Pretreatment with the active fraction of Rhodiola tangutica (Maxim.) S.H. Fu rescues hypoxia-induced potassium channel inhibition in rat pulmonary artery smooth muscle cells

用紅景天 (Rhodiola tangutica (Maxim.) S.H.) 活性成分進行預處理Fu拯救缺氧誘導的大鼠肺動脈平滑肌細胞鉀通道抑制

來源：Journal of Ethnopharmacology 283 (2022) 114734

 

一、摘要概述

 

本研究探討了紅景天活性成分（ACRT） 對缺氧誘導的大鼠肺動脈平滑肌細胞（PASMCs）鉀通道抑制的修復作用及其抗增殖機制。核心發現包括：

 

鉀電流（I_K）修復：ACRT預處理（非灌注）顯著緩解缺氧對I_K的抑制（圖3），恢復瞬時外向鉀電流和延遲整流鉀電流。

 

 

通道表達調控：ACRT上調鉀通道亞基Kv1.5和BK_Ca的mRNA及蛋白表達（圖4），下調鈣通道Cav1.2表達（圖5）。

 

 

 

鈣穩態與增殖抑制：ACRT降低細胞內鈣濃度（[Ca²⁺]_i）（圖5C-D），抑制細胞周期蛋白Cyclin D1和增殖標志物PCNA表達，阻斷缺氧誘導的PASMCs增殖（圖6）。

 

 

結論：ACRT通過修復離子通道功能、抑制鈣超載和細胞增殖，對缺氧性肺動脈高壓（HPH）具有預防和治療潛力。

 

二、研究目的

 

明確ACRT對離子通道的作用：驗證ACRT能否逆轉缺氧導致的鉀通道抑制及鈣通道激活。

 

解析抗增殖機制：探究ACRT是否通過調節離子通道抑制PASMCs增殖。

 

評估治療潛力：為ACRT作為HPH治療藥物提供實驗依據。

 

三、研究思路

 

采用 “細胞模型-電生理-分子機制-功能驗證”四級策略：

 

細胞模型建立：

 

分離大鼠PASMCs，免疫組化鑒定α-SMA陽性細胞（圖1A-B）。

 

通過CCK-8確定ACRT最佳作用濃度（IC₅₀≈100 μg/mL）（圖1C）。

 

電生理分析：

 

全細胞膜片鉗：記錄缺氧及ACRT處理后的I_K變化（圖2-3）。

 

 

分子機制探究：

 

qPCR與Western blot：檢測Kv1.5、BK_Ca、Cav1.2表達（圖4-5）。

 

鈣成像：激光共聚焦監測[Ca²⁺]_i（圖5C-D）。

 

功能驗證：

 

EdU染色與流式細胞術：評估細胞增殖與周期阻滯（圖6A-C）。

 

蛋白表達分析：檢測Cyclin D1、PCNA水平（圖6D-E）。

 

四、關鍵數據及其研究意義

1. 鉀通道修復（圖3）

 

數據來源：圖3C-G（膜片鉗I/V曲線）。

 

關鍵結果：

 

缺氧抑制I_K（抑制率50%），ACRT預處理使I_K恢復至近正常水平（圖3C）。

 

再氧合后ACRT組I_K完全恢復，對照組無改善（圖3D-G）。

 

研究意義：首次證明ACRT通過保護通道構象逆轉缺氧性鉀通道抑制，為藥物干預提供直接電生理證據。

 

2. 通道表達調控（圖4-5）

 

數據來源：圖4（Kv1.5/BK_Ca）、圖5（Cav1.2）。

 

關鍵結果：

 

ACRT使Kv1.5和BK_Ca蛋白表達升高2倍（圖4B-C），Cav1.2表達降低40%（圖5B）。

 

[Ca²⁺]_i在ACRT組下降30%（圖5D）。

 

研究意義：闡明ACRT通過雙向調節離子通道（↑K⁺通道/↓Ca²⁺通道）維持鈣穩態，抑制細胞增殖信號。

 

3. 抗增殖效應（圖6）

 

數據來源：圖6A（EdU）、圖6B-C（流式細胞術）。

 

關鍵結果：

 

缺氧組EdU陽性細胞增加60%，ACRT（100 μg/mL）使其減少50%（圖6A）。

 

ACRT誘導G0/G1期阻滯（G1期細胞占比↑15%），下調Cyclin D1和PCNA蛋白（圖6D-E）。

 

研究意義：證實ACRT通過阻滯細胞周期抑制PASMCs增殖，為HPH血管重塑提供治療靶點。

 

五、結論

 

核心機制：ACRT修復鉀通道功能（尤其Kv1.5/BK_Ca）、抑制鈣通道（Cav1.2），降低[Ca²⁺]_i，阻斷缺氧誘導的PASMCs增殖。

 

治療價值：ACRT預處理（非即時灌注）是關鍵作用方式，具有預防性干預HPH的潛力。

 

創新點：首次揭示紅景天通過離子通道調控途徑抗肺動脈高壓，為傳統藥物現代化研究提供范例。

 

六、丹麥Unisense電極數據的詳細解讀

1. 技術原理與應用

 

功能：Unisense電極（OX10型號）用于實時監測缺氧小室氧分壓（2.4節），確保實驗環境精確控制（5% O₂ ±1%）。

 

優勢：高靈敏度氧傳感，避免傳統氣體混合法的濃度波動，為膜片鉗提供穩定缺氧條件（圖2-3實驗基礎）。

 

2. 關鍵作用與數據關聯

 

保障電生理可靠性：

 

精確維持3% O₂環境（圖2B, 3B），確保缺氧對I_K的抑制效應可重復。

 

電極數據直接支持圖2-3結果：缺氧組I_K抑制率與氧分壓嚴格負相關（r = -0.92, P<0.01）。

 

區分預處理與灌注效應：

 

穩定缺氧環境證明ACRT預處理有效而灌注無效（圖2 vs 圖3），揭示藥物需提前干預通道功能。

 

3. 研究意義

 

技術不可替代性：Unisense電極提供實時氧分壓反饋，克服傳統缺氧箱響應延遲問題，確保電生理數據準確性。

 

機制深度解析：結合膜片鉗技術，明確ACRT對鉀通道的修復依賴持續氧環境控制，排除氧波動干擾。

 

轉化價值：為離子通道靶向藥物開發提供標準化缺氧模型構建方案。

 

總結：本研究通過整合Unisense電極、膜片鉗及分子生物學技術，證實紅景天活性成分ACRT通過修復鉀通道-鈣穩態軸抑制PASMCs增殖，為缺氧性肺動脈高壓提供新型植物藥干預策略。