縫隙連接蛋白及其阻斷劑研究進展

王光亮，吳雪梅

(1.東北國際醫院第一醫院心內科，遼寧 沈陽 110000；2.吉林大學第一醫院小兒神經科，吉林 長春 130000)

縫隙連接是細胞間最常見的連接方式，其參與調控細胞的生長、分化、增殖過程[1]?？p隙連接是位于相鄰細胞膜上的跨膜通道，允許相對分子質量小于1 000或直徑小于1.5 nm的分子如環單磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)、Ca2+三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-trisphosphate,IP3)、三磷腺苷(adenosine triphosphate,ATP)以及一些小分子通過[2]?？p隙連接是細胞間電活動傳遞的主要物質基礎。心肌細胞間縫隙連接的主要功能是在細胞間起代謝耦聯與電偶聯作用，是維持心肌細胞電生理活動的基礎，與多種心臟疾病密切相關[1-2]。神經元縫隙連接通路在癲癇、缺血性腦血管病、腦損傷等神經系統疾病中也扮演著重要角色[3-5]?？p隙連接的通透功能可塑性較高，縫隙連接半通道的開閉可以被多種因素調控?？p隙連接開放可以促進細胞間電活動，從而引起相關疾病，應用縫隙連接阻斷劑減少縫隙連接的開放可能減輕細胞間電活動，縫隙連接阻斷劑可能成為心血管及神經系統疾病治療的研究熱點，為新型藥物的研發提供思路[6-7]。本文就心肌細胞及神經細胞縫隙連接蛋白的典型代表Cx36、Cx43及其阻斷劑的研究進展進行綜述。

1 縫隙連接蛋白的種類、主要功能及調節因素

1.1 縫隙連接蛋白的種類縫隙連接是由縫隙連接蛋白構成，縫隙連接蛋白一般均成簇分布,數目為6～1 000個，甚至更多?？p隙連接由相鄰細胞膜上鏡像對稱的半通道組成。該半通道是由6個縫隙連接蛋白組成，為中空六聚體結構[8]?？p隙連接蛋白是多基因家族編碼的一大類膜蛋白?？p隙連接蛋白的種類包括Cx26、Cx30、Cx31、Cx32、Cx33、Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46、Cx50、Cx57等[8-9]。根據縫隙連接蛋白基因相對分子質量大小，一般將縫隙連接蛋白分為3大類[2]：Ⅰ組(即β類)的縫隙連接蛋白包括Cx26、Cx30、Cx31、Cx32；Ⅱ組(即α2類)的縫隙連接蛋白包括Cx33、Cx37、Cx40、Cx43、Cx45、Cx46、Cx50、Cx57；Ⅲ 組(即γ2類)的縫隙連接蛋白主要以新近發現的Cx36為代表[10]。

在心室肌細胞主要表達的是Cx43，在神經元細胞主要表達的是Cx36[5]。心肌細胞縫隙連接主要由Cx40、Cx45和Cx43構成，心室肌的縫隙連接則主要由Cx43構成?？p隙連接蛋白Cx43的數量、分布、磷酸化水平等出現異常將導致心室肌細胞的整體性異常，使細胞間電信號傳導速度和方向發生異常改變，心肌產生折返和傳導阻滯，進而發生心律失常。Cx36相對分子質量約36 000，被命名為Cx36[10]。在中樞神經系統中，Cx36主要表達于神經元上，在星形膠質細胞及少突膠質細胞幾乎無表達，Cx36在腦的下橄欖核最密集，于海馬的CA1、CA3、CA4等區高度表達。Cx36構成的縫隙連接是神經元之間最常見的耦聯形式，是神經元之間電偶聯的結構基礎。Cx36在中樞神經系統內廣泛多樣化表達，提示其可能在電信號的傳遞方面發揮著非常重要的作用[5,10]，由其參與構成的縫隙連接對中樞神經元動作電位的發放模式和動作電位發放的同步化起著重要作用。眾多實驗研究報道，其參與癲癇的發作過程[11-12]。

1.2 縫隙連接蛋白的功能縫隙連接通過細胞間的直接信號傳導統一協調細胞的發育、形態、增殖、分化，縫隙連接蛋白功能、結構及數量改變可以引起多種疾病發生。

縫隙連接蛋白Cx43是心室肌細胞間隙連接通道，主要功能是在細胞間起代謝耦聯與電偶聯作用，是維持心肌細胞電生理活動的基礎，與心房顫動、風濕性心瓣膜病等多種心臟疾病密切相關[3-4]。心室肌細胞的Cx43主要集中在閏盤處，其傳導電化學信號可以沿縱向和橫向雙向傳導。細胞間相鄰部位的閏盤的一側Cx43數量明顯多于另一側相鄰部位，這使得電傳導方向主要沿細胞縱軸傳播，并且沿縱軸的電信號傳導速度要遠快于沿橫軸方向。若Cx43的正常排列遭到破壞，可導致心肌電信號傳導的不連續性和不均勻性增加，進而導致心律失常。

神經元的主要縫隙連接蛋白Cx36的功能有[13]：(1) 介導神經元之間的電傳遞?？p隙連接被稱為神經元的電突觸，神經細胞之間動作電位的傳遞時間間隔幾乎為零；因此，認為這種傳遞是直接通過縫隙連接，而不是通過化學突觸?？p隙連接的直接傳遞也被認為是使神經元電活動達到同步化的主要因素。(2)促進神經元的生長、分化。在不成熟的神經細胞以及出生后不久的神經元中，神經元之間縫隙連接信號傳導表現出顯著優勢；因此，在神經網絡環路形成、皮層發育的過程中，縫隙連接間的信號傳導有至關重要的作用。在中樞神經系統成熟以后，神經元間的縫隙連接逐漸減少，但仍存在一些神經元細胞之間的縫隙連接介導的電信號傳導，并參與神經損傷后的再生與重塑。(3)介導第二信使的傳遞?？p隙連接蛋白Cx36與中樞神經系統神經元網絡活動的調節，與第二信使(Ca2+、cAMP及IP3等)以及一些必需代謝產物的交換密切相關。中樞神經系統的神經細胞間縫隙連接通透性強，第二信使及一些必需代謝產物通過縫隙連接在細胞間傳遞，以實現并協調其生物效應。(4)實現神經元的自我識別。如果機械地把存在于同一神經元上的兩個生長錐分離下來，那么被分離下來的兩個生長錐之間可以通過自我識別，迅速地在彼此之間再次形成縫隙連接。(5)參與記憶、認知。如果對神經元長時間強化刺激，可增加縫隙連接的通透性，同時學習和記憶能力得到提升，表明縫隙連接可能參與學習和記憶過程。

1.3 縫隙連接蛋白的調節因素縫隙連接蛋白半通道的開放可被諸多因素調控，具有較大的可塑性。細胞間信號傳導可由縫隙連接的數目、分布、分子結構的改變來調控?？p隙連接調節過程主要有變換構象、聚集、去聚集、降解等。有研究發現，縫隙連接通道的變換構象、聚集、解體、降解以及通道開閉，可以通過磷酸化的調控來實現[2]。細胞間信號傳導的調節可通過改變縫隙連接蛋白的磷酸化狀態來實現，胞內磷脂酶可催化縫隙連接蛋白使其去磷酸化[1]。同時，細胞內Ca2+濃度也可以調控縫隙連接通道的開閉[2]。細胞質內pH值亦可調控縫隙連接通道的開閉以影響其電導性?？p隙連接蛋白的轉錄及轉錄后的調控也參與縫隙連接蛋白開閉的調節?？p隙連接通道的形成過程及縫隙連接數目的改變受一些長時間作用因素的影響，如激素水平失衡等因素均可影響縫隙連接通道的形成及其通透性。激素可通過cAMP作用，增強細胞間縫隙連接的細胞信號傳導程度[14]。

2 縫隙連接蛋白在心臟、神經系統疾病中的作用研究現狀

2.1 心臟及神經系統疾病對縫隙連接蛋白Cx43、Cx36表達水平的影響縫隙連接蛋白Cx43在心肌細胞的表達水平也是近年來研究的熱點。中層心肌與心內、外膜下心肌間Cx43蛋白表達不一致，這是左心室存在心肌橫斷面上復極離散的蛋白基礎[15]。此外，Cx43蛋白的表達下降可能是低溫造成心室復極不均一性增大的原因之一[16]。

Cx36作為唯一在神經系統中優先表達的縫隙連接蛋白，參與了癲癇的發作過程，癲癇是神經系統常見病，發病率較高，其中難治性癲癇治療效果差，嚴重影響患者生活質量[17-19]。Cx36已逐漸成為神經電生理領域的研究熱點[20-22]。目前，Cx36在癲癇患者腦細胞中的表達有爭議，有研究報道，在癲癇發作過程中Cx36在海馬中的表達水平明顯升高[23]，但是也有學者認為癲癇過程中Cx36在海馬的表達量沒有改變甚至有所下降[24-25]。WU等[22]研究發現，Cx36的表達可以呈一系列動態變化過程，不同時間點表達變化不同，可以隨時間變化呈先升高后降低的動態變化過程。

2.2 縫隙連接蛋白Cx43、Cx36對細胞間正常電活動的影響在心血管系統中，Cx43是心室肌細胞縫隙連接的主要構成蛋白，其數量、分布、磷酸化水平等因素均影響心肌細胞電活動的傳遞，在維持心肌細胞的正常生理活動中起重要作用，是心肌細胞間電傳遞的關鍵因素[1-2]?？p隙連接蛋白Cx43在心肌中呈節律性表達，這種節律性可能受到生物鐘系統的調節?？p隙連接通道異?？蓪е滦氖壹〖毎恼w性異常，使傳導速度和方向發生異常改變[2]。

有學者認為，癲癇發作是由于腦內不同部位腦細胞興奮性與抑制性遞質的不平衡所致[26]。癲癇發病機制復雜多樣，除上述因素以外，離子通道結構功能的異常、神經膠質細胞、免疫因素及縫隙連接等因素亦參與癲癇的發生、發展及維持。神經元異常放電是癲癇的電生理基礎。研究表明，神經元之間信息傳遞是以動作電位傳遞為基礎的，神經元網絡同步化電活動是信息傳遞的基本方式和神經功能實現的基礎，但過度同步化放電是導致癲癇發生的電生理學原因[27]。隨著對縫隙連接研究的深入，發現在癇性電活動中經電信號傳遞介導的同步化機制扮演著重要角色，其發揮作用主要是通過縫隙連接實現[28-30]。

癲癇患者存在相應的中樞神經系統結構和功能的改變，這些改變既可能是癲癇的原因又可能是癲癇的結果。有關癲癇患者腦組織結構改變的研究，一直是人們關注的焦點。某一細胞受到刺激，或者接受到外界某種信息，其離子電位改變并通過縫隙連接迅速將離子或其他調節信號傳遞給相鄰細胞，完成機體的整體功能調節，這種電緊張突觸聯絡是中樞神經系統重要的同步化機制[31]，而同步化在癲癇發病中具有重要作用。WU等[22]研究發現，神經元縫隙連接蛋白Cx36可通過增加電突觸的數目，增強電傳導性，進而使電突觸耦聯的數目增加，促進神經元的同步放電，增加癲癇產生的可能性。在病理情況下，縫隙連接參與神經元電活動，引起電突觸數目增加以及電傳導性增強，通過電緊張突觸傳遞，作用于同步化機制，使電突觸耦聯的神經元數目增加，進一步促使神經元的同步化放電，從而增加癲癇產生的可能性。越來越多的實驗表明，神經元之間的縫隙連接通道是形成上述同步化放電的重要因素[32]。

2.3 縫隙連接蛋白Cx43、Cx36在心臟、神經系統疾病異常電活動中的作用心律失常是循環系統常見疾病，是危及生命的重要疾病[33-35]，其可單獨發病，也可并發其他心血管系統疾病，病因主要是心肌細胞的異常興奮性增加。近年來，隨著對心肌細胞超微結構的研究，發現心律失常與心肌細胞超微結構的破壞有關[36-38]。Cx43是心室縫隙連接通道的主要物質基礎，其分布和表達異?？蓪е滦募〖毎d奮性異常，從而引起細胞間傳導速度減慢以及傳導方向發生改變，導致折返性心律失常[2]。因此，Cx43很可能成為心律失常治療的新靶點。

癲癇病因很復雜，是一個反復的病理生理過程，具有以下特點[39]：(1)反復自發性癲癇發作；(2)海馬、杏仁核等邊緣系統與癲癇密切相關；(3)癲癇腦部可有病理改變，如海馬硬化；(4)對抗癲癇藥物耐藥。針對癲癇的病因、致癇機制和治療的研究尚需完善。

研究表明，海馬是癲癇的常見起始部位之一，異常放電可從海馬起始并擴散至整個Papez網絡環路[40]。海馬是邊緣系統的一個重要結構，不僅與認知、記憶等方面密切相關，在神經系統疾病的發生方面也起到非常重要的作用，可能是由于海馬對缺血、缺氧以及某些興奮性氨基酸毒性等因素較為敏感；除此之外，海馬神經元興奮性高亦可能與海馬易受損傷有關。海馬區域的神經元細胞中Cx36的含量較其他部位更高[41]。隨著相關研究的進一步深入，海馬與癲癇之間的關系將會受到進一步的重視。

3 縫隙連接阻斷劑的研究現狀

心肌梗死后大鼠心肌組織Cx43去磷酸化，心室顫動閾值降低，應用美托洛爾可促進Cx43的磷酸化，從而逆轉心電傳導異常[42]。Cx36與癲癇相關性的體外及體內研究發現，縫隙連接阻斷劑可以作為新型抗癲癇藥物，盡管其尚未應用于臨床[29-31]。

縫隙連接及縫隙連接阻斷劑的研究，有可能成為癲癇發病機制及治療領域最有價值的研究熱點?？p隙連接可以促進神經元之間的超同步化放電而引起癲癇，應用縫隙連接阻斷劑可減輕癇性發作及神經元放電的程度，縫隙連接阻斷劑有望成為抗癲癇治療的新藥[43]。目前，常用的縫隙連接阻斷劑有：(1)非選擇性縫隙連接阻斷劑。如丙酸和丙酸鈉，通過調節細胞內酸化程度來調節縫隙連接的開放。此外，還有庚醇和辛醇，二者屬于長鏈醇類，而乙氟醚屬于麻醉類藥物，甘珀酸和18α-甘草次酸屬于甘草次酸衍生物。研究較多的是甘珀酸，為一種非選擇性廣譜抑制劑，同時具有濃度依賴性，可使Cx43、Cx36表達減低。(2)縫隙連接選擇性阻斷劑。神經元的選擇性阻斷劑主要有奎寧、奎尼丁和甲氟奎?？鼘幨且环N抗瘧藥[43-44]，新近發現其能選擇性阻斷Cx36介導的縫隙連接細胞間信號傳導，且阻斷作用具有可逆性和劑量依賴性。最近，還有一些體外研究報道了奎寧在不同致癇模型上具有抗驚厥作用[44-45]。因此，縫隙連接阻斷劑有可能成為研究的新熱點。

4 展望

細胞間的縫隙連接有傳導速度快、阻抗小的特點，在細胞間電活動傳遞中起到重要作用，在心肌細胞、神經細胞電傳遞相關疾病中，縫隙連接發揮了重要作用。因此，縫隙連接通道可能參與心臟、神經系統電生理相關疾病的發生、發展及維持?？p隙連接蛋白Cx43、Cx36可能通過增加電突觸的數目，使電傳導性增強，促進細胞間電活動，增加疾病產生的可能性。因此，以縫隙連接為靶點，開展對其作用機制及其阻斷劑的研究，有益于新型治療藥物的研發。