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A型GABA受体在中枢神经系统和外周神经系统中是最重要的抑制性神经递质受体,是一类氯离子通道受体,其作用效果受细胞内氯离子浓度的调控,若细胞内的氯离子(chloride,Cl-)浓度低,通道通过Cl-进入细胞,使细胞超极化;若细胞内的Cl-浓度高,则通道将Cl-运出细胞,使细胞去极化。细胞内Cl-浓度受阳离子-氯离子共转运体(cation-chloride cotransporters,CCCs)的调节,在神经系统中,NKCC1(Sodium-potassium-chloride cotransporter1)和KCC2(potassium-chloride cotransporter2)对Cl-浓度的调节尤其起着重要的作用。
NKCC1和KCC2属于CCCs家族,具有12次跨膜结构。NKCC1广泛表达于哺乳动物组织中,如表皮细胞,肾脏,大脑中等;而KCC2只表达于大脑中。在大多数细胞中,NKCC1和KCC2具有相反的生理功能,在正常的生理条件下,NKCC1以1:1:2的比例将钠离子,钾离子和氯离子转运进入细胞,而KCC2则是将钾离子和氯离子(1:1)转运出细胞。NKCC1和KCC2具有相反的调节机制。一个影响NKCC1和KCC2活性的因素是细胞内Cl-的浓度,细胞内氯离子浓度降低时会激活NKCC1。研究发现,细胞内氯离子浓度的变化对NKCC1和KCC2活性的调节是通过影响其磷酸化而调控的。
实验证明,CCCs特别是NKCC1和KCC2参与了癫痫病和疼痛发生,因此,CCCs已经成为各种神经性紊乱疾病的潜在性靶点。相比较现时所用的治疗癫痫、神经性疼痛的药物,作用于神经系统CCCs的药物具有以下优点:作用于CCCs的药物是恢复内源性GABA能的抑制作用来加强内源性的抑制效果,而不是通过抑制GABA受体的激活,所以具有更加特异性的效果和较少的副作用;另外,作用于神经系统CCCs的药物是处于离子型谷氨酸受体(NMDA受体)或者钙离子依赖性机制的上游,降低了由这些下游机制所带来的副作用。
但是现有的检测NKCC1和KCC2活性方法大多数都使用放射性铷离子转运实验,该方法危险性高而且不适用于高通量筛选,因此,需要建立一个新的筛选体系。研究表明,铊离子(Thallium,Tl+)可以代替钾离子通过钾离子通道,并且可以通过荧光指示剂检测Tl+的浓度。在本研究中,我们使用Tl+代替钾离子被NKCC1和KCC2转运,通过BTC-AM荧光探针指示Tl+的转运,继而检测NKCC1和KCC2的活性。我们验证了以BTC-AM为荧光探针检测Tl+的转运是由NKCC1和KCC2介导的,建立了适用于检测NKCC1和KCC2活性的实验溶液和实验体系。此外,我们还成功建立了以BTC-AM荧光探针检测Tl+转运为基础的NKCC1和KCC2的稳定细胞系。相关参数检测表明我们所构建的细胞模型可以应用于高通量药物筛选。我们利用NKCC1细胞模型筛选了自建的中草药化合物库,筛选结果证明成功筛选得到了我们所设置的阳性对照。
综上所述,我们的实验结果扩展了BTC-AM探针检测铊离子的转运技术的应用范围,也为以CCCs为靶点的药物研发提供了新的方法。