关键词： ATP敏感性钾通道；核苷酸；钾通道开放剂；磺脲类药物

摘要目的：综述核苷酸、磺脲类药物、钾通道开放剂调节ATP敏感性钾通道（K_ATP）活性的特点和相互作用关系的研究进展。方法：查阅近年来国内外有关文献资料，并结合作者的实验结果进行分析评述。结果：核苷酸、磺脲类药物和钾通道开放剂不仅通过通道门控机制调节心血管K_ATP，而且以复杂的相互作用协同调节通道。结论：心血管K_ATP分子结构中存在着多个功能位点，不同位点之间有相互调节作用。

中图分类号R962

K_ATP于1983年由Noma首先在心肌细胞上发现^［1］，随后的研究证实，此通道也存在于血管、胰腺、骨骼肌、神经元等其它组织^［2、3］。K_ATP开放时产生血管松驰和心肌保护作用，而通道的关闭则促进胰岛素分泌。因此，K_ATP是高血压、心绞痛和糖尿病等多种疾病的治疗学靶点。生理状态下，K_ATP处于关闭状态，缺血缺氧等病理状态下被激活开放，通过调节细胞兴奋性，影响细胞诸多方面的功能，从而发挥重要的调节作用。K_ATP在细胞表面密度大电导大，因而有较大的调节潜能。深入研究K_ATP的调节机制，对新型心血管药物的研制以及心血管疾病的防治有着广阔的应用前景。

心血管K_ATP是电压非依赖性的、配体门控的通道，对K⁺有高度选择性。K_ATP上存在着多个功能位点，这些位点与其相应配基结合后对通道活动产生重要的调节作用。通道的开放/关闭状态由不同配基间复杂的相互作用决定，本文就此作一综述。

1K_ATP的结构特征和多功能位点模式

1.1结构特征分子生物学和电生理学实验证实，K_ATP结构具备内向整流钾通道(Kir)和磺脲受体(SUR)两种成分^［3～6］。

1.1.1Kir目前研究将Kir分为Kir 1.0～Kir 6.0六个家族，形成心血管K_ATP的Kir是Kir 6.1和Kir 6.2，仅具微弱内向整流活性。Kir 6.1/Kir 6.2均由390个氨基酸组成的多肽含有两个疏水跨膜区段M1、M2和一个高度保守的H5区，后者形成离子通道的孔道(图1)。在Kir 6.2/Kir 6.1上存在2个蛋白激酶A和5个蛋白激酶C催化的磷酸化位点。

图1K_ATP通道分子结构模式

Kir内向整流钾通道；SUR硫脲受体；NBF核苷酸结合区

1.1.2SUR根据组织分布和mRNA表达研究，SUR分为SUR1，SUR2A和SUR2B 3个亚型，形成心血管K_ATP的是SUR2A和SUR2B。SUR是由1 582个氨基酸组成的多肽，隶属ATP结合蛋白家族。它含有13(9+4)个疏水性跨膜区段(图1)，2个核苷酸结合区（NBF)，2个N端糖基化位点，以及3个蛋白激酶A和20个蛋白激酸C催化的磷酸化位点。

1.2K_ATP多功能位点结构模式在心肌和血管平滑肌K_ATP的Kir上，有两个闸门A和N。在Kir胞浆侧有ATP结合位点(AK)；在SUR的胞浆侧有ATP结合位点(AS)，NDPs结合位点(N)，钾通道开放剂（KCOs）结合位点(K)，磺脲类药物（SUs）结合位点(S)及通道活性衰位点(R)。SUR上还可能存在G蛋白激动位点(G)^［3］。见图2。

图2心肌和血管平滑肌细胞K_ATP通道多功能位点结构模式

AS/AK ATP结合位点；K 钾通道开放剂(KCO)结合位点；S 硫脲类药物(SU)结合位点；N NDPs结合位点；R 通道衰竭位点；G G蛋白激动位点在这个模式中，闸门规定着通道的开关状态。AK位点被ATP所占领时，A闸门处于关闭状态。ATP作用于SUR上的AS位点可促进ATP进入到AK位点，并增加Kir对ATP的敏感性，从而增强ATP对K_ATP的抑制作用。NDPs作用于N位点时N闸门开放，R位点经MgATP依赖性磷酸化反应可保持N闸门处于开放状态，而KCOs作用于K位点则使A闸门开放。SUs作用于S位点使A闸门关闭^［7］。K_ATP分子中不同位点除可直接影响通道门控机制外，彼此间还存在着复杂的相互作用，从而协同调节通道活性。见图3。

图3K_ATP通道多功能位点调节模式

AATP结合位点；KKCO结合位点；NNDPs结合位点；SSU结合位点；GG蛋白激动位点

2ATP/ATP结合位点对K_ATP的调节

2.1细胞内ATP对K_ATP功能的双向调节作用一方面，当ATP与K_ATP的As/Ak位点结合时，对通道产生抑制作用。表现为缩短开放时间，延长关闭时间，但不影响单通道电流幅度和通道动力学特征。ATP的这一作用称为配基作用。此作用不依赖于Mg²⁺存在，并可被ATP的非水解类似物AMP-PNP、ATPγS等模拟^［8］。提示ATP的配基作用与ATP是否水解无关。另一方面，若将心肌和血管平滑肌细胞的游离膜片暴露于完全缺乏ATP的溶液中，则K_ATP开始自发开放，达颠峰后自发活动开始衰减，最终完全丧失，这一过程称为K_ATP活动的衰竭(rundown)。在Mg²⁺存在下，ATP可使这些游离膜片的K_ATP活性重新恢复，ATP的这一作用不能被非水解的ATP类似物AMP-PNP、ATPγS模拟，表明ATP的水解及Mg²⁺的存在对通道活性的维持起非常重要的作用。此称为ATP的水解依赖性作用^［9］。以上表明，ATP对K_ATP的调控与通道蛋白的功能状态有关。通道在开放状态下，ATP抑制通道的开放；通道在关闭状态下，MgATP可恢复通道的开放。

2.2ATP对SUs结合的变构调节我们在配体受体结合实验中发现，3～10mol*L^-1ATP可明显增加［³H］格列苯脲(Gli)与主动脉标本的结合容量，促进［³H］Gli与主动脉标本结合动力学过程，抑制结合［³H］Gli的解离动力学过程，表明ATP对SUs结合位点有变构促进作用(图3)。

2.3ATP对KCOs作用的影响增加细胞内ATP浓度可抑制吡那地尔、尼可地尔和RP-49356激活心肌K_ATP的作用^{［10、11］}。完全洗脱细胞内ATP，则吡那地尔、P1075和左克罗可林等KCOs激活血管平滑肌细胞K_ATP的作用减弱或消失；增加细胞内ATP浓度，又可抑制这些KCOs激活血管平滑肌K_ATP电流的作用^［5］。这些结果提示，细胞内ATP在以上KCOs激活K_ATP开放中，既起支持作用，又有竞争抑制作用。用［³H］P1075标记血管平滑肌，发现ATP虽不能取代二者的特异性结合，但可减低特异性结合的结合速率常数，并增加结合［³H］P1075的解离速率常数(待发表资料)，进一步证实ATP对KCOs结合位点有变构抑制作用(图3)。

3NDPs/NDPs结合位点的调节作用^{［10、11］}

3.1NDPs对心肌K_ATP的调作用^［9］细胞内NDPs(ADP、CDP、GDP、UDP)对心肌K_ATP有重要调节作用。当K_ATP处于自发开放状态时，ATP可抑制通道开放，外加NDPs可对抗ATP对通道的抑制作用；此时再加入ATP也可对抗NDPs的作用，二者表现出相互拮抗效应。在细胞内不存在ATP时，NDPs可直接刺激K_ATP开放。NDPs的这一作用依赖于Mg²⁺的存在，对已衰竭的通道最明显。而且，NDPs所刺激的通道开放的电导和动力学特性与K_ATP自发开放时相似，因此可将之称为NDPs的恢复效应(restoring effect)。与其它NDPs相比，UDP对心肌K_ATP的恢复效应最强。与NDPs不同，NTP、NMP和焦磷酸盐在胞内无ATP存在时，不能激活K_ATP；难水解的NDP类似物GDPβS、ADPβS不能模拟NDPs的激活效应，故而恢复效应是NDPs特异性的作用。NDPs仅在胞内无ATP时才能恢复K_ATP活性，而且ATP抑制K_ATP自发开放活动和NDPs激活开放活动的强度相同。提示ATP和NDPs并非竞争结合同一位点，而是作用于不同的结合位点，NDPs与K_ATP上Mg²⁺依赖性NDPs特异性结合位点（N）结合(图2，3)。综上所述，NDPs对K_ATP的调节作用与通道自身的功能状态有关。在K_ATP自发开放时，NDPs拮抗ATP的抑制作用；在K_ATP衰竭后，NDPs重新激活K_ATP开放。

与K_ATP活动衰竭相同，NDPs激活K_ATP的作用，在游离膜片也存在着时间依赖性衰减现象。但用MgATP处理膜片可恢复NDPs激活K_ATP的作用，而非水解的ATP类似物则不能恢复NDPs的激活作用。提示，ATP水解磷酸化作用与NDPs调节K_ATP的作用有关。MgATP不仅调节K_ATP的自发开放活动，也调节NDPs激活K_ATP开放的作用，MgATP对这两个不同过程的调节，是<