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1、环核苷酸门控通道的研究进展 1976年Noma首次报道在家兔心脏窦房结组织记录到一种超极化激活的内向电流,称为If[1]。超极化电流（If）是心肌舒张期去极化的主要决定因素，并且在心率控制及神经递质对心率的调节中起着非常重要的作用。自描述If后长达30年的时间内都未能实现其通道克隆，直到最近超极化激活的环核苷酸门控通道（hyperpo;arization-activatedcyclidnucleotide-getedchannel,HCN）亚单位的克隆才为理解If通道特性提供了分子基础，本文对编码If电流的HCN通道的研究进展做一综述。1环核苷酸门控通道基础研究1、1环核苷酸门控通
2、道及结构:1997年,Santoro[2]等人在寻找与神经Src基因SH3结合区作用的蛋白时利用酵母双杂交法从小鼠脑中克隆到一个新的通道家族。HCN通道在If电流被发现3年后才得以在这样偶然的情况下实现了其克隆。之后利用RT2PCR和cDNA库扫描技术在哺乳类克隆到4个异构型(HCN1～HCN4),所有的4个异构型在脑中均有表达,而心脏仅发现HCN1、HCN2和HCN4的表达[3]。尽管不同异构型动力学特征各异,但它们所产生的电流都具有典型的If电流特征,即超极化激活,钠钾离子混合通透,胞内cAMP的直接调节以及微弱的单通道电导。HCN通道包括6个跨膜区(S1～S6),其中带高度正
3、电荷的S4区起着电压感受器的作用[4],并且在S5与S6之间的孔道P区还具有大多数钾离子选择性通道标志性的GYG序列,但是P区除GYG序列外的氨基酸和钾离子选择性通道是不一样的,这也解释了HCN通道的钠钾混合通透。HCN通道C末端都包含一个环核苷酸结合区(CNBD),该区能与cAMP结合而调节If通道的电压依赖性,但并不是通道激活所必需。HCN通道家族在从S1区到CNBD之间的核心区域都是高度保守的,而在N末端和C末端长度及序列均差异较大[5]。HCN通道与电压门控性钾通道(Kv通道)结构有很多相似的地方,如6个跨膜区段,特别是同样包含带正电荷的S4区,但是HCN通道的超极化激活的
4、特性却不同于Kv通道等电压门控通道,这在很长一段时间内令人费解。2002年,Mannikko等人通过半胱氨酸替代的方法检测了不同条件下S4氨基酸残基的离子通透特性。从而解决了这个问题。实验发现S4区近端对细胞外侧的离子通透,而远端对内侧的离子通透,而中部至少有一个残基在超极化条件下对细胞外侧的离子通透而去极化条件下对内侧离子通透。HCN通道与Kv通道的S4区结构没有区别,但是在HCN通道中外向离子流导致S4区阀门的关闭而内向离子流可以诱发阀门的开放,这与Kv通道刚好是相反的。1、2HCN通道的动力学特征:不同的HCN通道异构型离子选择性及药理学特性都很相近,主要的差异表现在动力学特
5、征和cAMP激活的强度不同。HCN1具有最快的动力学特征,在正常的静息电位除极达到阈电位大约需要25～300ms,HCN2及HCN3大约180～500ms,HCN4最慢,在约-140mV的静息电位水平下需要几百毫秒,而正常的静息电位水平则需要长达数秒钟的时间。平均激活曲线的半最大电压虽然由于实验条件等原因的影响,文献报道数值差异较大,但亦表现为HCN2最负[6]。不同的HCN通道异构型可组装成多聚体,除同源多聚体,HCN1和HCN2尚可形成异源多聚体,形成的多聚体其动力学特征介于两者之间。1、3HCN通道的调节:HCN通道受多种神经递质及代谢产物的调节,这种调节都依赖于对电压依赖性
6、的改变[7]。如上所述,cAMP能使If激活曲线向正电压方向移动,从而加快心率。而乙酰胆碱则通过抑制cAMP的合成达到相反的效果。这种作用不依赖于磷酸化作用。1999年Page[8]等的研究发现HCN通道的活性受胞内pH值影响。酸性环境下通道活性弱,而碱性环境下活性强。这也导致很多的生理活动与HCN通道的活性相关,如丘脑摆动,呼吸频率。而酸中毒时HCN通道活性的减弱也成了心力衰竭和心肌梗死一个重要的病理条件。Zong[9]等人通过定向突变的技术将小鼠HCN2通道上的pH值感受器定位于一个组氨酸残基。1、4环核苷酸门控通道的异构型分布:如前所述,哺乳动物四种HCN通道亚型中目前只有H
7、CN1、HCN2及HCN4三种亚型在心脏发现表达。但是各个亚型表达的区域及量差异较大。在鼠类及兔子的窦房结中,HCN4是主要的亚型,这提示这一亚型在起搏电流的关键作用。少量的HCN1和HCN2也存在于窦房结。在浦肯野纤维,HCN4也是主要的异构型。普通的心房和心室肌细胞也可表达HCN通道,HCN2是主要的异构型,在人和鼠类的心房和心室肌细胞中还有少量的HCN4表达,而兔则无。2、环核苷酸门控通道临床研究Juliane[10]等人通过敲除小鼠HCN2、HCN4及应用If
