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【摘 要】 ATP敏感性钾通道将细胞膜电活动与细胞代谢联系在一起的重要通道。KATP通道是多种疾病的一个治疗学靶点，尤其对心肌细胞的保护作用，在心脏疾病的治疗上有重要意义。近几年研究使得对KATP通道有了更深入的了解。因此本文就豚鼠心肌细胞KATP通道的功能和影响因素做一综述。
【关键词】 ATP敏感性钾通道 心室肌细胞 低氧 pH 温度
1 KATP通道功能
ATP敏感性钾通道存在于许多类型的细胞上，该通道和细胞的新陈代谢和钾离子的转运相偶联。分子生物学和电生理学实验证实，KATP通道是由4个内向整流钾通道（Kir6.X家族）亚单位和4个调节性磺脲类受体（SUR）组成的八聚体。Kir6.X家族已发现两组成员：Kir6.1和Kir6.2，SUR也发现2种：SUR1和SUR2，SUR2又有2种不同的剪接体形式即SUR2A和SUR2B。Kir6.1表达在心肌细胞，平滑肌细胞，内皮细胞，毛细血管内皮细胞Kir6.1蛋白染色也呈阳性。Kir6.2主要表达在心室肌细胞和内皮细胞，平滑肌细胞不表达Kir6.2。经鉴定心肌质膜KATP由Kir6.2形成。SUR1亚单元主要分布于胰岛β细胞和神经元和心室肌细胞的肉膜表面，冠脉血管不表达SUR1。SUR2A多见于心肌和骨骼肌细胞，而SUR2B则在血管平滑肌细胞多见。SUR的主要作用是结合磺脲类药物、钾通道开放剂和ATP或ADP等细胞内调节因子。
在Kir6.2剔除的老鼠上发现，死亡率增加，电生理改变，对应激反应缺少适应，这说明KATP通道在保护心脏免遭致命性心律失常和对应激状态的适应上有重要作用。而完全剔除Kir6.1的老鼠使质膜KATP的功能完全丧失时又会导致心肌缺血后收缩功能的异常。因此KATP通道对心肌细胞的保护作用再次得到证实。
2 影响KATP通道的因素
2.1 低氧对KATP通道的影响
冯力等用膜片钳单通道记录技术的细胞贴附式研究急性短暂缺氧复氧对新鲜分离的豚鼠心肌细胞细胞膜KATP通道影响。短暂缺氧10min可明显引起细胞膜KATP通道的开放，缺氧诱导的KATP通道的开放以簇状开放为主。复氧2min及用2mmol/LATP可抑制通道开放，其电导值为897pS。缺氧使通道开放概率（Po）明显增加，并可诱发通道出现二级开放。
2.2 pH对KATP通道的影响
GustavoA.Moncada等人用膜片钳全细胞模式和内面向外式研究豚鼠心肌细胞细胞膜KATP通道，得出结论：降低PHo（细胞外PH）使尼克地尔激活豚鼠心室肌细胞上的KATP通道的能力降低。也有研究证实降低PHo，吡那第尔对KATP通道的作用减弱；增加PHo，吡那第尔对KATP通道的作用增强。作者提出这可能是由于H+调节细胞膜上吡那第尔的结合位点的状态，因此不同结构的钾通道开放剂和H+相互间的作用是不同的。
当存在MgATP/ADP时，在pHi（细胞内pH）=7.2时尼克地尔显著增加KATP的Po；降低pHi，Po显著降低。说明pHi的直接变化影响尼克地尔和KATP间的作用而不是产生第二信使，并且这种pHi降低对Po的作用大于pHi=7.2对通道的激活作用。
2.3 NO对KATP通道的作用
许多研究表明，NO有能直接调节KATP通道的作用，并且能增强钾通道开放剂对KATP通道的作用，其机制不清楚。目前研究证实不同结构的NO供体在Phi=7.2时能增加KATP通道的开放概率，并且当祛除NO供体时通道开放概率依旧在增加，因此需要更大剂量的ATP来抑制该通道。此外，当Phi在6.0-7.2，且NO供体存在时，通道开放概率明显增加。NO供体的这种作用和尼克地尔相似（Phi降低时，尼克地尔对通道的作用也降低），这种作用归因于NO和H+对通道上ATP结合位点的作用。这种作用和Phi正常时NO和尼克地尔对通道的作用不同，依赖于Ph增高和降低的该通道的行为还可能有其它机制，这方面有待于深入研究。目前还不清楚NO清除系统为什么不能改变和阻止NO供体对KATP通道的作用，这还需要进一步研究。
2.4 温度的影响
JINSan-qing等通过膜片钳技术全细胞模式研究了温度在激活豚鼠心肌细胞细胞膜KATP通道的作用，得出结论：降低温度，尼克地尔激活KATP通道的电流幅度降低，电流密度减少。尼克地尔激活KATP通道是温度依赖性的，该温度与开放KATP通道的时间成线性相关r=-0.942。温度越低开放此通道所需时间越长，得到的电流密度越小。温度极低时通道难以开放，在4摄氏度时，通道电流密度接近0。
2.5 药物的影响
ATP/ADP的比例对KATP通道活性的调节至为重要，是将通道活性与细胞代谢联系在一起的重要调节因素。ATP与ADP是通道的主要门控分子。ATP是通道的内源性抑制剂，其抑制作用与Mg2+无关。除了对通道的抑制作用外，ATP还有恢复通道功能的作用。多数实验发现KATP通道在无ATP溶液中表现“衰减”现象，即先开放，随后逐渐丧失活性，Mg-ATP可恢复衰减的通道活性。ADP或其他二磷酸核苷（NDPs）是钾通道的内源性激动剂。在缺乏Mg2+时ADP抑制KATP通道活性，但Mg-ADP刺激其活性，并能激活预先被ATP抑制的通道。Mg-ADP可能通过与ATP竞争结合而激活KATP通道。
磺酰脲复合物（SUs）和钾通道开放剂（KCOs）是外源性KATP通道的阻滞剂和开放剂。
信使物质，如G蛋白、蛋白激酶等也参与KATP通道的调节。将外源性G蛋白亚单位的活性形式加入胞膜内侧面激活心脏KATP通道。KATP通道还受蛋白激酶A（PKA）、蛋白激酶G（PKG）或蛋白激酶C（PKC）磷酸化调节。PKA或PKG产生的磷酸化激活血管KATP通道。而PKC激活后抑制该通道。心脏KATP通道既可被PKC激活，又可在PKC激活时处于一种备用状态，使它能够被代谢抑制或吡那地尔激活。在缺氧预处理的心脏，经研究蛋白激酶G（PKG）对经NO-cGMP-PKG途径诱导的KATP通道开放产生的心肌保护中其作用优于NO。
3 结语
ATP敏感钾通道將细胞膜电活动与细胞代谢联系在一起的重要通道。KATP的开放对心肌缺血和梗塞时缩短动作电位的时程起到重要作用，对细胞外钾的聚集也有部分贡献。该通道在病理生理过程中有重要作用，已经成为令人关注的药物研究靶点。因而对KATP通道的功能和影响该通道的因素有深入了解必将有助于更好地开发钾通道调节剂，为临床心脏病患者减轻痛苦，提供更好的治疗。
【关键词】 ATP敏感性钾通道 心室肌细胞 低氧 pH 温度
1 KATP通道功能
ATP敏感性钾通道存在于许多类型的细胞上，该通道和细胞的新陈代谢和钾离子的转运相偶联。分子生物学和电生理学实验证实，KATP通道是由4个内向整流钾通道（Kir6.X家族）亚单位和4个调节性磺脲类受体（SUR）组成的八聚体。Kir6.X家族已发现两组成员：Kir6.1和Kir6.2，SUR也发现2种：SUR1和SUR2，SUR2又有2种不同的剪接体形式即SUR2A和SUR2B。Kir6.1表达在心肌细胞，平滑肌细胞，内皮细胞，毛细血管内皮细胞Kir6.1蛋白染色也呈阳性。Kir6.2主要表达在心室肌细胞和内皮细胞，平滑肌细胞不表达Kir6.2。经鉴定心肌质膜KATP由Kir6.2形成。SUR1亚单元主要分布于胰岛β细胞和神经元和心室肌细胞的肉膜表面，冠脉血管不表达SUR1。SUR2A多见于心肌和骨骼肌细胞，而SUR2B则在血管平滑肌细胞多见。SUR的主要作用是结合磺脲类药物、钾通道开放剂和ATP或ADP等细胞内调节因子。
在Kir6.2剔除的老鼠上发现，死亡率增加，电生理改变，对应激反应缺少适应，这说明KATP通道在保护心脏免遭致命性心律失常和对应激状态的适应上有重要作用。而完全剔除Kir6.1的老鼠使质膜KATP的功能完全丧失时又会导致心肌缺血后收缩功能的异常。因此KATP通道对心肌细胞的保护作用再次得到证实。
2 影响KATP通道的因素
2.1 低氧对KATP通道的影响
冯力等用膜片钳单通道记录技术的细胞贴附式研究急性短暂缺氧复氧对新鲜分离的豚鼠心肌细胞细胞膜KATP通道影响。短暂缺氧10min可明显引起细胞膜KATP通道的开放，缺氧诱导的KATP通道的开放以簇状开放为主。复氧2min及用2mmol/LATP可抑制通道开放，其电导值为897pS。缺氧使通道开放概率（Po）明显增加，并可诱发通道出现二级开放。
2.2 pH对KATP通道的影响
GustavoA.Moncada等人用膜片钳全细胞模式和内面向外式研究豚鼠心肌细胞细胞膜KATP通道，得出结论：降低PHo（细胞外PH）使尼克地尔激活豚鼠心室肌细胞上的KATP通道的能力降低。也有研究证实降低PHo，吡那第尔对KATP通道的作用减弱；增加PHo，吡那第尔对KATP通道的作用增强。作者提出这可能是由于H+调节细胞膜上吡那第尔的结合位点的状态，因此不同结构的钾通道开放剂和H+相互间的作用是不同的。
当存在MgATP/ADP时，在pHi（细胞内pH）=7.2时尼克地尔显著增加KATP的Po；降低pHi，Po显著降低。说明pHi的直接变化影响尼克地尔和KATP间的作用而不是产生第二信使，并且这种pHi降低对Po的作用大于pHi=7.2对通道的激活作用。
2.3 NO对KATP通道的作用
许多研究表明，NO有能直接调节KATP通道的作用，并且能增强钾通道开放剂对KATP通道的作用，其机制不清楚。目前研究证实不同结构的NO供体在Phi=7.2时能增加KATP通道的开放概率，并且当祛除NO供体时通道开放概率依旧在增加，因此需要更大剂量的ATP来抑制该通道。此外，当Phi在6.0-7.2，且NO供体存在时，通道开放概率明显增加。NO供体的这种作用和尼克地尔相似（Phi降低时，尼克地尔对通道的作用也降低），这种作用归因于NO和H+对通道上ATP结合位点的作用。这种作用和Phi正常时NO和尼克地尔对通道的作用不同，依赖于Ph增高和降低的该通道的行为还可能有其它机制，这方面有待于深入研究。目前还不清楚NO清除系统为什么不能改变和阻止NO供体对KATP通道的作用，这还需要进一步研究。
2.4 温度的影响
JINSan-qing等通过膜片钳技术全细胞模式研究了温度在激活豚鼠心肌细胞细胞膜KATP通道的作用，得出结论：降低温度，尼克地尔激活KATP通道的电流幅度降低，电流密度减少。尼克地尔激活KATP通道是温度依赖性的，该温度与开放KATP通道的时间成线性相关r=-0.942。温度越低开放此通道所需时间越长，得到的电流密度越小。温度极低时通道难以开放，在4摄氏度时，通道电流密度接近0。
2.5 药物的影响
ATP/ADP的比例对KATP通道活性的调节至为重要，是将通道活性与细胞代谢联系在一起的重要调节因素。ATP与ADP是通道的主要门控分子。ATP是通道的内源性抑制剂，其抑制作用与Mg2+无关。除了对通道的抑制作用外，ATP还有恢复通道功能的作用。多数实验发现KATP通道在无ATP溶液中表现“衰减”现象，即先开放，随后逐渐丧失活性，Mg-ATP可恢复衰减的通道活性。ADP或其他二磷酸核苷（NDPs）是钾通道的内源性激动剂。在缺乏Mg2+时ADP抑制KATP通道活性，但Mg-ADP刺激其活性，并能激活预先被ATP抑制的通道。Mg-ADP可能通过与ATP竞争结合而激活KATP通道。
磺酰脲复合物（SUs）和钾通道开放剂（KCOs）是外源性KATP通道的阻滞剂和开放剂。
信使物质，如G蛋白、蛋白激酶等也参与KATP通道的调节。将外源性G蛋白亚单位的活性形式加入胞膜内侧面激活心脏KATP通道。KATP通道还受蛋白激酶A（PKA）、蛋白激酶G（PKG）或蛋白激酶C（PKC）磷酸化调节。PKA或PKG产生的磷酸化激活血管KATP通道。而PKC激活后抑制该通道。心脏KATP通道既可被PKC激活，又可在PKC激活时处于一种备用状态，使它能够被代谢抑制或吡那地尔激活。在缺氧预处理的心脏，经研究蛋白激酶G（PKG）对经NO-cGMP-PKG途径诱导的KATP通道开放产生的心肌保护中其作用优于NO。
3 结语
ATP敏感钾通道將细胞膜电活动与细胞代谢联系在一起的重要通道。KATP的开放对心肌缺血和梗塞时缩短动作电位的时程起到重要作用，对细胞外钾的聚集也有部分贡献。该通道在病理生理过程中有重要作用，已经成为令人关注的药物研究靶点。因而对KATP通道的功能和影响该通道的因素有深入了解必将有助于更好地开发钾通道调节剂，为临床心脏病患者减轻痛苦，提供更好的治疗。