氟西汀對hERG鉀通道的阻斷作用及佛波酯的抑制作用

汪溪潔，惠濤濤，宋 征，馬 璟

(國家上海新藥安全評價研究中心，上海 201203)

氟西汀對hERG鉀通道的阻斷作用及佛波酯的抑制作用

汪溪潔，惠濤濤，宋 征，馬 璟

(國家上海新藥安全評價研究中心，上海 201203)

目的 探討氟西汀對hERG(ether-a-go-go-related gene)鉀通道的作用及蛋白激酶C(PKC)激動劑佛波酯(PMA)對氟西汀作用的影響。方法 采用全細胞膜片鉗技術記錄氟西汀0.01,0.1,1和10 μmol·L－1處理后穩定表達hERG鉀通道的HEK293細胞(hERG-HEK293穩態細胞)上hERG鉀通道電流(IKr)的變化,研究氟西汀對IKr作用的濃度依賴性和電壓依賴性,并觀察氟西汀1 μmol·L－1處理后hERG鉀通道激活、失活和復活動力學的變化。在此基礎上,觀察PMA 1 μmol·L－1對氟西汀1 μmol·L－1作用IKr后的影響。結果 氟西汀0.01,0.1,1和10 μmol·L－1對hERG-HEK293穩態細胞上IKr具有濃度依賴性和電壓依賴性的抑制作用,半數抑制濃度(IC50)約為0.8 μmol·L－1,Hill系數約為1.1。氟西汀1 μmol·L－1可以減小IKr激活、失活和復活電流,并影響hERG鉀通道的激活和復活過程。在氟西汀對IKr電流的抑制作用達到穩態后,PMA 1 μmol·L－1可抑制氟西汀對hERG鉀通道的阻斷作用。結論 氟西汀對hERG-HEK293穩態細胞上hERG鉀通道具有明顯的阻斷作用,該作用可被PKC激動劑PMA抑制。

氟西??；hERG；膜片鉗技術；全細胞記錄

抑郁癥是危害人類健康的慢性疾病，據世界衛生組織預測，到2020年抑郁癥將成為僅次于心血管疾病的第二大疾病。氟西汀是一種選擇性5-羥色胺重攝取抑制劑類抗抑郁藥，廣泛應用于臨床。已證實氟西汀是一種可誘發QT間期延長的藥物[1]，其作用機制尚未十分明確。

自1964年Selzer和Wray[2]報道了奎尼丁引起QT間期延長和室顫發作的病例以來，由各種不同藥物引起的QT間期延長時有報道。迄今為止，已發現的QT間期延長致病基因有10個，分別編碼不同的通道亞單位[3]。人類ether-a-go-go相關基因(human ether-a-go-go related gene，hERG)編碼的鉀通道被認為是誘發QT間期延長的藥物優先阻滯的主要離子通道之一。hERG鉀通道編碼快速型延遲整流鉀通道(rapidly delayed rectifier potassium channel，Ikr)的α亞基[4]，是一種電壓門控型鉀離子通道，主要表達在心肌[5]，并在心肌細胞動作電位的復極化過程中扮演重要角色。阻斷hERG鉀通道，可誘發QT間期延長，最終甚至導致尖端扭轉型室性心動過速(torsade de pointes，Tdp)。已有資料表明，hERG鉀通道的功能受到多種因素的調節[6－9]，目前研究的較清楚的有蛋白激酶 C (protein kinases C，PKC)、PKA、腎上腺素能受體和Src家族蛋白酪氨酸激酶等。本文應用全細胞膜片鉗技術，通過觀察氟西汀對hERG-HEK293細胞上hERG鉀電流的作用，了解其對hERG鉀通道的作用特征，并初步探討了 PKC激動劑佛波酯(phorbol-12-myristate-13-acetate，PMA)對氟西汀作用hERG鉀通道的影響，為氟西汀臨床安全用藥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 細胞株

穩定表達hERG鉀通道的HEK293細胞株(hERG-HEK293穩態細胞，S.A.R.L CREACELL，法國，批號:APC092811)。

1.2 試劑和溶液配制

高糖DMEM培養基、EDTA、胎牛血清、青鏈霉素、G418和Accutase消化液均購自美國Gibco公司；PMA，氟西汀，NaCl，KCl，MgCl2，CaCl2，HEPES，葡萄糖，EGTA和Mg-ATP均購自美國Sigma公司；其余試劑均為國產分析純。

細胞外液(mmol·L－1):NaCl 140，KCl 4.5，MgCl21，CaCl22，HEPES 10，葡萄糖10，NaOH調節pH至7.2～7.4；

電極內液(mmol·L－1):KCl 140，Mg-ATP 4，MgCl21，EGTA 5，HEPES 10，KOH調節pH至7.2～7.4；

封接液(mmol·L－1):NaCl 80，KCl 3，MgCl210，CaCl235，HEPES 10，NaOH調節pH至7.2～7.4。

1.3 主要儀器

Patchliner NPC16(Nanion，德國)，EPC10膜片鉗放大器(HEKA，德國)，倒置顯微鏡(IMT-2，Olympus，日本)，細胞培養箱(Forma Scientific，美國)。

1.4 hERG-HEK293穩態細胞的培養

hERG-HEK293穩態細胞株接種于含DMEM-10培養液(DMEM高糖培養液含1.2 g·L－1G-418、10%胎牛血清以及青霉素100 KU·L－1和鏈霉素100 g·L－1)的培養瓶中，置于37℃、5%CO2培養箱中培養，每2 d更換1次培養液。

1.5 hERG-HEK293穩態細胞的準備

取光鏡下細胞色澤較亮，無明顯的漂浮細胞，棄取培養液，加入約1 mL Accutase消化液消化，約1 min后加入DMEM-10培養液吹打，使細胞懸浮，將細胞懸液轉入一離心管中，184×g離心約5 min，棄去上清液，加入約2 mL細胞外液，吹打使細胞懸浮。然后將吹打后的細胞懸液轉入 Patchliner NPC16工作站的細胞槽中。

1.6 全細胞膜片鉗記錄

實驗在室溫(22±2)℃下進行。運用EPC10膜片鉗放大器和Patchliner NPC16工作站完成全細胞模式的電壓鉗記錄。首先由Patchliner NPC16工作站的機械臂將細胞懸液加到芯片上，通過調節壓力和吸力，將一個細胞定位在芯片的一個小孔上(相當于微管電極的尖端)。然后由 Patchliner NPC16工作站完成封接過程，當芯片電極與細胞膜之間形成高阻抗封接(＞1 GΩ)后，進一步加負壓破膜，使電極內液與細胞內液相通，形成全細胞記錄模式，待破膜穩定后補償膜電容(Cs)及局部串聯電阻(Rs)。采集和濾波頻率分別為 20 kHz和3 kHz。實驗過程中芯片電阻為 2～5 MΩ，Rs＜15 MΩ，且以電流穩定的數據為有效數據。記錄加入化合物前hERG鉀電流(IKr)作為對照，然后換以含氟西汀0.01，0.1，1.0和10 μmol·L－1或PMA 1 μmol·L－1的細胞外液持續記錄5 min以上，分別記錄加入藥物后的IKr。實驗過程中，由PatchMaster軟件與EPC10放大器連接，用于控制放大器、采集和存儲電流信號及在線分析等，Patchcontrol HT則用于完成實驗操作。

1.7 電流記錄程序

hERG鉀通道尾電流:鉗制電壓為－80 mV，去極化到 ＋40 mV，時程為2000 ms，然后復極化到－30 mV，時程為2000 ms；

hERG鉀通道激活電流:鉗制電壓為－80 mV，先給予一組－50～＋60 mV、10 mV遞增、時程為2000 ms的指令電壓刺激，再給予在－30 mV，2000 ms的指令電壓；

hERG鉀通道失活電流:鉗制電壓為－80 mV，先給予＋20 mV、2000 ms的預刺激，再給予一組－130～＋20 mV、10 mV遞增、時程為30 ms的條件電壓刺激，隨后給予＋20 mV、500 ms測試脈沖電壓；

hERG鉀通道復活電流:鉗制電壓為－80 mV，先給予一組＋20 ms、時程為20～1420 ms、100 ms遞增的預刺激脈沖，再給予在－40 mV、5000 ms的測試脈沖電壓。

1.8 數據分析及統計學處理

采用Igor 6.05與Sigmaplot 8.0軟件完成數據處理，SAS 9.1軟件完成統計分析，實驗數據以表示，應用方差分析和t檢驗進行統計，以P＜0.05為差異有顯著性。采用 Hill方程(即 I＝Imax·擬合得到濃度效應曲線(Imax代表飽和濃度時的最大反應，C1/2為半數抑制濃度，[C]指藥物的濃度，h為 Hill系數)，獲得藥物作用的IC50；以膜電位為橫坐標，以標化的IKr值為縱坐標，獲得加藥前后的電流-電壓(I-V)曲線；先以方程G＝I/(Vm－VhERG)計算電導(G為峰電導，I峰電流，Vm為膜電位，VhERG為翻轉電位)，再以 G與Gmax的比值對 Vm作圖，數據經 Boltzman方程G/Gmax＝1/{1＋exp[(Vm－V1/2)/k]}(Gmax為峰電導的最大值，V1/2半數激活電壓，k激活斜率因子)擬合得到IKr的激活曲線；以I與Imax的比值對Vm作圖，數據經Boltzman方程I/Imax＝1/{1＋exp[(Vm－V1/2)/k]}(Imax為峰尾電流的最大值，Vm為膜電位，V1/2半數失活電壓，k失活斜率因子)擬合得到IKr的失活曲線；以測試脈沖刺激下記錄的電流峰值(I2)與不同時程超極化預刺激下記錄的電流峰值(I1)的比值(I2/I1)對應預刺激脈沖時間用單指數方程擬和得到復活曲線。

2 結果

2.1 氟西汀對hERG-HEK293穩態細胞上hERG鉀通道IKr的作用

2.1.1 氟西汀對ItaiI抑制作用的濃度依賴性

氟西汀0.01，0.1，1和10 μmol·L－1對IKr有抑制作用，經細胞外液沖洗后，可部分恢復(圖1)。經Hill方程擬合得到氟西汀作用的濃度-效應曲線(圖2)，隨著濃度升高，氟西汀對IKr的抑制作用越明顯，提示該抑制作用具有濃度依賴性，半數抑制濃度IC50為(0.8±0.05)μmol·L－1，Hill系數 h為1.1±0.10(n＝5，P＜0.05)。選擇氟西汀1 μmol·L－1進行后續研究。

Fig.1 Effect of fIuoxetine on ether-a-go-reIated gene (hERG)potassium channeI currents(IKr)of HEK293 ceIIs that stabIy expressed hERG potassium channeI (hERG-HEK293 steady-state ceIIs).Traces of IKrevoked in the control and presence of fluoxetine 0.01，0.1，1 and 10 μmol·L－1in a whole-cell patch-clamp configuration.

Fig.2 Concentration-response curve for the bIocking action of fIuoxetine on IKr.，n＝5.?P＜0.05，compared with the control.

2.1.2 氟西汀對IKr抑制作用的電壓依賴性

氟西汀1 μmol·L－1可明顯抑制IKr電流，從I-V曲線可見，隨著去極化程度的增加，IKr減小的程度越大，提示氟西汀對IKr的抑制作用具有明顯的電壓依賴性(圖3)。

Fig.3 Effect of fIuoxetine 1 μmoI·L－1on current-voItage reIationship of IKr.n＝4.

2.1.3 氟西汀對hERG鉀通道激活動力學的影響

氟西汀1 μmol·L－1可減小IKr激活電流，經Boltzmann方程擬合得到激活曲線，加藥前后IKr的半數激活電壓V1/2分別為(18.9±2.8)mV和(22.9± 3.3)mV(n＝4，P＜0.05)，激活斜率因子k值分別為16.5±1.7和15.1±2.1，提示氟西汀1 μmol·L－1使IKr激活曲線向去極化方向移動了約4 mV(圖4)。

Fig.4 Effect of fIuoxetine 1 μmoI·L－1on activation dynamics of hERG potassium channeI.n＝4.

2.1.4 氟西汀對hERG鉀通道失活動力學的影響

氟西汀1 μmol·L－1可減小IKr失活電流，經Boltzmann方程擬合得到失活曲線，加藥前后IKr的半數失活電壓V1/2分別為(－87.0±6.5)mV和(－89.9± 5.8)mV(n＝4，P＞0.05)，失活斜率因子k值分別為－19.6±3.8和－19.8±3.2，提示氟西汀1 μmol·L－1對IKr失活曲線幾乎無影響(圖5)。

Fig.5 Effect of fIuoxetine 1 μmoI·L－1on inactivation dynamics of hERG potassium channeIn＝4.

2.1.5 氟西汀對hERG鉀通道復活動力學的影響

氟西汀1 μmol·L－1可減小IKr復活電流，經單指數方程擬和得到復活曲線，加入氟西汀前后復活時間常數τ分別為(71.4±3.4)ms和(82.0±2.2)ms (n＝3，P＜0.05)(圖6)。

Fig.6 Effect of fIuoxetine 1 μmoI·L－1on recovery dynamics of hERG potassium channeI.n＝3.

2.2 PMA對氟西汀抑制IKr作用的影響

氟西汀1 μmol·L－1可使IKr明顯減小，電流為加藥前的(36.6±7.1)%，待作用穩定后，加入PMA 1 μmol·L－1，IKr輕微增大，電流為加藥前的(50.7± 4.4)%(n＝3，P＜0.05)(圖7)。

Fig.7 Inhibition of phorboI-12-myristate-13-acetate (PMA)on the bIocking effect of fIuoxetine on IKr.

3 討論

本研究表明，氟西汀可抑制IKr，隨著濃度升高，抑制作用越明顯，提示氟西汀對hERG鉀通道的阻斷作用具有濃度依賴性。經細胞外液沖洗后，可部分恢復，提示氟西汀對IKr的抑制作用具有一定的可逆性。IC50約0.8 μmol·L－1，Hill系數約1.1，提示氟西汀對hERG鉀通道的作用位點可能是唯一的。Thomas等[10]于2002年報道了氟西汀對hERG鉀通道的IC50為3.1 μmol·L－1，略高于本實驗的結果，可能的原因如下:①他們采用的表達hERG鉀通道的爪蟾卵母細胞，該方法是將hERG基因注入爪蟾卵細胞進行表達 hERG鉀通道，操作比較復雜；②爪蟾卵母細胞為異源細胞，與人細胞存在著種屬的差異，藥物對爪蟾卵母細胞上的hERG電流的IC50通常是偏高的。Snyders等[11]于1996年首次提出HEK293細胞可以穩定地表達hERG基因。HEK293細胞是轉染腺病毒EIA基因的人腎上皮細胞系，屬于人源性細胞，該細胞含有SV4O復制起始點和啟動子區的質?？梢詮椭?，因此可連續傳代培養而保持表型穩定，具有轉染率高，蛋白表達水平高，轉染后表達的蛋白易檢測的優點。本實驗選用更接近人體的哺乳細胞系上穩定表達hERG基因的HEK293細胞，可以消除異源性細胞所帶來的種屬差異。

本研究結果顯示，氟西汀1 μmol·L－1可明顯抑制IKr，隨著電壓的升高，抑制作用越明顯，提示氟西汀對hERG鉀通道的阻斷作用具有電壓依賴性。氟西汀1 μmol·L－1減小hERG鉀通道激活和失活電流，使hERG鉀電流激活曲線向去極化方向移動了約4 mV，失活曲線幾乎不改變，提示氟西汀可使hERG鉀通道的激活閾值輕微增高，失活閾值不變，進而使hERG鉀通道開放電位范圍輕微減小，開放時間略有縮短。當去極化時間較短，通道幾乎不開放時，抑制作用很小，當通道完全開放時，抑制作用達到最大。其后，隨著時間繼續延長，藥物阻斷作用達平臺期。氟西汀1 μmol·L－1可減小hERG鉀通道的復活電流，復活時間常數ι增加了約10 ms，提示氟西汀使hERG鉀通道的復活時間延長，影響了電流失活后復活的速度。

抗抑郁藥自20世紀50年代初問世以來，不斷有報道服用抗抑郁藥的患者出現心血管系統的不良反應，其毒性機制目前也是人們研究的熱點[12]。氟西汀是臨床上常用的選擇性5-羥色胺重攝取抑制劑類抗抑郁藥，1998年Ravi?a等[13]報道了抑郁癥患者服用氟西汀后心電圖顯示T波倒置及嚴重變形，同時出現竇性心動過速，并伴隨T波電交替和QT間期延長，患者出現暈厥，停藥2個月后心電圖恢復正常，其后陸續有報道顯示氟西汀可致QT間期延長。本研究結果表明，氟西汀阻斷hERG鉀通道可能是其致QT間期延長的主要原因之一，氟西汀可能通過阻斷hERG鉀通道，引起外向鉀離子電流減少，從而使心肌細胞動作電位QT間期延長，最終甚至導致Tdp。

既然hERG編碼的鉀通道在氟西汀致QT間期延長的過程中扮演重要角色，我們推測調節hERG鉀通道的功能可能影響氟西汀對hERG鉀通道的作用。既往的資料顯示，hERG鉀通道的功能受到多種因素的調節，PKC是其中一個主要的調控因素[6，14－15]。非特異PKC激動劑PMA能誘導hERG的激活，而PKC抑制劑bisindolylmaleimideⅠ能阻斷hERG鉀電流，Cockerill等[14]還研究發現PKC介導了表達于HEK293中hERG鉀通道亞單位的直接磷酸化和毒蕈堿對hERG鉀電流的調節。本研究表明，氟西汀1 μmol·L－1可使IKr明顯減小，加入PMA 1 μmol·L－1后IKr輕微增大，提示PMA可抑制氟西汀對hERG鉀通道的阻斷作用，其機制有待進一步研究。

總之，氟西汀對穩定表達hERG鉀離子通道的HEK293細胞上hERG鉀通道具有明顯的抑制作用，該作用可被PKC激動劑PMA影響，這不僅為深入探討氟西汀致QT間期延長從而引發心臟毒性的機制提供了依據，對選擇性5-羥色胺重攝取抑制劑類抗抑郁藥在臨床上安全應用也具有重要意義。

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BIocking effect of fIuoxetine on hERG potassium channeI activity and inhibition by phorboI-12-myristate-13-acetate

WANG Xi-jie，HUI Tao-tao，SONG Zheng，MA Jing
(National Shanghai Center for New Drug Safety Evaluation＆Research，Shanghai201203，China)

OBJECTIVE To investigate the action mechanism of antidepressant fluoxetine on hERG (ether-a-go-go-related gene)potassium channel，and the effect of protein kinase C(PKC)agonist phorbol-12-myristate-13-acetate(PMA)on fluoxetine inhibition.METHODS The whole cell patch clamp technique was used to record the change in hERG potassium current(IKr)on HEK293 cells that stably expressed hERG potassium channel(hERG-HEK293 steady-state cells)，which was treated with fluoxetine 0.01，0.1，1 and 10 μmol·L－1，to study the concentration-and voltage-dependence of the effects on IKr，and to observe the changes in activation，inactivation and recovery dynamics of hERG potassium channel treated with fluoxetine 1 μmol·L－1.On this basis，the effect of PMA of 1 μmol·L－1on inhibition of fluoxetine 1 μmol·L－1was explored.RESULTS Fluoxetine 0.01，0.1，1 and 10 μmol·L－1inhibited IKron hERG-HEK293 steady-state cells in a concentration-and voltage-dependent manner.The half maximal inhibitory concentration(IC50)was about 0.8 mmol·L－1，and the Hill coefficient was about 1.1. Fluoxetine 1 μmol·L－1could reduce the activation，deactivation and recovery currents of IKrand affect the activation and recovery of hERG potassium channel.After fluoxetine inhibition of IKrbecame stable，PMA 1 μmol·L－1could inhibit the blocking effect of fluoxetine on hERG potassium channels.CONCLUSION Fluoxetine has obvious inhibitory effect on IKrof hERG-HEK293 steady-state cells，but the effect could be inhibited by PKC agonist PMA.

fluoxetine；hERG；patch clamp techniques；whole-cell recording

MA Jing，Tel:(021)50801763，E-mail:jma＠ncdser.com

R966

:A

:1000-3002(2014)06-0844-06

10.3867/j.issn.1000-3002.2014.06.005

Foundation item:The projectsupported by NationalScience and Technology MajorProjectof China (2012ZX09505001-003)；and Shanghai Science and Technology Innovation Action Plan Project(13140900900)

2014-01-13 接受日期:2014-06-30)

(本文編輯:喬 虹)

國家重大科技專項(2012ZX09505001-003)；上海市科技創新行動就計劃項目(13140900900)

汪溪潔(1979－)，女，博士，副研究員，從事心臟毒理學研究，Tel:13585600131，E-mail:xjwang＠ncdser.com；馬 璟(1963－)，女，博士，研究員，博士生導師，從事毒理學研究

馬 璟，Tel:(021)50801763，E-mail: jma＠ncdser.com