От Катедрата по медицина и Сърдечно-съдов център, Медицински колеж в Уисконсин, Милуоки.

От Катедрата по медицина и Сърдечно-съдов център, Медицински колеж в Уисконсин, Милуоки.

Потенциалът на съдовата гладка мускулна мембрана е ключов фактор, определящ тонуса на съдовете, главно чрез регулиране на зависимите от напрежението калциеви канали (VDCCs). Вероятността за отваряне на VDCCs се увеличава чрез деполяризация на мембраната, улеснявайки притока на калций и предизвиквайки свиване на съдовите гладкомускулни клетки (VSMCs). Контролът на мембранния потенциал и активността на VDCC се организира от сложна поредица от сигнали, които се появяват точно под сарколемалната мембрана.

Активираните с калций калиеви канали с голяма проводимост (известни също като макси-К или ВК канали) играят ключова роля в модулирането на вазомоторния тонус както за здравето, така и за заболяването. BK каналите, експресирани върху VSMC, действат като прекъсвания за повишаване на съдовия тонус, което се случва след деполяризация на мембраната и повишаване на цитозолния калций. Вътреклетъчното покачване на цитозолния калций чрез VDCC води до активиране на рианодинови рецептори, които освобождават кванти калций от саркоплазмен ретикулум (калциеви искри). Именно тези вътреклетъчно генерирани искри повишават локалните субмембранни концентрации на калций и активират BK каналите, които повишават калиевата проводимост и намаляват мембранния потенциал. 1 Това намалява отварянето на VDCCs, като по този начин модулира свиването (Фигура 2).

изследване

Фигура. Пътища за активиране и модулация на съдови канали с голяма проводимост, активирани с калций (BK). Захарният диабет намалява активността на BK канала с ≥3 механизма. Първо, както е показано от Nystoriak et al, 2 чрез активиране на калциневрин, дефосфорилиран ядрен фактор на активирани Т клетки, c3 изоформа (NFATc3) навлиза в ядрото, където инхибира транскрипцията на β1 субединицата на BK, като по този начин намалява BK чувствителността към калций. Второ, индуцираните от захарен диабет повишения на активните кислородни видове (ROS), особено водородния пероксид, директно окисляват остатъците от цистеин в областта на купата на α субединицата на BK, за да се намали отварянето. И накрая, намаленото активиране на инсулина на фосфоинозитол-3-киназа (PI3) киназа при захарен диабет намалява фосфорилирането на транскрипционния фактор (FOXO) на семейството на виличната кутия (FOXO) -3a, позволявайки ядрена локализация и транскрипция само на f-box протеин (FBXO), който след това активира протеозомно разграждане на β1 субединици на BK. AKAP показва A-киназа закрепващ протеин 150; Akt, протеин киназа В; CaN, калциневрин; FA, мастна киселина; LTCC, L-тип калциев канал; STOC, спонтанен преходен външен ток; и U, убиквитин.

Класически пример за модулация на BK канал на съдовия тонус е затихването на миогенната вазоконстрикция. 3,4 Повишаването на интралуминалното налягане деполяризира VSMC мембраната, предизвиквайки приток на калций и миогенно свиване. Притокът на калций предизвиква отваряне на по-рано неподвижни BK канали, което води до повишена проводимост на калий, хиперполяризация на мембраната на гладката мускулатура и намаляване на притока на калций, като по този начин отслабва миогенната контракция.

BK каналите се състоят от хомотетрамерни α субединици с калиев селективен порен регион. Каналният комплекс е ограден от β субединици, които подобряват чувствителността към калций. Печалбата от функционални мутации на β1 субединицата при хората се свързва с ниско разпространение на хипертония и коронарна болест, 5–7, докато генетичната загуба на функционални мутации в α субединицата или намаления в β1 субединицата водят до повишаване на кръвното налягане и сърдечно-съдови заболявания. 8–10 Обратно, увеличаването на функционалните полиморфизми на β субединицата намалява диастолното кръвно налягане и може да намали риска от сърдечно-съдови събития. 6

При захарен диабет действието на BK каналите е намалено, отчасти чрез намалена калциева чувствителност от намаляване на експресията на субединицата β1. 11 Интересното е, че естеството на намалената активност се променя с течение на времето. В началото на модела на захарен диабет на Zucker с високо съдържание на мазнини (8 седмици), при VSMC се наблюдават съдова дисфункция и намалени BK токове. 12 До 4 до 6 месеца BK каналите все още са отворени за промени в напрежението, но чувствителността към калций е намалена. 13 На този по-напреднал етап, индуцираният от Zucker модел на диета със захарен диабет също демонстрира анормални биофизични свойства на BK канала, които не са наблюдавани в по-ранни моменти от време, включително нарушена чувствителност към калций, по-продължително затворено време и съкратено отваряне пъти. 13

Влиянието на NFATc3 върху съдовите йонни канали не е уникално за BK канала, тъй като ядрената локализация на NFATc3 в отговор на ангиотензин II понижава експресията на Kv2.1 канал. 16 По този начин NFATc3 може да ангажира множество допълнителни пътища на вазодилатация при заболяване. Всъщност, подобно на BK, активността на Kv канала намалява 17 и експресията намалява 18 при захарен диабет. NFATc3 може също така директно да увеличи L-тип калциев канал приток на калций чрез свързване на канала с активатора протеин киназа Cα. 19 Взаимно, протеинкиназа Cα, калциневрин и подсарколемални персистиращи калциеви искри се сговарят, за да променят експресията на съдови гени чрез NFATc3. 20.

Пътят на калциневрин-NFATc3 може да има съюзник в намаляването на функцията на BK канал при заболяване. Повишено протеозомно разграждане на субединиците на BK канал β1 се наблюдава при захарен диабет, намалявайки активността на канала. 21 По този начин, засиленото унищожаване и намаленото образуване на β1 субединицата може да допринесе синергично за намалена BK чувствителност при захарен диабет. Експресията на образуващата пори α субединица не е засегната. 22.

Констатациите от настоящото проучване се простират далеч отвъд захарния диабет. Някои форми на хипертония се характеризират с намалена експресия на β1 субединица и намалена BK функция. 9 Сърдечната недостатъчност също е свързана с повишено периферно съдово съпротивление, отчасти поради придружаващото намаляване на чувствителността на BK канала и увеличаване на ядрения NFATc3. 8 Правдоподобно е, че понижаването на активността на BK канала е често срещана патофизиологична характеристика на сърдечно-съдовите дезадаптивни състояния, което предполага обща терапевтична цел.

Няколко въпроса, повдигнати от настоящото проучване, остават без отговор. До каква степен ролите на NFATc3 и калциневрин могат да бъдат обобщени към други модели на захарен диабет? Съдовите промени в модела на мишки с високо съдържание на мазнини може да не са представителни, въпреки че експресията на BK β1 субединица е намалена при други форми на захарен диабет. 11 Освен това приносът на прекомерния прием на мазнини спрямо нарушената регулация на глюкозата не може да бъде разграничен от това проучване. Оценката на съдовата функция е направена в кондуктивни артерии (аорта, мезентериална артерия), а не в артериоли, основният източник на съдово съпротивление при хипертония; въпреки това, промените в кръвното налягане при генетично модифицирани мишки предполагат по-глобален ефект от променената сигнализация на калция през артериалното легло. NFATc3 транскрипционно регулира други протеини, които могат да допринесат за променен вазомоторен тонус при захарен диабет, включително циклооксигеназа. 23.

Друг въпрос без отговор е как болестта активира пътя на NFATc3. Какъв е близкият сигнал, който предизвиква дефосфорилиране и ядрена транслокация на NFATc3? Общ знаменател в много сърдечно-съдови рискови фактори, включително захарен диабет, хипертония и сърдечна недостатъчност, е повишението на оксидантите, което води до нарушена ендотелна и VSMC функция. Lu et al 24 показват, че понижаването на BK каналите в модел на плъх на захарен диабет тип 1 (стрептозотоцин) се дължи на повишен оксидативен стрес. Захарният диабет in vivo или повишената глюкоза in vitro стимулират производството на реактивни кислородни форми чрез никотинамид аденин динуклеотид фосфатна оксидаза, отслабвайки Akt и активирайки разклонителния фактор на семейството на виличната кутия O фактор-3a/f-box, зависим само от протеини, разграждане на BK β1 (Фигура). Това е в съответствие с проучване на Friedman et al 25, което показва, че съдовата регулация на NFATc3 чрез ендотелин-1 се предотвратява от Tempol, супероксиден чистач. Ситуацията е още по-сложна, тъй като водородният пероксид, за който се смята, че е основният редокс сигнален дериват на супероксида, е мощен инхибитор на калциневрин 26,27, за който се очаква да предотврати понижаването на BK β1 чрез NFATc3.

В обобщение, BK каналите са неразделна част от субарколемалния калциев сигнален комплекс, който регулира съдовия тонус. Разбирането как това модулиращо влияние върху вазоконстрикцията е нарушено при заболяване може да отвори нови пътища за лечение на сърдечно-съдови усложнения на захарен диабет, хипертония и сърдечна недостатъчност. Настоящото проучване прави първата стъпка, като установява, че пътят калциневрин-NFATc3 допринася за хипертония при захарен диабет чрез понижаване на експресията на сензибилизиращия калций β1 субединица на BK канала.

Източници на финансиране

Това проучване е финансирано от RO1 HL113612 и награда на Американската асоциация за сърдечни асоциации .