T型Ca-%272%2b-通道在逼尿肌兴奋产生及逼尿肌不稳定发生机理中作用研究
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第三军医大学博士学位论文
T型Ca2+通道在逼尿肌兴奋产生及逼尿肌
不稳定发生机理中的作用研究
摘要
逼尿肌不稳定(Detrusorinstability,DI)是最常见的一种膀胱功能障碍,病因多样,发病率高,治疗困难,常引起尿频、尿急、急迫性尿失禁等临床症状,严重者导致肾、输尿管积水和肾功能损害,给患者精神及经济上造成极大的负担。
DI发病机理尚不清楚,争论主要集中在DI发生是神经源性还是肌源性。
最近资料显示DI与逼尿肌自发兴奋能力增强有关,发生DI的最终环节是肌细胞的兴奋性增高,是一种肌源性兴奋性改变。
逼尿肌细胞是~种可兴奋细胞,其兴奋的产生受多种因素调控,但Ca2+在其中起着最关键的作用;逼尿肌细胞兴奋的前提是Ca2+内流入胞,导致膜电位发生改变,使电压依赖式离子通道激活,细胞去极化;同时,ca2+发挥第二信使作用,激活其它ca2+依赖式离子通道与受体,共同参与细胞动作电位的引发。
Ca2+通道是Ca2+入胞的主要途径,逼尿肌细胞膜上有高密度的L型Ca2+通道,据此临床上应用L型ca”通道阻断剂治疗DI,虽取得了一定疗效,但并不能消除DI的发生。
T型Ca2+通道是一种低电压激活的ca2+通道,门控行为具有快速失活和缓慢关闭的动力学特性,可在细胞静息电位水平形成“窗口”电流,促进膜的去极化作用,在细胞兴奋启动阶段发挥重要作用;同时,T型Ca2+通道的三个亚型n1G、dlH和OlI具有各自的“门控”特性,功能上互有差异。
业已证实T型ca”通道对心肌起博细胞、神经元细胞的兴奋起着关键作用,某些兴奋性增加的病理状态的产生也与T型Ca2+电流密度增强有关。
目前DI逼尿肌细胞兴奋性变化是否与T型ca2+通道的结构与功能异常有关尚未见研究报道,有关T型Ca2+通道在正常逼尿肌兴奋产生中的作用仅在近年才有零星的报道。
(2001年)发现逼尿肌细胞还存在T型ca”跨膜电流,肌条实验(2003年)表明阻断T型Ca2+通道后逼尿肌兴奋性明显下降。
为此,我们从下面几个方面进行了研究:第一,对常用的DI研究模型(膀胱出口梗阻模型,BOOmodel)进行尿动力学上的动态监测,评估模型的最佳选择时期,在此基础上采用RT-PCR法分析DI逼尿肌组织中T型ca”通道亚型的表达,了解T型ca2+通道是否可成为DI发生的原因;第二,采用急性分离逼尿肌细胞,应用膜片钳技
术的电压钳记录模式,记录与分析DI逼尿肌细胞是否存在T型ca2+电流的异常变化,探讨DI逼尿肌细胞T型Ca2+电流的动力学特性及其对细胞兴奋性的影响;第三,采用急性分离逼尿肌细胞,应用膜片钳技术的电流钳记录模式,记录与分析Ca2+通道阻断剂(L与T型)对DI逼尿肌细胞动作电位的影响,探讨T型ca2+通道与DI逼尿肌兴奋性之间的关系,以及T型ca2+通道阻断剂治疗DI的可行性,为临床应用新型Ca2+通道阻断剂治疗DI提供理论指导。
主要结果和结论如下:
1.发现DI逼尿肌细胞与正常逼尿肌细胞均有Q.I亚型表达,且表达量上两者无显著的差别;发现DI逼尿肌细胞出现了a1G亚型的表达,而正常逼尿肌上无此亚型表达。
推测DI逼尿肌中a1G亚型的异常表达可能与DI逼尿肌细胞电位变化及机制中发挥了重要作用。
2.发现T一型Ca2+通道与L型Ca2+通道共同参与了逼尿肌细胞动作电位的形成。
这一发现为认识逼尿肌细胞Ca2+通道参与的细胞动作电位形成提供了实验依据。
3.发现T型Ca2+通道在逼尿肌细胞起到了维持细胞膜电位、阈电位的作用,与动作电位的启动和重复发放密切相关。
这一发现提示;T型ca2+通道在逼尿肌细胞兴奋产生机制中起着关键性的作用。
4.发现DI逼尿肌细胞产生动作电位的能力特别是连续动作电位发放的能力明显强于对照的稳定逼尿肌细胞,进一步证实了DI发病是逼尿肌细胞本身兴奋能力增强的结果,为DI发生的肌源性学说提供了有力证据。
5.证实了逼尿肌存在着T型ca”通道表达;发现DI逼尿肌细胞T型ca”电流密度明显强于稳定的逼尿肌细胞,T型Ca2+内向电流增大是DI逼尿肌细胞T型Ca2+通道活动的基本特征。
6.发现L型Ca2+通道在DI发生机制中不起主导作用,T型Ca”通道起着关键作用,提示应用T型Ca2+通道阻断剂治疗DI理论上可行。
关键词:膀胱;逼尿肌细胞;梗阻;逼尿肌不稳定{尿动力学;病因学
全细胞膜片钳;钙内流;钙通道:钙通道阻断剂:动作电位
ThestudyontheroleofT.typeCa2.+channelsinthe
generationofdetrusorexcitabilityandthe
pathogenesisofdetrusorinstability
Abstract
Thedetrusorinstability,aconlnlonconditioninbladderdysfunction,causessignificantmorbidityinsufferersandagreatfinancialexpensetohealthcal-。
providers.Theconditionisassociatedwithsymptomsofurinaryfrequency,urgencyandurgeincontinence.andevenleadstohydronephrosisorhydroureterhydroureteronephroiss,andtheimpairmentoftherenalfunctionsinthoseseriousCaSeS.Detrusorinstabilityhasfeaturesasvariantetiologies,highincidenceandpoortreatmentoutcomesetc.Theexactetiologyofdetrusorinstability
hasnotbeenunwindedandthemaincontroversyisfocusedonwhetheritisneurogenicormyogeniccauses.Thelatestaccumulatedevidencesindicatethatdeta'usorinstabilityiscloselyrelatedwiththespontaneouslyenhancedexcitabilityofdetrusorandtheendstageofdetmsorinstabilityistheincreasedexcitabilityofdetrusorsmoothmusclecells,whichisbelievedtobeduetoamyogenicalterationofexcitability.
Thedetrusorsmoothmusclecellisasortofexcitableone,andthegenerationofitsexcitationisregulatedbyavarietyoffactors,amongwhichtheCa”signalplaysakeyrole.ThepremiseofexcitationofthedetrusorsmoothmusclecellistheinfluxoftheextracellularCa”ion,thenleadstothealterationofthemembrabepotential,andactivatesthevoltage·gatedionchannels,andresultsinthemembranedepolarization.simultaneously,otherCa2+_dependentionchannelsandreceptorsalsoactivatedbyCa2+ion,servingasasecondmessenger,jointlyparticipateintheinitiationoftheactionpotential.TheinfluxofCa2+ionintothecytoplasmismainlycontrolledbywayoftheCa2+channelsandtherearedenseL-typeCa2+channelsinthedetrusorcellmembrane.Basedontheaboveevidence.tIleapplicationofL—typeCa2+channelinhibitorshaslongbeenputforwardclinicallyintheⅡeatrnemofdetrusorinstability,thoughthiskindoftherapycouldamelioratesome
symptoms,itcant’tcompletelyerasethegenerationofdetrusorinstability.
andT.typeCa2+channelisalow—voltageactivatedionchannel,withrapidinactivation
therestingrelativelyslowerclosekineticsintheirgatingbehaviors.Attheperiodof
membranepotentialrange,itcanproducea“widow’’currentthatfacilitatesthemembranedepolarization,andplaysavitalroleatthestageofinitiationoftheactionpotential.Atthe
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sametime.T—typeCa2+channelhasthreeisoforms(subtypes)ofo1G、oIHando1I,andtheseisoformsmanifestatediversitycharacteristicsinbothgatingkineticsandfunctions.IthasbeenconfirmedthattheT-typeCa‘+channelplayakeyroleforexcitabilityinthecardiacpacemakercellsandneurons,andsomepathologicalcircumstancesalsoexistedwithanenhancedexpressionofT,typeCa2+current.
Atpresent,ithasnotbeencoveredwhethertheexcitabilitytransformationatunstabledetrusormyocytescorrelatedwiththeconstitutionanddisfunctionofT-typeCa”channel.RelevantoddsandendsreportsabouttheroleofT-typeCa2+channelwascoveredinthedevelopmentofexcitationatnormaldetrusormyoc:ytesintherecentlyyears.In2001year,itwasdiscoveredthatdetrusormyocyteswaspresentwithT—typeCa2+spanmembrancecurrent,andin2003year,musclestripexperimentprovedtheexcitabilityofdetrusorwerereducedbytheadditionofT—typeCa2+channelblocker.
drastically
Wecardedoutourexperimentasfollows:Frist.Thecommonlyusedunstabledetmsoranimalmodel(BOOmodel)Wasinvestigatedbyregularurodynamicalmethodandthenthe
determined.Basedonthisresult,theoptimalperiodforassessingthemodelwas
normaldetrusorandunstabledetrusortissuesexpressionsofT—typeCa计channelsbetween
wereprobedusingRT-PCRprotocoltOseeifT-typeCa2+channelscouldbetheetiologyofdetrusorinstability;Second,TheT—typeCa”currentswererecordedviapatch—clamponthe
normaldetrusormyocyteswiththeendtoexploretherolesoffreshlydispersedandcultured
thesecurrentsintheinitiationofdetrusormyocytesexcitability;Third,TheT—typeCaz’currentskineticsandthealterationsofthecurrentsaftertheaddtionofCa‘+channelsblockers(bothLandTtype)wererecordedviapatch-clamponthefreshlydispersednormaldetrusormyocytesandunstabledetrusormyocytes,whichwereusedtoexploretherelationbetweenT-typeCa2+channelsandthepathogenesisofdetrusorinstabilityandthefeasibilityofT.typeCa2+channelinhibitorsinthetreatmentofdetmsorinstability.
Themainresultsandconclusionwereasfollow:
1.ThegeneexpressionpatternsindicatethatthereisolIisoformbothinthenormalandunstabledetrusortissueswithoutquantitydiscrepancywhileoiGisfoundonlyintheunstabledetrusortissuessuggestingaroleinthepathogenesisofdetrusorinstability.2.OurexperimentprovesthattheactionpotentialofdetrusormyocyteisformedbybothLandTtypeCa2+channels.
andthresholdpotential3.T—typeCa2+channelsplaytheroleinmaintainingmembrane
andcloselyrelatedwithinitiationandrepeatedoccurrenceofactionpotentialindicating
翌三垩堕奎兰堡主兰垡堡塞
theytakethepivotalpartinthestartingofexcitabilityofdetrusormyocyte.4.Theoccurrencesofactionpotential,inparticularlytherepeated
muchhigher
one,arc
inunstabledetrusormyocytesthanthatofnormaldetrusormyocytes,furtherlyconfmldngthepreviouspresumptionthatdetrusorinstabilityistheresultofenhancedexcitabilityofdetrusormyocytesandsoprovidingstrongevidencefordetrusorinstabilitymyogenictheory.
5.TheT-typeCa2+currentsdesifiesareconspicuouslyhigherinunstabledetrusormyocytesthanthoseofnormaldetrusormyocytesandtheincreasedinwardcurrentsarethedistinctivefeatureofT—typeCa”channelkineticsinunstabledetrusormyocytes.6.ItistheT—typeC一+channelsnotL-typethatplaythekeyroleinthepathogenesisofdetmsorinstability,whichsuggestthatitistheoreticallyfeasibletoapplytheT—typeca2+channeIblockerstotreatdetrusorinstability.
KeyWords:Urinarybladder;Detrusorcells;Obstruction;Detrusorinstability;
Urodynamics;Aetiology;Whole—cellPatchClamp;ca2+influx;
Calciumchannels;CalciumchannelblockingAgents;Actionpotential.
第三军医大学研究生学位论文独创性声明
秉承学校严谨的校风和科研作风,本人申明所呈交的论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料,与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。
论文作者签名:7五:i纭日期:趁丝!:7
‘J
第三军医大学研究生学位论文版权使用授权书本人完全了解第三军医大学有关保护知识产权的规定,即:研究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属第三军医大学。
本人保证毕业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位为第三军医大学。
学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密内容除外),可以采用影印、缩印或其他手段保存论文。
论文作者签名:
指导教师签名:
日期:也哔
第三军医大学博士学位论文
APW
bp
BPH
B00
DI
DSMCDS
DMEMFBS
HVAl|P
lCS
LvA
MCC
PBS
PCR
RT.PCRrpm
SMC
TP
UDS
VDCCs
英文缩写一览表
Actionpotentionwaveform
basepair(s)
Benignprostatichyperplasia
Bladderoutletobstruction
Detrusorinstability
Detrusorsmoothmusclecell
Detrusorstability
Dulbeccosmodifiedeaglemedium
Fetalbovineserum
Highvoltageactivated
Holdpotential
Intemationaicontinencesociety
Lowvoltageactivated
Maxiamcystometriccapacity
Phosphatebuffersolution
Polymerasechainreaction
Reversetranscription-PCR
Rotateperminute
Smoothmusclecell
Testpotential
Urodynamicstudy
VoltagedependentCa2+channels
动作电位波形
碱基对
前列腺增生症
膀胱出口梗阻
逼尿肌不稳定
逼尿肌细胞
逼尿肌稳定
改良基础培养基
胎牛血清
高电压激活
钳制电压
国际尿控协会
低电压激活
最大膀胱容量
磷酸盐缓冲液
多聚酶链反应
逆转录多聚酶链反应
每分钟转速
平滑肌细胞
检测电压
尿动力学检查
电压依赖性钙通道
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ThestudyontheroleofT.typeCa2.+channelsinthe
generationofdetrusorexcitabilityandthe
pathogenesisofdetrusorinstability
Abstract
Thedetrusorinstability,aconlnlonconditioninbladderdysfunction,causessignificantmorbidityinsufferersandagreatfinancialexpensetohealthcal-。
providers.Theconditionisassociatedwithsymptomsofurinaryfrequency,urgencyandurgeincontinence.andevenleadstohydronephrosisorhydroureterhydroureteronephroiss,andtheimpairmentoftherenalfunctionsinthoseseriousCaSeS.Detrusorinstabilityhasfeaturesasvariantetiologies,highincidenceandpoortreatmentoutcomesetc.Theexactetiologyofdetrusorinstability
hasnotbeenunwindedandthemaincontroversyisfocusedonwhetheritisneurogenicormyogeniccauses.Thelatestaccumulatedevidencesindicatethatdeta'usorinstabilityiscloselyrelatedwiththespontaneouslyenhancedexcitabilityofdetrusorandtheendstageofdetmsorinstabilityistheincreasedexcitabilityofdetrusorsmoothmusclecells,whichisbelievedtobeduetoamyogenicalterationofexcitability.
Thedetrusorsmoothmusclecellisasortofexcitableone,andthegenerationofitsexcitationisregulatedbyavarietyoffactors,amongwhichtheCa”signalplaysakeyrole.ThepremiseofexcitationofthedetrusorsmoothmusclecellistheinfluxoftheextracellularCa”ion,thenleadstothealterationofthemembrabepotential,andactivatesthevoltage·gatedionchannels,andresultsinthemembranedepolarization.simultaneously,otherCa2+_dependentionchannelsandreceptorsalsoactivatedbyCa2+ion,servingasasecondmessenger,jointlyparticipateintheinitiationoftheactionpotential.TheinfluxofCa2+ionintothecytoplasmismainlycontrolledbywayoftheCa2+channelsandtherearedenseL-typeCa2+channelsinthedetrusorcellmembrane.Basedontheaboveevidence.tIleapplicationofL—typeCa2+channelinhibitorshaslongbeenputforwardclinicallyintheⅡeatrnemofdetrusorinstability,thoughthiskindoftherapycouldamelioratesome
symptoms,itcant’tcompletelyerasethegenerationofdetrusorinstability.
andT.typeCa2+channelisalow—voltageactivatedionchannel,withrapidinactivation
therestingrelativelyslowerclosekineticsintheirgatingbehaviors.Attheperiodof
membranepotentialrange,itcanproducea“widow’’currentthatfacilitatesthemembranedepolarization,andplaysavitalroleatthestageofinitiationoftheactionpotential.Atthe
第三军医大学博士学位论文
sametime.T—typeCa2+channelhasthreeisoforms(subtypes)ofo1G、oIHando1I,andtheseisoformsmanifestatediversitycharacteristicsinbothgatingkineticsandfunctions.IthasbeenconfirmedthattheT-typeCa‘+channelplayakeyroleforexcitabilityinthecardiacpacemakercellsandneurons,andsomepathologicalcircumstancesalsoexistedwithanenhancedexpressionofT,typeCa2+current.
Atpresent,ithasnotbeencoveredwhethertheexcitabilitytransformationatunstabledetrusormyocytescorrelatedwiththeconstitutionanddisfunctionofT-typeCa”channel.RelevantoddsandendsreportsabouttheroleofT-typeCa2+channelwascoveredinthedevelopmentofexcitationatnormaldetrusormyoc:ytesintherecentlyyears.In2001year,itwasdiscoveredthatdetrusormyocyteswaspresentwithT—typeCa2+spanmembrancecurrent,andin2003year,musclestripexperimentprovedtheexcitabilityofdetrusorwerereducedbytheadditionofT—typeCa2+channelblocker.
drastically
Wecardedoutourexperimentasfollows:Frist.Thecommonlyusedunstabledetmsoranimalmodel(BOOmodel)Wasinvestigatedbyregularurodynamicalmethodandthenthe
determined.Basedonthisresult,theoptimalperiodforassessingthemodelwas
normaldetrusorandunstabledetrusortissuesexpressionsofT—typeCa计channelsbetween
wereprobedusingRT-PCRprotocoltOseeifT-typeCa2+channelscouldbetheetiologyofdetrusorinstability;Second,TheT—typeCa”currentswererecordedviapatch—clamponthe
normaldetrusormyocyteswiththeendtoexploretherolesoffreshlydispersedandcultured
thesecurrentsintheinitiationofdetrusormyocytesexcitability;Third,TheT—typeCaz’currentskineticsandthealterationsofthecurrentsaftertheaddtionofCa‘+channelsblockers(bothLandTtype)wererecordedviapatch-clamponthefreshlydispersednormaldetrusormyocytesandunstabledetrusormyocytes,whichwereusedtoexploretherelationbetweenT-typeCa2+channelsandthepathogenesisofdetrusorinstabilityandthefeasibilityofT.typeCa2+channelinhibitorsinthetreatmentofdetmsorinstability.
Themainresultsandconclusionwereasfollow:
1.ThegeneexpressionpatternsindicatethatthereisolIisoformbothinthenormalandunstabledetrusortissueswithoutquantitydiscrepancywhileoiGisfoundonlyintheunstabledetrusortissuessuggestingaroleinthepathogenesisofdetrusorinstability.2.OurexperimentprovesthattheactionpotentialofdetrusormyocyteisformedbybothLandTtypeCa2+channels.
andthresholdpotential3.T—typeCa2+channelsplaytheroleinmaintainingmembrane
andcloselyrelatedwithinitiationandrepeatedoccurrenceofactionpotentialindicating
翌三垩堕奎兰堡主兰垡堡塞
theytakethepivotalpartinthestartingofexcitabilityofdetrusormyocyte.4.Theoccurrencesofactionpotential,inparticularlytherepeated
muchhigher
one,arc
inunstabledetrusormyocytesthanthatofnormaldetrusormyocytes,furtherlyconfmldngthepreviouspresumptionthatdetrusorinstabilityistheresultofenhancedexcitabilityofdetrusormyocytesandsoprovidingstrongevidencefordetrusorinstabilitymyogenictheory.
5.TheT-typeCa2+currentsdesifiesareconspicuouslyhigherinunstabledetrusormyocytesthanthoseofnormaldetrusormyocytesandtheincreasedinwardcurrentsarethedistinctivefeatureofT—typeCa”channelkineticsinunstabledetrusormyocytes.6.ItistheT—typeC一+channelsnotL-typethatplaythekeyroleinthepathogenesisofdetmsorinstability,whichsuggestthatitistheoreticallyfeasibletoapplytheT—typeca2+channeIblockerstotreatdetrusorinstability.
KeyWords:Urinarybladder;Detrusorcells;Obstruction;Detrusorinstability;
Urodynamics;Aetiology;Whole—cellPatchClamp;ca2+influx;
Calciumchannels;CalciumchannelblockingAgents;Actionpotential.
第三军医大学博士学位论文
T型Ca2+通道在逼尿肌兴奋产生及逼尿肌
不稳定发生机理中的作用研究
摘要
逼尿肌不稳定(Detrusorinstability,DI)是最常见的一种膀胱功能障碍,病因多样,发病率高,治疗困难,常引起尿频、尿急、急迫性尿失禁等临床症状,严重者导致肾、输尿管积水和肾功能损害,给患者精神及经济上造成极大的负担。
DI发病机理尚不清楚,争论主要集中在DI发生是神经源性还是肌源性。
最近资料显示DI与逼尿肌自发兴奋能力增强有关,发生DI的最终环节是肌细胞的兴奋性增高,是一种肌源性兴奋性改变。
逼尿肌细胞是~种可兴奋细胞,其兴奋的产生受多种因素调控,但Ca2+在其中起着最关键的作用;逼尿肌细胞兴奋的前提是Ca2+内流入胞,导致膜电位发生改变,使电压依赖式离子通道激活,细胞去极化;同时,ca2+发挥第二信使作用,激活其它ca2+依赖式离子通道与受体,共同参与细胞动作电位的引发。
Ca2+通道是Ca2+入胞的主要途径,逼尿肌细胞膜上有高密度的L型Ca2+通道,据此临床上应用L型ca”通道阻断剂治疗DI,虽取得了一定疗效,但并不能消除DI的发生。
T型Ca2+通道是一种低电压激活的ca2+通道,门控行为具有快速失活和缓慢关闭的动力学特性,可在细胞静息电位水平形成“窗口”电流,促进膜的去极化作用,在细胞兴奋启动阶段发挥重要作用;同时,T型Ca2+通道的三个亚型n1G、dlH和OlI具有各自的“门控”特性,功能上互有差异。
业已证实T型ca”通道对心肌起博细胞、神经元细胞的兴奋起着关键作用,某些兴奋性增加的病理状态的产生也与T型Ca2+电流密度增强有关。
目前DI逼尿肌细胞兴奋性变化是否与T型ca2+通道的结构与功能异常有关尚未见研究报道,有关T型Ca2+通道在正常逼尿肌兴奋产生中的作用仅在近年才有零星的报道。
(2001年)发现逼尿肌细胞还存在T型ca”跨膜电流,肌条实验(2003年)表明阻断T型Ca2+通道后逼尿肌兴奋性明显下降。
为此,我们从下面几个方面进行了研究:第一,对常用的DI研究模型(膀胱出口梗阻模型,BOOmodel)进行尿动力学上的动态监测,评估模型的最佳选择时期,在此基础上采用RT-PCR法分析DI逼尿肌组织中T型ca”通道亚型的表达,了解T型ca2+通道是否可成为DI发生的原因;第二,采用急性分离逼尿肌细胞,应用膜片钳技
第三军医大学博士学位论文
术的电压钳记录模式,记录与分析DI逼尿肌细胞是否存在T型ca2+电流的异常变化,探讨DI逼尿肌细胞T型Ca2+电流的动力学特性及其对细胞兴奋性的影响;第三,采用急性分离逼尿肌细胞,应用膜片钳技术的电流钳记录模式,记录与分析Ca2+通道阻断剂(L与T型)对DI逼尿肌细胞动作电位的影响,探讨T型ca2+通道与DI逼尿肌兴奋性之间的关系,以及T型ca2+通道阻断剂治疗DI的可行性,为临床应用新型Ca2+通道阻断剂治疗DI提供理论指导。
主要结果和结论如下:
1.发现DI逼尿肌细胞与正常逼尿肌细胞均有Q.I亚型表达,且表达量上两者无显著的差别;发现DI逼尿肌细胞出现了a1G亚型的表达,而正常逼尿肌上无此亚型表达。
推测DI逼尿肌中a1G亚型的异常表达可能与DI逼尿肌细胞电位变化及机制中发挥了重要作用。
2.发现T一型Ca2+通道与L型Ca2+通道共同参与了逼尿肌细胞动作电位的形成。
这一发现为认识逼尿肌细胞Ca2+通道参与的细胞动作电位形成提供了实验依据。
3.发现T型Ca2+通道在逼尿肌细胞起到了维持细胞膜电位、阈电位的作用,与动作电位的启动和重复发放密切相关。
这一发现提示;T型ca2+通道在逼尿肌细胞兴奋产生机制中起着关键性的作用。
4.发现DI逼尿肌细胞产生动作电位的能力特别是连续动作电位发放的能力明显强于对照的稳定逼尿肌细胞,进一步证实了DI发病是逼尿肌细胞本身兴奋能力增强的结果,为DI发生的肌源性学说提供了有力证据。
5.证实了逼尿肌存在着T型ca”通道表达;发现DI逼尿肌细胞T型ca”电流密度明显强于稳定的逼尿肌细胞,T型Ca2+内向电流增大是DI逼尿肌细胞T型Ca2+通道活动的基本特征。
6.发现L型Ca2+通道在DI发生机制中不起主导作用,T型Ca”通道起着关键作用,提示应用T型Ca2+通道阻断剂治疗DI理论上可行。
关键词:膀胱;逼尿肌细胞;梗阻;逼尿肌不稳定{尿动力学;病因学
全细胞膜片钳;钙内流;钙通道:钙通道阻断剂:动作电位
第三军医大学博士学位论文
T型Ca2+通道在逼尿肌兴奋产生及逼尿肌
不稳定发生机理中的作用研究
刖吾
逼尿肌是一种特殊的平滑肌,可产生自发性收缩,即逼尿肌细胞具有可兴奋性【11。
与所有的可兴奋组织一样,逼尿肌组织存在着对刺激产生兴奋反应的能力,在体外实验中,逼尿肌组织无自发性收缩,但在受到适当强度的牵拉刺激后将出现具有节律的收缩反应;在体内实验中,当膀胱充盈至最大膀胱容量时,逼尿肌将出现意识无法抑制的收缩,表明逼尿肌是一种具有自发兴奋能力的组织12]。
由于膀胱功能调节复杂,因此目前有关逼尿肌兴奋的产生和调节机制尚不清楚【3,4】。
逼尿肌不稳定(Dettusorinstability,DI)是最常见的一种膀胱功能障碍,指储尿期发生人为意识不能抑制的逼尿肌收缩,膀胱压≥15cmH20,常引起尿频、尿急、急迫性尿失禁等临床症状,严重者导致肾、输尿管积水和肾功能损害【5t6】。
DI发病机理不清楚,目前研究主要集中在是否存在神经调节异常,结果众说纷纭,争论不休15’”。
近年研究显示逼尿肌在一定前负荷下都可产生收缩,而DI逼尿肌在更小的前负荷下即发生收缩,在同等的前负荷下DI逼尿肌的收缩频率明显增加,表明DI的发生与逼尿肌自发兴奋能力增强有关吼同时,DI逼尿肌的这种自发性活动增加受神经毒索(如河豚毒素、阿托品等)的影响较少,提示自发性活动起源逼尿肌本身或单个的逼尿肌细胞【9,10];这些清楚地说明了发生DI的最终环节是肌细胞的兴奋性增高,是一种肌源性兴奋性改变,并不依赖于神经因素。
因此,对逼尿肌兴奋性及兴奋性调节变化的研究将是认识DI的最有效途径之一。
ca2+对逼尿肌细胞的兴奋产生与调节起着关键作用[11,1。
体外实验表明,逼尿肌动作电位去极化依赖于细胞外ca2+的入胞,即ca2+内流,当逼尿肌细胞外ca2+浓度为零时,细胞即使接受电刺激也不能产生动作电位[131,但当细胞出现Ca2+内流异常时,异常的ca2+振荡将使细胞的兴奋性发生改变[14,151,Ca2+内流增加可诱发细胞产生兴奋,这种状况在心肌钙超载研究中已得到证实Ⅱq,逼尿肌细胞是否存在ca2+内流异常增加而诱发DI有待证实。
国家自然科学基金项目资助(编号:30371429)
第三军医大学博士学位论文
Ca2+内流(Ca2+influx)主要依赖于跨膜电压激活式Ca2+通道,这种通道包括高电压激活式ca2+通道(如L型Ca2+通道等)和低电压激活式ca2+通道(T型Ca2+通道)[t7]o逼尿肌细胞具有高密度的L型ca2+通道,是细胞动作电位去极化期Ca2+内流的主要途径,认为参与动作电位“超射”的形成,以及细胞内“Ca2+库”的补充us3。
但FryCH.等的研究显示:在静息电位一60mv时。
应用毒蕈碱受体激动剂可使细胞内ca2+增加,这种增加本不需逼尿肌细胞去极化,因为在这样低的膜电位下,L型Ca“通道不能开放,提示可能有低电压激活的Ca2+通道存在[191。
此外,临床上基于Ca2+内流是逼尿肌细胞动作电位产生最重要的因素之一,应用ca”通道阻断剂(均为L型)治疗DI已有数十年,但也仅在~定程度上缓解l|缶床症状,却不能完全消除DI[3,4,201,提示通过L型ca2+通道的Ca2+跨膜电流(即L型ca2+内向电流)在逼尿肌兴奋机制中并不占主导作用。
最近研究证实逼尿肌细胞膜上存在着T型Ca2+通道[12l。
T型ca”通道是一种低电压激活式ca2+通道,有三种亚型,分别为olG、n1H和olI,它们在在通道的激活与失活动力学、稳态特性、以及关闭动力学与复活等方面均存在明显差异,形成了T型ca2+通道门控行为的功能多样性特点【21-241。
与L型Ca2+通道相比,T型ca2+通道具有以下特性‘251:①低膜电位激活;②快速失活和缓慢关闭动力学:③低单通道电导;④较强的Ni2+选择性阻滞作用。
T型Ca2+通道特性使细胞在接近静息膜电位水平(一70一.50my)的电压范围内形成一个“窗口”电流,促进膜的去极化作用,并激活相关的ca2+依赖式离子通道,引发动作电位的产生[261。
研究证实:心肌起搏细胞及神经细胞的兴奋启动都与T型Ca2+通道作用密切相关[27,28,29]:T型Ca2+电流密度增强与某些兴奋性增加的病理状态产生有关(如高血压、心律失常、癫痫等)[30。
32】;细胞在表达T型Ca2+通道后,均有细胞功能活动加强的表现(如增殖、肌管融合等)[33,34]o目前有关逼尿肌T型Ca2+通道的研究极少,仅见于FryCH圾其同事的报道【1205.-61,认为T型Ca2+通道在正常逼尿肌兴奋性调控中起着重要作用。
T型ca”通道与逼尿肌细胞兴奋产生的关系以及DI逼尿肌细胞兴奋性变化是否与T型ca”通道的结构与功能异常有关尚未见相关研究,值得进一步深入。
本课题率先应用PR-PCR法对正常与DI逼尿肌细胞的T型Ca2+通道亚型表达情况进行了研究,并进一步采用分析离子通道特性的理想技术膜片钳探讨正常与DI逼尿肌细胞T型ca2+电流的动力学特性和功能,以期发现T型Ca2*通道在逼尿肌细胞兴奋产生机制及DI发生机理中的作用。
本项目是逼尿肌兴奋机制与DI发生机理研究的一个新的突破口,将有助于我们认知逼尿肌细胞兴奋的本质,为DI治疗提供理论指导。
本课题从下面几个方面进行研究:
第一部分:正常及DI逼尿肌T型Ca2+通道亚型的表达研究。
第二部分:T型ca2+电流在正常逼尿肌细胞兴奋产生机制中的作用研究。
第三部分:正常与DI逼尿肌细胞T型Ca2+电流动力学特性及与兴奋性变化关系的研究。
第一部分正常及DI逼尿肌T型Ca2+通道亚型的表达研究
本研究对常用的DI研究模型(膀胱出口梗阻模型,BOOmodel)进行尿动力学上的动态监测,评估模型的最佳选择时期,在此基础上采用RT-PCR法分析正常与DI逼尿肌组织中T型Ca2+通道亚型的表达,了解DI逼尿肌细胞的T型Ca2+通道是否出现离子通道结构状态的改变,T型Ca2+通道能否成为DI发生的原因。
材料与方法
一、材料
(一)实验动物:
实验动物采用标准雌性Wistar大鼠,年龄35~40天,体重130~1509,购自第三军医大学动物中心。
㈢主要试剂与仪器:
1.主要试剂
(1)戊巴比妥钠
(2)DEPC
(3)Tripure
(4)RT.PCR逆转录试剂盒(5)TaqDNA聚合酶
(6)AMV反转录酶
(7)甘油
(8)琼脂糖(进口分装)(9)溴化乙锭
00)EDTA
2.要设备和仪器
(1)Avl271微量灌注泵(2)Dantec尿动力学检测仪(3)501型恒温水浴槽(4)PE9600PCR扩增仪上海行知化工厂
华美公司
Roche公司,美国
Promega公司,美国Promega公司,美国Promega公司,美国Sigma,美国
中山生物技术公司中山生物技术公司中山生物技术公司
3M公司,美国
美国
重庆实验设备厂
Bio.Rad公司,美国
(5)分光光度计
(6)光学数字分析天平
(7)紫外分光光度计
(8)TGL一16G高速离心机(9)TCLl200低温超速离心机00)R28电泳槽
ODP:Ac500电泳仪
㈢主要液体的配制:
(1)IMTris—HCl(PH:7.5)Beckman公司,美国上海市天平仪器厂
Beckman公司,美国上海
日本
北京
Bio-Rad公司,美国
将60.559Tris溶于400ml水中,并加36.5%HCl37.5ml,将溶液体积调整为500ml调节pH至7。
5,分装成小份,进行高压灭菌备用。
(2)0.5MEDTA
加186.19乙二胺四乙酸二钠盐至800ml水中,加热至80。
C,用NaOH调整PH至8.0,将体积调至1000ml,分装成小份,进行高压灭菌。
(3)溴化乙锭(1.0mg/m1)
加19溴化乙锭至100ml水中,用磁力搅拌器搅拌半小时以保证充分溶解,然后将其转入另一棕色瓶中,并储存于4。
C。
(4)TBE电泳缓冲液(5X)
549"Iris碱
27.59硼酸
20mmoFLEDTA(pH8.0)加双蒸水1000ml充分溶解,混匀,用时稀释10倍
(5)DEPC处理水
DEPClml加双蒸水调至1000ml,分装成小份,进行高压灭菌。
二、方法
㈠DI研究模型的制作与建立:
1.动物选择:
实验动物采用标准雌性Wistar大鼠,年龄35~40天,体重130~1509,购自第三军医大学动物中心。
2.模型制作:
第三军医大学博士学位论文
采用膀胱出口梗阻(BOO)法建立模型[37,38】。
2.1分组:根据充盈期膀胱压力测定及随机法将最终纳入实验研究的大鼠分为:假手术组即对照组10只,梗阻组30只。
2.2方法:膀胱颈部结扎法形成不完全性膀胱出口梗阻
2.3手术步骤:
2.3.1梗阻组:
①0.3%戊巴比托钠按30mg/kg腹腔内注射麻醉。
②腹部及会阴部2%碘伏消毒,取下腹正中切口,长lcm,于腹直肌旁钝性分离,打开腹腔,显露膀胱。
⑧自尿道外口插入外径lmm软质硬膜外麻醉管入膀胱,眼科镊将膀胱并导管轻轻提起,尖镊钝性分离膀胱颈部,颈部因血循环丰富呈鲜红色,易与膀胱体部区别。
④膀胱颈游离后用1号丝线结扎,注意勿穿破尿道,松紧度以线结刚靠近导管为宜。
⑤经导管向膀胱内注入生理盐水0.3~0.4ml,膀胱膨胀后退出导管,16号注射针头于膀胱顶部穿破,迅速插入一长15cm软质硬膜外麻醉管进行膀胱造瘘(见照片卜1),造瘘管膀胱内保留0.3~O.5mm,可吸收线紧密结扎造瘘口并用脂肪组织覆盖,
⑥用4号丝线固定造瘘管于腹壁肌肉,然后在腹、背、颈部皮下打一隧道将造瘘管引出,外露部分保留约2~3cm,7号丝线固定。
⑦全层缝合腹膜及腹壁肌肉,1号丝线缝合皮肤,造瘘管敞口以防膀胱压力上升导致尿外渗。
⑧术后第二天用火灸法将造瘘管封闭后埋藏于皮下,7号丝线在腹、背、颈部各缝合一针固定以防滑动。
2.3.2假手术组(对照组):
对照组采用同样的麻醉,同样的外科手术方法,游离膀胱一尿道交界处,但不结扎,然后关闭腹腔。
2.4术后处理:
2.4.1动物集中喂养,每笼5~6只,保持动物笼清洁干燥。
2.4.2所有实验动物术后均给予青霉素2万单位腹腔内注射一次,饮水中加盐酸土霉素(400mg/1,国产)三天。
3.尿动力学检测:
3.1麻醉:勿需麻醉,清醒状态下进行膀胱功能测定。
3.2操作:
3.2.1在术后l、3、5、6、8周进行。
3.2.2将大鼠置于一限制笼中,于颈部导管埋藏处切一小口,将导管挑出,剪去封闭端。
3.2.3插入一1号注射针头,经三通装置连接微量灌注泵与尿动力学检查仪,轻压腹部,排净尿液。
3.2.4膀胱灌注液采用37℃生理盐水,灌注速度为:对照组0.02~O.iml/mirl,手术组0.05~2ml/min。
3.2.5一次捡测周期大约为5min,从灌注开始到排尿时停止。
3.2.6检测参数:
①腔内压:由尿动力学检查仪记录:
②残余尿:通过造瘘管直接测量;
③膀胱容量(排尿量+残余尿);
④排尿百分比(排尿量/膀胱容量X100)
⑤排尿阈压(逼尿肌开始收缩时的压力一灌注开始时的压力);
⑥排尿压(排尿最大压一排尿阈压);
⑦膀胱顺应性;
⑥膀胱自发收缩活动(逼尿肌收缩所产生的压力波动数/min)。
3.2.7每只大鼠检测三次,取均值。
3.2.8检测完毕后用火灸法将导管末端封闭,埋藏于皮下并固定以便下次检测,缝合切口,整个过程太鼠始终处于清醒状态。
3.3膀胱顺应性的计算方法【39】:
膀胱顺应性(Compliance,c)为逼尿肌压力增加与膀胱容量增加的比值。
根据ICS的定义可以用下式表示:
C=dV/彳P
式中表示顺应性,,dP表示压力增加值,AV表示压力增加了彳P时的膀胱容量增加值。
3.4逼尿肌兴奋性测定:
逼尿肌兴奋性异常主要包括逼尿肌不稳定(Detmsorinstability,DI)和逼尿肌无反射(Detrusorareflexia,DA)。
主要根据ICS的定义,逼尿肌不稳定是指逼尿肌在储尿期内膀胱出现逼尿肌收缩。
在膀胱充盈期测压过程中可见的逼尿肌收缩所至的压力波动,
但压力上升幅度并非一定要达到或大于15cmH20,而只要呈期相性(即有压力上升支和下降支)压力波,DI即可成立。
4.统计学处理
以上所有相关的实验数据均应用SPSS统计学软件处理,结果以均值±标准差表示(;±s),组间以}检验或方差分析进行处理,P<0.05为相差显著,P<0.01为相差非常显著。
㈢正常与DI逼尿肌T型Ca2+通道亚型的表达:
采用逆转录聚合酶链式反应(Reversetranscription—polymerasechain
reaction,RT-PCR)方法对正常和DI模型逼尿肌细胞中3种T型Ca2+通道亚型o1G、
81H和olI进行检测‘34,40]。
1.组织选择:
DI模型第5、6周大鼠及同期假手术组无DI发生的大鼠新鲜膀胱逼尿肌组织。
2.方法:
2.1总RNA的提取:
提取步骤:整个操作于冰浴中进行,所有使用器械均经DEPC水处理,并戴口罩、
手套操作,以防酶降解RNA。
①猛击大鼠头部致昏,断颈放血,剪开下腹部,全切膀胱。
取膀胱体部组织(平
输尿管膀胱开口处以上离断膀胱)块约lOOmg,即刻置入盛有4。
CDEPC处理水的平
皿中,解剖镜下仔细剔除粘膜及膀胱外膜,将逼尿肌组织剪碎,移入玻璃匀浆器,自
然沉淀,吸去上清液。
②加入1.0mLTripure分离液,匀浆组织,再移入1.5ml的EP管中,弹匀,室温孵育5min,使组织变性完全。
③每管样品(1mL)加入O.2mL氯仿/异戊醇(24:1),振荡充分混匀,室温孵
育10min。
④4℃离心120009X15rain,分为上(无色液相含总RNA)、中(白色乳状含蛋白质)和下(红色含DNA)三相。
⑤将上层液相移入另一经DEPC水处理的EP管中,加入0.SnlL异丙醇(1:1),
颠倒数次混匀,置-20。
C20min,沉淀RNA。
⑥4℃离心120009X15min,弃上清,管底可见少许白色沉淀(RNA)
⑦每管加75%乙醇lmL,剧烈振荡,洗涤RNA沉淀,4℃离心75009X10rain,
弃上清x2次。