离子通道药理

2．受体调控性钙通道（ROC）

ROC在分布上与细胞膜上的受体偶联。 一些特异受体激活剂如去甲肾上腺素、 组胺、5-HT与细胞膜上相应受体结合， 导致ROC激活开放，胞外Ca2+向胞内流 增加，进而促使胞内贮库中Ca2+释放。现 有的钙拮抗剂对ROC的阻滞作用较弱。
一、钙拮抗剂的分类 钙拮抗剂是一类在化学结构及化学特性上存在 很大差别的化合物。它们除具有选择性阻滞 Ca2+ 经钙通道流入胞内的作用外，有的还具有 一些其它药理作用。 钙拮抗剂品种繁多，为了便于临床选用，世界 卫生组织（WHO）曾于1987年公布钙拮抗剂 的分类，先按药物对钙通道的选择性分为选择 性钙拮抗和非选择性钙拮抗两大类，再按对心 血管系统的作用，将药物分为6类。
目前对钙通道的分子结构研究最多的是骨骼肌
横管中的L通道。现知它由5个亚单位组成，即 α1（175KD）、α2（143KD）β(54KD), γ(30KD)， δ(27KD)，其中α1亚单位是其结构和功能的中 心，含有与钙拮抗剂相结合的受体。α1和β亚单 位胞内侧有磷酸化部位，α2、γ、δ亚单位胞外 侧有糖基化部位。
4、斑片钳（Patch Clamp）技术
斑片钳是记录离子通道开放瞬间的电流
脉冲，直接测量单通道参数，这种方法 对电压依赖性离子通道和受体调控性通 道都适用，是目前先进的电生理测定离 子通道的技术，它不仅可在完整细胞时 记录，还可内面向外，或外面向外的游 离斑片膜进行记录，此时能任意改变内 外溶液的成分来分析药物作用机制。
1．电压依赖性钙通道（PDC） 这种钙通道的蛋白分子构象受细胞膜电压 的调控。通道内的一些带电荷的蛋白质基团， 通过分子构象改变发挥门控作用。PDC内存在 激活门（A）和失活门（I）。当细胞膜电位为 -60~-100mv时，钙通道构象呈静息态，通道内 A关闭。当细胞膜迅速去极化，细胞膜电位达40mv时，通道A和I均开放，通道呈开放态，细 胞膜Ca2+电导（g Ca2+）增大，Ca2+内流形成慢 电流（Ixi）继而I门关闭，通道处于失活态。细 胞膜复极后处于失活态的钙通道经历复活过程 恢复静息态。
馈放大器迫使膜电位随控制电压的变化 而变化，为此向膜内注射电流以抵消膜 电流，确保膜电位稳定在控制电压水平。 在电压钳制时，电容电流在膜电容充电 至控制电压后，此时电容电流消失，此 后的膜电流即离子电流。这种方法的灵 敏度可达在0.5ms内测量106个离子流动的 水平。
2、闸门电流（gating current Ig）是指在
离子通道药理
第一节、离子通道药理概述 离子通道是神经元、肌肉细胞等可兴奋组 织上的特殊结构的大分子蛋白质，它在脂质膜 上构成具有高度选择性的孔道，一定的条件下， 允许一种或几种离子透过。离子沿着电化学梯 度流过通道，形成离子电流，使可兴奋膜产生 特殊的电位变化，形成神经和肌肉电活动的基 础。
目前，对膜通透性变化的分子基础和物
质结构的研究已取得重大突破。离子通 道的研究也已不再单纯依赖电生理学方 法，药物和通道蛋白结合的研究正成为 重要的研究手段。应用神经毒素作分子 探针，不仅确定了钠通道在各类可兴奋 膜上的密度和分布，还推动了钠通道的 蛋白分离和纯化工作。生物化学，分子 生物学和遗传学技术在研究通道通透性 本质方面是非常重要的。
第二节、钠通道药理 电压依赖性钠通道，主要生理功能是产生可扩 布的动作电位，不同组织的钠通道的特性基本 相似。采用重组DNA技术克隆电鳗电器官的钠 通道蛋白质的cDNA，从而推导出此蛋白质共 含的1820个氨基酸残基，其中共有4个重复序 列区，两个亚区带负电荷，一个亚区带正电荷， 另一个为中性。钠通道在细胞膜上的分布较低， 即使是枪乌鱼轴突膜每um2也仅有553个，占膜 面积的1/100以下，在不同的组织细胞钠通道的 数量是不一致的。
我们知道，当组织细胞兴奋时，流过膜
的电流通常包含电容电流和离子电流两 部分，前者是膜电容充电或放电的位移 电流，后者是流过通道的离子电流，它 反映了膜的通透性变化。电压钳制的目 的是将离子电流和电容电流分开，从而 进一步分析离子电流随时间和膜电位变 化的规律。
电压钳的具体工作原理大体是通过负反
药理学研究支持上述闸门的存在，枪乌
鱼轴突内部灌流链霉素（pronase）选择 性地毁坏h闸门，使钠通道不失活，而m 闸门不受影响，此时内部再灌流精氨酸 或多聚甘酰精氨酸可模拟钠通道失活， 灌流其他8种氨基酸无效。上述实验证明 控制失活的h闸门位于钠通道内侧端，并 提示膜内带正电的精氨酸残基是h闸门的 重要成分。
PDC又可根据其电生理特性分为四型，即L、T、
N及P型。 L型通道（又称长程通道，long-lasting）开放 时间久，约10~20ms，表现为持续长时钙内流， 电导值25ps，激活电位较高（-10mv），电导 量大，失活速率缓慢，失活电位-60~-10mv， 衰变时间>500ms，主要分布于心肌和血管平滑 肌细胞，对二氢吡啶类钙拮抗剂敏感；
第三节、 钙通道药理 钙通道是最为常见的离子通道，其分布较Na+ 通道更为普遍，各类可兴奋膜上都存在电压依 赖性钙通道。钙通道在去极化时被激活，内向 钙电流ICa参与动作电位的形成，内流的Ca2+还 在神经未梢兴奋-递质释放偶联中及肌细胞兴奋 -收缩偶联中起重要作用。
前已述及，细胞内Ca2+浓度受细胞膜钙通
外部电场作用下，电压依赖性通道口或 其附近的带电闸门颗粒移动所产生的非 对称电流，这些闸门颗粒决定通道的开 闭。目前，电压依赖性钠通道、钾通道、 钙通道开放有联系的Ig可测量，并发现 某些药物能改变Ig，说明其对闸门机制 有影响。
3、起伏分析又称噪声分析
主要是分析通道随机开放时产生的膜电
流噪声，从统计结构中计算出单通道参 数：单通道电导值γ和平均开放时间τ， 以及平均开放频离n。此项分析技术主要 用于离子通道的动力学研究，但定量分 析不够准确。
道的调节。钙通道是一种跨膜糖蛋白， 有含水孔道，其开放与关闭过程保证Ca2+ 得以循Ca2+电化学浓度梯度的方向进入细 胞内。钙通道的激活与失活速率均较细 胞膜上Na+通道缓慢，故又名慢通道。
一、钙通道分类
细胞膜上有的钙通道之激活开放受细胞
膜电位的控制，而另一些钙通道则受神 经递质通过受体激活调控其开启，故钙 通道分两大类，即电压依赖性钙通道 （PDC）和受体调控性钙通道（ROC）。
Na,不
目前认为这二种毒素阻滞钠通道的机制
可能是毒素分子结构巧妙地与通道锲合， 毒素带正电荷的胍基伸入钠通道的离子 选择滤孔和通道内壁上的游离羧基结合， 毒素主体部分堵塞住通道外侧端，妨碍 了Na+进入。
2.影响失活的药物

该类药又分（1）促进失活的药物： 包括局部麻醉药，如奎尼丁类，氟卡尼， 聚精氨酸等；（2）抑制失活的药物：包 括α-蝎素，海葵毒素，N-甲基士的宁等。
T型通道（transient）的开放时间短暂，引起瞬
间短小Ca2+ 内流，激活电位-70mv，电导量小， 电导值为9ps，失活迅速，失活电位-100~-60mv， 衰变时间20~50ms，其激活与心肌产生节律性 起搏有关。对二氢吡啶类钙拮抗剂不敏感； N型通道见于神经元中，调节神经递质释放， 电导值为13ps ，激活电位-10mv，失活电位100~-40mv，衰变时间50~80ms，对二氢吡啶类 钙拮抗剂不敏感； P型通道最初在小脑浦氏细胞中发现故名，其 电导值为9~19ps，激活电位-50mv，失活极慢， t1/2约1s，它的研究有待进一步深入。
电压钳实验揭示钠通道 有三个重要特性：
①离子选择性；②电压依赖性激活；③ 电压依赖性失活。钠通道对Na+,K+通透 性之比为12：1（枪乌鱼轴突膜）。从离 子选择性的钠通道阻滞剂河豚毒素的化 学结构，推测钠通道两端稍宽，中部狭 窄，最窄部位（3A。×5A。）构成离子选 择性滤孔。
闸门学说 此学说是在电生理研究基础上建立的钠通道模 型，假设通道有m闸门和h闸门分别控制通道的 激活和失活。它们对膜电位均极其敏感。只有 它们全部开放时，Na+才能透过通道。在静息 状态时m闸门关闭，h闸门开放；Na+不能通过 通道；去极化时先开放m闸门，让Na+内流（激 活），然后关闭h闸门，终止Na+内流（失活）； 接着是恢复期，m闸门关闭，h闸门重新开放， 此后钠通道始能对再次去极化作出反应。
研究已证实许多药物可作用于离子通道，
影响可兴奋膜上电冲动的产生和传播， 进而影响机体的生理和病理，这就为寻 找和设计影响离子通道新药奠定了理论 基础。 研究离子通道药理需要一些先进的研究 技术和仪器，以下介绍几种常用的研究 离子通道的电生理技术。
1、电压钳（Voltage Clamp）技术
（一） 选择性钙拮抗剂
1． 烷胺类（PAA） 以维拉帕米（异搏定）为代表，经改构得加洛 帕米，异博静等。 2． 二氢吡啶类（DHP） 以硝苯啶为代表，DHP经改构获得一系列第二 代DHP类钙拮抗剂如尼卡地平，尼群地平，尼 莫地平，尼索地平，非洛地平，氨氯地平等。 3．地尔硫卓类 以地尔硫卓（又称硫氮卓酮）为代表。
局麻药的作用机制很复杂，目前认为局
麻药作用于膜Na+通道内侧，抑制Na+内 流，阻止动作电位的产生和传导。其证 据是季铵型局麻药不能透过轴突膜，只 有膜内面给药有效，进一步研究发现， 局麻药与Na+通道内侧受体结合后，引起 Na+通道蛋白质构象变化，促进Na+通道 的失活状态闸门（h闸门）关闭，阻滞 Na+内流，从而产生局麻作用。
作用于钠通道的药物大致分三类，如下：
1．钠通道阻滞剂 包括河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）和甲
藻毒素（STX）。TTX和STX均为水溶性 杂环胍，前者存在于河豚鱼卵巢和肝脏 等中，后者由膝沟藻属的甲藻产生。
在枪乌鱼轴突电压钳，选择性阻断I
Hale Waihona Puke Baidu
影响Ik 和Ig。STX的作用和TTX极其相似， 但作用消失去比TTX更快。结合实验发 现STX和TTX竞争同一结合部位，证明这 一种毒素作用于相同的部位。由于毒素 只能用于膜外侧，轴突内部灌流无效， 说明TTX和STX受体位于钠通道外侧端。
（1） 局部麻醉药 常用局麻药为仲胺或叔胺，与H+结合即变成离 子型胺。局麻药阻滞神经传导的作用主要由于 抑制了I Na,同时还抑制Ig，对Ig的抑制和对I Na 的抑制密切相关。局麻药，尤其是季铵型局部 抑制I Na的作用具有使用依赖性或频率依赖性。 在静息状态下局麻药作用较弱，起效慢，增加 电刺激频率则局麻作用增强，提示局麻药分子 在Na+通道开放时（m闸门开放）始能到达受体 部位。
（2）
多肽神经毒素 包括α-蝎素，海葵毒素等，它们对Na+通 道的作用类似：①在电压钳实验中减慢 或完全阻滞钠通道失活；②与受体结合 具有电压依赖性，去极化减少这二种多 肽毒素和受体的结合。这二种毒素的药 理作用，如递质释放，致心律失常，延 长动作电位等，均因钠通道失活过程被 抑产生。
结合实验发现海葵毒素和α-蝎素竞争结
根据跨膜电位或受神经递质通过受体激
活调控离子通道的开启，可将离子通道 分为二类： (1) 电压依赖性离子通道 (2) 受体调控性离子通道
电压依赖性离子通道广泛分布于各类可
兴奋膜上，主要功能是产生动作电位。 受体调控性离子通道多局限于神经突触 后膜和神经肌肉接头的运动终板，参与 神经突触后电位或终板电位的形成。 但上述的区分并非是绝对的，神经递质 可调控某些电压依赖性离子通道的活动， 而受体调控性离子通道也有受膜电位影 响的现象。
合部位，它们的特异性受体与TTX受体 是分开的，受体可能位于电压感受器或m 闸门，毒素和m闸门结合后使激活和失活 过程偶联，减慢或阻滞钠通道失活。
3.影响激活的药物

此类药主要为促进通道激活的药物， 包括箭毒、蛙毒素、藜芦碱、乌头碱、 β-蝎素等，这几种药物的药理作用相似， 其作用机制是由于可兴奋去极化，兴奋 性增高所致，电压钳实验发现这些药物 能使钠通道在静息电位下持续激活。