综述：Kv7通道作为中枢神经系统疾病的药理学靶点

《Pharmacological Reviews》：Kv7 channels as pharmacological targets for CNS diseases

　　

神经元Kv7（KCNQ）电压门控钾通道是膜兴奋性的关键调节因子，主要通过其对M电流的贡献发挥作用，M电流是一种缓慢激活且非失活的钾电导，可稳定静息膜电位并限制重复放电。鉴于M电流在调节关键中枢神经系统功能中的核心作用，Kv7通道功能障碍导致多种神经精神疾病的发作和进展，以及Kv7通道在这些疾病中成为药理学干预的主要靶点，也就不足为奇了。在本综述中，研究人员全面概述了神经元Kv7亚基（Kv7.2–Kv7.5）的生理作用，特别强调了它们在发育过程中以及在不同神经元群体中的表达模式。研究人员还讨论了调控Kv7通道表达、运输和功能的复杂调节机制，包括通过细胞内信号通路和相互作用蛋白的调节。特别关注了Kv7通道功能障碍在癫痫性脑病、疼痛综合征和神经精神疾病以及神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）中的参与，在这些疾病中，神经元兴奋性改变是一个常见的致病标志。此外，研究人员审视了Kv7通道调节剂的药理学发展历程，从第一代开放剂（如瑞替加滨）到下一代药物、重新定位的药物、天然产物以及目前处于临床开发阶段的Kv7调节剂，强调了它们的治疗前景和现有挑战。总体而言，现有证据表明Kv7通道是治疗以神经元兴奋性适应不良改变为特征的中枢神经系统疾病的多功能且极具吸引力的药理学靶点。

1. 引言
1.1. 进化过程中的钾转运机制
古细菌、细菌和真核细胞的细胞质中含有比钠离子（Na⁺）更多的钾离子（K⁺）。这种独特的离子组成，归因于第一批细胞在富含钾的栖息地（原始缺氧地热场边缘的水池和水坑）中的出现，其基本成分类似于现代细胞的内部环境，是许多（近乎）普遍的关键酶活性所必需的，这些酶参与一些核心细胞过程，最重要的是蛋白质合成。后来细胞适应于含K⁺远少于Na⁺的海洋和淡水环境，需要出现嵌入在离子紧密膜中的多种Na⁺外排和K⁺摄取系统。多种主动钾转运机制参与精细调节细胞内K⁺稳态。主动转运体利用ATP水解提供的能量（Na⁺/K⁺-ATP酶是最著名的）或通过将K⁺的净通量与沿其电化学梯度移动的其他溶质耦合，将离子逆浓度梯度泵过膜；耦合通量可以沿同一方向发生——例如钠-钾-氯共转运体（NKCCs）或钾-氯共转运体（KCCs），或沿相反方向（例如钾/质子反向转运体，K⁺/H⁺反向转运体）。相反，被动过程消耗由主动转运体建立的能量梯度，因为它们将离子从高电化学电位膜侧运输到低电化学电位膜侧。K⁺通道，允许离子以非常高的速率（>10⁶/s，接近水中的扩散速率）通量，是迄今为止研究最深入的被动转运机制。事实上，K⁺通道是所有离子通道中结构和功能最多样化的，并且在所有原核和真核细胞中控制细胞体积、增殖、分化和存活。每个细胞类型在不同分化阶段的功能的非凡异质性是通过表达特定模式的K⁺电流来实现的，每种电流具有独特的亚细胞定位、生物物理特性、调节和药理学特征。对各种细胞模型中的电生理学研究揭示了K⁺电流家族的惊人功能多样性，通常预示着K⁺通道的显著遗传和结构异质性。虽然详细描述塑造每个细胞类型功能的所有K⁺电流显然超出了本综述的范围，但研究人员将在此评估与一种特定神经元电流相关的一些开创性发现，即所谓的M电流（I_KM），其分子身份后来被归因于由KCNQ基因编码的Kv7通道亚基。这一简短的历史介绍将为理解I_KM的病理生理作用奠定基础，并为随后描述其治疗脑疾病的药理学潜力奠定基础。

1.2. 神经元M电流（I_KM）的发现
对乙酰胆碱引起的复杂神经调节作用的具体成分的表征，在20世纪70年代引起了神经生理学家的极大关注，主要是因为它们对中枢和周围神经系统功能的巨大生理相关性。在来自大鼠和青蛙的交感神经元中，从节前细胞释放的乙酰胆碱，除了快速的烟碱型兴奋性突触后电位（fEPSPs）外，还触发毒蕈碱受体依赖的慢速兴奋性突触后电位（sEPSPs）。这些sEPSPs伴随着输入电阻的明显增加，提示K⁺离子电导的下降，并触发或增强了重复动作电位放电。这种电流被命名为M电流（I_KM），因为它被M1、M3或M5亚型毒蕈碱受体的激活所抑制。当激活时，M电流通过传入刺激对抗细胞去极化，抑制神经元过度兴奋，并在持续去极化期间引起脉冲频率适应。毒蕈碱受体激活通过抑制M电流，使细胞膜去极化并增强膜兴奋性，导致强直性神经元放电。尽管I_KM仅占神经元中总延迟整流K⁺电流的较小部分（<5%），但其抑制可以显著影响神经元兴奋性，因为在I_KM运作的膜电压下很少有其他电导开放。虽然最初认为其激活太慢以至于无法影响单个脉冲的复极化，但后来研究表明I_KM在脉冲后去极化期间激活并限制其持续时间，从而阻止其升级为爆发。在牛蛙交感神经元中发现I_KM之后，具有相似生物物理特性（缓慢激活和失活，无失活）的电流随后在哺乳动物外周感觉神经元以及中枢神经元（如海马锥体神经元、嗅皮层锥体神经元和人新皮层神经元）中被描述。

1.3. 非神经元I_KM样电流
在初级感觉细胞中发现的几种电压门控K⁺电流与神经元I_KM具有显著的功能相似性。这些包括：1. I_K,n，一种首次在耳蜗外毛细胞（OHCs）和内毛细胞（IHCs）中描述的电压依赖性K⁺电流；2. g_KI或g_K,L，一种负责I型前庭毛细胞极低输入电阻的K⁺电流；3. I_Kx，一种在分离的蝾螈杆状感光细胞中鉴定的持续（非失活）外向K⁺电流，被认为在设置暗静息电位和加速对弱光的反应中起重要作用。M样电流现在也被认为在其他非神经元细胞中发挥重要作用，最显著的是在来自血管和非血管器官的平滑肌细胞中。也许在平滑肌中首次证明类似于I_KM的K⁺电流是在两栖动物胃平滑肌细胞中，其中在相当负的电位（小于-70 mV）下的膜去极化触发了K⁺选择性电流的缓慢激活，该电流被胆碱能激动剂抑制。在血管平滑肌细胞中，随后在兔肺动脉树的所有分支以及门静脉肌细胞中发现了具有相似生物物理和药理学特征的电流。药理学和免疫组织化学实验后来证实并扩展了这些观察结果，表明M样电流存在于多个解剖部位的血管平滑肌中，以及膀胱、子宫和肺的内在肌层中，突出了潜在的治疗作用，这些将不在本综述中进一步探讨。

2. Kv7通道的表达和生理作用
2.1. KCNQ基因家族：I_KM和I_KM样电流的分子基础
在20世纪70年代末描述了I_KM的功能特性之后，对构成神经元M电流的分子成分的鉴定是在20年后从理解一种罕见常染色体显性家族性癫痫（当时称为良性家族性新生儿惊厥（BFNC））的遗传基础中获得的。这种综合征，最近被重新分类为自限性家族性新生儿癫痫（SLFNE），其特征是出生后第一周内癫痫发作，局灶性序贯性癫痫发作在约五个月大时自发缓解，以及大多正常的神经发育结果。对BFNC家系的连锁分析使得能够鉴定与疾病相关的两个染色体位点，一个在染色体20（20q13.2）上，另一个在染色体8（8q24）上。每个位点涉及的特异性基因被克隆并分别命名为KCNQ2和KCNQ3，因为它们与KCNQ1（KCNQ基因家族的第一个成员）具有高度序列同源性，后者先前因其与常染色体显性（Romano-Ward综合征）或隐性（Jervell和Lange-Nielsen综合征）形式的先天性长QT综合征心律失常的致病关联而被鉴定。KCNQ基因亚家族的另外两个成员后来被表征：KCNQ4，其突变导致罕见的非综合征性常染色体显性耳聋形式，以及KCNQ5，其致病性变体最近在罕见的迟发性严重癫痫散发病例中发现。KCNQ基因家族的所有成员（KCNQ1-5）编码Kv7亚基（Kv7.1-5），这些亚基组装成相同（同源四聚体）或相容（异源四聚体）亚基的四聚体，形成具有不同生物物理和药理学特征的功能性电压门控K⁺通道。当异源表达时，同源Kv7.2通道携带强大的K⁺选择性电流，由膜电位约-50 mV处的去极化激活，表现出缓慢的激活和失活动力学，并且缺乏显著的失活。相比之下，Kv7.3同源四聚体携带相当小的电流，在更负的电位（-60 mV）下激活。Kv7.2和Kv7.3亚基在同一细胞中的共表达产生的电流振幅比由Kv7.2或Kv7.3同源四聚体产生的电流的简单总和大约10倍，这与神经元I_KM一致。与Kv7.2同源四聚体相比，Kv7.2/Kv7.3异源四聚体的更高单通道开放概率，以及在质膜上表达的通道形成亚基数量增加2-3倍，有助于这种增强。基于天然I_KM与新鉴定的Kv7亚基携带的电流在组织表达模式、生物物理特性和药理学特征之间的相似性，得出结论，至少在成年交感神经元中，Kv7.2和Kv7.3亚基的异源四聚体组装代表了I_KM的分子对应物。然而，在神经系统每个细胞和亚细胞位点的功能性Kv7通道的分子组成可能不一定是固定的，而是在发育阶段、脑区、细胞类型和疾病状态下动态且灵活的（见第2.2节）。相反，Kv7.4亚基，而不是Kv7.2或Kv7.3亚基，被认为对OHC和IHC中的I_K,n，以及前庭上皮中的g_KI或g_K,L，以及可能视网膜感光细胞中的I_KX提供主要贡献。另一方面，由Kv7.4和/或Kv7.5亚基形成的通道是大多数平滑肌细胞中I_KM样电流的基础。

2.2. Kv7亚基在中枢神经系统中的细胞和亚细胞分布
Kv7.2、Kv7.3和Kv7.5亚基可以在几个脑区检测到，包括大脑皮层、海马、嗅球、基底节、丘脑和脑干。尽管经常重叠，但在选定的脑区和/或特定类型的神经元中，单个Kv7亚基的表达水平可能存在细微差异。例如，早期研究强调了小脑中Kv7.5（可能还有Kv7.3）的低水平，而在小脑中观察到Kv7.2的更强表达。在海马内，在CA2和CA3苔藓纤维中检测到Kv7.2的强烈表达，而中间神经元仅偶尔被染色；发现Kv7.3的染色模式相反。此外，在CA3区域观察到高水平的Kv7.5，而在CA1和CA2锥体细胞以及齿状回颗粒细胞中的表达似乎较弱。如前所述，单个Kv7亚基相对量的这种差异可能塑造特定神经元亚群独特的电生理特征，从而允许在不同脑回路中精细调节神经元活动。此外，由不同Kv7亚基形成的M通道的差异亚细胞定位可能进一步促进这种多样性。早期在脑切片和分离神经元中的免疫组织化学研究显示，Kv7.2和Kv7.3蛋白主要在体树突区室中大量表达；轴突/突触前定位被提示用于海马内的Kv7.2，因为诸如苔藓纤维或内齿状回分子层等区域被Kv7.2选择性染色，而不是Kv7.3。其他研究也提出了轴突/突触前区室中Kv7.3亚基的低水平，尽管在发育过程中观察到Kv7.3的神经毡染色增加。类似地，Kv7.5已在海马神经元的胞体和树突中检测到，在一些突触前结构中存在热点。然而，后续研究强调，Kv7.2和Kv7.3亚基在轴突区室中大量表达，更具体地说是在轴突起始段（AIS）和Ranvier结处。特别是，AIS的表达是由与锚蛋白-G（AnkG）的相互作用驱动的，AnkG也是一种蛋白质，通过Kv7.2和Kv7.3 C末端的一个特定序列，也介导电压门控钠通道（Nav）在此位点的定位。Kv7通道与Nav通道在AIS的紧密接近可能为调节动作电位的起始和传播提供内在机制。尽管异源四聚体Kv7.2/Kv7.3通道是AIS处I_KM的主要分子决定因素，Kv7.3在确定通道丰度中起关键作用，但一些证据表明同源Kv7.2也可能存在于该位点。最后，I_KM和Kv7通道也已在神经末梢中检测到，它们调节突触前放电和不同神经递质的释放。与其他亚细胞位置类似，突触前I_KM的确切组成是难以捉摸的，并且可能根据脑区、神经元类型和外部刺激而不同，响应于神经元活动的变化而动态变化。例如，在大鼠脑干听觉核中的兴奋性神经末梢，以及在蛎岬（calyx of Held，梯形体内侧核中的一个巨大谷氨酸能末梢，是听觉处理的另一个关键脑干结构）中，发现了Kv7.5亚基的独特突触前分布。

2.3. 发育过程中Kv7通道的表达
除了不同Kv7亚基在每个神经元亚群的特定亚细胞位置贡献M样电流外，Kv7通道组成在发育过程中动态变化，也响应于病理生理刺激，以确保不同神经元群体所需的功能异质性。这种变化涉及KCNQ mRNA总体丰度的调节，以及特定转录变体的表达，特别是在发育早期阶段。在克隆KCNQ2后不久，Tinel及其合作者表征了一种编码截短通道的剪接变体，该通道无法产生可检测的K⁺电流。迄今为止，在RefSeq数据库中KCNQ2有六种转录变体（命名为“a-f”），变体a编码最长的亚型（872个氨基酸；17个外显子）。变体b、c、d和f缺少一个或两个外显子，使蛋白质略短，并显示不同的3-UTR区域（变体c）。在变体e中，编码区中的一个交替剪接位点导致移码，产生更短的蛋白质（约400 aa）和与亚型a不同的C末端。在KCNQ2基因克隆后几年进行的早期工作强调，短亚型e在未成熟神经元中显著表达，产生效率较低的M通道，其特征是较小的K⁺电流，其激活的中点电位向更去极化的值移动，即使在与Kv7.3亚基的异源四聚体构型中也是如此。这一假设也得到了来自诱导多能干细胞（iPSCs）分化为神经元前体细胞（NPC）和神经元过程中的转录组学分析的更近证据的支持。此外，在同一研究中，仅在成熟为神经元时检测到全长KCNQ2（亚型a）的表达。有人提出，减少的I_KM可能有助于早期发育阶段神经元前体增殖（而非分化）所需的去极化静息膜电位。与这一假设一致的是，Kv7的药理学阻断会损害海马抑制性突触的成熟。除了全长序列外，RefSeq数据库中还有一个编码比全长短120个残基的蛋白质的KCNQ3转录变体，但其功能作用和表达谱均未被研究。相反，在KCNQ5可用的五个转录变体中，已在小鼠平滑肌细胞中鉴定出缺少外显子9的Kv7.5截短形式；然而，这种Kv7.5通道的替代形式与规范形式相比显示出相似的生物物理和药理学特性。目前尚无关于KCNQ5变体在神经元或人类组织中差异表达和/或功能的证据。最后，RefSeq数据库中有两个KCNQ4转录变体，尽管在小鼠、大鼠和沙鼠中已鉴定出更多序列。特别是，外显子9-11的缺失或替代使用产生四种转录变体，这些变体在内耳和前庭神经元中差异表达，可能对发生在一种称为DFNA2的非综合征性常染色体显性耳聋中的听力损失有影响。对中枢神经系统中人类KCNQ2/3/5基因转录本表达的分析表明，在产前和产后早期存在差异的时空表达模式。KCNQ2和KCNQ3在几个脑区可检测到，包括中脑、基底节和小脑，自脑发育相对早期阶段（受孕后第9周）开始。相比之下，KCNQ5的表达在胎儿后期出现，从第16周开始显著表达；此外，KCNQ5的表达似乎在诸如包括颞叶的大脑皮层等区域中更为突出。KCNQ2和KCNQ3表达之间似乎也存在进一步差异。对人脑切片的研究表明，KCNQ2蛋白水平在胎儿生命期间似乎比KCNQ3增加得更快，在围产期达到最大表达水平。相比之下，KCNQ3的增加较慢，在出生后几周达到峰值。KCNQ2和KCNQ3的这种时间表达模式也已在啮齿动物中观察到，其中还强调了KCNQ2亚细胞分布的变化。因此，KCNQ2和KCNQ3的同时高表达，介导强大的I_KM，仅在胎儿后期才明显，并且可能在产后早期脑发育阶段增加，从而有助于观察到的新生儿和成人神经元之间不同的放电特性，并为观察到的KCNQ相关疾病的年龄依赖性提供可能的解释（见第4.1.4节）。有趣的是，最近一项对小鼠纹状体原代神经元和人iPSC衍生神经元的研究证实，在神经元分化的早期阶段达到“成人”KCNQ2水平，而KCNQ3和KCNQ5的表达在发育后期增加。此外，发现整个神经节隆起（WGE），即纹状体的胎儿前体，中的KCNQ2水平与来自成体尸检样本的纹状体中观察到的相似；相比之下，成体脑样本中的KCNQ3和KCNQ5表达显著高于在WGE中测量的水平。KCNQ3和KCNQ5在神经元发育过程中的这种上调可能是I_KM进行性增加的原因，这反过来导致静息膜电位降低至接近成熟神经元的值。总体而言，这些发现表明Kv7.2是生命早期阶段I_KM的主要决定因素，可能解释了其在脑发育和新生儿期的主要病理生理作用；其他Kv7亚基如Kv7.3和Kv7.5可能在调节“成人”I_KM中发挥基础作用，为精细调节神经元活动提供必要的生物物理和生理异质性。

2.4. Kv7通道的调节
多年来，几种内源性调节剂，包括神经递质、细胞内第二信使、酶、辅助亚基、转录因子、micro-RNA以及其他相互作用蛋白，已被证明可以调节Kv7水平、亚细胞定位和功能，最终有助于神经元特性的动态控制。在这些相互作用因子中，PIP2和CaM已成为Kv7通道的关键调节因子，影响通道功能、蛋白质运输和对其他调节剂的反应。这两种分子都与Kv7通道紧密结合，而Kv7通道又严格依赖这两种调节剂才能正常发挥功能。PIP2已被证明主要通过调节开放概率、宏观电导和电压依赖性来影响Kv7通道功能，如本章后面所述（第2.4.3节），而CaM发挥更复杂的作用，影响通道生物发生、运输/定位（在第2.4.2节中描述）和功能（第2.4.3节）。鉴于可用的原子论证据强调了它们在Kv7通道开放中的关键作用，关于PIP2和CaM在通道门控过程中的结构重排的详细机制方面将在第3章（第3.2节）的专门部分中更具体地讨论。

2.4.1. 表达的调节
与调节其功能的那些机制相比，调节Kv7通道mRNA和蛋白质表达的机制研究较少。神经元中Kv7通道的丰度受到严格调节，在几种疾病模型中发生显著变化（主要是下调），包括癫痫、高血压、睡眠不稳定和衰老过程中的交感神经过度活跃。转录和转录后因子都被描述为调节Kv7丰度。关于Kv7.2和Kv7.3亚基转录调节的第一个证据是在背根神经节（DRG）神经元中收集的，其中描述了转录因子Sp1在促进其基础表达中的关键作用。此外，在KCNQ2和KCNQ3基因启动子中发现了抑制元件1-沉默转录因子（REST）的共有序列，该因子在不同病理状态（如癫痫发作和神经病理性疼痛）的神经元中上调，从而下调Kv7.2和Kv7.3表达，导致神经元兴奋性增加。REST诱导的体外肌管形成过程中KCNQ4转录的调节也已被记录。最近，表观遗传机制也可能参与Kv7蛋白水平的调节。事实上，在骨癌疼痛的动物模型中，Kv7.2和Kv7.3的减少与组蛋白去乙酰化酶2（HDAC2）介导的组蛋白去乙酰化有关，这是在EGFR-ERK通路激活之后，以及DNA甲基转移酶3a（DNMT3a）介导的DNA甲基化，这是在涉及血管内皮生长因子受体（VEGFR）、PI-3激酶和Akt的通路激活之后。活性依赖的Kv7.2和Kv7.3水平调节，由活化T细胞核因子（NFAT）介导，在颈上神经节的交感神经元中被描述。有人提出，长时间的神经元活动，如癫痫发作，会促进钙/钙调蛋白依赖的NFAT激活，后者迁移到细胞核并增加Kv7.2/3转录，以对抗过度兴奋。值得注意的是，在经历长时间抑制的海马神经元中也显示了Kv7.3通道表达的稳态调节，这种抑制通过ERK1/2通路的激活促进了KCNQ3转录本的减少和AIS处Kv7.3表达的减少。除了由转录因子和表观遗传机制介导的调节外，micro RNA对Kv7.2的转录后调节已在海马神经元中被描述。特别是，广泛的miR106b家族成员已被证明与KCNQ2的3-UTR结合并抑制蛋白质表达，对mRNA水平影响有限，从而显著降低I_KM并增加神经元兴奋性。有趣的是，在脑发育过程中，miR-106b的水平似乎与Kv7.2呈反向调节；因此，miR106b的下调可能有助于在海马发育过程中观察到的Kv7.2表达的逐渐增加。miR-106b对Kv7.2的调节作用也在术后疼痛模型中被观察到，其中足底切口后miR-106b-5p的上调导致DRG中Kv7.2在数小时内下调，从而促进神经元过度兴奋和疼痛。microRNA，即miR153和miR190，对Kv7.4和Kv7.5的调节也已在血管平滑肌细胞中被报道。有趣的是，小鼠耳蜗中miR153对Kv7.4的抑制似乎有助于噪音引起的听力损失。

2.4.2. 亚细胞定位的调节
如前所述，CaM是Kv7通道运输的关键决定因素，可能有助于异源四聚体Kv7亚基的早期组装。事实上，几项研究表明CaM协调Kv7通道从内质网的退出，并调节其质膜丰度，特别是在轴突表面。Kv7通道在AIS的表达关键取决于它们与AnkG的直接相互作用，这种相互作用可以通过酪蛋白激酶2（CK2）介导的磷酸化增强，从而导致Kv7.2/Kv7.3的AIS定位增加。此外，AnkG似乎调节由高谷氨酸负荷和N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体激活引起的Kv7.2/3通道的活性依赖性快速内吞，如兴奋性毒性损伤的情况。锚蛋白家族的另一个成员AnkB，也可能通过调节其正向运输、回收和/或降解，有助于Kv7.2/Kv7.3通道表面表达的调节。Kv7通道亚细胞定位的调节也与神经元活动变化后的稳态反应有关。例如，已表明在海马兴奋性神经元中长时间药理学抑制Kv7电流会导致神经元内在兴奋性降低，通过Kv7和Nav通道以及成纤维细胞生长因子-同源因子（FGF14），一种已知的电压门控离子通道调节因子，从AIS远端移位；这些变化依赖于蛋白激酶CK2的活性，如两种CK2阻断剂阻止AIS结构重排的能力所揭示。有趣的是，这种稳态适应并未发生在海马γ-氨基丁酸（GABA）释放神经元中，表明由I_KM的长时间调节引发的细胞类型依赖性可塑性。有趣的是，最近已鉴定出意想不到的伙伴作为神经元中Kv7通道表面表达的潜在调节因子。其中，溶酶体氯化物-氢交换体可能促进含有Kv7.2和Kv7.2/3通道的囊泡从质膜内吞，从而调节通道密度。此外，最近一项工作表明，属于Kv8家族的“沉默”Kv通道可能与Kv7.2组装成功能性四聚体，影响所得M通道的生物物理特性质膜丰度。

2.4.3. 功能的调节
如前所述，PIP2在Kv7通道的调节中起主要作用，由受体依赖的Gq-PLC通路激活触发的其消耗是乙酰胆碱以及可能其他神经递质诱导的I_KM抑制的主要机制。此外，几种调节剂通过调节PIP2与Kv7通道的结合/亲和力来影响I_KM，从而调节通道功能。这种间接调节的例子包括SENP2介导的SUMO化、胆固醇、磷酸化和Gβγ亚基。单个Kv7亚基对PIP2的敏感性差异很大，其方式与它们在未受干扰（细胞贴附模式）条件下记录的不同单通道最大开放概率相关（Kv7.3 >> Kv7.2 ? Kv7.5 > Kv7.4），表明开放概率由静息膜PIP2水平决定。除了控制最大开放概率，PIP2水平的动态变化还影响Kv7电压依赖性门控，增强的PIP2水平有利于在更负的电压下通道开放；值得注意的是，亚基特异的PIP2依赖性门控调节是Kv7通道参与海马慢后超极化（sAHP）的基础，sAHP是一种与关键神经过程（包括记忆获取和检索）相关的钾电导。与对Kv7.1，特别是在心脏中，收集的大量数据相比，对于属于KCNE家族的规范辅助亚基对其他Kv7亚基的调节作用，证据较少。尽管KCNE2在中枢神经系统中的表达模式与Kv7.2和Kv7.3非常相似，并且已提出KCNE亚基在Kv7.2孔区附近存在假定的结合位点，但缺乏神经元中Kv7:KCNE相互作用的证据。然而，KCNE1和KCNE2在体外调节Kv7.2/Kv7.3电流，并且所有五个KCNE亚基已被证明在体外和肌肉细胞中调节Kv7.4和Kv7.5。相反，CaM似乎充当Kv7通道的辅助亚基。事实上，如前所述，CaM与Kv7通道紧密结合，即使在缺乏Ca²⁺（apo-CaM）的情况下，并且似乎对于功能性通道的正确组装是基础性的；与这一假设一致的是观察到，在体外，Kv7通道与CaM的共表达是获得正确折叠的通道用于结构分析所必需的（见下文），尽管来自诱变研究的一些证据表明Kv7通道甚至可以在没有钙调蛋白连接的情况下发挥作用。然而，Ca²⁺可以影响CaM与Kv7通道的结合，对I_KM功能产生显著影响。事实上，几项研究报告称，与Ca²⁺结合的CaM（Ca²⁺-CaM）抑制由Kv7.2、Kv7.2/3、Kv7.4和Kv7.5介导的电流，与对心脏Kv7.1的增强作用相反。这种抑制效应与早期研究一致，该研究表明在暴露于纳摩尔浓度的细胞内Ca²⁺后，交感神经元中的I_KM减少。从这个角度看，CaM可能通过诸如缓激肽B2型等受体介导对I_KM的抑制效应，这些受体通过肌醇1,4,5-三磷酸（IP3）途径增加Ca²⁺水平。然而，CaM依赖的Kv7通道调节更为复杂，因为细胞内Ca²⁺的较小增加似乎增强I_KM，而其他报告表明CaM对Kv7.2/Kv7.3电流有增强作用，特别是在未与Ca²⁺结合时。结构研究表明，Ca²⁺依赖性调节是由于CaM与Kv7在Kv7 C末端的螺旋A和B处的相互作用的重排，直接影响通道门控。然而，其他机制，包括与PIP2或其他伙伴（如AKAP79/150，其在C末端附近和部分重叠区域结合Kv7通道）相互作用的扰动，可能有助于CaM诱导的I_KM调节。此外，CaM与Kv7通道的相互作用可以被氧化应激和磷酸化调节，因此，类似于PIP2，代表了Kv7通道被其他受体/病理生理过程调节的共同终点。Kv7通道的C末端也是激酶介导的磷酸化的主要靶点。特别是，Kv7.2包含几个激酶的假定磷酸化位点，如细胞周期蛋白依赖性激酶-5（CDK5）、蛋白激酶A（PKA）和蛋白C（PKC）、p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、CaM依赖性蛋白激酶II（CamKIIα）以及血清和糖皮质激素调节激酶（SGKs），并且多年来收集了由磷酸化驱动的I_KM调节的大量证据。其中，PKC、src和表皮生长因子受体（EGFR，一种酪氨酸激酶）的磷酸化已被证明抑制I_KM，而PKA介导的磷酸化增强Kv7活性。有趣的是，这些效应可以通过几种机制发生，包括调节对PIP2的敏感性、CaM的结合或与AnkG的相互作用以及随之而来的质膜定位。事实上，一些激酶通过调节Kv7相互作用伙伴间接调节I_KM。例如，CK2可以磷酸化CaM，增强其与Kv7.2的结合，增加对PIP2消耗的抵抗，并增强电流幅度，而GSK1.1通过降低泛素连接酶Nedd4-2的活性来增加I_KM，后者已被证明与Kv7通道的C末端相互作用。其他Kv7分子伙伴是支架蛋白，如syntaxin1A，它抑制I_KM，并且其与Kv7的相互作用被与癫痫相关的KCNQ2突变改变，以及AKAP150，它也介导Kv7.2的PKC依赖性磷酸化。除了这种调节作用，支架蛋白可能介导Kv7通道组装成大分子复合物，允许与额外的和可能意想不到的伙伴进一步相互作用。在这些不寻常的相互作用因子中，已表明Kv7.2通道与钠:肌醇转运体（SMIT）1发生物理相互作用，后者通过调节通道生物物理和药理学特性以及PIP2可用性来增加I_KM；在血管平滑肌细胞中，Kv7.4和Kv7.5也发现了类似证据。此外，Navβ1，电压门控钠通道的辅助亚基，和β-位点淀粉样前体蛋白裂解酶1（BACE1，β-分泌酶；另见第4.4.1节）已被证明与Kv7.2和Kv7.3相互作用并改变其门控动力学和亚细胞定位。三聚体G蛋白的βγ亚基也被证明是Kv7.4的关键正调节因子，与PIP2协同作用打开通道。尽管这些研究主要集中于评估对血管反应性的影响，但鉴于G蛋白偶联受体对Kv7通道的强烈调节，这种相互作用很可能在中枢神经系统中也具有相关的功能后果。最后，内源性脂质介质，包括DHEAS、多不饱和脂肪酸和内源性大麻素，以及酮体β-羟基丁酸或SUMO化已被证明调节Kv7通道功能。

3. Kv7通道的结构
3.1. Kv7通道架构
每个Kv7亚基包含六个跨膜片段（S1–S6），以及细胞内氨基（N）和羧基（C）末端。S1-S4片段形成电压感应域（VSD）；Kv7亚基