第 84 章：平滑肌细胞中的钾、钠与氯通道（Potassium, Sodium, and Chloride Channels in Smooth Muscle Cells）

84.1 引言（INTRODUCTION）

血管平滑肌细胞（vascular SMC）的质膜表达独特的 K⁺ 通道群，由这些通道产生的 K⁺ 电流调控血管平滑肌的电机械耦合（electromechanical coupling）与收缩。K⁺ 通道开放导致 K⁺ 外流，所产生的超极化电流促成 SMC 的静息膜电位（Em）并促进血管舒张。在单个 SMC 中，多种 K⁺ 通道常协同工作以调节静息 Em 的水平并建立兴奋模式。此外，血管 SMC 可与相邻的内皮细胞形成电突触（electrical syncytia），借助缝隙连接蛋白在血管壁内建立最佳的紧张度水平，使得在正常情况下组织可按其需求得到相应的灌注。本章主要聚焦于血管 SMC 中 K⁺ 通道的结构与生理作用，同时讨论电压门控 Na⁺ 通道与 Cl⁻ 通道——因为越来越多的证据显示它们参与血管紧张度的调节。最后，本章亦简要讨论呼吸系统和胃肠（GI）道的相应离子通道以将讨论延伸至非血管 SMC。值得一提的是，本章所讨论的离子通道家族（图 84.1）与本书其他章节讨论的 Ca²⁺ 通道存在广泛交互；尤其由 Ca²⁺ 通道贡献的胞内 Ca²⁺ 可与 K⁺、Cl⁻ 通道结合并显著改变其活性。最终，数百种离子通道亚基与信号分子之间复杂的相互作用将精细调节 SMC 所在器官的兴奋性与收缩性。

血管 SMC 的电生理性质有若干独特之处，区别于横纹肌细胞。其一，血管 SMC 的静息 Em 范围一般在 −60 mV 到 −35 mV 之间，比心肌与骨骼肌细胞的 −90 mV 到 −70 mV 范围显著更去极化。重要的是，SMC 这一较正的静息 Em 接近甚至已处于电压门控 Ca²⁺ 通道开放的 Em 下限范围之内；因此 SMC 的 Em 水平被视为收缩的主导决定因素，因为即便 Em 微小的降低（即 SMC 去极化）将引起电压门控 Ca²⁺ 通道开放、Ca²⁺ 内流和 SMC 激活。其二，与横纹肌相比，血管 SMC 更多地依赖于抑制静息 K⁺ 外流以实现去极化，因为其质膜通常缺乏密集表达的、在心肌和骨骼肌细胞中介导初始兴奋性内向电流的快 Na⁺ 通道。最后，SMC 与血管腔面相邻的内皮细胞之间通过缝隙连接蛋白呈现电耦合，使得两种细胞类型之间发生离子交流，以协调血管壁内电事件与兴奋性的水平。在健康个体中，内皮细胞对血管 SMC 施加超极化效应，促进血管舒张与对远端组织的血流供应。这种"内皮→平滑肌"超极化传递是血管内皮依赖性舒张的电学基础，与后续章节讨论的内皮源性舒张因子（NO 等）形成机制互补。

84.2 电压门控 K⁺ 通道（Voltage-Gated K⁺ Channels）

电压门控 K⁺（Kv）通道是多蛋白复合体，共享 K⁺ 选择性与电压依赖性激活这两个共性。超过 40 个哺乳动物基因编码 Kv 通道的成孔 α 亚基，这些跨膜蛋白介导 K⁺ 跨质膜的传导（参考文献 1）。从结构上看，这些 α 亚基包含六个跨膜段（S1–S6），其氨基端与羧基端均位于细胞内侧（图 84.2A）。S1–S4 结构域组成电压感受器，赋予 Kv 通道"电压敏感性"并使其能响应膜去极化而开放；S5 与 S6 结构域组成通道孔。四个源自同一或不同基因家族同种异构体的 α 亚基构成四聚体孔复合体。α 亚基的"混合搭配"产生了具有不同生物物理学性质、对胞内信号分子与药理调节剂具有不同响应的多样 Kv 通道群体。4-氨基吡啶（4-AP）通常对通道有某种程度的抑制作用，因此常被用作在 SMC 中检测功能性 Kv 通道的筛选工具（图 84.2B）（参考文献 1, 2）。另一层复杂性在于 α 亚基可结合调节性 β 亚基（图 84.2A），后者与 α 亚基的胞质结构域相互作用以修饰细胞表面表达并改变通道门控（参考文献 3）。在血管 SMC 中已检测到若干 β 亚基基因，但它们在调控 Kv 通道表达与行为方面的作用仍知之甚少。

Kv 通道复杂的结构阻碍了对它们分子组成的鉴定。编码 α 亚基的数十种转录本已在不同血管床中检测到，但功能性蛋白的数量看起来要少得多。例如，在大鼠脑动脉、肺动脉、肾动脉以及兔门静脉中，仅有数种源自 Shaker 相关（Kv1）基因家族的 α 同种异构体被证实形成功能性 Kv 通道，尽管在这些 SMC 中检测到许多 Kv1 转录本（参考文献 4–7）。在大鼠脑循环与肺循环的 SMC 中，Shab 相关（Kv2）基因家族的 α 亚基也可形成功能性通道（参考文献 7, 8）。这些 α 亚基可与 Kv5 至 Kv9 家族成员（它们自身不能单独形成 Kv 通道孔）共组装，从而在肺 SMC 中提供独特的氧敏感性 K⁺ 通道群体。无论其分子组成如何，已被明确确立的是：Kv 通道对许多血管床的小动脉与微动脉中 SMC 的静息 Em 与血管直径有重要贡献。在 SMC 兴奋过程中，Kv 通道的电压依赖性开放介导一种代偿性的超极化电流，使电压门控 Ca²⁺ 通道关闭以缓冲血管收缩。例如，在大鼠肺循环的 SMC 中以 5 mM 4-AP 进行药理性阻断将导致静息 Em 的显著丧失并引发异常的振荡型 Em 模式（图 84.2C）；以 10 mM 4-AP 处理则建立 SMC 的持续且显著的去极化（图 84.2D）（参考文献 2）。在其他多种血管制备物的 SMC 中阻断 Kv 通道也引起类似的兴奋性反应。鉴于其重要的舒张功能，在血管紧张度升高的病理状态下已观察到 Kv 通道的丧失（参考文献 9–11）。因此，Kv 通道在许多血管床中介导血管舒张并可能在缓冲异常血管紧张度方面发挥关键作用。

84.3 高电导钙敏感性 K⁺ 通道（High-Conductance, Calcium-Sensitive K⁺ (BKCa) Channels）

高电导钙敏感性 K⁺ 通道常被称作"Maxi-K"或"Big K"（BKCa）通道，以示其较高的单通道电导（200–300 pS），可比 Kv 通道产生的电流幅度高约 10 倍。因此 BKCa 通道的开放可在血管 SMC 中释放出强大的超极化力。如其他综述所述（参考文献 12），BKCa 通道的成孔 α 亚基在七个（S0–S6）跨膜结构域中的六个（S1–S6）上与 Kv 通道具有部分同源性，这六个结构域赋予其电压敏感性与孔形成能力（图 84.3A）。然而，Ca²⁺ 敏感性的额外性质（图 84.3B）由四个胞内结构域（S7–S10）以及独特的胞外 N 端与 β1 亚基的相互作用所赋予。与源自多个基因家族的 Kv 通道 α 亚基不同，BKCa 通道似乎由单一 hSlo 基因产生，尽管通过高水平的选择性剪接产生表型多样性。蝎毒素 Iberiotoxin 在施加到外膜表面时能选择性阻断 BKCa 通道。

BKCa 通道在血管 SMC 中密集表达，在脑、冠状与肾循环的小动脉与微动脉中尤为明显。这些血管显示高水平压力诱导的去极化与收缩（即"肌源性"紧张度）。SMC 对压力的去极化反应与胞内 Ca²⁺ 升高协同激活 BKCa 通道，BKCa 通道进而作为生物制动器，缓冲进一步的去极化与 SMC 激活。在一些 SMC 中，BKCa 通道似乎与肌浆网中的 IP₃R 和 RyR 紧密毗邻，由 RyR 释放的 Ca²⁺ 是 BKCa 通道开放的有力刺激（图 84.3C）（参考文献 13）。在 inside-out 膜片钳模式下，将脑 SMC 细胞膜片胞质侧的 Ca²⁺ 浓度从 100 nM 提升至 10 μM 即可使 BKCa 通道被强烈激活（图 84.3B），这一现象强调了 BKCa 通道对局部 Ca²⁺ 的高度敏感性。相应地，敲除编码 BKCa 通道成孔 α 亚基的 hSlo 基因将导致膜超极化性自发性 K⁺ 外向电流的丧失（图 84.3D）以及与血管紧张度增加和内分泌异常（如原发性醛固酮增多症倾向）相关的显著血压升高（参考文献 14）。同样，在小鼠中破坏 BKCa 通道 β1 亚基基因从而损害 BKCa 通道的 Ca²⁺ 敏感性，将引起动脉激活与血压升高（参考文献 15）。相反，人类遗传流行病学研究显示，β1 亚基的一个促进 BKCa 通道活性的功能获得性变异对舒张性高血压具有保护作用（参考文献 16）。因此，BKCa 通道看起来是一个强大的舒张影响因子，调节器官血流、外周血管阻力与系统性血压。其药理调控（开放剂如 NS1619）也是支气管舒张药开发的活跃方向。

84.4 内向整流 K⁺ 通道（Inwardly Rectifying K⁺ (Kir) Channels）

内向整流 K⁺（Kir）通道共享"内向整流"这一性质，即它们传导内向 K⁺ 电流比外向 K⁺ 电流更容易。另一关键性质是其单通道电导随胞外 K⁺ 浓度的升高而上升。正如其他综述所述（参考文献 17），Kir 通道的成孔 α 亚基具有独特的膜拓扑：仅有两个跨膜区（M1 与 M2）由一个成孔环相连接（图 84.4A）。与 Kv 和 BKCa 通道类似，来自同一基因家族（Kir2）的四个 α 亚基组装形成通道孔。内向整流至少部分地由胞内 Mg²⁺ 与多胺在位于 M2 结构域与通道羧基端区域的特定残基上对通道的阻断所赋予。Kir 通道的另一基因家族 Kir6 可与膜界定的磺酰脲受体（SUR）相关联，后者含有 ATP 的结合位点（图 84.4B）（参考文献 18）。所产生的"ATP 敏感性 K⁺（KATP）通道"在胞内 ATP 升高时关闭，导致能量充盈的 SMC 发生去极化并执行血管收缩。借助于药理学手段，已在骨骼肌微动脉（如提睾肌微动脉）及其他阻力动脉的 SMC 中检测到归属于 KATP 通道的电流；这些通道看来对微血管的静息 Em 与直径有重要贡献（参考文献 19）。除了经典的 Kir6/SUR KATP 通道外，Kir6.1 还可与 SUR2B 组合形成一种磺酰脲敏感但对 ATP 不敏感的 K⁺ 通道变体（参考文献 18），这一发现扩充了 KATP 通道的表型多样性。

相比之下，原型 Kir 通道选择性药理阻断剂的缺乏阻碍了对它们在血管紧张度调节中作用的鉴定。尽管 Kir 通道可被微摩尔浓度的钡（Ba²⁺）所阻断，但这种无机阳离子亦可干扰其他离子过程。带着这一警示，Kir 通道已在许多动脉部位的 SMC 中被描述，并可能在某些条件下处于活动状态。例如，在大鼠脑动脉中以分级压力（15 与 80 mmHg）研究 Kir 通道时发现，从 15 mmHg 升至 80 mmHg 使 SMC 静息 Em 从 −62 mV 去极化至 −34 mV；随后以 Ba²⁺ 阻断 Kir 通道可引起更显著的去极化，且这一效应在较负的静息 Em 下更为突出（图 84.4C）（参考文献 20），随后引起与静息 Em 丧失成比例的血管收缩（图 84.4D）。此外，Kir 通道可能充当代谢感受器，因为它们的单通道电导随胞外 K⁺ 浓度（[K_o]）的增加而上升。因此，[K_o] 的小幅升高可能增强 K⁺ 通过 Kir 通道的外流，导致 Ba²⁺ 敏感性的超极化与舒张。事实上，Kir2.1 基因敲除（Kir2.1−/−）小鼠的脑动脉（其血管 Kir 通道的 α 亚基缺失）显示出对 [K_o] 升高的舒张反应无能。因此，响应局部代谢挑战而增加动脉直径与血流的能力可能部分地依赖于 Kir 通道（参考文献 21）。此外，Kir 通道的"低渗抑制"特征（参考文献 20）也提示 Kir 通道可能将渗透压变化整合到 SMC 的张力调节中。

84.5 双孔结构域 K⁺ 通道（Two Pore Domain K⁺ (K2P) Channels）

双孔结构域 K⁺（K2P）通道是结构独特的 K⁺ 通道，每个 α 亚基中含两个孔（P）结构域（而非标准的单个孔），每个 α 亚基还含有四个跨膜结构域（图 84.5A）。两个 α 亚基共组装形成通道孔。1996 年克隆的第一个 K2P 通道被命名为 TWIK-1（Tandem of P domains in a Weak Inward rectifying K⁺ channel），其特征是普遍表达且具有新颖的结构（参考文献 22）。自 TWIK-1 克隆以来，许多编码 K2P 通道的基因已被鉴定并归入 KCNK 基因家族，进而根据其生物物理与生物学性质细分为六类（综述见参考文献 23）。K2P 通道通常在较负的 Em 水平下开放，因此常被称为"漏"、"背景"或"基线"K⁺ 通道；它们被假定对血管 SMC 的静息 Em 有贡献，并介导对血管活性刺激的超极化反应。

例如，血管 SMC 中一个显著的 KCNK 通道似乎是 TASK-1，它可能对兔肺动脉 SMC 的静息 Em 有贡献。TASK-1 蛋白已在肺 SMC 中通过免疫荧光定位检测到（图 84.5B），并对 pH 变化、低氧及其他调节肺血管紧张度的代谢刺激敏感（参考文献 24）。例如，肺 SMC 中由 pH 变化触发的 Em 模式改变已被归因于 TASK-1 通道的开放与关闭——碱性 pH（8.3）使通道开放致超极化，酸性 pH（6.3）使通道关闭致去极化（图 84.5C）（参考文献 24）。另一种 K2P 通道 TREK-1 被认为可被花生四烯酸及其他多不饱和脂肪酸（PUFAs）激活，此外还可被膜牵张、pH、温度、信号分子及麻醉剂激活（参考文献 23）。最初在 TREK-1 基因敲除（TREK-1−/−）小鼠的离体基底动脉中报告 PUFAs 引起的舒张反应消失（参考文献 25），但对这些动物的类似观察的新结果显示 PUFAs 引起的舒张并不依赖于 K2P 通道（参考文献 26）——这两项研究之间的矛盾尚未完全解决。目前对这些通道的鉴定因缺乏特异性药理阻断剂以及需要设计与表征 K2P 通道特异性基因敲除小鼠而受困扰。无论如何，已有足够的证据将这些新发现的 K⁺ 通道视为血管紧张度的潜在重要调节因子，但其在生理与病理生理条件下的精确贡献仍待系统阐明。

84.6 非血管平滑肌中的 K⁺ 通道（K⁺ Channels in Non-Vascular Smooth Muscles）

血管与非血管 SMC 之间 K⁺ 通道的直接比较一直很少见，但呼吸系统与胃肠道等非血管组织中的 SMC 看起来表达与血管 SMC 类似的多样 K⁺ 通道群（参考文献 27, 28）。然而，决定 K⁺ 通道活性的表达水平与信号通路在 SMC 所在器官之间及内部显然存在差异。例如，气道 SMC 中静息 Em 值的范围从 −70 mV 到 −30 mV，比血管 SMC 报告的 −60 mV 到 −35 mV 电压范围更宽（参考文献 29）。这些高度可变的 Em 值可能部分反映了呼吸道不同节段 SMC 之间 K⁺ 通道类型与活性的区域性变化。因此毫不奇怪，K⁺ 通道的分布看起来与局部气道 SMC 的功能相匹配。例如，相比气管，支气管的 SMC 报告有更去极化的静息 Em 值，这可能使支气管 SMC 处于更易收缩的状态以执行其调节气流的关键作用（参考文献 30, 31）。与其在其他类型 SMC 中的作用相似，气道中的 K⁺ 通道在呼吸系统中也发挥重要的舒张影响。气道 SMC 独特地暴露于广泛的环境因素与局部自泌物，这些因素与物质影响气道直径。其中许多物质激活 G 蛋白偶联受体以生成由肌浆网 IP₃R 释放 Ca²⁺ 所引起的自发性 Ca²⁺ 振荡（参考文献 28, 32）。这种特征的 Ca²⁺ 动员振荡模式与气道收缩模式看起来在 Em 或电压门控 Ca²⁺ 内流没有重大变化的情况下发生。因此，与血管 SMC 主要依赖 K⁺ 通道缓冲电压门控 Ca²⁺ 内流从而减弱收缩不同，气道 SMC 主要依赖胞内 Ca²⁺ 储存以激活 SMC，K⁺ 通道在调节 SMC 兴奋性方面可能扮演较不主导的角色（参考文献 28）。然而这并非意味着 K⁺ 通道对气道 SMC 静息 Em 水平没有贡献并促进气道 SMC 舒张，只是它们在呼吸系统中的主要作用可能是缓冲异常的 SMC 兴奋而非调节生理反应。BKCa 通道与许多 Kv 通道基因家族在呼吸系统 SMC 中密集表达（参考文献 28）。此外，BKCa 通道基因被敲除的小鼠的气道 SMC 表现出膜去极化与过度的电压门控 Ca²⁺ 内流，表明功能性 K⁺ 通道的存在（参考文献 33）。此外，所有已识别的 K⁺ 通道类型（包括 Kir 与 KATP 通道）都已被确认为内源性自泌物与氧化代谢物等支气管舒张物质的作用靶点（参考文献 34, 35）。因此，K⁺ 通道的药理性开放剂正在被设计用于治疗涉及气道高反应性的病理情况（参考文献 36）。

胃肠道 SMC 中的 K⁺ 通道对该器官系统的功能至关重要。环行与纵行平滑肌的高度协调运动是实现胃内容物混合与推进所需要的，完成胃肠道的多样功能需要一套复杂的电活动模式。例如，胃与小肠实现消化与吸收，而大肠实现废物干燥与压缩。胃肠道 SMC 中 K⁺ 通道的主要类别与其他 SMC 类似，但 K⁺ 通道的表达与调控存在区域性差异以赋予位点特异性的功能。因此，反映 SMC 基础 K⁺ 外流水平的静息 Em 在胃肠道不同节段变化于 −85 mV 到 −40 mV 之间，其中小肠细胞（约 −55 mV）比胃或结肠（约 −75 mV）更去极化（参考文献 37, 38）。在胃肠道中，这一静息 Em 水平至关重要，因为它决定了 SMC 对内源性物质以及来自协调 SMC 收缩的 Cajal 间质细胞（ICC）的去极化刺激的反应能力。ICC 网络产生启动并沿胃肠道传播"慢波"的起搏活动，随后这些慢波打开电压依赖性 Ca²⁺ 通道引起收缩（参考文献 37, 38）。正如 Vogalis 所综述（参考文献 39），调节这些时相收缩的 K⁺ 通道类型包括 BKCa 通道，它在慢波或动作电位发生后使 SMC 膜复极化。此外，多种多样的 Kv 通道群体在胃肠道 SMC 中广泛表达，它们可减缓 SMC 去极化的速率、提高动作电位发放的阈值，并在某些细胞类型中对静息 Em 有贡献（参考文献 39）。超极化 K⁺ 电流也可由胃肠道 SMC 中 Kir 通道的开放和最近鉴定的 K2P 通道介导（参考文献 39, 40）。例如，属于 K2P 基因家族的机械敏感性 TREK-1 通道已在小鼠结肠 SMC 中被描述（参考文献 40）。在该组织中，它们显然响应牵张而开放，从而在胃肠道腔扩张时提供复极化影响以促进 SMC 舒张（参考文献 40）。与其他类型平滑肌类似，胃肠道 SMC 中多样 K⁺ 通道群体可协调开放以调节细胞兴奋性与收缩模式。在某些情况下，单个信号分子的释放可能激活多种 K⁺ 通道类型以引发强大的复极化电流。因此，一氧化氮可同时激活胃肠道 SMC 中的 BKCa 与 Kv 通道（参考文献 39）。其他激动剂可能引发更微妙的超极化反应并依赖于单一类型的 K⁺ 通道来缓冲 SMC 去极化与收缩。

84.7 电压敏感性钠通道（VOLTAGE-SENSITIVE SODIUM CHANNELS）

虽然 K⁺ 与 Ca²⁺ 通道被认为在血管 SMC 中占主导，其他类型的离子通道表达更为稀少，或尚未被作为研究重点。电压门控"快"Na⁺（Nav）通道即其中之一，它在心肌与骨骼肌中介导动作电位的启动与传播。从历史上看，血管 SMC 曾被视为缺乏这些通道。此外，曾假定 Nav 通道在血管 SMC 较正的静息 Em 水平下大多处于失活状态。然而，最近的报告已证实 Nav 通道存在于新鲜分离的血管 SMC 中，使得它们对血管 SMC 兴奋性有贡献成为可能。

Nav 通道的分子生物学在其他地方综述（参考文献 41），本节将聚焦于这些通道在血管 SMC 中功能性表达的证据。血管 Na⁺ 电流的早期报告往往依赖于培养 SMC 中的发现，而众所周知培养 SMC 会出现表型漂移并表达未必在新鲜分离细胞中检测到的离子通道。因此，Cox 等人（参考文献 42）报告人主动脉 SMC 的原代培养显示出丰富的河豚毒素敏感性 Na⁺ 电流，而从同一动脉新鲜分离的 SMC 则缺乏 Na⁺ 电流。此外，Meguro 及其同事（参考文献 43）证明，归属于 Nav 通道（特别是 Nav1.7 亚型）的转录本与电流在正常主动脉 SMC 中缺失，但在球囊损伤主动脉的 SMC 中丰富——提示 Nav 通道在血管损伤后的合成型（synthetic）SMC 中可能被"再激活"。这些报告与类似观察（记录了血管 SMC 在短期培养及其他促进 SMC 增殖的条件下 Nav 通道的诱导表达）引发了对 Nav 通道在原位血管 SMC 中生理角色的怀疑。

然而，更近以来，许多研究者已在新鲜分离的动脉 SMC 中直接记录了归属于 Nav 通道的电流，并提示用于细胞分离的酶可能在某些条件下会削弱 Na⁺ 电流。例如，在用胶原酶与弹性蛋白酶酶解分离的小鼠与大鼠肠系膜动脉 SMC 中可测量到被 1 nM 与 10 nM 河豚毒素（TTX）阻断的 Na⁺ 电流（图 84.6A），但在用木瓜蛋白酶与胶原酶分离的同类 SMC 中则检测不到（参考文献 44）。当绘制 Na⁺ 电流的稳态激活与失活曲线时，揭示出 −40 mV 到 −20 mV 之间的"窗电流"（图 84.6B），这表明 Nav 通道可能在血管 SMC 的静息 Em 范围内具有活性（参考文献 43）。Nav 通道在调节血管反应性方面的功能性角色已借助于 Nav 通道开放剂藜芦定（一种减缓通道失活的生物碱）加以探讨。在去除内皮的离体大鼠主动脉环中，藜芦定增强了去极化剂 KCl 在低浓度（6–8 mmol/l）下引起的收缩，且河豚毒素以及 Na⁺/Ca²⁺ 交换体的药理阻断均可阻止这种收缩（参考文献 45）。这些结果表明，血管 SMC 中通过 Nav 通道的 Na⁺ 内流可能导致 Na⁺/Ca²⁺ 交换体以反向模式工作，即在排出 Na⁺ 的同时交换进入胞外 Ca²⁺，所导致的 [Ca]_i 升高促成 SMC 收缩。Nav 通道激活与 Na⁺/Ca²⁺ 交换体的类似耦合已在大鼠股动脉与小鼠门静脉的血管激活中报道（参考文献 46, 47）。在分离条件方面，使用胶原酶+弹性蛋白酶与使用木瓜蛋白酶+胶原酶的差异提示，细胞分离方法可能显著影响 Nav 通道电流的可检测性——这一方法学细节对评估早期阴性结果是重要的。

其他空腔器官（如呼吸与胃肠道）的 SMC 中也有若干 Nav 通道的报告。例如，培养的人支气管 SMC 中已检测到 Nav 通道转录本及相应的 Na⁺ 电流，但这一发现在同一制备物的新鲜分离 SMC 中未获证实（参考文献 48, 49）。此外，从新鲜分离的人空肠环形（而非纵行）SMC 中已记录到归属于 Nav 通道的电流（参考文献 50, 51），在人与大鼠结肠 SMC 中（参考文献 52）以及人食管 SMC 中（参考文献 53）也有相关电流记录。尽管这些空腔器官中的 Nav 通道据称是 SMC 去极化的重要介质，仍需进一步研究以确认其生理作用——特别是 Nav 通道在生理静息 Em 范围内（"窗电流"区）的功能性贡献是否真正发生。

84.8 氯通道（CHLORIDE CHANNELS）

血管 SMC 中的 Cl⁻ 通道似乎代表了多样的 Cl⁻ 渗透性通道群体，其亚型参与对血管活性激动剂、胞内 pH、[Ca]_i 变化以及细胞容积变化的反应。然而，特异性药理阻断剂的缺乏阻碍了对 Cl⁻ 通道在血管紧张度调节中作用的鉴定。识别编码血管 SMC 中 Cl⁻ 通道的精确基因家族也很困难。因此，虽然 Cl⁻ 通道是否调节血管 SMC 的静息 Em 尚不清楚，但最近的发现推测它们可能是这一过程中被低估的参与者。

钙激活 Cl⁻（ClCa）通道已在多种哺乳动物物种的冠状、肠系膜、肺以及其他小动脉中检测到。例如，在小鼠门静脉肌细胞的电极内液（pipette solution）中增加 Ca²⁺ 浓度（20 nM → 250 nM → 1 μM）即可揭示出随 Ca²⁺ 浓度增强而递增的 Cl⁻ 电流（图 84.6C）（参考文献 54），这一定量 Ca²⁺ 依赖性是 ClCa 通道的标志性特征。激动剂诱导的 Ca²⁺ 内流也可触发 ClCa 通道的开放，引起 Cl⁻ 外流、SMC 去极化和血管收缩（综述见参考文献 55）。最近，候选基因跨膜蛋白 16A（TMEM16A）已被建议基于其生物物理性质与在不同血管床中的检测，编码血管 SMC 中的 ClCa 通道（参考文献 56）。事实上，对大鼠肺 SMC 中 TMEM16A 的 siRNA 介导敲低导致 ClCa 通道介导电流的丧失，否则该电流是这些细胞的一个显著特征（参考文献 57）。随着候选基因的鉴定，ClCa 通道在调节血管 SMC 兴奋性中的作用可能正在成为一个新兴的研究主题。

容积调节 Cl⁻（ClVR）通道也可通过降低渗透压以引起膜形变而在血管 SMC 中被激活。例如，浸泡于等渗溶液（300 mosmol）中的犬肺 SMC 在低渗溶液（230 mosmol）作用下显现 ClVR 通道电流；以高渗溶液（370 mosmol）灌流 SMC 时 Cl⁻ 电流消失（图 84.6D）（参考文献 58）。有证据表明 ClVR 在原位 SMC 中也可被激活。例如，药理性阻断 Cl⁻ 通道可使加压大鼠脑动脉舒张，这一反应似乎依赖于 ClVR 通道（参考文献 59）。因此，通过 ClVR 通道的 Cl⁻ 外流可能在某些 SMC 中提供去极化影响，在某些条件下促成血管激活。研究者提出血管 SMC 中的 ClVR 通道属于 ClC 基因家族，其中 ClC-3 为主要同种异构体（参考文献 60）——Duan 等人于 1997 年在 Nature 上首次分子鉴定了这一容积调节氯通道。事实上，由犬肺 SMC 中低渗细胞膨胀所引发的 ClVR 通道电流可被胞内透析抗 ClC-3 抗体（其特异性地与 ClC-3 相互作用）所消除（参考文献 61），为 ClC-3 作为 ClVR 通道的主要分子身份提供了抗体中和层面的证据。其他类型的 Cl⁻ 通道（包括 cAMP 依赖性 Cl⁻ 通道）已在血管 SMC 中被检测到，但这些通道的分子身份与生理功能尚未确立。

一些非血管 SMC 也表达 ClCa 通道。在胃肠道中，大鼠小肠与结肠 SMC（参考文献 62–64）、负鼠食管环形 SMC（参考文献 65）、豚鼠回肠环形 SMC（参考文献 65）以及豚鼠气管 SMC（参考文献 66）均显现 ClCa 通道电流。ClCa 通道的药理激活剂（如 NS1619 与 isopimaric acid）也被用于激活 Cl⁻ 电流来研究其性质（参考文献 54）。更近期地，Huang 等人（参考文献 67）将 ClCa 通道候选基因 TMEM16A 定位到气道 SMC，为 ClCa 电流提供分子候选。ClVR 通道在非血管 SMC 中的报告较少，但 Dick 等人（参考文献 68）在犬结肠 SMC 中检测到 ClC-3 mRNA，并在这些新鲜分离的细胞中记录了响应低渗溶液的 ClVR 电流。因此，虽然有一些证据表明非血管 SMC 中存在 Cl⁻ 通道，但这些 Cl⁻ 通道的表达模式与功能角色尚未被明确定义。

84.9 展望（PERSPECTIVES）

SMC 质膜中存在广泛的离子通道网络以调节细胞兴奋性。随着更精细的分子生物学工具与新的药理通道阻断剂的发展，各种离子通道在正常与病理生理条件下的功能性影响正在被逐步厘清，并被作为新治疗药物开发的靶点。例如，包括电压门控 KCNQ（KV7）通道在内的新型 K⁺ 通道类群正被识别为 SMC 中重要的复极化影响因子。最初在小鼠门静脉肌细胞中报告（参考文献 69），KCNQ 通道随后已在来自大鼠、小鼠与人类的大动脉（参考文献 70）、肺动脉（参考文献 71）、胫动脉（参考文献 70）、脑动脉（参考文献 72, 73）与肠系膜动脉（参考文献 74, 75）中被鉴定。在大鼠脑动脉中，KCNQ 通道缓冲肌源性紧张度的发展（参考文献 73），这提示 KCNQ 通道开放剂可有效治疗脑血管痉挛（参考文献 72）。类似地，编码 K2P 通道的新基因家族也最近被鉴定（参考文献 76）。这些独特的 K⁺ 通道响应牵张、pH 波动及其他调节 SMC 紧张度的重要生理刺激而开放，其令人兴奋的作用才刚刚开始被认识。最后，SMC 中表达的 Cl⁻ 通道的分子身份与作用是一个随着 TMEM16A 作为候选基因最近被发现（参考文献 56）而不断演化的故事。因此，虽然对 SMC 中离子通道的表达与功能已有诸多了解，但肯定还有尚未发现的离子通道以及关于这些离子通道如何在健康与疾病中协同调节 SMC 收缩的未解之问题。

本章个人批注

本章是承接 ch83（超微结构与收缩性）之后的第一章离子通道专章，把 ch83 中所述的收缩装置调控迅速落实到控制 SMC 兴奋性的"上游硬件"——离子通道本身。结构上它按 K⁺ → Na⁺ → Cl⁻ 的顺序展开，符合血管生理学中"主导 K⁺、补充 Na⁺ 与 Cl⁻"的思路；K⁺ 内部又按 Kv / BKCa / Kir / K2P 四类细分，使读者能对 K⁺ 通道的"四大门派"建立完整印象。

阅读时我最关注的是几个跨家族的"功能性整合点"：(1) BKCa 通道与 RyR 释放的 Ca²⁺ sparks 之间的负反馈耦合——Ca²⁺ sparks 是 ch83 提到的钙火花机制的延伸，本章通过 BKCa 的紧密邻接直接给出"spark → BKCa 电流 → 复极化 → 缓冲收缩"这一具体环路；(2) Kir 通道的"代谢感受器"角色，揭示 SMC 如何将局部 [K_o] 微小变化翻译成舒张反应，这对功能性充血（functional hyperemia）有重要意义；(3) KCNQ 通道在"展望"中被新加入作为"复极化储备"——这一段在 2012 年还算相对新颖的概念，现在（2026）已是脑血管药理开发的活跃靶点。

非血管部分（气道、GI）写得相对快，但传递了一个明确信息：离子通道组合随器官特异化而调整，气道 SMC 几乎不依赖 K⁺ 通道来调节 Ca²⁺ 内流而是依赖 IP₃R 释放，这是与血管 SMC 的关键差异。Cl⁻ 通道部分也提示 ClCa 通过 TMEM16A 的鉴定是该领域的"新兴故事"——这一基因在 2008 年前后才被确认为 CaCC 分子身份，本章处于这一发现的早期阶段。

从批判性角度：作者多次承认"特异性药理阻断剂的缺乏"是限制本领域的核心瓶颈——这一坦诚提示读者在评估通道功能时需谨慎，很多结论依赖基因敲除小鼠的间接证据。此外，对 Nav 通道在血管 SMC 中的"生理相关性"问题，作者虽持开放态度但明显较谨慎，这与心肌/骨骼肌中的强势角色形成鲜明对比。

与上下章的衔接（一段话）

本章在 ch83（平滑肌超微结构与收缩性）之后登场，承上启下地引出收缩性的"电学上游"——离子通道。在 ch83 集中讨论了肌球蛋白/肌动蛋白/MLCK/MLCP 等"收缩硬件"之后，本章把视角切换到质膜上控制 Em 的"电学硬件"：K⁺ 通道决定静息 Em 与超极化缓冲，Na⁺ 通道在特定条件下可能参与去极化，Cl⁻ 通道（特别是 ClCa）通过 TMEM16A 提供另一条去极化途径。这种安排让读者意识到：平滑肌的兴奋-收缩耦合（EC coupling）在结构上有其独特的"低电压、大 K⁺ 漏电"特征，与心肌和骨骼肌的"全或无动作电位 + T 管/LTCC"模式形成对比。下一章（ch85 G 蛋白偶联受体）将进入 GPCR 层面讨论受体如何调控这些离子通道与收缩装置，从而完成从"结构 → 通道 → 受体"的三步式平滑肌生理学铺垫。