分子生物学中钾离子通道研究进展(精)
分子生物学中钾离子通道研究进展
摘要：钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。近年来，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种钾离子通道基因，包括内向整流型钾离子通道基因(如OsAKT1，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型钾离子通道基因(如CORK，PTORK ，STORK 等)。文章分别从结构、功能以及相关基因等三方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展，并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进行了讨论。
关键词：钾离子通道；结构；基因 离子通道(ion channe1)是跨膜蛋白，每个蛋白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来讲，离子通道具有两个显著特征： 一是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。 二是通道对离子的选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。根据通道可通过的不同离子，可将离子通道分为钾离子(potassium ion，K )通道、钠离子(natrium ion，Na )通道、钙离子(calcium ion，Ca2 )通道等。其中，K 通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道，根据其对电势依赖性及离子流方向的不同，可把K 通道分为两类：①内向整流型K 通道(inward rectifier K
channel；Kin)，② 外向整流型K 通道(outward rectifier Khannel；K
out)。K 是植物细胞中含量最为丰富的阳离子，也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子，它在植物生长发育过程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K 通道，这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实，他们利用膜片钳(patch chmp)技术，首先在蚕豆(V／c／afaba)的保卫细胞中检测出了K 通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体，4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore)，恰好让单个K 通过。对于不同的家族，4"亚基有不同数目的跨膜链(membrane。span。ning element)组成。两个跨膜链与它们之间的P回环(pore helix loop)是K 通道结构的标志2TM／P)，不同家族的K 通道都有这样一个结目前从植物体中发现的K 通道几乎全是电压门控型的，如保卫细胞中的K 外向整流通道等，其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在狭窄的选择性过滤器(selectivity filter)中(图2一b)，X射线晶体学显示选择性过滤器长1．2 nIll，孔径约nIll，K钾离子通道的作用.有关K 通道在植物体内的作用研究并不多。 从目前的结果来看，认为主要是与K 吸收和细胞中的信号传递(尤其是保卫细胞)有关。小麦根细胞中过极化激活的选择性内流K 通道的表观平衡常数Km值为8．8 mmol／L，与通常的低亲和吸收系统Km值相似[ 。近年来，大量K 通道基因的研究表明，K 通道是植物吸收转运钾离子的重要途径之一。保卫细胞中气孔的开闭与其液泡中的K 浓度有密切关系。质膜去极化激活的K 外向整流通道引起K 外流，胞质膨压降低，导致气孔的关闭。相反，质膜上H．ATPase激活的超极化(hyperpolarization)促使内向整流钾离子通道(K in)的打开，引起K 的内流，最终导致气孔的张开钾离子通道相关基因及其功能特征迄今，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离得到多种K 通道基因(图3)，根据对其结构功能和DNA序列的分析，可以把它们分为5个大组：工，Ⅱ，Ⅳ组基因属于内向整流型通道；m组属于弱内向整流型通道(weakly inwardAKT1Arabidopsis
K Transporter 1)是第一个克隆到的植物K 通道基因，采用酵母双突变体互补法从拟南芥cDNA文库中筛选出来cDNA序列分析表明，AKT1长2 649 bp，其中的阅读框为2 517 bp，编码838个氨基酸残基组成的多肽，相对分子质量约为95 400 Da。AKT1编码的K 通道，对K 有极高的选择性，其选择性依次是K >Rb >>Na >Li 。
Northern blot分析表明，AKT1组织特异性较强，主要在根组织中表达ZMK1(Zea mays K channel 1)是从玉米胚芽鞘中分离出的K 通道基因，在皮层表达。在卵母细胞中的表达表明，ZMK1编码的K 通道是通过外部酸化激活的。有研究表明，蓝光对ZMK1通道在玉米胚芽鞘中的分布有一定影响[3 2l。1组KAT1组基因编码内向整流钾离子通道，其与AKT1组基因产物结构上的最大区别是在COOH端没有锚蛋白相关区(枷n?related do?main，ANKY)。KAT1组基因主要包括KAT1，KST1，SIRK，KZM1，KPT1等。KAT1(Arabidopsis inward
rectifier K channel1)是与AKT1同时从拟南芥cDNA文库中筛选出来的植物K
通道基因。KAT1基因的阅读框含有2 031个核苷酸，编码的多肽由677个氨基酸残基组成，相分子质量约为78 000 Da。KAT1的表达具有组织特异性，KAT1在拟南芥植株中的主要表达部位是保卫细胞，在根和茎中也有少量的表达。人们认为KAT1通道可能参与了气孔开放，并向维管组织中转运K ，而不是直接从土壤中吸收KJ。 以KAT1为探针，又能从拟南芥cDNA文库中筛选出KAT2等功能类似的内向整流型K 通道基因通过基因工程技术，人们已相继开展了将KATI和AKTI基因导人到拟南芥、烟草和水稻的研究，并获得了一些转基因植株。比如，施卫明等利用根癌农杆菌介导法已成功地把KAT1和AKT1导人拟南芥和野生型烟草中，并获得了转基因植株及其纯合株系，发现转基因植株的吸钾速率和对K 的累积能力都比对照的有明显的提高，而且，经过分子检测，也证实711和AKT1基因在转基因植株中得到了整合和表达。因此，运用现代分子生物学手段和基因工程技术筛选高效利用钾的作物品种或利用现有的钾离子通道基因改良作物品种，从而提高作物本身的钾吸收利用能力应该是目前主要的研究方向。可以相信，随着分子生物学技术、基因工程技术和有关分析测试技术的发展和应用。随着研究工作的不断深入，有关钾离子通道基因的分离、克隆和利用会取得更大的进展。 参考文献：1.J Langer K，Ache P，Geiger D，et a1．Polar potassiumⅡalIspclnerscapable of controlling
Khomec~tasis and K 一dependent圳0gm?esislJJ，ThePlant Journal，2OO2，32：997?1009．2 .Schroeder JI，Hedrich R．Potassium-selective
single channels inguard cell protoplasts of Vicia ba[J]．nature，1984，312：361? 363．
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with alteredconduction properties and selectivity filter ion
distribution[J]．JMB，2O04，338：839?846．6. Elide F，Serena V，Alex
C，et a1．DKT1，a novel K channel fromcarrot，forms functionalheteromeric channels with KDC1[J J．FEBS Letters，20O4，573：61?677. SentenacH，BormeaadN，MinerM，eta1．Cloningand
expressionin yeast of a plant potassium ion transport
system[J]．Science，1992，256：663．
ATP敏感性钾通道与心肌保护的研究新进展_张娜
第28卷 第5期2010年5月中 华 中 医 药 学 刊CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINEVo.l28No.5May2010
中华中医药学刊ATP敏感性钾通道与心肌保护的研究新进展张 娜,章怡祎,韩向辉,蔡珏锋,刘 萍(上海中医药大学龙华医院,上海200032) 摘 要:缺血预处理(IP)和缺血后处理(POC)对心肌缺血/再灌注损伤有一定的保护作用,ATP敏感性钾通道是IP、POC的重要环节。因而KATP通道在调节心肌细胞缺血、缺氧的病理生理反应中起重要作用。对KATP通道结构、功能调控,在IP、POC中的心肌保护作用以及中药在该领域的研究进展作一综述。 关键词:ATP敏感性钾通道;心肌保护;研究进展中图分类号:R542.2 文献标识码:A 文章编号:1673-7717(2010)05-0998-03RecentAdvanceinResearchonATP-sensitivePotassiumChannelsandMyocardialPreservationZHANGNa,ZHANGY-iy,iHANXiang-hu,iCAIJue-feng,LIUPing(LonghuaHospitalAffiliatedtoShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai200032,China)Abstract:Ischemicpreconditioning(IP)andischemicpostconditioning(POC)haveprotectiveeffectsonmyocardialischemia/reperfusioninjury,whileATP-sensitivepotassiumchannels(KATPchannels)playakeyroleinIPandPOCoftheheart.Activationofthispotassiumchannelcontributestotheregulationofmyocardialcellinjuryduringhypoxiaandischemia.Below,thispaperwillreviewanddiscusscurrentstudiesoncorrelatingstructure,functionandmyocardialpro-tectionofKATPchannels.Keywords:ATP-sensitivepotassiumchannels;myocardialprotection;advanceinresearch
离子通道和转运蛋白分子模拟的研究进展
离子通道和转运蛋白分子模拟的研究进展
离子通道和转运蛋白分子对生命活动具有重要影响，因此它们的结构和功能研究一直是生物学和生物物理学等学科的重要领域。现代计算机技术的快速发展，促进了该领域研究的进展。利用分子动力学模拟等计算方法，可以从原子尺度上研究离子通道和转运蛋白分子的运动、结构和功能，探究它们与生命活动的联系。本文将就离子通道和转运蛋白分子模拟的研究进展进行探讨。
一、离子通道模拟研究
离子通道是生物大分子系统中的重要组分，具有传递离子、调节电信号、维持离子平衡等生理功能。研究离子通道的结构和动力学可以从分子级别深入了解它们的功能机制，发现新型药物等。随着计算机性能的提升，分子动力学模拟已经成为研究离子通道的主流方法之一。
在离子通道的分子动力学模拟方面，近年来取得了不少重要进展。在模拟系统的建立方面，通常采用周期性边界条件来模拟大分子系统，在模拟期间令离子通道周围的溶剂分子形成一个水箱来模拟溶剂环境。在模拟计算时，系统要受到能量守恒的约束条件。通过对系统的仿真运算，可以计算得到离子通道的稳定状态、离子在通道内的动态行为等重要参数。
在离子通道的模拟计算中，主要有两种方法：加速动力学方法和机械平衡方法。加速动力学方法常见有Umbrella采样和Metadynamics方法等。Umbrella采样是利用电势平面来对离子通道进行加速动力学模拟，从而计算出离子在通道内的运动状态；Metadynamics方法则是将离子通道内的自由能和不同的构象进行联系，通过计算离子通道内的自由能差来获得离子通道的稳定状态。机械平衡方法主要有平衡分子动力学方法和Brownian动力学方法等。其中，平衡分子动力学方法采用投影方法计算离子的通道内能量分布，通过卡诺热力学定理计算出离子的分布状态。Brownian动力学方法则是从热力学方程角度来考虑，通过求解Langevin方程的积分方程，计算出离子通道内的平均温度和粘度等参数。
电压门控性钾、钙、钠离子通道的结构及分类
电压门控性钾、钙、钠离子通道的结构及分类
一、本文概述
Overview of this article
电压门控性离子通道是细胞膜上的关键组件，它们在神经、肌肉和许多其他类型的细胞中发挥着至关重要的作用。这些通道能够响应膜电位的变化，进而控制离子的进出，从而调节细胞的电活动。在本文中，我们将重点讨论电压门控性钾、钙、钠离子通道的结构及其分类。
Voltage gated ion channels are key components on the cell
membrane, playing crucial roles in nerves, muscles, and many
other types of cells. These channels can respond to changes in
membrane potential, thereby controlling the entry and exit of
ions and regulating cell electrical activity. In this article,
we will focus on the structure and classification of voltage
gated potassium, calcium, and sodium ion channels.
我们将首先介绍离子通道的基本概念和特性，以及它们在细胞生理中的关键作用。随后，我们将详细探讨钾、钙、钠离子通道的结构特点，包括它们的亚基组成、跨膜区域、以及通道门控机制等。我们还将对这些通道进行分类，包括根据其电压敏感性、药理学特性以及在细胞中的定位进行分类。
We will first introduce the basic concepts and
characteristics of ion channels, as well as their key roles in
钾通道与肿瘤细胞增殖关系
中华临床医学杂志．２００８年６月，第９卷，第６期
钾通道与肿瘤细胞增殖关系
崔琨明 邱世宇袁昌锦 ５ｌ
・综述与讲座・
【摘要】钾离子通道是位于生物膜上允许钾离子通过的蛋白复合物，细胞膜两侧的钾离子通过钾通道可以被动转运；
它们在调节钾离子稳态、细胞容积方面起重要作用，并通过调节膜电位等生理功能进一步调控递质释放、激素分泌，以
及神经、肌肉的兴奋性。近年来发现肿瘤细胞膜上也分布着不同类型的钾离子通道，并与肿瘤的发生发展密切相关。随
着对各类钾离子通道研究的深入，发现许多钾通道可成为肿瘤的治疗靶点。
【关键词】钾离子通道肿瘤治疗靶点
中图分类号：Ｑ５／Ｒ７３０．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１７２９－５３８６（２００８）０６－００５１－０４
钾通道是目前发现的亚型最多、作用最复杂的一类离
子通道，广泛分布于骨骼肌、神经、心脏、血管、胃肠道、
血液及腺体等细胞。许多科研人员致力于肿瘤细胞膜上钾
离子通道的研究。近年来随着膜片钳技术和分子生物学的 不断发展，这方面的研究已成为热点，本文就钾通道与肿
瘤关系研究进展作一综述。 １钾离子通道的生理学
１ １电压依耐性钾通道（Ｋｖ） 此类通道主要包括Ａ型瞬时
钾通道（ＫＡ），毒蕈碱敏感的Ｍ通道，延迟整流钾通道等，
其中快速失活Ａ型钾通道和毒覃碱敏感的Ｍ通道广泛分
布于神经系统，参与神经系统兴奋性的产生和传播，神经
递质的释放，细胞增殖及细胞退化…。Ｍ通道功能障碍与
许多神经性疾病有关，其中神经性疼痛的一个特征就是传
入感觉神经的过度兴奋 ，开放Ｍ通道将导致细胞超极
化，降低细胞兴奋性。钾通道蛋白分子序列鉴定与通道蛋
白晶体ｘ线衍射分析相结合，已清晰地描绘出电压依赖 性钾通道的结构特点 Ｊ。电压依赖性钾通道由４个结构相
同的Ⅱ单位组成，每一亚单位主要包含３个部分；６个跨
膜蛋白分子节段（ｓ１～ｓ２），Ｎ２末段，Ｃ２末段。 １，２钙依耐性钾通道此类钾通道为一类具有电压和ｃａ２
植物生理学中的离子通道研究
植物生理学中的离子通道研究
植物是地球上最为广泛的生物，占据了所有陆地的大部分面积。作为生长在地球环境之间的生物，植物需要对外部环境做出有效的反应，以适应能够让它们生存繁衍的环境变化。植物的反应机制和适应能力与其生理变化是密不可分的，特别是与植物细胞离子通道研究。
离子通道是植物细胞中的膜蛋白，是控制电子流动传输和细胞内外离子平衡的重要组成部分。对于植物的根系、叶片、花器官、果实和种子，离子通道的调节和控制在植物生长、中央氧化而得能、光合作用、信号转导、气孔运动、重金属离子的抗性等方面起着至关重要的作用。因此，离子通道不仅是植物生理研究的重要领域，也是植物分子生物学领域的研究热点之一。
在植物生理学领域的研究中，离子通道的研究可以分为以下几个方面：
（1）离子通道的分类和特征：离子通道主要包含K+通道、Ca2+通道、Cl-通道、Na+通道等多种类型。每种类型的离子通道具有独特的结构和离子选择性，以便细胞内、细胞外离子浓度的调节；
（2）离子通道对植物生长、开花和果实发育的影响：研究表明，离子通道对植物生长、开花以及果实发育等方面都有着重要的作用，如水稻中的 OsHAK5 运输K+和Na+通道的功能对水稻粮食产量的增加起到了重要的作用。
（3）离子通道对植物对环境逆境的反应：植物在受到负荷胁迫、干旱、高盐、低温等环境压力时会产生反应，离子通道在其中也发挥了重要的作用。例如，许多离子通道在植物干旱或低钾胁迫时可以被激活，以帮助植物抵抗逆境。
（4）离子通道在响应内源和外源信号时的作用：离子通道在维持植物基本生理机能的同时，还能被内源和外源信号所调节。该调节可以调整植物对逆境的应对能力，从而增加植物的逆境抗性。 通过对离子通道的深入研究，研究者们可以进一步理解植物在环境变化中的适应能力和机制，并揭示植物生理学领域中的新知识和新方法。同时，离子通道技术的发展和应用也为植物的改良和开发提供了基础和理论支持。
HERG论文：盐酸昌欣沙星抑制HERG钾离子通道分子机制的研究
HERG论文：盐酸昌欣沙星抑制HERG钾离子通道分子机制的研究
【中文摘要】HERG (human ether a-go-go related gene)基因最初发现于人脑的海马组织,编码延迟整流钾通道快速成分(rapid
component of delayed rectifier potassium channel, IKr)的α亚基,其介导的HERG钾离子流(IHERG)在心肌动作电位复极化3期过程中发挥重要作用。研究表明,HERG突变是2型遗传性长QT综合征(long
QT syndrome, LQT2)发病的分子生物学基础,而药物引起的HERG钾通道的阻断是获得性LQTS的主要原因。严重时二者均可引起心肌动作电位复极化时程延长,诱发心律失常,如尖端扭转型室性心动过速(Torsades de pointes, Tdp),以体表心电图QT间期延长,发作性晕厥或心源性猝死为典型临床症状。HERG钾通道能被多种药物阻断是由其特殊的分子结构决定的。HERG钾通道与其他钾通道相比,内腔较大,易被一些药物结合,且内腔中的一些氨基酸,如Tyr652, Phe656与多种药物高度亲和,抑制IHERG°目前已知能够通过阻断HERG钾离子通道引起LQTS的药物有心血管系统药物以及多种非心血管系统药物,如抗疟疾药、抗组胺类药、和抗肿瘤药、肌肉松弛剂,抗生素和抗菌剂等都可通过与HERG钾通道内腔氨基酸结合,不同程度地抑制IHERG,诱发心律失常。因此,近年来在新药研发过程中,药物对IHERG的阻断作用就成为药物研发过程中心脏安全评价的重要指标之一,精确理解药物阻断作用的分子机制则成为临床工作者和基础研究人员关注的
焦点问题。氟喹诺酮类抗菌药是广泛用于感染性疾病的第三代喹诺酮类抗菌药。因其口服易吸收,抗菌活性强而在临床上广泛应用。然而,近年来随着这类药物临床应用面的扩大,因几种氟喹诺酮类抗菌药物抑制HERG而使心肌复极化3期时程延长,进而导致体表心电图QT间期延长,诱发获得性LQTS的报道不断公诸于世。例如,氟喹诺酮类药物的代表药物之一司帕沙星(Sparfloxacin, SPX)因相继在家兔和人,被发现可以显著引起QT间期延长,心肌细胞动作电位时程的延长,而被退出市场,因为相同的原因被撤出市场的还有格帕沙星(Grepafloxacin, GPX)、加替沙星(Gatifloxacin, GTX)、替马沙星(Temaflloxacin, TMX)。盐酸昌欣沙星(Chinfloxacin, CFX)是我国自主创新、开发研制的第三代氟喹诺酮类抗菌药,其对IHERG的作用尚不清楚。因此本文的问题是：CFX,是否与其他氟喹诺酮类药物一样,对IHERG有抑制作用,如果CFX能够抑制IHERG,那么CFX与HERG钾通道相互作用的分子机制是什么?本课题通过下述三个部分回答这些问题：首先以体外瞬时表达HERG钾离子通道的HEK293细胞为研究对象,利用全细胞膜片钳记录技术,观察CFX对HERG钾离子通道的影响,并以CFX的改造前体,目前正广泛应用于临床的盐酸莫西沙星(Moxifloxacin, MOX)为阳性对照。结果显示CFX以浓度、电压和时间依赖的方式抑制IHERG,且主要作用于通道的开放状态。但是CFX抑制HERG尾电流的半有效浓度(IC50=162.1μM)是其修饰前体MOX
大电导钙离子激活钾通道在心血管疾病中的研究进展
大电导钙离子激活钾通道在心血管疾病中的研究进展
汤徐;钱玲玲;王如兴;李肖蓉
【摘 要】Large conductance Ca2+-activated K+channels (BKCa channel)
are found to be abundantly expressed in the membrane of coronary
vascular smooth muscle cells, and play an important role in the
maintenance of cellular physiological functions. Evidence shows that cell
membrane depolarization and/or increase in intra-cellular Ca2+ activates
BKCa channels, then the opening of the channels enables K+efflux, thus
finally, membrane hyperpolarization and vasodilation take place. However,
the functions of BKCa channels are altered under some pathophysiological
conditions, such as hypertension, diabetes mellitus, hypoxia, heart failure,
aging and so on. This alteration exerts dramatic impacts on vascular
functions. The paper mainly reviewed the recent research progress in BKCa
ATP敏感性钾通道
摘要： ATP敏感性钾通道（ATP-sensitive potassium channel，KATP）于1983年由Noma首先在豚鼠的心肌细胞上发现，其特征是通道活性随胞内ATP浓度升高而被显著抑制。KATP通道现已证明多种组织细胞包括人的心肌细胞存在该通道，尤其在心肌缺血、室性心动过速、心衰的情况下，是重要的心脏保护因子，对于指导临床药物治疗、靶点的选择上具有重要的指导价值，本文将具体阐述KATP在心肌中的分布及生理功能。
关键词：ATP敏感性钾通道；电生理特性；生理功能
分子生物学研究表明，KATP通道是两个亚基构成的复合体，即内向整流钾通道(inwardly-rectifying potassium channel，Kir)和ATP结台蛋白超家族成员磺酰脲类受体(sultfonylurea receptor，SUR)， Kir亚基有Kir6.1和Kir6.2，形成通道的离子孔道；SUR 又分为SUR1和SUR2(SUR2A，SUR2B)，调节KATP 的功能及药物和ATP对通道的敏感性。不同的Kir亚基和SUR亚基相互结合，形成了不同组织KATP分子结构的多样性，而分子结构的不同又决定了不同组织KATP功能特征的复杂性。日前认为，心肌细胞KATP是由Kir6．2和SUR2A组成；胰腺口细胞KATP由Kir6.2和SUR1组成；血管平滑肌KATP 由Kir6.1和SUR2B组成。但Pu等[1]敲除小鼠心肌细胞SUR2亚基上的NBD1区即格列苯脲的作用位点，仍能用免疫组织化学、共沉淀和PCR技术证实存在NBD2和格列苯脲敏感的K+通道，这说明心肌细胞膜上的KATP通道有不同的种类组合。KATP 的功能取决于SUR和Kir亚基的分子连接方式。
1 KATP 的分布及电生理特性
Morrissey等[2]研究鼠心脏KATP 通道每个亚基的分布，结果发现Kir6.1 在心室肌细胞，冠状动脉平滑肌和内皮细胞中有表达，内皮毛细血管中也有Kir6.1 蛋白表达。 Kir6.2 主要在心室肌和内皮细胞中表达，而平滑肌细胞中没有表达。SUR1 在心室肌细胞表面强表达(但是冠脉系统中无表达), 而SUR2 主要在心肌和冠状动脉血管（主要是小血管）表达。在离体心室肌细胞T管中Kir6.2 和SUR2 共表达，在肌纤维上Kir6.1 和 SUR1亚基强表达。Singh等[3]通过共聚焦显微镜和亚细胞结构分离的方法亦发现Kir6.2 and SUR2A 大都分布在 心肌上，大多数Kir6.1分布在细胞内，从而推断心肌KATP是Kir6.2/SUR2A组成的低聚体。在T管内是SUR2B占优势。尽管Kir6.0亚基不在个别横纹肌表达，作者推断T小管类似心肌KATP由Kir6.2/SUR2B组成，至今认为Kir6.2是心肌KATP的主要成分，Kir6.0亚基和相对含量较少的Kir6.1亚基在个别膜表面分布。
心房颤动相关离子通道基因变异研究进展
・５６２・ 中国心脏起搏与心电生理杂志２００８年第２２卷第６期
心房颤动相关离子通道基因变异研究进展
丰明俊周宏林综述陈晓敏审校
［摘要］利用遗传连锁分析及基因定位克隆等技术，发现了心房颤动（简称房颤）的多种离子通道致病基因，主要
为编码心肌细胞不同电生理特性的钾离子通道基因，包括ＫＣＮＱ１、ＫＣＮＥ家族、ＫＣＮＪ２、ＫＣＮＨ２以及ＫＣＮＪ５基因的
变异。同时，还发现钠通道基因ＳＣＮ５Ａ以及钙离子释放钙通道ＲｙＲ２基因变异也与房颤的发生有一定的因果关
系。这些研究结果初步揭示了遗传因素在房颤病因学中的重要作用。
［关键词］ 心血管病学；心房颤动；综述；离子通道；基因突变
中图分类号Ｒ５４１．７ ５ Ｒ３３１．３ ８ 文献标识码Ａ 文章编号１００７～２６５９（２００８）０６—０５６２—０３
近十余年来，随着分子生物学技术和细胞电生理技术在
心血管领域里的应用，心房颤动（简称房颤）的分子遗传学
病因研究取得了重大进展，发现了若干家族性房颤致病基
因，以及与孤立性房颤有关的多态性。这些基因包括离子通
道、自主神经功能调节以及心房发育、结构重塑等相关基因。
其中，离子通道基因突变导致离子通道的结构与功能改变，
进而影响着心房肌细胞动作电位，因而对房颤的发生和发展
起着重要作用。因此，笔者扼要综述近年来房颤相关离子通 道基因突变方面的研究进展。
１钾离子通道基因突变与房颤
１．１ ＫＣＮＱ１基因突变与房颤
ＫＣＮＱ１基因定位于第１１号染色体ｌ１ｐ１５．５，编码６７６
个氨基酸组成的电压门控钾通道（Ｋｖ）的 亚单位，即心肌
缓慢激活延迟整流钾离子通道ｏ【亚基…。ＫＣＮＱ１和ＫＣＮＥ
家族蛋白相互作用，装配成功能性钾通道。Ｃｈｅｎ等 在一 个四代房颤家系中，利用家系遗传连锁分析、微卫星定位、
ＤＮＡ测序等方法，首先发现家族性房颤的致病基因ＫＣＮＱ１。
该基因突变系ＫＣＮＱ１第４１８位Ａ突变为Ｇ所致（Ａ４１８Ｇ），
电压门控型钾离子通道家族
中国心脏起搏与心电生理杂志２０１０年第２４卷第３期 ·２０１·
电压门控型钾离子通道家族
陆彤 王如兴 蒋彬
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—２６５９．２０１０．０３．００５ 中图分类号Ｒ３３１．３ ８ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—２６５９（２０１０）０３－０２０ｌ一０９
在心肌细胞中，已发现的钾通道种类之多、分工之细令人 瞠目结舌。为什么？这可能是因为细胞膜电位是维持细胞生命
活动和一切功能的基础，就需要如此众多钾离子通道（钾通道）
各尽其职地参与、协同调节膜电位在不同情况下的变化。如果
将单细胞比喻为一台精密仪器，那么这些钾通道就是这仪器上
的各种微调装置。电压门控性钾（ｖｏｌｔａｇｅ—ｇａｔｅｄ Ｋ ｃｈａｎｎｅｌｓ，
Ｋｖ）通道就是其中一类受膜电压调节的钾通道总称。Ｋｖ通道广
泛存在于许多可兴奋性和非兴奋性细胞膜，并参与细胞电冲动
的发放和内分泌的调节。在心肌细胞，它们直接参与心肌电兴
奋的恢复过程，对动作电位时程的长短具决定性作用。其中，瞬
时外向型钾电流（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｏｕｔｗａｒｄ Ｋ ｃｕｒｒｅｎｔｓ，Ｉ ）和超快速激
活型钾电流（ｕｌｔｒａ—ｒａｐｉｄｌｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｋ ｃｕｒｒｅｎｔｓ，Ｉ Ｋ¨ ）参与心肌动
作电位１相复极过程；Ｉ 和延迟整流性钾电流（ｄｅｌａｙｅｄ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
Ｋ ｃｕｒｒｅｎｔｓ，Ｉ ）的快、慢成份（Ｉ ，Ｉ ）参与动作电位２相和３ 相复极过程。因此，心肌细胞钾通道功能异常直接导致恶性心
律失常及心源性猝死。
对Ｋｖ通道的认识过程一直为人类离子通道研究领域进展
的重要标志。１９８７年，第一个Ｋｖ通道Ｓｈａｋｅｒ被克隆，从而使钾
通道的研究进入分子生物学水平，开辟了通道功能与结构关系
探索的新领域。１９９０年，在Ｓｈａｋｅｒ上首次发现通道快、慢失活
机制的分子学基础。１９９６年，ＭａｃＫｉｎｎｏｎ博士领导的研究小组