Calix[4]arene C-1220 – 平滑肌细胞中钙稳态和收缩活动的调节剂

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes》：Calix[4]arene C-1220 – Modulator of calcium homeostasis and contractile activity in smooth muscle cells

　　

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  C-1220 选择性地抑制 Na⁺,K⁺-ATPase（IC?? ≈ 48 nM）。
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  C-1220 提高子宫肌细胞内的细胞质 Ca²⁺ 水平。
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  线粒体膜电位和 Ca²⁺ 水平保持不变。
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  C-1220 和 C-99 增强自发的子宫肌收缩。
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  其效应通过扰乱 Na⁺/Ca²⁺ 交换机制实现。

引言

在现代酶学研究中，一个重要的挑战是全面研究参与平滑肌结构中药理机械和电机械耦合过程的所有成分，旨在寻找新的、潜在有效的低分子量细胞离子稳态调节剂。

进行此类研究的理由在于其广泛的实际益处，因为具有高选择性和亲和力、可逆的酶促作用、低毒性和高生物利用度的效应剂是开发下一代药物的基础。

中空器官的正常生理功能在很大程度上依赖于平滑肌（SM）组织的精确和平衡的活动，这些组织覆盖在器官的内壁上并确保其收缩功能。这一功能由复杂的运输系统网络维持，这些系统调节细胞内外的钙离子稳态。众所周知，这些系统的协调运行受到干扰会导致平滑肌组织的收缩-松弛周期受损，从而引发多种影响器官系统的病理状况 [1], [2], [3]。

所有类型平滑肌细胞的质膜上都密集地嵌入了活性离子运输系统——ATP酶。其中一种酶，Na⁺,K⁺-ATPase，负责将钠离子从细胞中排出并积累在细胞质中。通过这种产电酶的功能，维持了细胞的兴奋性，并间接调节了许多关键的代谢过程。通过调节钙、钠和钾的浓度平衡，这种酶参与了细胞的收缩和松弛、增殖、分泌、凋亡以及其他几种关键的信号通路。因此，Na⁺,K⁺-ATPase 应被视为生理调节机制和药理学干预的目标 [4], [5], [6]。

子宫肌层（平滑肌层）的收缩功能障碍通常是诸如分娩无力、自然流产、早产、流产、子宫张力减退和张力过高等病理状况的根本原因 [7], [8], [9]。因此，迫切需要开发新的有效治疗剂来预防和纠正子宫肌功能障碍。

有潜力应对这一挑战的候选化合物包括来自杯芳烃类的化合物，它们具备上述所需的特性，并且可以通过合理的资金投入高效合成 [10], [11], [12], [13], [14]。

因此，本研究的目的是考察之前测试过的杯芳烃 C-99 及其结构类似物 C-1220 对质膜中关键运输系统（钠泵）的抑制作用模式，并评估它们对细胞质游离 Ca²⁺ 水平变化以及大鼠子宫肌平滑肌收缩活性的影响。

章节片段

杯芳烃的结构与合成

使用核磁共振（NMR）光谱技术合成了杯芳烃 C-99（25,27-二丙氧基杯芳烃-双羟基甲基膦酸）和杯芳烃 C-1220（25,27-二丙氧基杯芳烃-双-N-甲苯磺酰氨基甲基膦酸）（见图 1）并对其进行了表征。

杯芳烃膦酸 C-99 的合成方法参照 [15], [16] 中所述。

杯芳烃磺胺膦酸 C-1220 通过多个步骤合成（见图 2）。第一步...

杯芳烃对 Na⁺,K⁺-ATPase 活性的影响

在先前的研究中，我们证明合成化合物杯芳烃 C-99（5,17-双（二羟基膦酰甲基醇）-26,28-二羟基-25,27-二丙氧基杯芳烃）在浓度为 100 μM 时，可抑制子宫肌细胞质膜（PM）中的 Na⁺,K⁺-ATPase 活性，抑制幅度达到 86%（见图 3）[25]。同时，它对“基础”Mg²⁺-ATPase 活性几乎没有影响（仅下降到控制值的 91%）（见图 3）。

因此，在后续实验中...

讨论

根据这些结果，我们认为 C-1220 诱导的自发收缩幅度和频率的增加是由于平滑肌细胞内细胞质 Ca²⁺ 水平升高所致，这可能是由于钠梯度被破坏后 Na⁺/Ca²⁺ 交换器的反向模式操作引起的。

由于在 C-1220 的影响下，自发收缩的收缩和松弛阶段的标准化最大速度仍保持在控制水平，因此...

结论

• 1.
  C-1220 是子宫肌细胞质膜中 Na⁺,K⁺-ATPase 的高度选择性抑制剂，同时对其他 ATP 水解活性的影响很小。
• 2.
  与结构类似物 C-99 相比，C-1220 对 Na⁺,K⁺-ATPase 的抑制效率更高，这体现在其更低的 IC?? 值上。
• 3.
  C-1220 对钠泵的抑制会导致平滑肌细胞内细胞质 Ca²⁺ 浓度升高。
• 4.
  接触 C-1220 可增强...

CRediT 作者贡献声明

Tetyana O. Veklich：撰写原始草稿、进行研究、进行形式分析、概念构思。Olga V. Tsymbalyuk：撰写原始草稿、进行研究、进行形式分析、概念构思。Oleksandr V. Maliuk：撰写与编辑、进行研究、进行形式分析。Lidiya G. Babich：进行研究、进行形式分析。Sergiy G. Shlykov：进行研究、进行形式分析。Sergiy O. Cherenok：进行研究、进行形式分析。Sergiy O. Karakhim：负责软件处理、进行形式分析、数据管理。Anna I.

资助

本文报道的研究得到了 乌克兰国家科学院 的资助，项目编号为 N 0125U000792 和 0124U000224。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。

Tetyana O. Veklich|Olga V. Tsymbalyuk|Oleksandr V. Maliuk|Lidiya G. Babich|Sergiy G. Shlykov|Sergiy O. Cherenok|Sergiy O. Karakhim|Anna I. Selikhova|Vitaly I. Kalchenko|Sergiy O. Kosterin