大电导钙激活钾通道与慢性肾脏疾病关系的研究进展*

殷文贤 综述，孙梦琦 审校

(1.西南医科大学附属中医医院药剂科，四川 泸州 646000；2.西南医科大学附属医院药物临床试验机构，四川 泸州 646000)

慢性肾脏疾病(CKD)被定义为是肾小球滤过率降低、尿白蛋白排泄增加或两者兼而有之，是一个日益严重的公共卫生问题。全世界该病患病率约为8%～16%[1]，而糖尿病则(DM)是CKD最常见的病因。全球约30%的DM患者患有糖尿病肾病(DN)[2]，也是CKD发展到终末期肾病(ESKD)甚至过早死亡的主要原因。目前，大电导钙激活钾通道(BKCa)被认为是各种肾脏生理过程中的重要参与者。已经有人证实，BKCa在肾小球足细胞[3]和系膜细胞(MCs)[4]中表达，可能在调节系膜收缩性和肾小球滤过率方面发挥作用；此外，在包括近曲小管、远曲小管的肾单位几乎所有区段[5]中也都观察到BKCa表达，是远端小管和皮质集合管内流动诱导的钾分泌(FIKS)的介质。本文就BKCa在CKD病理发展中的作用进行概述。

1 BKCa概述

大电导钙激活钾通道(BKCa，也称为BK、Slo1、KCNMA1或MaxiK)具有约100～300 pS的大单位电导，并且响应于膜去极化和细胞内Ca2+和Mg2+的结合而活化[6-9]。BKCa有3个主要结构域，电压感应区感测膜电位，细胞溶质域感测Ca2+离子，孔栅区打开/关闭以控制K+渗透。BKCa参与了许多细胞的生理功能，包括调节神经元的放电，平滑肌张力，内分泌细胞分泌，细胞增殖和迁移等[10]。

BKCa由α、β、γ 3个不同的亚基组成，α是成孔单元[11]，β和γ[3，12]是调节单元。单个基因(Slo1或Kcnma1)编码的α亚基组成同源四聚体[11]构成其主体，与中小电导钙激活钾通道不同，BKCaα亚基在质膜的细胞外侧具有包含N末端跨膜螺旋(S0)的额外疏水片段，以及由2个RCK(K+电导调节剂)结构域和存在Ca2+结合位点的钙质碗组成的长细胞溶质C-末端(S7～S10)[19]。β(β1～4)和γ(γ1～4)亚基具有组织特异性，配合α亚基在不同组织中起到调节BK的动力学行为和Ca2+敏感性及对BK特异性调节剂的药理学反应等作用[12，14]。

2 BKCa在慢性肾脏疾病中的作用

2.1肾小球中的BKCa

2.1.1系膜细胞(MCs) MCs具有平滑肌样表型，参与许多生理活动，包括产生系膜基质为毛细血管提供结构支持、产生生长因子等，作为一种特殊的可收缩细胞，还可以通过其收缩性质调节肾小球血液动力学[15]。然而，当面对DN、炎症或其他类型的局部损伤时，MCs可能发生形态学变化，例如表型转变为肌成纤维细胞，除了分泌正常的基质成分外还产生α-平滑肌肌动蛋白和间质胶原[16]。

MCs中的BKCa由α和β1亚基组成[17]，作为Ca2+信号的“制动”，其激活会促进膜超极化，抑制电压门控钙通道(VGCC)从而抑制MCs的收缩[18]。

在机制研究方面，MA等[4]通过膜片钳实验证明，BKCa可以分别通过cGMP和PKG、可溶性气体和鸟苷酸环化酶刺激物被激活；FOUTZ等[19]的细胞实验证明，胰岛素通过MAPK信号传导增加MCs的BKCa-β1活性；SANSOM等[20]研究发现，多功能Ca2+/钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ(CaMKⅡ)充当内源性激动剂，以扩展Ang Ⅱ诱导的BKCa活化并抑制MCs的收缩。

CHEN等[21]通过临床试验证明BKCa-β1功能获得性变体Glu65Lys可以明显影响GFR65Lys携带者不仅表现出基线肾小球滤过率(GFR)升高，而且还表现出CKD(以及随之发生的肾衰竭)中更快的GFR下降；PLUZNICK等[22]的动物实验也发现，在基础条件下，BKCa-β1敲除小鼠已经观察到正常的GFR，但是在肾体积扩张时，其不能将其GFR提高到与野生型小鼠相同的程度，表明BKCa开放剂有可能开发成为用于调节GFR的药物。

2.1.2足细胞 足细胞是覆盖肾小球毛细血管外表面的特化上皮细胞，延伸足部形成指状突起，与相邻细胞相互交错的独特细胞连接形式称为狭缝隔膜(SD)，复杂的结构构成了肾小球滤过屏障的重要组成部分。此外，互连的足细胞也黏附于毛细血管壁的肾小球基底膜，其是分泌的细胞外基质(ECM)组分的密集网络，为内皮细胞和足细胞提供支架以支持其独特功能[23]。

已经在小鼠、大鼠和人足细胞中证实，足细胞中的BKCa可能是由α和β4亚基组成[3,23-24]。足细胞BKCa可以在正电位和细胞内Ca2+的高水平响应于膜拉伸而被激活。通过施加适度的负压或降低槽液的张力，BKCa的开放概率可以增加4倍[24]。

目前，研究人员仍然不清楚BKCa生理激活的机制，有2种假说对此进行了解释。第一种假说是SD蛋白与BKCa相互作用。与BKCa碳末端相互作用的SD蛋白包括肾病蛋白，肾病蛋白1，MAGI-1，突触足蛋白。KIM等[25]发现，下调肾病蛋白或突触足蛋白[26]的表达会降低小鼠足细胞中功能性表面BKCa的数量；肾病蛋白1[27]的情况与肾病蛋白正好相反，作者猜测可能是由于肾病蛋白与肾病蛋白1形成了稳定的复合物而失效。YANG等[28]也发现突触足蛋白、肾病蛋白与BKCa的共表达增加了HEK293T细胞中BKCa的表达，与KIM等[25]的结果一致，表明这可能是足细胞BKCa蛋白表达变化的潜在机制。相反，RIDGWAY等[29]研究证实，MAGI-1的共表达会抑制BKCa在HEK293T细胞上的表面表达。第2种假说是细胞间Ca2+浓度的拉伸依赖性增加激活BKCa，例如BKCa与机械敏感性TRPC6相互作用。TRPC6是一种非选择性阳离子通道。KIM等[30]已证实其与BKCa共表达并促进BKCa在足细胞中的表面表达。膜超极化先刺激TRPC6渗透Ca2+，BKCa再被TRPC6诱导的Ca2+内流及膜去极化激活，然后，BKCa引起的膜超极化又为TRPC6提供正反馈[31]。HONGQIANG等[32]也通过研究证实，抑制microRNA-200 b家族的miR-200 b-3p可以通过降低TRPC6的电流使细胞内Ca2+水平降低，从而导致BKCa电流的抑制。

GAO等[33]发现，血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)不仅抑制足细胞BKCa的电流幅度，还促进BKCa活化，而Ang Ⅱ本身可以诱导氧化应激和足细胞死亡。KIM等[34]的研究则证实胰岛素可以通过细胞外信号调节激酶(ERK)和蛋白激酶B(PKB/AKT)信号级联增加足细胞BKCa的细胞表面表达，而高葡萄糖治疗减少了活化的表面BKCa和肾病蛋白的数量，并且消除了胰岛素对BKCa的刺激作用。 Alport综合征是一种可促进足细胞死亡的慢性肾脏疾病，HAYNES等[35]研究发现，在健康人系膜细胞(NHMC)的诱导多能干细胞衍生的足细胞样细胞中，细胞外钙引起细胞内钙的浓度依赖性升高前的急性减少被BKCa抑制剂伊比蝎毒素(10 nM)和四乙胺(5 mM)，以及黏着斑激酶抑制剂PF562271(N-甲基-N-(3-((2-(2-氧代-2,3-二氢-1H-吲哚-5-基氨基)-5-三氟甲基-嘧啶-4-yl氨基)-甲基)-吡啶-2-基)-甲磺酰胺，10 nM)抑制；而在NHMC足细胞样细胞的脱细胞板上培养Alport综合征患者足细胞，可部分恢复细胞内钙响应细胞外钙的急性减少，表明BKCa功能异常可能是导致Alport综合征中足细胞死亡的重要原因之一。

2.2肾小管中的BKCa MEERA等[36]的基因筛查实验在肾单位的几乎所有区段(包括近曲小管，远曲小管)及许多哺乳动物肾细胞系(例如Ⅱ型Madin Darby犬肾细胞)中都观察到了BKCa表达。同时，有研究发现中电导钙激活钾通道3.1(KCa3.1)存在于涉及肾小管间质性纤维化的多个细胞中，包括近端肾小管细胞、成纤维细胞、炎症细胞(T细胞和巨噬细胞)和内皮细胞[37]。

人体的正常血钾浓度范围比较狭窄，血钾浓度过高引起高血钾症会导致心律、神经肌肉等功能的失常，而低血钾症诱发的昏迷、呕吐等极易危及生命[38-39]。肾脏在血钾稳定中的作用举足轻重，人体中大约 90% 以上的K+通过肾脏排泄。杨阳等[40]的小鼠肾脏切片实验发现，细胞外高浓度的K+可直接下调远端肾小管离子通道钠氯共转运体(NCC)的磷酸化水平，这一动作可能是为下游离子通道的迅速排钾做准备。LAYTON等[41]的研究进一步证实了上述的观点，他们通过急性K+负荷的大鼠模型模拟表明，Na+/K+-ATP酶、上皮钠通道、BKCa和肾外髓质K+通道的表达水平和活性升高，以及NCC的下调会增加沿连接小管的K+分泌，从而导致模型的尿K+排泄增加超 6倍，远超过滤后的K+负荷，而使肾切除的大鼠排泄急性或慢性K+负荷的能力受损。

肾皮质集合管(CCD)是K+分泌的重要部位，主要由主细胞(PC)及闰细胞(IC)构成。CCD中的BKCa通道介导Ca2+分泌和(或)拉伸依赖性血流诱导的K+分泌(FIKS)，并有助于肾脏适应高钾饮食[42]。LI等[43]的研究发现，BKCa在肾连接小管(CNT)和CCD中表达，并且瞬时受体电位香草型4(type 4)TRPV4介导的Ca2+信号与BKCa激活之间存在直接相关性，但小/中电导钙激活钾通道SKCa1/3和IKCa1的早期激活对于充分增强Ca2+进入和激活BKCa所需的Ca2+水平至关重要；进一步研究发现[44]，细胞膜穴样内陷在PC和IC中提供了关键的微结构域，直接促进了这些域中TRPV4介导的Ca2+信号传导，从而导致TRPV4-SK3/IK1-BK快速顺序地偶联，在介导Ca2+依赖性BKCa调节和K+分泌调节中起到重要作用。

妊娠晚期的妊娠期高钾对胎儿发育影响极大，有研究试图通过实验找出孕期肾脏和结肠对K+的处理变化的潜在机制。有研究发现，妊娠晚期孕妇K+的摄入量和肾脏排泄量增加，而粪便中的钾排泄量保持不变，并且怀孕的大鼠表现出净K+保留[45]。进一步的大鼠实验表明，妊娠钾的保留很可能是由于集合管中通过增加氢-钾ATP酶2(HKA2)引起K+的重吸收增加，通过下调肾外髓质钾通道(ROMK)和BKCa引起K+分泌减少，以及结肠通过HKA2引起的重吸收增加所致[46]。

2.3肾内脉管系统中的BKCa BKCa在几乎所有的血管平滑肌细胞中都有表达，组成以α-β1为主[47]。细胞内Ca2+例子浓度增加激活BKCa，引起K+离子外流，细胞膜超极化，进而使L-VGCC关闭，抑制血管收缩；相反，BKCa关闭引起的膜去极化则会促进血管收缩[48]。

孔祥权等[49]研究证实，自发性高血压(SH)大鼠肾动脉血管平滑肌细胞BKCa电流密度随周龄增加而降低，并与血压水平高度相关；进一步研究表明，BKCa电流密度降低会导致肾动脉血管收缩和肥厚性重构，以及GFR降低[50]。IMIG等[51]发现，环氧二十碳三烯酸(EETs)可以通过cAMP/PKA途径激活[20-羟基二十碳四烯酸(20-HETE)抑制]入球小动脉的BKCa，使血管平滑肌细胞超极化并分泌内皮依赖性超极化因子(EDHFs)，导致入球小动脉扩张。秦小江等[52]的动物实验则表明，葛根素可以通过产生H2O2激活BKCa，进而舒张大鼠肾动脉。何琼[53]、章艳萍等[54]研究发现，茜草素也可以通过激活BKCa舒张肾动脉而降低SH大鼠收缩压，机制是茜草素通过激活L-VGCC促进细胞外Ca2+内流，再刺激胞质内ryanodine受体大量分泌Ca2+，从而激活BKCa。有前期研究也发现，DN大鼠肾动脉BKCa的β1 亚基mRNA 表达降低，这种改变与肾功能及肾组织损害程度一致[55]。

3 小 结

BKCa在肾脏各种病理生理过程都扮演着非常重要的角色，在肾小球MCs、足细胞，肾小管细胞，肾内脉管系统的动脉血管平滑肌细胞中都有表达。目前，治疗CKD的手段仍十分有限，因此，继续研究BKCa与CKD的关系并阐明其机制，并通过研发BKCa的特异性激动剂或阻断剂药物调节BKCa表达及功能，可能为CKD提供新的治疗方向。