国际DOHaD协会理事会，巴西
DOI: 10.15761 / MRI.1000153
本文就钙离子和间隙连接在原代培养大鼠腺垂体细胞泌乳素和生长激素分泌调节中的作用作一综述。本文还综述了我们在离体大鼠子宫收缩调节中钙离子与间隙连接功能活性相互作用的研究资料。本文讨论了间隙连接在胰岛胰岛素分泌调节和血管平滑肌组织收缩中的作用的文献证据，以及在DOHaD (Developmental Origins of Health and Disease)框架下研究间隙连接细胞间通信的贡献的观点。最后，本文简要地讨论了几种疾病中调节间隙连接功能活性的药物的阐述和可能的应用。
钙离子，间隙连接，腺垂体，子宫，辛醇
这篇文章有相当长的历史，差不多有40年了。事实上，早在上世纪八九十年代，我们就研究了钙离子(Ca2 +)和间隙连接对原代培养大鼠腺垂体细胞泌乳素(PRL)和生长激素(GH)分泌的调节作用[1-8]。不久之后，我们应用类似的方法研究了钙离子和间隙连接在离体大鼠子宫收缩活动调节中的作用[9,10]。虽然从那时起已经过去了许多年，但这些数据并没有失去其意义，此外，几乎没有人试图对钙离子和间隙连接在调节分泌和收缩过程中的作用进行比较分析。我们决定填补这一空白，回顾我们自己关于腺垂体细胞PRL和GH分泌的数据，以及我们对离体大鼠子宫收缩活动的结果。最后，我们将讨论间隙连接在调节胰岛β细胞胰岛素分泌和血管平滑肌组织收缩活动中的作用的文献证据，以便将我们自己的数据与其他实验模型上获得的文献证据进行比较，评估其他分泌和收缩过程。
首先，我们对大鼠腺垂体细胞原代培养的实验表明，从培养培养基中去除钙离子会导致基础PRL分泌减少，但不会改变基础GH释放。然而，在不含钙离子的介质中，钾(K+)离子(30或55 mM)在PRL和GH上的释放被完全阻止[1,2]。我们还确定了钴离子(Co2 +)，钙离子拮抗剂，抑制PRL的分泌，而钡离子(Ba2 +)，被认为是钙离子的激动剂，刺激PRL和GH的释放，并在不含钙离子的培养基中发挥这些作用2 +显著增强[2,3]。最后，我们观察到，在无钙离子的培养基中，甲状腺素(TRH)对PRL分泌的刺激作用减弱，而培养培养基中则需要添加过量的钙离子(5 mM)，以防止生长抑素对PRL和GH释放的抑制作用[4,5]。
早在上世纪十、九十年代，我们就在大鼠腺垂体细胞原代培养实验中观察到，辛醇作为一种阻断间隙连接的药物，并不影响基础PRL分泌，而是抑制TRH或环AMP (DbcAMP)的二丁基衍生物刺激的PRL释放[6-8]。此外，辛醇不影响基础GH分泌，也不影响环GMP二丁基衍生物刺激的GH释放，但辛醇抑制TRH或DbcAMP刺激的GH释放[7,8]。
综上所述，我们可以肯定钙离子和间隙连接在调节垂体前叶分泌过程中起着非常重要的选择性作用。
在成年大鼠子宫实验中[9,10]，我们已经确定在含有1-2 mM Ca的孵育培养基中2 +，间隙连接阻断剂辛醇在浓度为0.3 mM时，可抑制催产素引起的子宫收缩，但在过量钙的培养基中2 +(5 mM)或在催产素浓度升高的情况下，较高水平的辛醇(0.6 mM)对于抑制催产素诱导的子宫收缩活动是必要的。
乙酰胆碱(ACh)也有类似的情况，即随着乙酰胆碱浓度的增加，辛醇水平的平行增加是抑制成年大鼠子宫收缩的必要条件。另一方面，在中间ACh浓度的情况下，可以通过添加Ca来阻止抑制辛醇的作用2 +培养培养基过量。在去极化钾离子浓度(29mM)的成年大鼠子宫实验中也观察到类似的特性，即添加钙2 +过量的培养培养基降低了辛醇对刺激子宫收缩的抑制作用。
在成年大鼠子宫实验中，我们发现了钙通道拮抗剂维拉帕酰基对钾离子去极化浓度(29 mM)或乙酰胆碱引起的子宫收缩的抑制作用。我们还比较了维拉帕酰基、辛醇和肾上腺素对乙酰胆碱和乙醛诱导的子宫收缩的抑制作用2 +(1毫米)。此外，还证明了Ca的加入2 +过量的培养液剂量依赖性地阻断了成年大鼠子宫收缩的所有三种抑制剂(维拉帕酰基，辛醇和肾上腺素)的作用。
对青春期前大鼠离体子宫进行了多项实验。特别地，发现添加Ca2 +对培养液过量可部分抵消钾离子(54 mM)去极化浓度对辛醇抑制子宫收缩的影响。在青春期前动物的子宫实验中也观察到类似的情况，在Ba引起的子宫收缩情况下也是如此2 +．
因此，综上所述，我们可以得出结论，辛醇，即阻断间隙连接的药物，剂量依赖性地抑制成年大鼠离体子宫的收缩活动，而钙2 +过量在培养培养基中剂量依赖性地阻止了这种抑制辛醇的作用，即辛醇与钙结合的作用2 +与其他子宫收缩抑制剂维拉帕酰基和肾上腺素的效果相似，与钙2 +．此外，辛醇与钙的相互作用2 +在青春期前动物的离体子宫上也有部分过量现象。
文献检索显然是在上世纪八九十年代的几十年里在进行实验之前实现的。此外，最近又进行了一次文献检索。在本文中，我们将通过描述胰岛素分泌和血管平滑肌组织收缩活动的文献证据来限制讨论。
对于间隙连接在胰岛素分泌调节中的作用的研究，瑞士Paolo Meda研究小组[11]做出了最重要的贡献。这些研究人员特别表明，庚醇，即一种类似辛醇的阻断间隙连接的物质，在高浓度葡萄糖的刺激下，可以抑制胰岛的胰岛素分泌，并且从培养培养基中去除庚醇后，这种作用完全可逆。有趣的是，庚醇对胰岛分离的单个β细胞的胰岛素分泌没有任何影响，即为了实现抑制庚醇的作用，细胞间隙连接的存在是绝对必要的。
另一方面，在离体主动脉或肠系膜血管制备的实验中，也发现了庚醇和辛醇对平滑肌组织收缩活性的抑制作用[12-14]，但这些研究均未尝试研究间隙连接阻断剂与Ca的联合作用2 +培养培养基中过量。
一般讨论我们自己的结果和文献资料
研究间隙连接最活跃的作者之一James E. Trosko最近在他的评论文章中写道，不幸的是，在过去的几十年里，全世界的生物医学研究人员在很大程度上忽视了这个重要的主题。我们完全同意这一关键观点，例如，在上世纪80年代加拿大R.E. Garfield小组的一系列电子显微镜研究[16]和我们对辛烷的影响的研究结果之后，关于间隙连接在调节子宫收缩活动中的作用的研究非常缺乏，尽管在1996年我们已经能够吸引Juan Saez的注意，在智利举行的泛美生物化学和分子生物学大会上，著名的间隙连接研究人员。
然而，在过去的几十年里，在理解间隙连接在调节分泌和收缩过程中的作用方面取得了一定的进展。事实上，在我们关于PRL和GH分泌的工作发表后不久，就确定了在大鼠体内垂体前叶和腺垂体细胞的原代培养中，首先在所谓的滤泡星状细胞和乳养菌或生长养菌之间，即分别分泌PRL和GH的细胞[17]之间发现了间隙连接。顺便说一下，滤泡星状细胞的大量参与和间隙连接介导的细胞间通信迫使我们在细胞流的基础上对我们的垂体前叶细胞结构学理论模型进行了一定的修正[18,19]。
此外，连接蛋白(即代表间隙连接主成分的蛋白质)研究的进展已经确定了含有连接蛋白(计算分子质量为43千吨Cx43)的内分泌腺与含有Cx32[20]的外分泌腺之间的重要差异。相当有趣的方面是，有证据表明，通过腺泡胰腺细胞激活淀粉酶和其他酶的外分泌，不刺激，而是真正抑制其间隙连接的功能活性，而庚醇，即间隙连接的阻滞剂，刺激腺泡胰腺细胞的外分泌活性。
虽然在我们看来，在此基础上得出重大结论还为时过早，但我们认为提出初步建议是非常合适的，即间隙连接在调节内分泌和外分泌方面的作用的差异可能部分与在生物体的活跃功能阶段(或应激阶段)至少部分内分泌腺受到更高刺激的必要性有关，相反，在身体相对休息时外分泌的更高刺激，这反过来取决于自主神经/植物神经系统交感神经和副交感神经部分活动的平衡。
虽然在上世纪八十年代，我们还不能通过评估辛醇的作用来研究间隙连接在调节培养大鼠肝细胞功能活动中的作用，但为什么DbcAMP在一定剂量和孵育时间内不刺激，而是真正抑制了培养肝细胞血清白蛋白的分泌和总RNA和蛋白质的生物合成速率，这一点仍然不清楚[21,22]。这个问题的部分答案可能是可以给出的，考虑到与其分泌功能相一致，肝脏更类似于外分泌腺，因为该器官向肠道腔内分泌胆汁，而肝细胞分泌白蛋白和其他血清蛋白的机制与释放垂体激素蛋白的机制截然不同。
早在1990年，我们就试图引起对间隙连接主题的关注，提出所谓的crine或细胞间信号通信可能参与各种生理过程的调节。事实上，当时直到现在，研究人员通常在更大程度上考虑细胞外和细胞内类型的信号通信，其中主要作用分别由激素和血液和其他生物液体运输的其他生物活性物质以及所谓的激素信号的二级信使发挥，目的是在细胞内发挥作用(环核苷酸、钙离子等)[15]。
然而，在配对心肌细胞上的实验已经表明，cAMP和细胞内产生的血管紧张素II能够通过间隙连接参与调控信号向邻近细胞的传递[24,25]。此外，细胞内Ca2 +浓度可以沿组织和细胞培养通过间隙连接[26]传播，尽管在高浓度时(> 105M)同样的钙离子能够关闭缝隙连接。也许，正是在上世纪60年代发现的最后一个事实[27]，在一定程度上推迟了钙离子与缝隙连接之间的相互作用在生理过程调节中的研究，尽管在60年代的原始著作中已经经常注意到细胞内高钙的这种影响2 +浓度对于防止病变从细胞质生物膜完整性中断的细胞转移到邻近细胞是必要的。
因此，综上所述，我们有可能得出这样一个结论:钙离子和间隙连接在调节至少某些分泌和收缩过程中的作用确实存在本质上的相似性。许多作者对这种相似性的解释是这样的:为了获得足够强度的激素释放到血液或平滑肌组织的收缩，必须通过它们之间的间隙连接[28]来实现相互连接的独立细胞的功能活性的联合同步激活。同样重要的是，间隙连接可能是增强内分泌器官和平滑肌组织对天然生物调节剂和药物制剂[12]的敏感性所必需的。这说明通过间隙连接的细胞间通讯与钙离子一起在调节各种分泌和收缩过程中起着非常重要的作用。
关于个体发育中缝隙连接介导的细胞间通讯变化的问题仍未得到充分的探讨。最近James E. Trosko[15]试图在DOHaD概念的框架中找到编程/印迹现象与细胞分化过程中间隙连接的改变之间的联系，但总的来说，这个重要的问题仍然完全有待未来的研究。早些时候，我们研究了钙离子和环核苷酸在不同年龄组大鼠培养的垂体前叶细胞中可能存在的作用差异，在离体大鼠子宫的实验中，我们尝试比较间隙连接在调节子宫收缩活动中的作用，这取决于该器官的成熟程度(见上文)。毫无疑问，这些有趣的研究应该继续下去。尤其重要的问题似乎是血清素和其他低分子量化合物的参与，能够穿透间隙连接，在胚胎发生[30]。
综上所述，我们想要指出的是，在阐述影响间隙连接[31]的新药物制剂方面存在显著但仍有潜力。实验工作证实了这一观点，证明庚醇或辛醇在缺血性心脏病和癫痫中具有限制细胞病变的潜在能力[32,33]。有必要对间隙连接在心力衰竭[34]和癌变[15]中的作用进行更深入的研究。因此，在我们看来，生物化学家、药理学家和其他生物医学研究人员不能再忽视缝隙连接这一主题了。
这篇文章是为了纪念已故的莫斯科同事和朋友:医学博士，内分泌学家Igor S. Komolov，他在腺垂体细胞原代培养的第一步工作中提供了宝贵的帮助，以及生物物理学专家Alexandre B. Timofeyev博士，他引起了对间隙连接这一非常有趣的主题的注意。
此外，作者非常感谢Sergio L. Dalmora教授(巴西UFSM工业药学系)提供了使用离体大鼠子宫设备研究辛醇效应的机会。
这项书目工作是根据个人的主动性进行的，没有任何来源的财政支持。然而，在实现垂体细胞培养和离体大鼠子宫实验过程中，作者分别得到了医学科学院(俄罗斯莫斯科)和实验医学研究所(匈牙利布达佩斯)以及CNPq和UFSM(巴西圣玛丽亚- RS)的部分支持。
评论文章
收稿日期:2019年2月19日
录用日期:2019年3月5日
出版日期:2019年3月9日
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Goudochnikov VI(2019)钙离子和间隙连接在调节分泌和收缩过程中的作用的比较研究:生化和药理学方法。医学Res Innov 3: DOI: 10.15761/MRI.1000153
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