中国药理学通报2000年第16卷第2期

彭军李元建

摘要ATP敏感性钾通道（K_ATP通道）作为心肌缺血预适应（早期与延迟效应）细胞内信号转导途径中的一种“终末效应子”，在缺血预适应中起重要作用。缺血预适应通过活化心肌细胞膜和（或）线粒体膜K_ATP通道而发挥保护作用。动物实验和临床研究均已证明K_ATP通道开放剂诱导预适应能有效地防治心肌缺血损伤。

关键词：K_ATP通道缺血预适应药理性预适应

心肌缺血预适应（ischemic preconditioning）是指心脏遭受短暂缺血后能耐受随后较长时间缺血损伤。这一现象已在不同种属动物与临床病人所证实。缺血预适应表现为早期效应(early precondi-tioning, 数分钟内出现，持续2 h左右) 和延迟效应(delayed preconditioning，24 h后重现保护作用)。然而，不论是早期效应还是延迟效应，其心脏保护机制均未完全阐明。大量研究结果表明，缺血预适应可能是通过刺激心脏合成与释放内源性心肌保护物质，随后激活细胞内信号转导途径而发挥保护作用。有关缺血预适应的信号转导途径尚未完全清楚，目前对该途径的研究主要集中在“触发物质-中介物质-效应子”3个环节，并已证明K_ATP通道是重要的效应子。本文就K_ATP通道在缺血预适应中的作用及其机制与K_ATP通道开放剂药理性预适应的研究进展作一综述。

1K_ATP通道特性

钾通道是目前发现的亚型最多的一类细胞膜离子通道，广泛分布于各种组织和细胞膜上。在心肌细胞，钾通道有很多亚型，包括K_ATP通道。

K_ATP通道于1983年由Noma首先在豚鼠的心肌细胞上发现，现已证明多种组织细胞包括人的心肌细胞存在该通道。它的主要特性有：①通道的动力学特征与细胞膜内、外K⁺浓度密切相关。K_ATP通道对K⁺有高度的选择性通透作用，而对Na⁺的通透性极低。在心肌细胞膜，当电位为0，膜内、外K⁺浓度差为140 mmol·L^-1时，K_ATP单通道电导为80 S。在血管平滑肌细胞膜内K⁺浓度为120 mmol·L^-1 ，膜外为60 mmol·L^-1时，K_ATP单通道电导为130 s，高于心肌细胞。②通道的活性受细胞内的ATP浓度调节。与电压依赖型的钾离子通道不同，K_ATP通道不受细胞膜电压的调节;也与依赖钙离子的钾离子通道不同，它的激活不需要钙离子的参与，K_ATP通道主要受细胞内的ATP浓度调节。在生理条件下细胞内ATP浓度约为3～4 mmol·L^-1, K_ATP通道基本处于关闭状态。只有当心肌细胞发生缺血缺氧，能量耗竭，胞内ATP浓度低于0.2 mmol·L^-1时通道开放，K⁺外流，加速复极，使动作电位平台期缩短，电压依赖型钙离子通道活性下降，Ca²⁺内流减少，心肌收缩力减弱。③ K_ATP通道受G蛋白的调节。激活细胞内的G蛋白，可以拮抗ATP对通道的抑制作用，使K_ATP通道开放^［1］。

除了心肌细胞膜上的K_ATP通道外，在胞内各种细胞器膜上也存在K_ATP通道，如线粒体膜K_ATP通道。它们的生理功能知道甚少，但最新研究表明线粒体膜K_ATP通道在缺血预适应中起重要作用^［2］。

2K_ATP通道与缺血预适应的早期效应

缺血预适应的信号转导途径可简单示为“触发物质-中介物质-效应子”3个环节。目前认为“触发物质”主要是一些内源性心肌保护物质，如腺苷、前列腺素、缓激肽、降钙素基因相关肽、阿片肽、NO等；“中介物质”主要是蛋白激酶，如PKC；“效应子”主要是内源性抗氧化物、应激蛋白和K_ATP通道。

K_ATP通道被认为是缺血预适应早期效应信号级联反应中的“终末效应子”。支持K_ATP通道介导缺血预适应早期效应证据有：①在不同种属动物（狗、猪、大鼠、兔等）和人类均已证明K_ATP通道阻断剂能取消缺血预适应的早期心脏保护^［3］。②腺苷及其选择性受体A1激动剂与阿片肽诱导的缺血预适应可被K_ATP通道阻断剂所取消^［4，5］。③ pKC激动剂与丝裂素活化蛋白激酶（P³⁸ MAPK）激动剂产生的预适应样早期保护作用也能被K_ATP通道阻断剂所取消^［6］。④ k_ATP通道开放剂（如贝马卡林等）可以模拟缺血预适应^［7］。⑤ 用膜片钳(patch-clam)技术研究显示，缺血心肌细胞内ATP浓度减至低于1 mmol·L^-1时，大鼠和猪的心肌细胞膜有大量外向型K⁺电流形成，而且这种ATP敏感性K⁺电流与内向整流K⁺电流能同时观察到，提示心肌细胞缺血时能激活两种不同的K⁺通道。⑥在培养细胞预适应研究实验中，兔心室肌细胞与大鼠骨骼肌细胞（存在K_ATP通道）能诱导预适应样早期保护作用，而缺乏K_ATP通道的人胚胎肾细胞则不能诱导预适应^［8］。

但是，也有一些不同的报道。例如好几个实验室均报道K_ATP通道不参与大鼠心脏的缺血预适应^［9］；Thornton等^［10］则发现K_ATP通道阻断剂（格列苯脲）不能完全取消兔心肌缺血预适应。这些矛盾的结果可能与实验的程序，观察指标，剂量，以及种属的差异有关。当然这种差异的另一解释是除了K_ATP通道外，可能还存在其它的“终末效应子”。

3K_ATP通道与缺血预适应的延迟效应

缺血预适应延迟效应的发生机制比早期效应复杂得多，对其了解程度也远不如早期效应。早期的研究认为缺血预适应延迟效应主要与一些细胞保护蛋白基因表达增高有关，如内源性抗氧化物（如超氧化物歧化酶SOD）和热休克蛋白(如HSP72)等，它们能增强心肌细胞耐受性和抵抗缺血/再灌对心肌细胞损害的能力。近来研究表明，延迟效应的发生机制也与K_ATP通道密切相关^［11］。有人在研究NO介导的缺血预适应延迟效应时发现K_ATP通道阻断剂能取消NO介导的缺血预适应延迟效应^［12］；单磷脂A（MLA）诱导的延迟效应也能被K_ATP通道阻断剂（5-hydroxyclecanote）消除^［13］；甚至热应激诱导的延迟心肌保护作用也与K_ATP通道激活有关^［14］。因此，K_ATP通道可能是缺血预适应延迟效应重要的“终末效应子”之一。

4K_ATP通道介导缺血预适应的作用机制

K_ATP通道介导缺血预适应的确切机制也未明了。传统观点认为是通过开放心肌细胞膜上K_ATP通道，引起K⁺外流，加速复极，使动作电位时程缩短，Ca²⁺内流减少，使心肌收缩力减弱，降低心肌氧耗，产生心脏保护作用。新近的研究表明参与介导缺血预适应的K_ATP通道主要位于线粒体膜。在狗心脏研究中，缺血预适应组和K_ATP通道开放剂（吡那地尔）诱导缺血预适应组心肌细胞胞外K⁺浓度和单相动作电位时程无变化，而对照组（缺血/再灌）胞外K⁺浓度显著增高，单相动作电位时程明显缩短。这提示心肌细胞K⁺外流，动作电位时程缩短并不是缺血预适应或K_ATP通道开放剂产生心肌保护作用的必需条件^［15］；二氮嗪是一选择性K_ATP通道开放剂，其对线粒膜K_ATP通道具有很强作用而对胞膜的作用很微弱，实验证明二氮嗪能使大鼠心脏对抗缺血性痉挛以及加快缺血心脏心功能的恢复，并发现二氮嗪的这些作用并不依赖于心肌细胞动作电位时程缩短^［16］；在培养的兔心室肌细胞实验中，用二氮嗪模拟缺血预适应时发现该药能显著减少心肌细胞死亡。作者同时测定黄素蛋白的荧光值(线粒体氧化还原状态的指标) 与应用膜片钳技术 (直接测定胞膜K_ATP通道电流)以确定其作用部位,结果表明二氮嗪可逆转线粒体的氧化状态，但不能激活胞膜K_ATP通道^［17］。这些研究结果支持介导缺血预适应是通过激活线粒体膜K_ATP通道。然而线粒体膜K_ATP通道介导缺血预适应作用的确切机制还不清楚^［18］。人们推测线粒体膜K_ATP通道可能通过一系列复杂的作用而影响电子传递，减少ATP的消耗产生心肌保护作用。

5K_ATP通道及其开放剂的临床意义

人心脏也存在缺血预适应现象，这已在临床病人身上得到证实。人的心肌缺血预适应是否也涉及到K_ATP通道呢？来自临床血管成型术的研究结果表明K_ATP通道开放剂（克罗卡林）能诱导缺血预适应，且能被K_ATP通道阻断剂（格列苯脲）取消^［6］。人的心房小粱肌离体实验也证明其预适应亦通过K_ATP通道所介导^［19］。新近Tomai等^［20］发现格列苯脲能取消“热身运动”诱导预适应，减弱心肌缺血性损伤。这些研究表明K_ATP通道也可能是人缺血预适应的“终末效应子”。缺血预适应的重要进展之一是用药物替代缺血诱导心肌保护，即药理性预适应。由于K_ATP通道在缺血预适应中起重要作用，因此