离子通道理论与耳鼻咽喉-头颈外科临床实践
作者：苏振伦
单位：北京100853 解放军总医院耳鼻咽喉科 解放军耳鼻咽喉科研究所
关键词：
中华耳鼻咽喉科杂志000435 一、什么是离子通道
离子通道是生物膜上的蛋白质，具有亲水性孔道，可以有选择地让离子跨膜流动，并对离子流的动力学进行调控，使细胞得以在保持内环境动态平衡的条件下与外环境进行必不可少的跨膜信号传递和理化调控。物质、能量和信息是生命活动的三大要素，因而传递信息的离子通道广泛存在于所有细胞，是可兴奋细胞(神经、肌肉和腺体)兴奋性和信号传递的基本元件，也对非兴奋细胞起重要作用。甚至病毒也具有离子通道，治疗流感药物金刚烷胺即通过抑制流感病毒的M2离子通道发挥作用。
离子通道理论最早是由Hodgkin和Huxley在20世纪50年代提出的。他们利用 “电压钳”(voltage clamp)技术，发现动作电位系由去极化(从静息电位向正向电位偏离)时早期的Na+内流和复极化(从正电位恢复到静息电位)时后期的K+外流共同形成，提出了“离子通道”这一概念，建立了Hodgkin-Huxley方程，获得1963年诺贝尔生理学-医学奖。此后离子通道理论在两个领域继续发展。在生物物理学领域，Neher和Sakmann在70～80年代发明了膜片钳技术(patch clamp)，可钳制极小膜片从而能记录到单个离子通道蛋白分子的生物电流，是离子通道理论从概念向实体的突破性进展，因此获得1991年诺贝尔生理学-医学奖。到80～90年代，生物化学和分子生物学技术的进步使分离纯化离子通道蛋白并研究其结构成为可能，并用重组DNA技术测出其一级结构。此后应用蛋白质基因的分子克隆技术发现了数以百计的离子通道亚基并鉴定其结构和功能；利用分子遗传学方法制备了人类疾
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病的转基因动物模型，鉴定了多个离子通道致病基因。总之，正像其他生命科学研究领域一样，离子通道研究以越来越快的步伐迈进了新世纪。
二、离子通道的基本性质和结构
离子通道有如生物膜上的“分子开关”，其下列基本性质可对通道的开放和关闭进行操纵。①电导(电阻的倒数)：单通道电导以皮西门子(pS)计量，相当于每秒有106～108个离子流过，其速度远高于生物膜上其他运输离子的蛋白质，如离子泵(Na+、K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶等)和离子交换体(ion exchanger,如Na-Ca交换体)，因而能够完成动作电位过程中快达500 V/s的膜电位变化；②离子选择性：决定电压门控离子通道的种类；③门控(gating)。离子通道具有开放、关闭和失活等状态，这些状态受多种因素调控，成为各种生理功能的基础和药物作用的靶点。
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生物膜由脂质双层构成，离子通道蛋白质镶嵌于其中，包括贯穿膜内的内在蛋白质和结合于膜内侧或膜外侧的外周蛋白质。以钠通道为例，内在蛋白质α亚基包含4个横贯膜内的功能区，每个功能区由S1～S6共6个节段组成，第5、6两个节段参与亲水孔道的形成，即4个功能区的总共8个S5-S6节段共同围成亲水孔道。其他辅助亚基则或为内在蛋白质，或为外周蛋白质，对离子通道的性质及功能有重要影响。目前已能利用电镜晶体照相术(electron crystall-ography)，在分辨率达0.32 nm的条件下，观察到离子通道的4聚体结构、6个跨膜节段和中央孔道的投影密度图。钾和钙通道的结构与钠通道相似，共同组成电压门控离子通道这一超家族(superfamily，指同源性高，功能及进化上相关的几组基因或蛋白质)。配体门控离子通道中的烟碱受体，γ-氨基丁酸(GABA)受体和甘氨酸受体组成另一超家族，谷氨酸受体则自成一家族。
三、离子通道的分类
1.电压门控离子通道：包括钾通道、钙通道、钠通道和氯通道。
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钾通道包括早钾通道KA，迟钾通道KV， M通道KM，钙激活钾通道(包括大电导型BKCa、中电导型IKCa和小电导型SKCa)，内向整流钾通道KIR，ACh激活钾通道KACh和ATP敏感钾通道KATP。相应的基因的蛋白产物分别为KV1～KV9，KQT，eag，slo，SK及Kir等亚基。钾通道与多种神经肌肉、心血管、内分泌和肾脏疾病有关，其慢激活迟钾通道KQT和KCNQ与先天性耳聋有关。
钙通道分为高电压激活型(含L、N、P、Q及R型)和低电压激活型(T型)，相应的基因的蛋白产物α1亚基则分别为A、B、C、D、E、F、G、H和S型。钙通道与多种神经肌肉疾病有关，还是多种药物(钙通道拮抗剂)的作用位点。
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钠通道包括主要分布在神经系统的RatⅠ,RatⅡ,RatⅢ,NaCh6，PN1和SNS，和主要分布在肌肉组织的SKM1/μ1和H1 。最新分类办法则将钠通道α亚基归类于Nav1.1至1.8，Nav2.1至2.3和Nav3.1。钠通道与多种神经肌肉疾病有关。
氯通道在哺乳类动物中有9型：CLC-1～CLC-7和CLC-K1和CLC-K2，与多种肾脏和神经肌肉疾病有关。
2.配体门控离子通道(化学门控离子通道)有2类：①神经递质门控通道受体(细胞外激活)，包括烟碱受体(nAChR)、γ-氨基丁酸受体(GABAA R)、甘氨酸受体(GlyR)、谷氨酸受体(NMDA受体、AMPA受体和海人藻酸受体)、5-羟色胺受体(5-HT3 R)和三磷酸腺苷受体(P2X)，这些受体为多种药物作用靶点，与多种神经肌肉疾病有关；②第二信使操纵的离子通道(细胞内激活)，包括环核苷酸(cGMP和 cAMP)门控离子通道，与视觉和嗅觉换能及鼻粘膜的水和钠跨上皮转运有关；钙释放通道，包括三磷酸肌醇受体通道(IP3R)和Ryanodine受体通道(RyR)。cAMP门控氯离子通道基因突变致囊性纤维化，RyR1突变致家族性恶性高热症。
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3.牵张激活离子通道(stretch-activated ion channel)：传统上将离子通道分为电压门控和化学门控两类。随着认识的深入，目前离子通道的种类逐渐增多，牵张激活离子通道即是其中之一，被另一种调控因素——生物膜上的机械牵引所激活，故又称为机械门控离子通道。内耳毛细胞静纤毛顶端的机械-电换能通道即是一种特殊类型的机械牵张激活通道。
4.间隙连接通道和水通道：机体为了对周围环境作出快速协调的反应，需要细胞间有比化学突触更直接的通路，以直接交换离子、代谢产物及小于相对分子质量1 200的信号分子。这一功能有赖于细胞间隙连接通道(gap junction channel，也称为细胞间通道)来完成。间隙连接通道由连接蛋白(connexin)构成，6个连接蛋白围绕中央孔道排列，组成连接子(connexon)，相邻细胞的两个连接子再组合成间隙连接通道。根据其分子量分别命名为connexin(Cx)26及31等。目前已克隆出20余个连接蛋白基因，分属α和β2类。Cx26和Cx31基因突变可致遗传性聋；其他间隙连接通道基因突变与多种神经、肌肉和眼科疾病有关。
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90年代以来又发现一类新通道——水通道(water channel或 aquaporin，AQP)，系快速跨膜运输水的专用通路。迄今已克隆出10种水通道基因AQP0～AQP9，在全身各组织均有表达，对机体各部位的水分泌与吸收起重要作用。如肾近曲小管每天重吸收水量超过150 L，就是通过AQP1型通道完成的，每秒流经每个AQP通道的水分子达3×109个。鼻部有大量的AQP3，内耳也检测出AQP1，这些发现当对探讨变应性鼻炎和梅尼埃病的发病机制和防治方法起重要作用。
四、离子通道理论与耳鼻咽喉临床
耳鼻咽喉科部分疾病属于离子通道病(channelopathy)。据1999年统计已发现40个耳聋基因,而1998年新发现者多达10个，其中就有5个属于离子通道的编码基因，而大多数又涉及K+再循环通路，这显然与内耳特殊的离子环境有关。内耳血管纹边缘细胞的离子流使内淋巴具有高K+、低Na+和低Ca2+成分，并使内淋巴电位维持于+80mV。声刺激时顶膜上换能通道开放，K+由内淋巴进入毛细胞，然后在复极化时从底侧膜流到外淋巴。具低K+、高Na+成分的外淋巴中多余的K+需返回内淋巴，很可能是由支持细胞摄入后经间隙连接渗透到血管纹，再由边缘细胞泵入内淋巴，从而完成K+的循环。这一独特的循环通路上离子通道的缺陷必将导致耳聋。
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1.慢激活迟钾通道(slow delayed rectifier K+ channel, KV(s))：①钾通道亚基KQT1(又称为KCNQ1)基因突变导致Jervell and Lange-Nielsen综合征(JLNS)，系隐性遗传病，临床表现为先天性双耳聋和心脏病变(Q-T间期延长和心率失常)，可致猝死，已有实验证明血管纹边缘细胞和前庭暗细胞具有KQT1通道；②最小钾通道亚基mink(又称为KCNE1)与KQT1共同构成KV(s)，此基因单独发生突变也可引起JLNS，动物实验证明当KCNE1发生零突变(基因完全失去功能)时血管纹和前庭暗细胞的K+分泌功能即丧失，最终导致毛细胞死亡，听觉和平衡功能障碍，上述现象也表明，维持内淋巴高K+浓度需要KCNQ1和KCNE1这2个基因；③1999年发现KCNQ4基因编码一种新型慢激活迟钾通道，该基因突变可致非综合征常染色体显性遗传性聋DFNA2，某些患者伴有耳鸣。KCNQ4基因仅在外毛细胞表达，而内毛细胞和血管纹则缺如，其生理作用可能是调节外毛细胞的兴奋性和让K+经毛细胞底侧膜流出。KCNQ4钾通道可能成为耳聋耳鸣防治药物的作用靶点。
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2.间隙连接通道：除上述K+通道外，间隙连接通道形成了内耳K+再循环的第二条通路。据Kikuchi等(1995)研究发现，内耳有2套间隙连接网络：毛细胞周围的支持细胞可摄入从毛细胞底侧膜释放入外淋巴的K+；支持细胞摄入的K+再经边缘细胞周围的结缔组织通过被动扩散到达血管纹。这两套网络均有connexin26表达，该蛋白质由GJB2基因编码。GJB2突变可引起非综合征常染色体隐性遗传性聋DFNB1，也可引起显性遗传性聋DFNA3。据报道人群中GJB2疾病基因携带者可达2%～5%，因此可能有多达20%的先天性聋由此疾病基因引起。而且对有些杂合子携带者行听力检查可查出轻微的听功能异常，很可能是易患耳聋的高危人群。夏家辉等在1998年克隆了connexin31的基因GJB3，GJB3基因突变可引起非综合征显性进行性聋DFNA2。
3.氯通道：CFTR氯通道(cystic fibrosis transmembrane conductance regula-tor)是上皮细胞顶膜的cAMP门控氯通道，电导为6～10 pS, 具有调节水和钠跨上皮转运的功能。CFTR基因突变将引起囊性纤维化(CF)，该病在白人人群中的发病率较高，黑人和亚裔人群较少罹病。CF影响呼吸道、消化道、胰腺和汗腺功能，患者由于呼吸道分泌物粘稠和粘液纤毛清洁功能障碍而经常发生呼吸道感染，终因呼吸衰竭而死亡。CF在耳鼻喉科的表现有鼻窦炎、鼻息肉、声嘶及上呼吸道分泌物粘稠和结痂等。应用改进钠、水吸收和氯分泌的药物氨氯吡脒(amiloride)和三磷酸尿苷(uridine 5′-triphosphate)治疗CF已进入三期临床试验，目前已有基因治疗鼻部CF的报道。
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五、离子通道理论与围手术期处理
手术离不开全身麻醉药或局部麻醉药，现在对其作用机制已有比较清楚的了解。全身麻醉药的作用靶点是中枢神经系统突触的神经递质门控离子通道，包括nAChR、5-HT3R、GABAAR和GlyR，其中又以对GABAAR的作用最大，阻断中枢神经系统突触传递和神经传导而发挥麻醉作用。局部麻醉药作用于周围神经的Na+和K+通道，从而提高神经的电兴奋阈值，使动作电位频率减小，神经冲动发放减慢，最终完全阻滞神经传导。了解麻醉药作用机制对于正确实施麻醉和麻醉意外的抢救是很有必要的，医学实践中正确认识和成功救治全身麻醉引起的恶性高热症(malignant hyperthermia, MH)就是一个突出的例子。MH系常染色体显性遗传病，为钙释放通道RyR1基因突变所致。易感者在接受吸入性全身麻醉药和肌肉松弛药司可林后发病，发生率约为1/12 000～1/40 000。发病机制为RyR通道不能关闭而不断释放钙离子，肌肉持续收缩，最终导致能量耗竭和高热，体温可高达43℃。Dantrolene是RyR的特异拮抗剂，能阻断肌质网释放钙离子而发挥治疗作用。由于有了正确的认识和合理的治疗方法(包括早期应用dantrolene)，近年来MH的死亡率已由原来的80%降至10%，利用基因诊断技术筛查易感个体也将实现。对于外科医生来说，采集家族史时全身麻醉手术史当在询问之列。了解局部麻醉药对Na+和K+通道的抑制作用，则在局部麻醉药过量中毒抢救时，除了治疗神经系统并发症外，还要注意其对心脏传导的阻滞作用和血管扩张作用，作好心肺复苏和休克的抢救。再如手术后和放射治疗后低血钾症致死者偶有发生，就是因为低血钾影响了钾电流，心肌细胞及Purkinje纤维的动作电位复极化相延长，引起心律失常，在Q-T间期延长综合征(一种钾通道病)患者更易引起猝死。
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六、离子通道理论与耳鼻咽喉科药物
如前所述，临床上常用的许多药物都以离子通道和受体作为药物作用的靶点，这里就不一一赘述了。耳鼻喉科常用药物中其副作用与离子通道有关者首推特非那丁。新一代抗组胺药物特非那丁因其效果好和无思睡副作用而倍受医患青睐，但却因偶有严重心脏并发症尤其是尖端扭转性室速(torsades de pointes)致死而令使用者心有余悸。但若明了其发病机制并采取预防措施就能防患于未然了。有一种K+离子通道病被称为Q-T间期延长综合征(LQTS)，是常染体显性遗传病，由K+离子通道 KCNQ1或KCNE1基因突变引起，若伴有先天性聋则称为JLNS。此病的发现还有个离奇的故事：1个半世纪前，一家学校的校长把1个耳聋的女学生叫去训话，但女孩却突然死亡，当惊慌的校长向家长解释时，女孩的父母却见惯不惊：他们已有2个孩子在同样的紧张状态下死亡。由于特非那丁具有使Q-T间期延长的作用，带有LQTS基因的患者服用特非那丁后就容易发生严重心律失常甚至致死。正当商战中特非那丁被大张挞伐的时候，另一种抗过敏药阿斯咪唑(astemizole)引起患者猝死的报道也出现了，原来阿斯咪唑也有使Q-T间期延长的作用。除了LQTS患者和肝功能障碍患者应禁用外，特非那丁等药物还不能与某些唑类抗真菌药和大环内酯类抗生素合用(可加重其心率失常的副作用)，不能与西咪替丁等抑制肝脏代谢的药物合用，在可能有Q-T间期延长状态时不能服用(如低血钾、低血镁，正在服用I A类和Ⅲ类抗心律失常药物奎尼丁、普鲁卡因胺、异脉仃及胺碘酮等)。还需指出，国内已有LQTS患者术中死亡的报道:患者自幼有晕厥史，术前心电图检查心率为54次/min，Q-T间期0.64 s。在用利多卡因加丁卡因持续硬膜外麻醉下进行手术时突然昏迷，死于心室颤动。
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钙通道拮抗剂尼莫地平和西比灵是治疗眩晕的常用药物。治疗变应性鼻炎药物色苷酸钠的作用机制也是抑制外钙内流和内钙释放，从而阻止肥大细胞的释放反应。
耳鸣治疗药物有5大类。利多卡因的作用靶点是神经细胞Na+、K+通道(再次提请注意LQTS患者和可能有Q-T间期延长状态者)；安定类药物作用于GABA受体，三环类抗抑郁药(如阿普唑仑)作用于5-HT受体；抗癫痫药物或作用于AMDA受体和NMDA受体，或作用于GABA受体；血管扩张剂中，尼莫地平系钙通道拮抗剂；第五类为渗透压调节剂，其中速尿(furosemide)作用机制为抑制Na+-K+-2Cl交换体(或称转运体)。
综上所述，随着分子生物学的发展，越来越多的由离子通道基因突变直接引起的耳鼻咽喉-头颈外科疾病正被陆续发现，为耳鼻咽喉-头颈外科疾病的发病机制和防治措施研究开辟了广阔的前景。另外还有导致离子通道调节机制障碍的各种因素，则可间接引起耳鼻咽喉-头颈外科疾病，也具有极丰富的课题等待我们去探索。离子通道和受体作为各种药物作用的靶点，正在为防治耳鼻咽喉-头颈外科疾病发挥作用，并有着巨大的发展空间。随着新世纪初人类基因组计划的完成和蛋白质组(proteomics)研究的开展，各种危害人类疾病的“密码”将被解密，其中自然包括直接和间接影响离子通道的疾病，从而开创防治疾病和维护人类健康宏伟事业的新篇章。
(收稿日期：2000-02-14), http://www.100md.com
单位：北京100853 解放军总医院耳鼻咽喉科 解放军耳鼻咽喉科研究所
关键词：
中华耳鼻咽喉科杂志000435 一、什么是离子通道
离子通道是生物膜上的蛋白质，具有亲水性孔道，可以有选择地让离子跨膜流动，并对离子流的动力学进行调控，使细胞得以在保持内环境动态平衡的条件下与外环境进行必不可少的跨膜信号传递和理化调控。物质、能量和信息是生命活动的三大要素，因而传递信息的离子通道广泛存在于所有细胞，是可兴奋细胞(神经、肌肉和腺体)兴奋性和信号传递的基本元件，也对非兴奋细胞起重要作用。甚至病毒也具有离子通道，治疗流感药物金刚烷胺即通过抑制流感病毒的M2离子通道发挥作用。
离子通道理论最早是由Hodgkin和Huxley在20世纪50年代提出的。他们利用 “电压钳”(voltage clamp)技术，发现动作电位系由去极化(从静息电位向正向电位偏离)时早期的Na+内流和复极化(从正电位恢复到静息电位)时后期的K+外流共同形成，提出了“离子通道”这一概念，建立了Hodgkin-Huxley方程，获得1963年诺贝尔生理学-医学奖。此后离子通道理论在两个领域继续发展。在生物物理学领域，Neher和Sakmann在70～80年代发明了膜片钳技术(patch clamp)，可钳制极小膜片从而能记录到单个离子通道蛋白分子的生物电流，是离子通道理论从概念向实体的突破性进展，因此获得1991年诺贝尔生理学-医学奖。到80～90年代，生物化学和分子生物学技术的进步使分离纯化离子通道蛋白并研究其结构成为可能，并用重组DNA技术测出其一级结构。此后应用蛋白质基因的分子克隆技术发现了数以百计的离子通道亚基并鉴定其结构和功能；利用分子遗传学方法制备了人类疾
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病的转基因动物模型，鉴定了多个离子通道致病基因。总之，正像其他生命科学研究领域一样，离子通道研究以越来越快的步伐迈进了新世纪。
二、离子通道的基本性质和结构
离子通道有如生物膜上的“分子开关”，其下列基本性质可对通道的开放和关闭进行操纵。①电导(电阻的倒数)：单通道电导以皮西门子(pS)计量，相当于每秒有106～108个离子流过，其速度远高于生物膜上其他运输离子的蛋白质，如离子泵(Na+、K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶等)和离子交换体(ion exchanger,如Na-Ca交换体)，因而能够完成动作电位过程中快达500 V/s的膜电位变化；②离子选择性：决定电压门控离子通道的种类；③门控(gating)。离子通道具有开放、关闭和失活等状态，这些状态受多种因素调控，成为各种生理功能的基础和药物作用的靶点。
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生物膜由脂质双层构成，离子通道蛋白质镶嵌于其中，包括贯穿膜内的内在蛋白质和结合于膜内侧或膜外侧的外周蛋白质。以钠通道为例，内在蛋白质α亚基包含4个横贯膜内的功能区，每个功能区由S1～S6共6个节段组成，第5、6两个节段参与亲水孔道的形成，即4个功能区的总共8个S5-S6节段共同围成亲水孔道。其他辅助亚基则或为内在蛋白质，或为外周蛋白质，对离子通道的性质及功能有重要影响。目前已能利用电镜晶体照相术(electron crystall-ography)，在分辨率达0.32 nm的条件下，观察到离子通道的4聚体结构、6个跨膜节段和中央孔道的投影密度图。钾和钙通道的结构与钠通道相似，共同组成电压门控离子通道这一超家族(superfamily，指同源性高，功能及进化上相关的几组基因或蛋白质)。配体门控离子通道中的烟碱受体，γ-氨基丁酸(GABA)受体和甘氨酸受体组成另一超家族，谷氨酸受体则自成一家族。
三、离子通道的分类
1.电压门控离子通道：包括钾通道、钙通道、钠通道和氯通道。
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钾通道包括早钾通道KA，迟钾通道KV， M通道KM，钙激活钾通道(包括大电导型BKCa、中电导型IKCa和小电导型SKCa)，内向整流钾通道KIR，ACh激活钾通道KACh和ATP敏感钾通道KATP。相应的基因的蛋白产物分别为KV1～KV9，KQT，eag，slo，SK及Kir等亚基。钾通道与多种神经肌肉、心血管、内分泌和肾脏疾病有关，其慢激活迟钾通道KQT和KCNQ与先天性耳聋有关。
钙通道分为高电压激活型(含L、N、P、Q及R型)和低电压激活型(T型)，相应的基因的蛋白产物α1亚基则分别为A、B、C、D、E、F、G、H和S型。钙通道与多种神经肌肉疾病有关，还是多种药物(钙通道拮抗剂)的作用位点。
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钠通道包括主要分布在神经系统的RatⅠ,RatⅡ,RatⅢ,NaCh6，PN1和SNS，和主要分布在肌肉组织的SKM1/μ1和H1 。最新分类办法则将钠通道α亚基归类于Nav1.1至1.8，Nav2.1至2.3和Nav3.1。钠通道与多种神经肌肉疾病有关。
氯通道在哺乳类动物中有9型：CLC-1～CLC-7和CLC-K1和CLC-K2，与多种肾脏和神经肌肉疾病有关。
2.配体门控离子通道(化学门控离子通道)有2类：①神经递质门控通道受体(细胞外激活)，包括烟碱受体(nAChR)、γ-氨基丁酸受体(GABAA R)、甘氨酸受体(GlyR)、谷氨酸受体(NMDA受体、AMPA受体和海人藻酸受体)、5-羟色胺受体(5-HT3 R)和三磷酸腺苷受体(P2X)，这些受体为多种药物作用靶点，与多种神经肌肉疾病有关；②第二信使操纵的离子通道(细胞内激活)，包括环核苷酸(cGMP和 cAMP)门控离子通道，与视觉和嗅觉换能及鼻粘膜的水和钠跨上皮转运有关；钙释放通道，包括三磷酸肌醇受体通道(IP3R)和Ryanodine受体通道(RyR)。cAMP门控氯离子通道基因突变致囊性纤维化，RyR1突变致家族性恶性高热症。
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3.牵张激活离子通道(stretch-activated ion channel)：传统上将离子通道分为电压门控和化学门控两类。随着认识的深入，目前离子通道的种类逐渐增多，牵张激活离子通道即是其中之一，被另一种调控因素——生物膜上的机械牵引所激活，故又称为机械门控离子通道。内耳毛细胞静纤毛顶端的机械-电换能通道即是一种特殊类型的机械牵张激活通道。
4.间隙连接通道和水通道：机体为了对周围环境作出快速协调的反应，需要细胞间有比化学突触更直接的通路，以直接交换离子、代谢产物及小于相对分子质量1 200的信号分子。这一功能有赖于细胞间隙连接通道(gap junction channel，也称为细胞间通道)来完成。间隙连接通道由连接蛋白(connexin)构成，6个连接蛋白围绕中央孔道排列，组成连接子(connexon)，相邻细胞的两个连接子再组合成间隙连接通道。根据其分子量分别命名为connexin(Cx)26及31等。目前已克隆出20余个连接蛋白基因，分属α和β2类。Cx26和Cx31基因突变可致遗传性聋；其他间隙连接通道基因突变与多种神经、肌肉和眼科疾病有关。
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90年代以来又发现一类新通道——水通道(water channel或 aquaporin，AQP)，系快速跨膜运输水的专用通路。迄今已克隆出10种水通道基因AQP0～AQP9，在全身各组织均有表达，对机体各部位的水分泌与吸收起重要作用。如肾近曲小管每天重吸收水量超过150 L，就是通过AQP1型通道完成的，每秒流经每个AQP通道的水分子达3×109个。鼻部有大量的AQP3，内耳也检测出AQP1，这些发现当对探讨变应性鼻炎和梅尼埃病的发病机制和防治方法起重要作用。
四、离子通道理论与耳鼻咽喉临床
耳鼻咽喉科部分疾病属于离子通道病(channelopathy)。据1999年统计已发现40个耳聋基因,而1998年新发现者多达10个，其中就有5个属于离子通道的编码基因，而大多数又涉及K+再循环通路，这显然与内耳特殊的离子环境有关。内耳血管纹边缘细胞的离子流使内淋巴具有高K+、低Na+和低Ca2+成分，并使内淋巴电位维持于+80mV。声刺激时顶膜上换能通道开放，K+由内淋巴进入毛细胞，然后在复极化时从底侧膜流到外淋巴。具低K+、高Na+成分的外淋巴中多余的K+需返回内淋巴，很可能是由支持细胞摄入后经间隙连接渗透到血管纹，再由边缘细胞泵入内淋巴，从而完成K+的循环。这一独特的循环通路上离子通道的缺陷必将导致耳聋。
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1.慢激活迟钾通道(slow delayed rectifier K+ channel, KV(s))：①钾通道亚基KQT1(又称为KCNQ1)基因突变导致Jervell and Lange-Nielsen综合征(JLNS)，系隐性遗传病，临床表现为先天性双耳聋和心脏病变(Q-T间期延长和心率失常)，可致猝死，已有实验证明血管纹边缘细胞和前庭暗细胞具有KQT1通道；②最小钾通道亚基mink(又称为KCNE1)与KQT1共同构成KV(s)，此基因单独发生突变也可引起JLNS，动物实验证明当KCNE1发生零突变(基因完全失去功能)时血管纹和前庭暗细胞的K+分泌功能即丧失，最终导致毛细胞死亡，听觉和平衡功能障碍，上述现象也表明，维持内淋巴高K+浓度需要KCNQ1和KCNE1这2个基因；③1999年发现KCNQ4基因编码一种新型慢激活迟钾通道，该基因突变可致非综合征常染色体显性遗传性聋DFNA2，某些患者伴有耳鸣。KCNQ4基因仅在外毛细胞表达，而内毛细胞和血管纹则缺如，其生理作用可能是调节外毛细胞的兴奋性和让K+经毛细胞底侧膜流出。KCNQ4钾通道可能成为耳聋耳鸣防治药物的作用靶点。
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2.间隙连接通道：除上述K+通道外，间隙连接通道形成了内耳K+再循环的第二条通路。据Kikuchi等(1995)研究发现，内耳有2套间隙连接网络：毛细胞周围的支持细胞可摄入从毛细胞底侧膜释放入外淋巴的K+；支持细胞摄入的K+再经边缘细胞周围的结缔组织通过被动扩散到达血管纹。这两套网络均有connexin26表达，该蛋白质由GJB2基因编码。GJB2突变可引起非综合征常染色体隐性遗传性聋DFNB1，也可引起显性遗传性聋DFNA3。据报道人群中GJB2疾病基因携带者可达2%～5%，因此可能有多达20%的先天性聋由此疾病基因引起。而且对有些杂合子携带者行听力检查可查出轻微的听功能异常，很可能是易患耳聋的高危人群。夏家辉等在1998年克隆了connexin31的基因GJB3，GJB3基因突变可引起非综合征显性进行性聋DFNA2。
3.氯通道：CFTR氯通道(cystic fibrosis transmembrane conductance regula-tor)是上皮细胞顶膜的cAMP门控氯通道，电导为6～10 pS, 具有调节水和钠跨上皮转运的功能。CFTR基因突变将引起囊性纤维化(CF)，该病在白人人群中的发病率较高，黑人和亚裔人群较少罹病。CF影响呼吸道、消化道、胰腺和汗腺功能，患者由于呼吸道分泌物粘稠和粘液纤毛清洁功能障碍而经常发生呼吸道感染，终因呼吸衰竭而死亡。CF在耳鼻喉科的表现有鼻窦炎、鼻息肉、声嘶及上呼吸道分泌物粘稠和结痂等。应用改进钠、水吸收和氯分泌的药物氨氯吡脒(amiloride)和三磷酸尿苷(uridine 5′-triphosphate)治疗CF已进入三期临床试验，目前已有基因治疗鼻部CF的报道。
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五、离子通道理论与围手术期处理
手术离不开全身麻醉药或局部麻醉药，现在对其作用机制已有比较清楚的了解。全身麻醉药的作用靶点是中枢神经系统突触的神经递质门控离子通道，包括nAChR、5-HT3R、GABAAR和GlyR，其中又以对GABAAR的作用最大，阻断中枢神经系统突触传递和神经传导而发挥麻醉作用。局部麻醉药作用于周围神经的Na+和K+通道，从而提高神经的电兴奋阈值，使动作电位频率减小，神经冲动发放减慢，最终完全阻滞神经传导。了解麻醉药作用机制对于正确实施麻醉和麻醉意外的抢救是很有必要的，医学实践中正确认识和成功救治全身麻醉引起的恶性高热症(malignant hyperthermia, MH)就是一个突出的例子。MH系常染色体显性遗传病，为钙释放通道RyR1基因突变所致。易感者在接受吸入性全身麻醉药和肌肉松弛药司可林后发病，发生率约为1/12 000～1/40 000。发病机制为RyR通道不能关闭而不断释放钙离子，肌肉持续收缩，最终导致能量耗竭和高热，体温可高达43℃。Dantrolene是RyR的特异拮抗剂，能阻断肌质网释放钙离子而发挥治疗作用。由于有了正确的认识和合理的治疗方法(包括早期应用dantrolene)，近年来MH的死亡率已由原来的80%降至10%，利用基因诊断技术筛查易感个体也将实现。对于外科医生来说，采集家族史时全身麻醉手术史当在询问之列。了解局部麻醉药对Na+和K+通道的抑制作用，则在局部麻醉药过量中毒抢救时，除了治疗神经系统并发症外，还要注意其对心脏传导的阻滞作用和血管扩张作用，作好心肺复苏和休克的抢救。再如手术后和放射治疗后低血钾症致死者偶有发生，就是因为低血钾影响了钾电流，心肌细胞及Purkinje纤维的动作电位复极化相延长，引起心律失常，在Q-T间期延长综合征(一种钾通道病)患者更易引起猝死。
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六、离子通道理论与耳鼻咽喉科药物
如前所述，临床上常用的许多药物都以离子通道和受体作为药物作用的靶点，这里就不一一赘述了。耳鼻喉科常用药物中其副作用与离子通道有关者首推特非那丁。新一代抗组胺药物特非那丁因其效果好和无思睡副作用而倍受医患青睐，但却因偶有严重心脏并发症尤其是尖端扭转性室速(torsades de pointes)致死而令使用者心有余悸。但若明了其发病机制并采取预防措施就能防患于未然了。有一种K+离子通道病被称为Q-T间期延长综合征(LQTS)，是常染体显性遗传病，由K+离子通道 KCNQ1或KCNE1基因突变引起，若伴有先天性聋则称为JLNS。此病的发现还有个离奇的故事：1个半世纪前，一家学校的校长把1个耳聋的女学生叫去训话，但女孩却突然死亡，当惊慌的校长向家长解释时，女孩的父母却见惯不惊：他们已有2个孩子在同样的紧张状态下死亡。由于特非那丁具有使Q-T间期延长的作用，带有LQTS基因的患者服用特非那丁后就容易发生严重心律失常甚至致死。正当商战中特非那丁被大张挞伐的时候，另一种抗过敏药阿斯咪唑(astemizole)引起患者猝死的报道也出现了，原来阿斯咪唑也有使Q-T间期延长的作用。除了LQTS患者和肝功能障碍患者应禁用外，特非那丁等药物还不能与某些唑类抗真菌药和大环内酯类抗生素合用(可加重其心率失常的副作用)，不能与西咪替丁等抑制肝脏代谢的药物合用，在可能有Q-T间期延长状态时不能服用(如低血钾、低血镁，正在服用I A类和Ⅲ类抗心律失常药物奎尼丁、普鲁卡因胺、异脉仃及胺碘酮等)。还需指出，国内已有LQTS患者术中死亡的报道:患者自幼有晕厥史，术前心电图检查心率为54次/min，Q-T间期0.64 s。在用利多卡因加丁卡因持续硬膜外麻醉下进行手术时突然昏迷，死于心室颤动。
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钙通道拮抗剂尼莫地平和西比灵是治疗眩晕的常用药物。治疗变应性鼻炎药物色苷酸钠的作用机制也是抑制外钙内流和内钙释放，从而阻止肥大细胞的释放反应。
耳鸣治疗药物有5大类。利多卡因的作用靶点是神经细胞Na+、K+通道(再次提请注意LQTS患者和可能有Q-T间期延长状态者)；安定类药物作用于GABA受体，三环类抗抑郁药(如阿普唑仑)作用于5-HT受体；抗癫痫药物或作用于AMDA受体和NMDA受体，或作用于GABA受体；血管扩张剂中，尼莫地平系钙通道拮抗剂；第五类为渗透压调节剂，其中速尿(furosemide)作用机制为抑制Na+-K+-2Cl交换体(或称转运体)。
综上所述，随着分子生物学的发展，越来越多的由离子通道基因突变直接引起的耳鼻咽喉-头颈外科疾病正被陆续发现，为耳鼻咽喉-头颈外科疾病的发病机制和防治措施研究开辟了广阔的前景。另外还有导致离子通道调节机制障碍的各种因素，则可间接引起耳鼻咽喉-头颈外科疾病，也具有极丰富的课题等待我们去探索。离子通道和受体作为各种药物作用的靶点，正在为防治耳鼻咽喉-头颈外科疾病发挥作用，并有着巨大的发展空间。随着新世纪初人类基因组计划的完成和蛋白质组(proteomics)研究的开展，各种危害人类疾病的“密码”将被解密，其中自然包括直接和间接影响离子通道的疾病，从而开创防治疾病和维护人类健康宏伟事业的新篇章。
(收稿日期：2000-02-14), http://www.100md.com