大鼠远端结肠平滑肌钙库操纵性通道及其功能的研究

摘要

在平滑肌收缩过程中，胞内Ca2+浓度的变化是平滑肌细胞收缩的诱导因素，细胞外Ca2+内流是引起胞内Ca2+浓度升高的主要来源。一般认为，电压操纵性Ca2+通道(voltage-operatedCa2+channel，VOCC)是介导平滑肌收缩过程中胞外Ca2+内流的主要机制，但近期发现钙库操纵性(store-operated)和受体操纵性(receptor-operated)通道也参与平滑肌细胞的收缩反应。 当细胞外的信号激活受体后，通过兴奋性G蛋白激活磷脂酶C(phospholipaseC，PLC)，后者水解磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositolbiphosphate，PIP2)，生成1，4，5-三磷酸肌醇(1,4,5-triphosphateinositol，IP3)和二酰甘油(diacylglycerol，DG)。IP3作用于内质网(endoplasmicreticulum，ER)或肌浆网(sacroplasmicreticulum，SR)，引起钙库释放Ca2+。当钙库耗竭，诱发细胞膜上某种Ca2+通道的开放而促进胞外Ca2+内流，使钙库重新充盈，这种Ca2+通道被定义为钙库操纵性通道(store-operatedCa2+channel，SOCC)，该通道介导的Ca2+内流称为库容性Ca2+内流(capacitativecalciumentry，CCE)。既往的研究发现VOCC是介导豚鼠远端结肠平滑肌收缩的主要机制，但对于SOCC是否存在于远端结肠平滑肌细胞上，以及其生理功能为何尚不清楚，本研究在以往对结肠动力研究的基础上，应用细胞内Ca2+浓度测定和生物换能技术，从细胞和组织器官水平观察大鼠远端结肠平滑肌细胞上SOCC，分析CCE在影响或控制远端结肠平滑肌动力信号转导中的作用，并对CCE是否参与乙酰胆碱(ACh)诱导的远端结肠平滑肌收缩作了初步探讨。 1大鼠远端结肠平滑肌细胞上的SOCC 用[Ca2+]i变化为指标，研究了毒胡萝卜素(TG)和咖啡因(CAF)对酶解分离的大鼠远端结肠平滑肌细胞[Ca2+]i的影响。在无Ca2+缓冲液中，TG(1μmol·L-1)以及CAF(10mmol·L-1)分别使[Ca2+]i由静息时68.32±3.43nmol·L-1升高到240.85±12.65nmol·L-1、481.25±34.77nmol·L-1。继之，向细胞外液中引入两种浓度的Ca2+(1.5mmol·L-1和3.0mmol·L-1)，可引起[Ca2+]i进一步升高，分别为457.55±19.80nmol·L-1、1005.93±54.62nmol·L-1；643.88±34.65nmol·L-1、920.16±43.25nmol·L-1。且上述升高效应对维拉帕米(Ver)(5μmol·L-1)以及高浓度KCl(40mmol·L-1)引起的细胞膜去极化不敏感，但可被La3+(1mmol·L-1)抑制。上述结果提示，在酶解分离的大鼠远端结肠平滑肌细胞上，存在因胞内钙库耗竭所激活的SOCC，为支持在电兴奋性细胞上存在库容性Ca2+内流提供了实验依据。 2CCE参与大鼠远端结肠平滑肌动力变化的信号转导 利用离体器官灌流、并通过张力换能器、数据采集分析系统测定远端结肠纵形肌的张力，观察了CCE在大鼠远端结肠平滑肌动力变化的信号转导中的作用。结果发现，TG(10nmol·L-1～1μmol·L-1)诱导结肠纵形肌条产生持续的收缩，不同浓度TG引起的肠肌同步收缩反应张力显著不同。在无钙Krebs液(包含1mmol·L-1EDTA)中用TG将肌条培养35min后，再加入Ca2+(2.5mmol·L-1)，比未经TG处理的肌条产生的收缩张力明显提高(99±28％vs70±8％)，且TG耗竭胞内钙库后再复钙所致的收缩效应，不受L型钙通道阻断剂Ver影响，但可被SOCC阻断剂La3+减弱。提示TG耗竭胞内钙库后再复钙诱导的大鼠远端结肠平滑肌收缩反应由CCE介导，由此推测CCE是大鼠远端结肠平滑肌收缩的激活信号Ca2+的来源之一，参与完成结肠平滑肌兴奋-收缩耦联过程。 3CCE参与ACh诱导的大鼠远端结肠平滑肌收缩 以无钙的Krebs液灌流或用EGTA螯合细胞外Ca2+后，高K+及ACh引起的远端结肠平滑肌收缩几乎完全消失。电压操纵性Ca2+通道阻断剂Ver也能减弱高K+及ACh引起的远端结肠平滑肌收缩，其减弱的程度分别为74％，41％。此外，在无钙的Krebs液中，5μmol·L-1ACh可引起离体肠管瞬时性收缩，这是由SR释放钙所致，然后加入10μmol·L-1阿托品(atropine)，在此基础上恢复细胞外Ca2+(2.5mmol·L-1)，则出现持续性收缩，待收缩反应达峰值时，加入5μmol·L-1Ver，收缩无明显变化，且该收缩反应对SOCC阻断剂La3+敏感，分别应用20μmol·L-1，50μmol·L-1和100μmol·L-1的La3+使上述收缩张力降低15％，23％和36％，且呈浓度依赖性，但对Cd2+则不敏感。研究结果提示，细胞外Ca2+内流对高K+及ACh诱导的离体远端结肠平滑肌持续性收缩是必需的，由ACh诱导的远端结肠平滑肌收缩至少包括SR释放钙引起的短暂性收缩及受体操纵性Ca2+通道(receptor-operatedCa2+channel，ROCC)、VOCC和CCE介导的胞外Ca2+内流等途径。 总之，在大鼠远端结肠平滑肌细胞上，存在由胞内钙库耗竭激活的SOCC，为支持在兴奋性细胞上存在CCE提供了实验依据。目前推测，瞬时受体电位(transientreceptorpotential，TRP)蛋白家族中的成员组成了SOCC。本研究证明CCE是结肠平滑肌收缩的激活信号Ca2+的来源之一，参与完成结肠平滑肌兴奋-收缩耦联过程，在影响和调节结肠平滑肌动力变化的信号转导中起重要作用，我们还发现细胞外Ca2+对高K+及ACh介导的结肠平滑肌收缩反应是必需的，ACh诱导的结肠平滑肌收缩反应至少包括SR释放钙引起的短暂性收缩及ROCC、VOCC和CCE介导的胞外Ca2+内流引起的收缩反应等途径。经研究结果将从通道水平进一步分析消化管平滑肌收缩的机制和特征，为预防和控制因胃肠动力紊乱所致的消化管疾病寻求有针对性的药物干预和治疗提供实验和理论依据。

目录

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英文缩略词表

摘要

1前言

2材料与方法

3实验结果

4讨论

5结论

参考文献

附录

致谢

文献综述：平滑肌细胞上的钙库操纵性通道