容积敏感性氯离子通道对心脏细胞增殖和凋亡的影响

容积敏感性氯离子通道对心脏细胞增殖和凋亡的影响氯离子是机体内最丰富的阴离子，氯通道广泛存在于机体的细胞膜和细胞器膜，在细胞多種生理病理活动和调节过程如细胞增殖、凋亡、细胞兴奋性调节、pH调节、容量调节和免疫应答中均发挥一定作用。

本文从通道生物学特性、调节细胞容积的机制及对细胞增殖和凋亡的影响对容积敏感性外向整流氯离子通道（volume-sensitive outwardly rectifying，VSOR）进行综述。

标签：容积敏感性外向整流氯离子通道；细胞增殖；细胞凋亡；细胞容积调控在哺乳动物体内，存在着多种影响细胞生命活动的离子（Na+，K+，Cl-），这些离子移动所产生的离子流作为细胞的背景电流参与跨上皮物质转运、细胞内ph调节、细胞的增殖、细胞的迁移、细胞凋亡以及细胞容积调节等生理病理活动。

其中阴离子起着至关重要的作用，Cl-是体内最丰富的阴离子，Cl-的跨膜转运通道被称为Cl-通道，Cl-通道是广泛分布在原核和真核细胞等各种细胞上的一种阴离子通道。

已被证明Cl-通道可以通过Cl--HCO3-交换及Na+-Cl-，Na+-K+-2Cl-和K+-Cl_联合转运等多种形式参与细胞容积及细胞增殖和凋亡的调节。

目前研究表明，心脏中主要表达电压依赖性氯通道（ClC）、囊性纤维性跨膜转导体（CFTR）、容量调节性氯通道和钙激活的氯通道。

其中由CLC3所编码的容积敏感性外向整流氯通道（VSOR）与细胞容积调控有着密切关系[1]。

1 氯通道简介及生物学特性20世纪90年代初，Jentsch等[2]首先在电鳐电器官上成功克隆出电压依赖性氯离子通道（voltage-dependent CI channels，CIC），至此使氯通道研究取得了突破性进展。

根据氯离子通道开启的方式不同可分为：①电压依赖性氯通道；②囊性纤维性跨膜转导体；③容量调节性氯通道；④钙激活的氯通道；⑤p64基因家族；⑥配体激活的氯通道。

其中，容量调节性氯通道又被称为容积敏感性外向整流（volume-sensitive outwardly rectifying，VSOR）氯离子通道。

容积敏感性外向整流性氯通道（VSOR Cl-）表现出与其他类型阴离子通道不同的表型特征[3]，这些特征包括有：①VSOR Cl-通道可由细胞容积增大而激活，细胞容积的减小而抑制；②不管细胞内外Cl-浓度如何变化，ICl，vol均呈现中度的外向整流特性；③电流激活呈现非电压依赖性，正电压时时间依赖性失活，负电压则恢复活性；④多种单价离子可以携带该电流，一般认为其阴离子渗透序列为：SCN->I->Br->Cl->F->谷氨酸根，而且在细胞处于低渗状态下，可以诱导多种有机物如氨基酸和多元醇经该通道流出；⑤对阴离子通道阻断剂（如NPPB、tamoxifen、niflumic acid、DIDS和SITS等）的广泛敏感性。

2 调节机制正常情况下，细胞都具有应对胞外微环境变化，调节自身体积的能力。

调节性容积回缩（RVD）是重要和普遍的生理过程，其定义是细胞肿胀后发生的容积减小[4]。

包括VSOR在内的多种离子通道和转运体已被证实参与RVD过程[5，6]。

当细胞外基质处于高渗状态时，细胞会发生皱缩。

为了重新达到正常容积，细胞会发生调节性细胞容积增加（regulatory volume increase，RVI），RVI的发生主要与Na+-K+-2Cl-同向转运体，Na+-Cl-同向转运体和Na+/H+交换体等有关[7]。

一定情况下，Cl-电流的减少可反映出VSOR Cl-通道活动受抑制。

例如，原代培养的人输精管细胞在渗透压为290 mosm/L的灌流液和电极内液中，一旦全细胞模式形成，就会记录到一个缓慢增长的Cl-电流；这一效应可被胞外渗透压的增加而翻转[8]。

这说明VSOR Cl-通道参与RVI调节细胞容积。

3 调节心脏干细胞增殖众所周知，心肌梗死后心肌重构是导致心力衰竭的重要原因。

干细胞治疗存在的最大”瓶颈”是细胞在心梗微环境中利用率极低。

如何让”娇贵”的干细胞有效存活和增殖成为一大难题。

Tao[9]等人发现，MSCs上的两种主要的功能性离子通道IKca和Icl.vol对细胞增殖具有调控作用。

使用容积敏感性氯离子通道抑制剂可明显减低MSCs增殖能力，使用siRNA技术敲除容积敏感性氯离子通道的编码基因CLC3后，MSCs增殖能力显著降低。

细胞多数停留在G0/G1期，进入S期的细胞数量减少，并且cyclinD1、cyclingE表达明显下降，这说明氯离子通道可通过对细胞周期蛋白的调控来影响骨髓间充质干细胞增殖。

而HanY[10]等采用全细胞膜片钳技术检测c-kit+CSCs，发现该细胞至少存在四种电流：延迟整流性钾电流（IKDR）、瞬时外向性钾电流（Ito）、内向整流性钾电流（Ikir）和氯电流（Icl），且电流能被相应的阻滞剂阻断，药物洗脱后电流恢复。

C-kit+CSCs 中存在的容积敏感性氯通道（Icl.vol）被CIC-3所编码。

在常氧状态下，用容积敏感性氯通道抑制剂NPPB后发现c-kit+CSCs增殖能力减弱，停留在G0/G1期的细胞数量增加，进入S期的细胞数量减少，这说明，容积敏感性氯通道参与调控c-kit+CSCs增殖。

4 调节细胞凋亡细胞凋亡是在器官发育，组织的动态平衡，细胞周期和退行性疾病的发病机制中必不可少的过程。

发生在凋亡小体形成前的细胞容积减少称为凋亡性细胞皱缩（apoptotic volume decrease，A VD），K+和Cl-的流出会导致细胞A VD的发生。

VSOR参与A VD过程可以在人上皮HeLa细胞、淋巴U937细胞等多种类型的细胞中展现[11]。

另外，A VD的诱导伴随着RVD的易化，在这过程中总是伴随有VSOR的激活。

其次，由STS、TNFα或Fas配体诱导的A VD可以在非特异性K+通道阻断剂（Ba2+和奎宁）Cl-通道阻断剂（NPPB、DIDS、SITS和尼氟灭酸）同时存在的条件下被抑制。

因此，Cl-通道的活动很有可能是A VD的一个必要条件。

研究结果也证明了这一点，容积敏感性氯离子通道参与调节细胞早期凋亡事件A VD，而其通道阻断剂可以抑制细胞凋亡。

也有研究表明，使用VSOR Cl-通道抑制剂可以通过PI3K/AKT，Erk 1/2途径抗击心肌细胞凋亡及收缩功能障碍。

WangX等人通过缺血再灌注小鼠模型发现，使用VSOR Cl-通道抑制剂（DIDS 或NPPB）处理心肌细胞，可以有效的预防由缺血再灌注所引起的心肌细胞凋亡。

Raucci F等人发现，VSOR Cl-通道还与神经酰胺所诱导的心室肌细胞凋亡有关。

5 展望总之，VSOR不仅在多种生理过程，如調节细胞体积，细胞增殖，细胞迁移和细胞周期，细胞凋亡中起着重要作用，而且与许多病理生理过程，如缺血发生，局部缺血再灌注，乳酸酸中毒，炎症，以及在肿瘤细胞中顺铂耐药性有关。

因此，可利用基因敲除及膜片钳等技术为上述病理过程提供更佳的治疗策略。

另外，利用干细胞修复心梗后心肌已成为近年来的热点，干细胞在氧化应激环境下细胞微环境的变化，会导致细胞容积发生变化，从而发生细胞凋亡，而利用VSOR调控细胞容积的特点，以期能会干细胞修复受损心肌提供新的治疗靶点。

参考文献：[1]Weylandt KH，Valverde MA，Nobles M，et al.Human ClC-3 is not the swelling-activated chloride channel involved in cell volume regulation[J].J Biol Chem，2001，276（20）：17461-17467.[2]Jentsch TJ，Stein V，Weinreich F，Zdebik AA.Molecular structure and physiological function of chloride channels[J].Physiol Rev，2002，82（2）：503-568.[3]Okada Y.Cell volume-sensitive chloride channels：phenotypic properties and molecular identity[J].Contrib Nephrol，2006，152：9-24.[4]Hoffmann EK，Dunham PB.Membrane mechanisms and intracellular signalling in cell volume regulation[J].Int Rev Cytol，1995，161：173-262.[5]Stutzin A，Torres R，Oporto M，et al.Separate taurine and chloride efflux pathways activated during regulatory volume decrease[J].Am J Physiol，1999.277（3 Pt 1）：C392-402.[6]Chen LX，Wang LW.V olume-activated chloride current in pigmented ciliary epithelial cells[J].Sheng Li Xue Bao，2000，52（5）：421-426.[7]Bachmann O，Heinzmann A，Mack A，Manns MP，Seidler U.Mechanisms of secretion-associated shrinkage and volume recovery in cultured rabbit parietal cells[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2007，292（3）：G711-17.[8]Winpenny JP，Mathews CJ，Verdon B，et al.V olume-sensitive chloride currents in primary cultures of human fetal vas deferens epithelial cells[J].Pflugers Arch，1996，432（4）：644-654.[9]Tao R，Lau CP，Tse HF，Li GR.Regulation of cell proliferation by intermediate-conductance Ca2+-activated potassium and volume-sensitive chloride channels in mouse mesenchymal stem cells[J].Am J Physiol Cell Physiol，2008，295（5）：C1409-1416.[10]Han Y，Chen JD，Liu ZM，et al.Functional ion channels in mouse cardiac c-kit（+）cells[J].Am J Physiol Cell Physiol，2010，298（5）：C1109-1117.[11]Maeno E，Ishizaki Y，Kanaseki T，Hazama A，Okada Y.Normotonic cell shrinkage because of disordered volume regulation is an early prerequisite to apoptosis[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2000，97（17）：9487-9492.编辑/哈涛。