药理学离子通道概论

离子通道概论,测定方法：电压钳、膜片钳,离子通道：是细胞膜中的跨膜蛋白质分子， 是细胞电活动的基础。,1949y电压钳1955y Hodykin K+1976y Nether Sakmann膜片钳,3,Patch-clamp技术,新药开发,Na+,Ca2+,K+,Cl-等电流,分子生物学技术,单细胞电流记录,离子通道的结构与功能,药物作用机制,基因克隆及蛋白表达,通道蛋白功能测定,离子通道药理学,1,主要内容, 1、Patch-clamp(膜片钳)技术,探头,计算机,模数转换,膜片钳放大器,样品池,单细胞,2、离子通道特性,选择性 门控性,离子通道分类,3. 机械门控离子通道,二、对离子选择性分类：,钠通道,钙通道,A,B,氯通道,D,钾通道,C,离子通道的门控特征,离子通道的生理功能 （一）决定细胞的兴奋性、不应性和传导性 （二）介导兴奋-收缩耦联和兴奋分泌耦联 （三）调节血管平滑肌的舒缩活动 （四）参与细胞跨膜信号转导过程 （五）维持细胞正常形态和功能完整性,钠通道,（sodium channels）,类型：电压门控离子通道 功能：维持细胞膜兴奋性、传导。 现已克隆出9种人类钠通道基因。,（一）钠通道,电压依赖性钠通道、钙通道：,Primary functional domains: P loop: ion selectivity S4: voltage dependence,Na+Ca2+,A,B,N,C,心肌类：持久钠通道- 2相，对低浓度药物敏感。 瞬时钠通道- 0相，对高浓度药物敏感。,电压依赖性钠电流,Na+,Na+,Na+,Na+,-,+,-,+,神经细胞 （局部麻醉药和抗癫痫药）,心肌细胞 （抗心律失常药-钠阻滞药）,A,B,Na+,Na+,1.电压依赖性：内向钠电流INa 2.激活、失活速度快 3.有特异性激活剂和阻滞剂 （）：树蛙毒素BTX、木藜芦毒素GTX （）：河豚毒素TTX、蛤蚌毒素STX,特征：,局麻药 抗癫痫药 类抗心律失常药,钠通道阻滞药,钾通道,（potassium channels）,功能： 调节膜电位和兴奋性 平滑肌舒缩活动。 分类： 1、电压依赖性钾通道 2、钙依赖性钾通道 3、内向整流钾通道,瞬时钠通道,持久钠通道,电压钙通道,钙依赖钾通道,瞬时外向钾通道,延迟整流钾通道,内向整流钾通道,起搏电流,钠、钙通道,延迟整流钾通道（KV）： KV1 KV9，外向电流Ik, 慢激活整流钾通道 ( Ik s ) 快激活整流钾通道(Ik r),心肌细胞AP复极3期,胺碘酮,1.电压依赖性钾通道：,N,C,K+ channel,out,in,Primary functional domains: P loop: ion selectivity S4: voltage dependence,电压依赖性钾通道：,N,C,out,in,Primary functional domains: P loop: ion selectivity S4: voltage dependence,K+,A,B,N,N,N,N,C,C,C,K+,C,K+,K+,K+,电压依赖性钾电流(Ikr),-,+,-,+,K+,K+,K+,抗心律失常药-钾通道阻滞药 （延长动作电位时程药物）： 主要抑制Ikr钾电流，延长心肌细胞动作电位时程，降低自律性，延长有效不应期。,瞬时外向钾通道（KA）： 电流为IA、Ito，参与动作电位1期复极 起搏电流 ( If )： 是SA、AV和希浦系的起搏电流之一 Adr促 If 激活（心率） Ach抑制If,起搏电流(If),If受细胞内cAMP调节， cAMP增高，则If电流增大。 Ach, Iso,A,B,Ach,Iso,2.钙依赖性钾通道(Kca) ： 高电导激活的BK 开放 K+外流 膜复极化和超极化 血管扩张; （膜去极化和Ca2+ 内流血管收缩） 3.内向整流钾通道: （1）KIr 通道：存在于心肌细胞（心室、心房、Pf） 维持4相RP、参与3相复极 但主要维持4相静息电位。,内向整流钾通道：,P,M2,M1,C,N,in,out,K+,A,B,Bacterial K+ channel,X-ray crystallography,Selectivity filter,Gate,Inner vestibule,离子通道同源结构域,钾通道（四聚体之一）,细胞外,细胞内,孔道,C,N,N,C,图21-1 电压门控离子通道的分子结构,图21-2 钾离子通道亚基的跨膜结构模型,（2） KATP 通道：受ATP/ADP调节/反映细胞能量代谢状况。,心肌缺血、缺氧、ATP减少,开放 K+外流,APD缩短,引起缺血性心律失常,Ca2+内流,血管扩张,钙通道关闭,开放剂：克罗卡林、二氮嗪； 阻滞剂：格列苯脲、D860,（3） Ach敏感钾通道（K Ach ）,M-R,Ach,K+,-,-,-,+,+,+,Ach敏感钾通道,Ach与M受体结合- 激活Ach敏感钾通道- K+外流-细胞膜超极化- 自律性下降。 腺苷：作用于腺苷受体，激活Ach敏感钾通道。,K+,钾通道阻滞药（potassium channel blockers,PCBs）,苯并吡喃类：克罗卡林 吡啶类：尼可地尔； 嘧啶类：米诺地尔 氰胍类：吡那地尔； 苯并噻二嗪类：二氮嗪 硫代甲酰胺类 1，4二氰吡啶类, 扩张血管-高血压、心绞痛、心梗、CHF等,2.钾通道开放药（PCOs）： KATP，促钾外流,氯通道,（chloride channels）,存在：机体的兴奋性和非兴奋性细胞膜 目前已克隆出至少9种氯通道基因亚型,1、在兴奋性细胞：为稳定膜电位。 2、在肥大细胞等非兴奋性细胞： 维持负的膜电位外钙内流 维持细胞的内环境稳定。,生理作用：,1、电压敏感氯通道：1、2、3型 Na+-k + -Cl 转运系统（利尿药） 2、囊性纤维跨膜电导调节体： 3、GABA受体氯通道（镇静催眠药）,calcium channels,3、钙通道,L型钙通道的组成,5 Unit, 2 1,D1 D2 D3 D4,S1 S1 S1 S1 S2 S2 S2 S2 S3 S3 S3 S3 S4 S4 S4 S4 S5 S5 S5 S5 S6 S6 S6 S6,4-8个+，电压感受器,Pore or P区,图21-1 电压门控离子通道的分子结构,钠通道,钙通道,钙离子通道示意图,图1. 钙通道的结构示意图 钙通道由1、2、和等多个亚基所组成 其中1构成通道本身,关闭态 静息态,复极化,V,V,I I,m闸门-S4,h闸门- S6* S1,性质：VGC、LGC 功能：为Ca2+ 0 内流通道，调节Ca2+ i浓度 分类： 1、电压门控钙通道： 2、受体调控性钙通道,已克隆出L、N、T、P、Q、R 6种亚型的电压依赖性钙通道，其中L-亚型钙通道是细胞兴奋时外钙内流的最主要途径，分布于各种兴奋细胞，是心肌动作电位2相平台期形成的主要离子流。,1.电压门控钙通道：,特性： 1.电压依赖性： 膜电位接近40mv时，其开放率 2.激活速度慢，失活更慢 3.对离子的选择性较低,为Ca2+及Ba2+进入胞内通道,( DHPs 敏感的钙通道）：外钙内流,调节心脏自律性,中枢神经元和突触部位,大脑,小脑、海马和脊髓神经元,神经细胞,L-型钙通道（Long-lasting） 特点：开放较久，是兴奋时外钙内流的主要途径， 存在于心肌、血管平滑肌等组织， 激活电位阈值较高,失活电位为60100mV。电导值（25 pS）较大 T-型钙通道（Transient） 特点：开放较短暂， 分布在动脉血管壁、心传导系（尤窦房结）等部位。 激活电位较低，失活电位为 100 60 mV，电导值较小（9 pS）,几种电压依赖性钙通道亚型特性,注：DHPs：二氢吡啶类；sFTX：合成的蜘蛛毒素；-CTX：-芋螺毒素； Aga-IVA：一种蜘蛛毒素,Ca2+,Ca2+,Ca2+,电压依赖性L-钙电流,-,+,-,+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,心脏慢反应细胞除极 （窦房结、房室结） 心肌细胞收缩性 心肌动作电位平台期钙内流 平滑肌细胞紧张性,钙通道阻滞药,A,B,功能：储钙释放入胞浆的途径、以钙释钙。 分类： Ryanodine-R释放通道： 咖啡因RyRs+ 促进储钙释放Ca2+i释放 IP3受体通道： IP3R1是主要的Ca2+释放通道,2.受体调控钙通道：,钙通道阻滞剂,calcium channel blockers,CCB (calcium antagonists),细胞膜上钙离子转运系统,Cell membrane,VDC,Ca2+,ROC,Ca2+,3Na+,Ca2+,Ca2+,2H+,2H+,SR,Ca2+,(一) 细胞内钙的调节,Ca2+：广泛的生理作用 (肌肉收缩、血液凝固、递质释放等）。 Ca2+ ：过多、过低,（二）钙离子的生理意义,Regulation of Ca2+i in Cardiac Cells,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Na+,钙的调节,二、钙阻滞药分类,类：L型： a类 DHPs - 硝苯地平（nif） b类 BTZs - 地尔硫卓 ( dil ); c类 PAAs - 维拉帕米(ver); d类 粉防己碱 类：其它电压依赖性钙通道： T型 米贝地尔、苯妥英钠 N型 P型 类 非选择性钙通道调节药 普尼拉明、氟桂利嗪、卡罗维林,1992年,钙通道有双重门控系统、三种功能状态,硝苯地平,作用方式,S6外侧与P相连处,三、作用机制 (一) 与钙通道的结合方式,通道的三种功能状态示意图,钙通道阻滞药影响心血管系统的特点： 1 钙通道的开关呈电压依赖性 2 频率（使用）依赖性： （Ver、 Dil） 3 组织选择性 ： 选择性扩管：如硝苯地平，尼莫地平，氨氯地平 减慢心率和传导：如维拉帕米，地尔硫卓,钙拮抗药的药理作用,阻滞L型钙通道Ca2+内流细胞内Ca2+,1.对心脏的作用,2.对平滑肌的作用松弛,松弛血管平滑肌： 扩动脉、脑血管、冠脉、外周血管、肾小动脉 保护血管内皮细胞 抑制血管平滑肌增殖 抗动脉粥样硬化,支气管、肠道、子宫、输尿管等松弛,扩血管 Nif Ver Dil,生长因子的释放、IP3、 PKC及转录引子得激活,核,核,基因激活,调节基因活性,血管平滑肌细胞（VSMC）,HMC-CoA还原酶活性胆固醇合成 VSMC增殖+迁移 ECM合成 血管壁增厚,钙拮抗药,与生长因子相互作用,LDL受体表达 + IL-6合成,刺激,抗A粥样硬化,、胞内Ca2+，血管舒张 、抑制血管壁肥厚增殖 、抑血小板聚集 、红细胞的变形能力，血液粘滞度 总的效应：抗A粥样硬化,抑制血小板集聚和增加红细胞变形能力,3.对血小板作用,4.其他作用,抑制兴奋内分泌偶联 扩肾血管、排钠利尿作用