation of T lymphocytes，and work together functionally in T cells in the regulation of cellular volume.This article reviews the classification of ion channels，the role of ion channels on the function of T lymphocytes and immunological disease.

T lymphocytes；Ion channel；Immunologic function

R331.4

A

10.14172/j.issn1671-4008.2017.02.033

266071山东青岛，解放军401医院药剂科（凌志扬，李有伟，付青姐）

付青姐，Email：qingjiefu@163.com