心肌细胞间的电耦联.doc

心肌细胞间的电耦联 ? 综述? 生理科学进展1989年第20卷笃4期 心肌细胞间的电耦联 瑞士伯尔尼大学生理学研究所 严干新AndreGKleberWayneE.Cascio 摘要心脏是由无数/卜独立的心肌细胞通过缝隙连接形戚的一个功能性合胞 镩.心肌细胞问的电耦联是心脏垒或无性动作电位传导和机械收缩的先决条件. 缺氧,缺血药物,细胞内外离子浓度的改变以及激素等因素可直接或问接地影响 心肌细胞问的电耦联,从而导致心脏功能的改变. 将心脏看作是一个解剖性合胞体的观念统治着心脏生理学相当长一段时间,直到本世纪 I50年代以后,大量形态学和生理学的实验才得以证实,心脏是由无数个独立的心肌细胞通过 闰盘而连接在一起的功能性合胞体】.当心脏任何一处受到刺激而产生兴奋时,大量的离 子从已兴奋的细胞经过闰盘中的缝隙耦联通道高速地流向未兴奋的细胞(电耦联),使电冲 动从各个方向传播整个心脏,从而产生心脏兴奋性电冲动传导和机械收缩的垒或无反应. 因此可见,心肌细胞问耦联通道的正常开放是心脏作为功能性合胞体的先决条件.现在电生 理学家们一致认为,动作电位在任何一种复杂性电合胞体(如心脏)上的传导必须取决于以 下三个因素:(1)细胞膜的兴奋性特征(2)细胞间耦联的几何分布;(3)细胞阀电耦联程 霞然而,以往的一些电生理学研究主要集中在探讨膜的兴奋性特征(心肌细胞的主动电特 孺)上,而忽略了细胞间的电耦联(心肌细胞的被动电特性).近年来的一些实验研究表明 许多因素,诸如缺氧缺血机械损伤,药物,激素以及离子平衡紊乱等,均可直接或间接地 影响心肌细胞间的电耦联,进而影响整个心脏的电和机械特性.所以,深人了解心肌细胞间耦 联通道的结构,功能以及影响其开放的因素,必然会加深对心脏生理学和病理生理学的认识. 一 ,心肌细胞间电耦联的形态学基础 现在一致认为,心肌细胞间电耦联的形态学基础是闰盘结构中的缝隙连接(nexus或gap ?作者对壬宽诚教育塞盘会盼资助谨致谢忱 用,其有效浓度为O.02mmol/L.第八,黄体细胞上存在酪氨酸受休,和糖蛋白性质的结合 住点.第九,酪氨酸类似物的构效关系研究表明,有的类似物的抗hCG致孕酮生成作用比 嚣氨酸大若干倍,为寻找新的抗生育药物提供了线索.以上各唾资料已陆续发表. 4O年来,经过几次曲折,昝于明确了长远科研方向,并且在马青年教授等同志与博士和 硕士研究生的共同努力下,取得了一些可喜的进展,深感来之不易. 科学的路从来不是平坦的,作为一个科学I作者,必颊具备雄厚的基础知识,要学会在需 要的时候主观上更好地击适应客观,要有春蚕和蜡烛那样坚持到底的精神,才能有所前 进.这虽属老生常谈,但确是我发自内心的,来自曲折生活的亲身感受,谨与青年读者共勉. junction).缝隙连接是细胞之间相互紧密靠拢的双层特化的单位膜.在电子显微镜下, 其间存在一个宽度仅为30A左右的电子透明区(缝隙),而在闰盘结构中的其它连接类型如 桥粒(desmosome)处,相邻细胞膜的间距逸250~300直.高张溶液可使心肌细胞膜在缝隙 连接处分离,与此同时,心肌细胞间发生电脱耦联.实际上,至夸为止所研究的任何电耦 联系统,其细胞间均有类似缝隙连接结构的存在,.冰冻断裂技术显示,缝隙连接区域两, 侧膜上聚集着许多端端相对的,外径约为70~80A的六边形颗粒.镶嵌在缝隙连接膜上的这 种六边形颗粒由6个分子量约为27000遭尔顿的蛋白质以柱状方式排列而成,其中心形成长约 75A的亲永性孔道,即半个耦联通道.由此推知,两侧缝隙连接膜上端端相对的颗粒在缝隙 区桥按成贯穿相邻细胞两侧的缝隙耦联通道(connexons),其长度应为200A左右.荧 光分子扩散实验的结果证实,哺乳动物心肚细胞间耦联通道允许通过的最大分子为1000道尔 顿.假若这种分子呈球状,那幺,通道的有效内径为12A左右,这与形态学所得到的l0～ 15玉的结果极为相符.相邻耦联通道的中心跨距为10nm左右,若按每个心肌细胞平均的 缝隙连接面积为5/zm计算,每个细胞具有的耦联通遭数约为60000个】. 细胞间耦联通道关闭状态有两种形态学征象,很可能就代表着两种不同的通道关闭机 制】.电子显微镜三维描图法证实,细胞间耦联通道的关闭是由于6个柱状蛋白质互相倾斜 的角度发生改变所导致的结果.此外,有人利用x线衍射技术观察到,细胞间耦联通道两侧 开口处附近存在着一种电子致密性物质,这种物质可能就是一种蛋白质性屏障,因为当这种 物质阻塞两侧通道口后,蔗糖就不能进入通道中心的亲水部位. 缝隙连接膜的面积或耦联通道数目在心肚中存在着细胞类型性差异.一般说来,缝隙连 接礁面积与细胞体积大小成正比).倒如,荧光染料在房室结细胞间的扩散速率要比在心脏 其它组织如心房肌,心室肌低至少三个数量级;即使是在同一个心肌细