肖雯婧，侯 君，呼永河

线粒体由内外两层膜封闭而成，其中线粒体内膜作用极为重要，呼吸链蛋白复合体附着于线粒体内膜，同时于此完成其生理功能。目前，线粒体内膜已鉴定出多种钾离子通道蛋白，如线粒体选择性钾离子通道，包括ATP依赖钾通道（mitoKATP）、电压依赖性钾通道（mitoKv 1.3）、小电导钙离子激活钾通道(mitoSKCa)、中电导钙离子激活钾通道(mitoIKCa)、大电导钙离子激活钾通道（mitoBKCa）、pH 依赖钾离子通道(mitopH-sensitive K+channels)以及TASK-3双孔钾通道（mitoTASK-3）[1-2]。 其中，Xu 等[3]于 2002 年首次发现mitoBKCa在心血管疾病中扮演着极为重要的角色。随着对mitoBKCa研究的深入，发现mitoBKCa在细胞凋亡等多种生理、病理活动中也起着重要作用[4]。笔者对mitoBKCa结构与功能研究的进展进行一个简要总结。

1 mitoBKCa的生物物理性质

Siemen等[5]于胶质瘤细胞LN-229中首次发现线粒体内膜上BKca（mitoBKCa）的存在，后续研究也指出 BKca在胶质瘤细胞增殖、分化及侵袭转移中起着关键作用[6]。随后研究发现，细胞膜表面BKca与线粒体BKca形成孔区的а亚基均由Kcnma1基因编码而成，其中外显子DEC是BKca蛋白铆钉至线粒体膜表达的关键基因[7-8]。mitoBKCa具有与BKca相似的生物物理学性质，包括对钾离子具有大的电导作用、对电压和钙离子浓度敏感等[9]。但二者也表现出显著差异。 LN-229 细胞中，mitoBKCa的电导率为（199±8）pS，而BKca为（278±10）pS。并且二者对电压和钙离子浓度的敏感性也不同[10]。mitoBKCa在不同细胞系中对电压和钙离子浓度敏感度也存在差异，如心肌细胞中mitoBKCa在钙离子浓度为 0.5 μM的条件下，对-60 mV～+60 mV范围内电压均呈高敏感性（离子通道开放率为90%）[3]。而在胶质瘤细胞中，mitoBKCa在钙离子浓度1 μM的条件下，当电压高达41 mV时，离子通道开放率也仅为为50%[5]。而BKCa也表现出类似情况[11-12]。这种差异可能与BKCa及mitoBKCa存在多种亚型，且在不同细胞中的生理功能不同有关。

2 mitoBKCa的结构与功能

BKCa由形成孔区的α亚基以及辅助性β和γ亚基组成。研究显示，心肌病变会引起心肌钾离子通道mRNA和蛋白表达均出现不同程度的降低，说明心肌病变可引起离子通道重构[13]。其中β亚基已经在多种细胞线粒体上BKca中发现，但是γ亚基尚无明确证据显示其是否参与构成mitoBKCa。β1亚基首次分离于大鼠心室肌细胞线粒体内膜。细胞膜BKcaβ1亚基激动剂雌二醇可增强大鼠心室肌细胞mitoBKCa活性，进一步证明β1亚基是mitoBKCa的辅助性亚基之一。同时也提示，与细胞膜BKcaβ1亚基相似，mitoBKCaβ1亚基与心肌功能密切相关。另有研究显示，β1亚基直接作用于细胞色素C氧化酶，说明β1亚基与呼吸链密切相关[14-15]；mitoBKCaβ1亚基在 11,12-环氧二十碳烯酸诱导肺动脉平滑肌收缩的过程中扮演着重要角色[16]。同时，肺动脉高压(PAH)可引起线粒体功能紊乱，从而抑制mitoBKCa的功能[17]。脑组织中mitoBKCaβ2亚基和β4亚基发现于大脑网状核细胞及脑桥细胞线粒体中[18]。Skalska等[19]在大脑海马神经元细胞中观察到β4亚基的存在。更为重要的是，β4亚基与神经胶质细胞病变密切相关。实验证明，正常神经胶质细胞线粒体未检测到β4亚基存在，而神经胶质瘤细胞（U-87MG）线粒体内膜该亚基高度表达。蓝色非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(BN-PAGE)证明，U-87MG细胞中β4亚基可与细胞色素C氧化酶形成复合物，从而影响U-87MG细胞中线粒体的功能[18,20]。以上研究说明，线粒体BKCa辅助β亚基与细胞膜表面BKCa辅助β亚基相似，具有组织特异性，而其在各组织中的具体功能还需要进一步的实验说明。

3 mitoBKCa与活性氧簇（ROS）产生的关系

研究证明，mitoBKCa是保护心肌缺血再灌注损伤的重要靶点之一[21-22]，而该保护作用极有可能是通过调控线粒体内ROS的产生来完成。研究发现，mitoBKCa对ROS生成的调控作用可能与其生成机制相关。目前研究认为，增加线粒体ROS生成主要通过两种方式：（1）阻断线粒体复合物I NADH脱氢酶系电子流；（2）诱导产生线粒体复合物Ⅱ到复合物I的反向电子流，而ROS产生的位置均为复合物I[23-25]。当采用反向电子流诱导心肌细胞线粒体复合物I大量生成ROS时，通过加入mitoBKCa特异性激动剂NS1619刺激mitoBKCa开放，可显著抑制ROS的产生；而加入mitoBKCa抑制剂Paxilline抑制mitoBKCa开放，可增强ROS产生。但是，当采用鱼藤酮抑制线粒体复合物I的电子传递从而诱导大量ROS产生时，结果与之前相反，mitoBKCa开放ROS生成增加，而mitoBKCa关闭ROS生成下降[26-27]。

4 mitoBKCa与线粒体膜通透性转换孔(mPTP)的关系

mPTP开放是引起线粒体死亡的关键事件。应激状态下，mPTP开放允许小分子物质进入细胞内部，从而引起线粒体基质蛋白的渗透压升高，基质水肿、外膜损伤，最终导致大量凋亡因子释放致使细胞死亡[28-29]。保持mPTP关闭的关键因素是线粒体内钙容量（CRC）及细胞内ROS水平，mitoBKCa与二者均有密切联系。通过测定线粒体内CRC，研究者发现mitoBKCa激动剂NS1619对心肌的保护作用可能是通过mitoBKCa开放增加CRC获得的。而BKCa敲除后，NS1619对心肌细胞无保护作用[4]。该结果说明，mitoBKCa开放可能抑制线粒体mPTP开放，从而起到细胞作用。星形胶质细胞中，Bax可抑制mitoBKCa活性，同时引起mPTP开放并释放细胞色素酶C。但是，当阻断mitoBKCa后，Bax引起mPTP开放的现象消失。因此，研究者推测Bax通过抑制mitoBKCa从而引起mPTP开放[30]。mitoBKCa同样参与CRC调控的mPTP开放。采用BKCa特异性抑制剂IbTx抑制小鼠胶质瘤GL261细胞mitoBKCa，CRC下降，线粒体去极化，最终引起mPTP开放，大量细胞色素c释放，细胞凋亡[31]。

5 mitoBKCa与组织低氧的关系

人体在外伤、组织坏死及肿瘤等多种病理情况下，其组织或细胞处于低氧状态。低氧导致一系列细胞信号通路发生级联改变，从而引起细胞的生长、增殖或死亡[32]。研究显示，mitoBKCa在低氧引起的级联信号通路改变中扮演着极为重要的角色。Chen等[25]指出，低氧环境可诱导mitoBKCa开放，导致mPTP关闭，从而起到保护细胞的作用。而低氧状态诱导mitoBKCa开放的具体机制，可能为细胞内低氧诱导血红素氧化酶-1与线粒体膜表面结合后介导完成。但是，其具体作用方式尚需进一步实验证明[33-34]。

6 结语

自mitoBKCa被发现以来，已证明mitoBKCa具有与细胞膜表面BKCa相似的结构与生物物理性质，两者а亚基均由Kcnma1基因编码而成。因mitoBKCa参与调控mPTP、ROS及组织低氧相关细胞信号通路，逐步受到研究者的重视。随着研究的深入，mitoBKCa被认为与细胞膜BKCa一样，可能成为肿瘤治疗、逆转肿瘤耐药、保护心脑血管等多种疾病的治疗靶点[35-36]。但对其研究仍有很多不明之处，如其是否存在γ亚基、在不同组织生理或病理下其具体作用为何等。相信随着分子生物学技术及实验条件的不断发展，对mitoBKCa将会有更深入的了解，其在疾病诊断及治疗中将会发挥更重要的作用。