酸敏感离子通道1a的通道开放、药物调控及其在癫痫发生中的作用

发布时间：2018-11-01 19:22

【摘要】：酸敏感离子通道(acid-sensing ion channels,ASICs)是一类由胞外高浓度质子(H+)激活的阳离子通道,广泛表达于中枢和外周神经系统,近年来被证明广泛参与突触传递与树突棘发育,视觉感受,学习与记忆,恐惧相关行为等生理过程和伤害性感受、脑缺血、癫痫、神经退行性疾病等病理过程。通常认为ASICs是通过在细胞膜表面感受胞外化学信号(p H值的波动),介导胞外阳离子内流,从而影响神经元细胞膜的极化性质乃至神经元的兴奋性。ASIC1a是酸敏感离子通道家族的重要亚单位成员,分布广且参与多种重要的生理及病理过程。本课题就以ASIC1a为研究对象,探讨了其与门控开放机制密切相关的胞内氨基酸位点、常用抗癫痫药物对其的功能调控及其在慢性癫痫发生过程中所发挥的作用。以往的研究发现ASIC1a胞内羧基端(carboxyl-terminus,C-terminus)具有很多调控位点参与了通道蛋白的表达及开放机制,而对于胞内氨基端(amino-terminus,N-terminus)的研究较少,因此我们首先对ASIC1a的胞内氨基端与其膜上表达及门控开放之间的联系进行了探索,通过不同的删除/截短/突变策略,发现N-terminus整体参与了ASIC1a的膜上表达,没有某一个或某几个氨基酸残基特别的重要。在门控开放的研究中,除了发现文献报道过的第21位到第41位的氨基酸膜体参与通道的开放之外,新发现了从第17到第20位的总共5个氨基酸残基参与了ASIC1a的门控开放,其中又以第18位的异亮氨酸残基最为重要。这一发现补充了ASICs研究领域中关于结构功能关系研究的成果。同时这也为我们设计开发新的调控ASIC1a功能的药物提供了新的备选靶点。ASIC1a作为一种配体门控的阳离子通道参与了很多生理及病理过程,有研究报道很多临床上使用的药物如非甾体抗炎药、麻醉剂利多卡因、氨基糖甙类抗生素等对其具有调控作用,提示ASIC1a很可能是这些药物药理作用的靶点之一。同时,ASIC1a已被报道明确参与了癫痫、神经痛等病理过程,而目前临床上治疗这两类疾病的相关药物大部分都是离子通道的调节剂,我们于是筛选了六种常用抗癫痫药物,研究它们是否调控了ASIC1a的功能。通过在原代培养的神经元和转染ASICs质粒的中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary,CHO)细胞系上进行电生理研究,我们发现拉莫三嗪(lamotrigine,LTG)能够抑制ASIC1a的电流而托吡酯(topiramate,TPM)能够增强其电流,并且这两种药物的调控作用都具有亚单位选择性、浓度依赖性及通道开放状态依赖性。这提示我们ASIC1a很可能是这些药物作用机制的潜在靶点,而且这两种药物对其截然不同的调节作用提示我们两者药理作用的不同(比如对认知功能的影响)很可能就是由于对ASIC1a的不同调控所导致的。关于ASIC1a在癫痫中的作用尚无统一的结论,有文献报道ASIC1a在癫痫发作的终止机制中发挥了功能,但也有实验发现通过药物阻断ASIC1a能够抑制癫痫发作的诱导过程,并且已有的研究大多针对急性癫痫发作而展开的,关于ASIC1a在慢性癫痫发生过程中其扮演的角色尚未被明确,而慢性癫痫才是临床上医患都最为关心的。于是我们采用锂-匹罗卡品慢性癫痫模型研究了ASIC1a功能角色。发现阻断了ASIC1a的功能后慢性癫痫发生的过程也受到了抑制,并使动物的工作记忆能力得到改善,进一步的研究发现慢性癫痫发生过程中星形胶质细胞上的ASIC1a表达大量增加而非神经元,这就给了我们很大的提示:脑损伤后慢性癫痫形成过程中星形胶质细胞大量增生、激活,使ASIC1a表达增加,而后者的功能上调很可能进一步增强了星形胶质细胞的功能异常而促进慢性癫痫的形成。这就为今后研究癫痫发生机制提供了新的研究方向,为制定新的抗癫痫发生策略提供了理论基础。通过关于ASIC1a从基础到应用的三方面研究,为我们进一步理解ASIC1a的结构功能关系提供了新的信息,并为设计调控药物提供了备选靶点;不同药物的不同调控作用则提示我们拉莫三嗪和托吡酯这两种抗癫痫药物作用效果的不同很可能就是由于对ASIC1a的不同调控所导致的;更重要的是我们发现慢性癫痫发生过程中星形胶质细胞上ASIC1a表达的增加与ASIC1a的拮抗剂具有抗癫痫发生的作用,为我们提供了一个探索癫痫发生机制的新领域。
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【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R742.1
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本文编号：2304870