KCa3.1在肿瘤细胞中的研究进展

李喆雪，李祉诺，耿莉娟，王 皓，金 超综述，田 晶审校

(吉林医药学院：1.临床医学院，2.生理教研室，吉林 吉林 132013)

钾离子通道有很多种，其主要分为4种：钙激活的钾离子通道(calcium-activated potassium channel，KCa)、内向整流钾离子通道(inwardly rectifying potassium channel,Kir)、串联孔域型钾离子通道(tandem pore domain potassium channel,K2P)和电压门控钾离子通道(voltage-gated potassium channel,Kv)。KCa根据其主要的氨基酸序列、单通道电导值和药理学特性的不同，又可分为大电导(large conductance Ca2+activated potassium channel，BK)、中电导(intermediate conductance Ca2+-activated potassium channel,IK)和小电导(small conductance Ca2+-activated potassium channel,SK)。KCa3.1是KCa中IK的一种亚型。BONITO等发现KCa3.1在胰腺癌高表达，并与细胞增殖、凋亡、迁移都密切相关[1]；CHEN等发现阻断KCa3.1可以减轻顺铂造成的肾损伤[2]；D’ALESSANDRO等发现阻断KCa3.1可以使胶质瘤对替莫唑胺的敏感性增加[3]；LIU发现阻断KCa3.1可以抑制肝癌细胞的增殖与转移，增加肝癌细胞的凋亡[4]。本文主要综述KCa3.1在肿瘤细胞生物活动中的作用，并讨论其作为恶性肿瘤新靶点的前景。

1 KCa3.1的结构

KCa3.1最早发现于淋巴结组织，其活性可以被克霉唑(clotrimazole，CLT)、卡律蝎毒素和TRAM-34阻断[5]。KCa3.1主要由4个亚单位构成，4个亚单位之间具有高度的同源性。每个亚单位有6个跨膜段,分别命名为1S-6S区，这是离子通道发挥作用的功能区段之一，KCa3.1的功能区位于S5-S6之间，4个重复成分的功能区相互连接沟通,成为离子通路的干道[6]。KCa3.1每个亚单位的N端与C端均位于胞内，C端末尾具有钙调蛋白结合位点，对胞内的钙高度敏感。当细胞内Ca2+增多，Ca2+与钙调蛋白结合，再结合到KCa3.1的C端末而促使通道开放。KCa3.1的基因KCNN4位于19号染色体上。

2 KCa3.1的功能

2.1 KCa3.1参与肿瘤细胞增殖

细胞周期(cell cycle)是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，分为间期和分裂期两个阶段,细胞周期蛋白(cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)和CDK抑制蛋白(CDKIs)是参与细胞周期调控的主要因子。[7-8]。有研究表明KCa3.1的抑制剂可以减缓细胞的增殖，可能的机制有：1)降低细胞内外电化学梯度，降低细胞内Ca2+浓度，抑制肿瘤细胞的增殖；2)降低细胞分裂周期蛋白D1和E的表达，使细胞阻滞在G0/G1期。在静息状态下，细胞通过细胞膜钙依赖性ATP酶(plasma membrane Ca2+-ATPase,PMCA)及肌质网和内质网钙依赖性ATP酶(sarcoplasmic and endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase,SERCA)保持细胞内低钙的环境。在如此低浓度的游离Ca2+背景下，细胞对胞质内Ca2+浓度的增加非常敏感，以至于当细胞内Ca2+浓度增多时，Ca2+成为触发或激活许多生理过程的关键因素，如通道蛋白的激活。当细胞内Ca2+增多时，KCa3.1活化，诱发细胞膜电位的超极化，使细胞膜内外电化学梯度增加，从而促进Ca2+内流，使细胞增殖。Ca2+在细胞的增殖中发挥着重要的作用，Ca2+与钙调蛋白相结合,使其发生构象改变,促进钙调蛋白与不同的钙离子/钙调蛋白依赖性蛋白激酶(CaMKs)结合,从而使CaMKs构象改变,导致酶的活化。CaMKII γ能够激活结直肠细胞系中的NFκB通路,促使NFκB P65进核,从而促进细胞增殖。张英丽等证实了KCa3.1的特异性阻断剂TRAM-34可以抑制子宫内膜癌细胞的增殖[9]。实验结果显示，TRAM-34处理过的肿瘤细胞的G0/G1期细胞百分比上升,S期细胞百分比下降，cyclinD1、cyclinE及survivin的蛋白表达水平降低。她认为可能的机制是KCa3.1通过调控细胞内Ca2+浓度调节细胞周期相关蛋白的表达进而控制细胞周期,影响细胞的增殖。

虽然KCa3.1与细胞增殖之间的关系还不是十分的清楚，但去极化的静息膜电位(resting membrane potential,RMP)可能是一个重要的衔接点。有研究表明在胰腺癌细胞BxPc-3和MiaPaCa2中，阻断KCa3.1，细胞发生去极化，胞内Ca2+减少，使细胞阻滞于G0/G1期，细胞增殖减少[9]。

2.2 KCa3.1参与细胞凋亡

细胞的增殖和凋亡是一个动态平衡的过程，细胞增殖增强或是凋亡减弱都可能导致肿瘤的发生，这个过程受原癌基因和抑癌基因的控制,目前发现真核细胞凋亡主要有4种途径，分别是死亡受体介导的外部途径、内部线粒体途径、颗粒酶B介导途径及内质网应激介导途径[10]。凋亡性容积减小(apoptotic volume decrease，AVD)是众多细胞凋亡的共同特点，是细胞凋亡早期特征之一。在细胞凋亡早期，Cl-通道和K+通道被激活，Cl-和K+外流，并伴有水的外流，导致AVD，继而发生caspase通路的激活、DNA片段化、凋亡小体形成[11-12]。细胞内失钾会导致两种结果,一是引起细胞皱缩激活caspase通路,二是减少对caspase和nuclearases的直接抑制作用。

研究发现，KCa3.1主要在细胞凋亡的内部线粒体途径中起作用[13]。线粒体外膜通透性的改变引起细胞色素C向胞质的释放是内部线粒体途径的关键一步，由Bcl-2蛋白家族调控。在凋亡刺激因子的作用下，Bcl-2蛋白家族中的Bax、Bak等受到激活后结合到线粒体外膜，并在线粒体膜上形成通向胞质的通道，使线粒体内的蛋白流向胞质，如细胞色素C。细胞色素C上存在衔接蛋白Apaf-1的结合位点，在ATP存在的条件下，细胞色素C和Apaf-1通过半胱氨酸蛋白酶募集域(CRAD)的作用，Apaf1和caspase-9酶原结合，使caspase-9酶原活化，形成凋亡小体，然后激活下游的半胱氨酸蛋白酶如caspase-2、3、6、7、8、10，从而启动细胞凋亡[10,14]。但是，对于AVD和caspase活化的关系还需要进一步研究。

综上所述，KCa3.1在细胞凋亡的过程中起促进作用，一些研究发现KCa3.1的抑制剂TRAM-34可以减少AVD和caspase-3的激活[13]，从而抑制凋亡。然而，也有研究发现，KCa3.1的抑制剂会促进细胞的凋亡，如刘玲等通过研究发现随着KCa3.1的阻断剂CLT浓度的增高，HeLa细胞凋亡率显著增加[15]。很显然这两种结果是矛盾的，这可能是由所用的细胞类型和抑制剂的种类不同引起，抑制剂的其他药理作用也可能对实验结果产生影响。

2.3 KCa3.1参与细胞侵袭及转移

目前研究发现，KCa3.1的特异性阻断剂可以抑制黑色素瘤、宫颈癌、胶质瘤细胞等的侵袭和转移。肿瘤细胞的侵袭和转移可以通过蛋白酶降解细胞外基质和基底膜完成。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)中的MMP-2是一种研究比较多的亚型。MMP-2的表达水平与组织的分化程度呈反比，与肌层的浸润深度呈正比。在恶性肿瘤迁移的过程中，肿瘤细胞会形成一种肌动蛋白聚合骨架的细胞膜性突起，这种结构能够募集包括MMPs在内的多种蛋白酶至细胞和基质的接触部位，降解细胞周围的基质以消除肿瘤细胞转移障碍,从而实现侵袭性肿瘤细胞的侵袭和迁移，进而导致肿瘤的扩散[16]。恶性肿瘤细胞中的这种特殊的肌动蛋白骨架结构称为侵袭性伪足(invadopodia)。KCa3.1可以通过两种机制参与细胞迁移与侵袭，一是参与细胞形状和体积的变化、调整细胞向周围环境移动；二是通过增加细胞内Ca2+、促进肌动蛋白聚合、募集MMP-2从而影响细胞的侵袭。

3 展 望

目前，离子通道在肿瘤中的作用越来越受到大家的关注。许多实验已表明，抑制KCa3.1可以减少细胞的增殖，阻止细胞的侵袭和转移，抑制或促进细胞凋亡。因此，KCa3.1作为肿瘤治疗的新靶点具有开发前景。但这其中还有一些机制不清楚，需要我们进行进一步的研究。

[1] BONITO B，SAUTER D R，SCHWAB A，et al.KCa3.1 (IK) modulates pancreatic cancer cell migration，invasion and proliferation:anomalous effects on TRAM-34[J].Pflugers Arch，2016,468(11/12)：1865-1875.

[2] CHEN C L，LIAO J W，HU Y P，et al.Blockade of KCa3.1 potassium channels protects against cisplatin-induced acute kidney injury[J].Arch Toxicol,2016,90(9):2249-2260.

[3] D’ALESSANDRO G，GRIMALDI A，CHECE G，et al.KCa3.1 channel inhibition sensitizes malignant gliomas to temozolomide treatment[J].Oncotarget，2016，7(21):30781-30796.

[4] YU L，LIANG Z，MA W，et al.The blockage of KCa3.1 channel inhibited proliferation，migration and promoted apoptosis of human hepatocellular carcinoma cells[J].J Cancer，2015，6(7):643-651.

[5] 张英丽,羊正炎,丰有吉.抑制KCa3.1活性对子宫内膜癌细胞迁移和侵袭的影响[J].肿瘤学杂志,2010，16(11):831-836.

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