离子通道与通道病（网上资料）

离子通道与通道病（网上资料）离子通道病概述离子通道病是指离子通道的结构或功能异常所引起的疾病，具体表现在编码离子通道亚单位的基因发生突变或表达异常，或体内出现针对通道的病理性内源性物质时，离子通道的功能发生不同程度的减弱或增强，导致机体整体生理功能紊乱，形成某些先天性或后天获得性疾病，主要累及神经、肌肉、心脏、肾脏等系统和器官.迄今为止，研究比较清楚的离子通道病主要涉及钾、钠、钙、氯通道领域。

钾离子病钾离子通道在所有可兴奋性和非兴奋性细胞的重要信号传导过程中具有重要作用，其家族成员在调节神经递质释放、心率、胰岛素分泌、神经细胞分泌、上皮细胞电传导、骨骼肌收缩、细胞容积等方面发挥重要作用.已经发现的钾通道病有常染色体显性良性家族性新生儿惊厥(benign familial neonatal convulsions，BFNC)、1-型发作性共济失调(episodic ataxia type 1)、阵发性舞蹈手足徐动症伴发作性共济失调(paroxysmal choreoathetosis with episodic ataxia)、癫痫、1-，2-，5-，6-型长QT综合征、Jervell和Lange-nielsen综合征[3]、Andersen综合征[4]等.钠离子病钠离子通道在大多数兴奋细胞动作电位的起始阶段起重要作用，已经发现的钠通道病有高钾型周期性麻痹、正常血钾型周期性麻痹、部分低钾型周期性麻痹、先天性副肌强直、各型钾加重的肌强直、先天性肌无力、3-型长QT综合征、1-型假性醛固酮减少症、Liddle综合征[5]、全面性癫痫热性发作叠加症(generalized epilepsy with febrile seizures plus)[6]等.钙离子病钙离子通道广泛存在于机体的不同类型组织细胞中，参与神经、肌肉、分泌、生殖等系统的生理过程.已经发现的钙通道病有家族性偏瘫型偏头痛、低钾型周期性瘫痪、2-型发作性共济失调、6-型脊髓小脑共济失调、中央脊髓性肌病(central core disease of muscle)、恶性高热、Lambert-Eaton肌无力综合征[7]、癫痫等.氯离子病氯离子通道广泛分布于机体的兴奋性细胞和非兴奋性细胞膜及溶酶体、线粒体、内质网等细胞器的质膜，在细胞兴奋性调节、跨上皮物质转运、细胞容积调节和细胞器酸化等方面具有重要作用.已经发现的氯通道病有先天性肌强直(Thomsen型)、隐性遗传全身性肌强直(Becker型)、囊性纤维化病、遗传性肾结石病、3-型Bartter综合征[8]等.离子通道电位的基本结构。

通过产生动作电位或形成电位梯度，神经元之间信息得以传递。

细胞兴奋时，一些通道开放而另一些关闭，离子通过细胞膜并产生电位变化。

膜电位变化既可产生“全或无”的动作电位，也可产生梯度电位，使细胞膜极性增高或降低。

Siegelbaum等将膜通道的特性总结为：（1）传导离子，（2）识别和选择特定的离子，（3）针对特定的电、机械或化学信号，开放和关闭通道。

静息膜电位和膜电位变化均有赖于各种离子通道和一些膜转运体。

通道广泛分布于神经系统，存在于细胞体、树突、轴索和突触，存在于神经肌肉接头和肌膜上。

通道的数目及类型依细胞类型及其位置而不同。

在轴索离子通道主要为Na＋和K＋通道；在有髓纤维郎飞氏结处有高密度的Na＋通道；在神经肌肉接头处有高密度的烟碱型Ach配基门控通道；Cl－通道对肌细胞来说特别重要，70％肌细胞静息膜电位取决于Cl－通道。

细胞膜上存在数种类型通道：非门控性、门控性、和第二信使门控性通道。

非门控性通道开放或关闭与简单的离子浓度梯度有关，而门控性通道需要一种“钥匙”来打开通道之门。

通道的开放和关闭需要通道构型变化，然而仅仅部分构型变化特征被弄清楚。

近来Siegelbaum等提出三种通道开放和关闭的物理构型模型。

通道是脂质膜内大分子蛋白复合体。

在结构上，常常可分为不同的蛋白单位（称为通道亚单位）。

每一亚单位具有不同功能，由不同的基因编码，大多数通道包含有一主要亚单位和3～4个辅助亚单位。

在电压门控通道，主要亚单位为α亚单位，能够执行通道的功能。

在Na＋、K＋和Ca2+通道，主要亚单位在功能上独立，而其辅助亚单位对其起调节作用。

最近Doyle等利用高分辨率的X线晶体图像观察到K＋通道，由4个多肽亚单位组成，其围绕中心孔隙对称排列。

离子通道常呈现三种状态：开放、和二种关闭状态（静息关闭和失活关闭）。

通道“门”可通过多种机制激活，包括电压、机械变化，PH值变化，结合配基（如神经递质），或直接通过第二信使系统激活。

因此，门控性通道可依据其激活机制不同进行分类：电压门控性、配基门控性、质子门控性等。

通道对一些特别离子具有优先通透性，包括钠、钾、氯和钙离子。

在非门控性通道，离子流依离子浓度梯度通过通道。

离子的流动是被动运动，涉及K＋外流和Na＋内流。

膜电位可按照Nernst公式来计算。

K＋外流和Na＋内流这种趋势通过Na＋-K＋泵的活动得以平衡，Na＋-K＋泵消耗ATP逆电化学梯度转运这二种离子。

非门控性通道包括神经元和胶质细胞上的Na＋、K＋通道。

在静息神经元，通过非门控性通道，外流的K＋与内流的Na＋相平衡，膜电位保持恒定。

细胞激活时，兴奋性突触电位激发电压门控性Na＋通道开放，Na＋大量内流并超过K＋外流量。

电压门控Na＋内流导致细胞去极化，然后K＋通道介导细胞复极。

电压门控性通道是指一类通道，其传导性受膜电位变化的影响。

这些通道拥有电压感受器，对膜电场十分敏感。

感受器激发通道蛋白构型改变，使通道“门”开放或关闭，从而决定通道的通透性。

电压门控性通道家族包括Na＋、K＋、Ca2+、及Cl－通道。

神经系统包含多种多样的电压门控性通道。

目前在神经元至少发现4种不同类型的K＋通道。

我们知道有10类Na＋及3类Ca2+电压门控性通道。

质子门控性通道对PH值变化敏感，低PH值激活这类通道。

目前3种质子门控性通道已被克隆：背根酸性感应通道（DRASIC），酸性感应离子通道（ASIC）和哺乳动物退化蛋白同系物（MDEG-1）。

PH 值降低时这些通道对Na＋开放，DRASIC同时对Ca2+开放。

这些通道广泛分布于神经组织。

ASICs具有二种变体：ASIC-α和ASIC-β，ASIC-β只存在于感觉神经元，其功能仍不清楚。

配基门控性通道也是离子通道，通过与神经递质或其它化学物质结合来调节通道传导性。

已知的激活这类通道的神经递质有：谷氨酸，甘氨酸，GABA和乙酰胆碱。

研究较深入的是位于神经肌肉接头处的烟碱型Ach受体通道，这种受体是由5个不同亚单位（α～γ）组成的细胞膜内蛋白。

在肌肉组织该受体存在2个α亚单位，每个亚单位含有4个α螺旋区域（M1～M4），M2区形成通道的中心孔隙，M2区外边界和内边界部的氨基酸带负电荷，构成对离子选择性的过滤器。

电压门控性通道允许Na＋或K＋内流，而Ach受体开放时对Na＋、K＋、和Ca2+均有通透性。

神经系统的谷氨酸受体存在二种形式：亲离子型和亲代谢型。

亲代谢型受体属G蛋白偶联受体家族。

亲离子型谷氨酸受体通道进一步可分为NMDA，AMPA/KA和KA受体通道。

GABA受体可分为二类：GABAA和GABAB。

GABAA受体由5个亚单位组成，在不同种属以及大脑不同区域，该受体由不同组合的亚单位组成。

目前对GABAB受体知之甚少。

当递质与GABAA受体结合（GABAA受体上二个结合位点需被激活）后，通道开放，允许Cl－流入细胞内。

甘氨酸门控通道与Cl－通道相似。

GABA和甘氨酸受体通道均属抑制性离子通道。

配基也可以为其它化学物质，如环核苷酸。

对这类信号作出反应的通道称为环核苷酸门控性（CNG）通道。

环核苷酸直接与通道结合并激活通道，在视网膜和嗅球已发现存在CGMP和CAMP通道。

光刺激视网膜后，激活CGMP受体，引起通道关闭及光感受体超极化。

相反，黑暗使通道开放，Na＋离子内流，光感受体去极化。

在嗅球上皮细胞，3分子的CAMP激活CNG通道，通道开放，Na＋和Ca2+离子进入神经元，使神经元去极化。

机械性门控通道在接受到压力或牵拉刺激后激活，已发现存在于感觉和运动神经元。

Walker等从果蝇感觉刚毛的神经元中克隆到一种离子通道，同时发现刚毛运动可转换为电冲动。

该受体突变后，机械运动诱导的感觉信号消失。

该实验提示果蝇刚毛是研究人耳毛细胞较好的模型，有利于进一步了解遗传性感觉神经性耳聋。

第二信使门控性通道的开放或关闭是通过第二信使间接的细胞内作用而实现。

例如蕈毒碱型Ach受体激活膜G-蛋白受体，然后关闭K ＋通道。

这一过程由二个步骤完成：配基结合启动细胞内化学过程，和第二步通道门控活动，离子通道是通过磷酸化或CAMP、CGMP来激活的。

蕈毒碱型Ach受体、5-羟色胺和肾上腺素能受体均属第二信使门控通道。

通道由蛋白质集聚而成，通道结构取决于基因编码的蛋白质。

每一蛋白亚单位由不同基因编码，而且一种蛋白质存在数种异构体，每种异构体间编码基因又不同。

我们已知50余种编码通道亚单位的基因。

基因突变容易改变特定通道的结构，使通道功能异常。

阐明这些通道的分子结构和遗传学特征，有助于深入了解其功能及其在遗传性疾病中的作用。

随着对通道亚单位功能的进一步了解，我们可能发现特异有效的治疗方法。