《Biophysical Reviews》：Voltage-dependent potassium channel regulatory subunits in the immune system
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这篇综述聚焦于电压依赖性钾通道(Kv)的调节亚基在免疫系统中的新兴角色。文章系统性地阐述了Kvβ、KCNE、KChIP和DPP等家族如何精细调控Kv通道的门控、转运和药理学特性，从而影响免疫细胞（如T细胞、巨噬细胞）的激活、稳态及信号通路。文章特别强调了由Kv1.3-Kvβ2.1-KCNE4形成的免疫调节复合物的潜力，并指出理解这些调节机制将为开发针对自身免疫病等疾病的新靶向疗法开辟道路。
免疫系统的精妙运作依赖于离子通道来调控细胞的激活并维持其稳态。在过去的几十年里，电压依赖性钾通道(Kv)在免疫细胞中的作用得到了广泛研究，其中Kv1.3在细胞生理学及其在自身免疫性疾病中的意义尤为引人注目。然而，白细胞中天然K+电流的形成，不仅源于成孔α亚基的组装，还受到调节性β亚基的塑造，这些β亚基能微调通道的门控、转运和药理学特性。免疫细胞表达Kvβ、KCNE和KChIP家族的成员，但这些调节亚基对免疫生理学的贡献在很大程度上仍未得到充分探索。
电压门控钾通道在免疫系统中的作用
Kv通道是允许选择性K+外流的成孔四聚体蛋白复合物，通过控制膜电位来调节细胞的兴奋性、钙信号传导和细胞激活。在免疫系统中，最相关的Kv通道是Kv1.3和Kv1.5，它们塑造了免疫细胞的激活、增殖和细胞因子分泌，是免疫反应的关键调节因子和潜在的治疗靶点。
Kv1.3对于白细胞的激活和增殖至关重要。在抗原提呈后，T细胞受体信号激活PLCγ，导致内质网钙释放，进而触发由STIM1和Orai1蛋白形成的钙释放激活通道(CRAC)的钙内流。除了Kv1.3，钙激活的中等电导钾离子通道KCa3.1也参与产生维持钙内流所需的膜电位。细胞内钙的增加会激活磷酸酶钙调神经磷酸酶，从而驱动活化T细胞核因子(NFAT)的核转位，并促进激活相关基因的转录。Kv1.3在幼稚和中央记忆T细胞中表达相对较低，而在活化的效应记忆T细胞中水平较高，后者在慢性炎症和自身免疫性疾病中含量丰富。在动物模型中，Kv1.3已被认为是治疗多发性硬化症、银屑病和类风湿关节炎等自身免疫病的潜在靶点。大多数药理学研究集中在阻断T细胞中的Kv1.3以治疗自身免疫病。
Kv1.3也在巨噬细胞、B细胞等细胞类型中表达。在巨噬细胞中，Kv1.3对于促进细胞凋亡是必需的，这一过程与Kv1.3和Cav1的关联及其在线粒体中的表达有关。Kv1.5也在巨噬细胞中表达，参与吞噬和迁移过程。在抗原提呈细胞中，Kv1.3和Kv1.5存在于异源多聚复合物中，其亚基组成决定了细胞输出。
Kv1.1同样在人类辅助性CD4+T细胞中表达，并发挥抗炎作用。阻断Kv1.1会触发肿瘤坏死因子α(TNFα)的产生。Kv1.1似乎抵消了促进T细胞激活的Kv1.3的活性。然而，一种能同时阻断Kv1.1和Kv1.3的毒素KTX却具有免疫抑制作用，这表明Kv1.3在T淋巴细胞中的作用大于Kv1.1。
Kv通道调节亚基
Kv通道的功能多样性通过表达调节亚基而增加，这些亚基影响通道的门控动力学、膜转运和药理学敏感性。主要的蛋白质家族包括Kvβ、KCNE、KChIP和DPP家族，以及各种支架和接头伙伴。虽然调节亚基在可兴奋组织（如心肌细胞中的Kv1-Kvβ和Kv7.1-KCNE1）中的作用已很明确，但关于这些亚基如何影响免疫细胞中的Kv通道功能及其对Kv通道药理学靶向的意义，人们知之甚少。
Kvβ亚基
Kvβ亚基是第一个被发现的与Kv α亚基相互作用并调节其活性的辅助蛋白家族。在哺乳动物中，三个Kvβ基因产生调节亚基：Kvβ1.1–1.3、Kvβ2.1–2.2和Kvβ3.1。一些Kvβ蛋白通过其可变的N端阻断离子传导孔，诱导Kv通道发生快速的N型失活。在Kvβ2结构中，其核心结构域是一个结合了NADP+辅因子的磷酸丙糖异构酶桶状结构，赋予了调节亚基氧化还原敏感性。
Kv1.2–Kvβ2的晶体结构证实了4:4的化学计量比，并揭示了α亚基与β亚基相互作用的细节。Kv与Kvβ的相互作用扩大了通道的胞质部分，为激酶或磷酸酶等其他调节蛋白的结合提供了更大的表面，并与细胞骨架相连。
生理环境中的Kv1通道通常与Kvβ2相关联。Kvβ2不诱导N型失活，而是增加α亚基寡聚化的稳定性。Kv与Kvβ的相互作用始于通道在内质网生物合成的早期，并促进某些通道的表面表达。质膜通道丰度的增加与钾电流幅度的增加同时被观察到。
淋巴细胞响应不同的促炎刺激（如白细胞介素-2）会诱导Kvβ亚基的表达。在免疫应答期间，Kvβ2.1会积累在T淋巴细胞免疫突触的质膜脂筏微域中。Kvβ2.1是Kv1.3的调节亚基，负责增加该通道的电流幅度。Kv1.3也位于免疫突触中，在那里调节T细胞受体接合后的钙反应。Kvβ1和Kvβ2均在巨噬细胞中表达，而Kv1.3和Kv1.5是这些细胞中主要的电压依赖性α亚基。在此背景下，Kvβ1.3诱导Kv1.5的N型失活并改变其药理学。此外，Kvβ1.2亚基负责通道的蛋白激酶C(PKC)依赖性磷酸化。
KCNE亚基
KCNE家族的创始成员KCNE1是通过将大鼠肾脏RNA注射到非洲爪蟾卵母细胞中诱导钾离子通道样电流而被发现的。它最初被称为最小K+通道蛋白(MinK)，随后通过序列同源性发现的家族成员被称为MinK相关肽(MiRP1-4)。MinK和MiRP1-4后来被重命名为钾电压门控通道亚家族E(KCNE1-5)。第六个KCNE成员(KCNE6)已被确定为低等脊椎动物中Kv通道的功能性调节亚基。KCNE蛋白质具有有限的序列同源性，但共享单次跨膜拓扑结构，具有可发生糖基化的侧翼胞外N端和本质上无序的胞质C端结构域。
KCNE蛋白与来自不同家族的Kv通道（包括Kv1、Kv2、Kv3、Kv4、Kv7和Kv11）广泛结合。Kv与KCNE的调节结果包括改变单通道电导、门控动力学、调制电压依赖性以及改变复合物的亚细胞定位。
关于KCNE亚基在免疫系统中的作用的研究非常有限。KCNE1在巨噬细胞和T淋巴细胞中表达，但其在白细胞中的明确作用尚未确定。肿瘤相关巨噬细胞中的KCNE3与抗炎M2巨噬细胞极化有关。KCNE4在抗原提呈细胞（包括巨噬细胞和树突状细胞）中大量表达，在T淋巴细胞中也有少量检测到。KCNE4是T淋巴细胞Kv1.3通道的有效调节因子，后者也存在于抗原提呈细胞中，并与Kv1.5共存。KCNE4通过其C端和跨膜结构域与Kv1.3通道相互作用，负责抑制Kv1.3电流，其机制是通过其C端近膜的四亮氨酸基序导致通道在内质网滞留。这种内质网滞留也是通过将KCNE4的一个强效内质网相关滞留基序转移到寡聚复合物中而促进的。此外，跨膜结构域与C端一起增强了通道的C型失活，且这种作用不依赖于化学计量比。KCNE4二聚体也与Kv1.3和钙调蛋白竞争结合。相反，KCNE4不调节Kv1.5的功能，尽管这个问题存在争议。
KChIP亚基
Kv通道相互作用蛋白(KChIPs)是具有钙结合特性的特异性Kv4调节亚基，属于神经元钙传感器家族。KChIP家族包括四个成员(KChIP1-4)，在其保守的C端结构域中有四个EF手样钙结合基序。四个KChIP基因的选择性剪接产生多种蛋白质，进一步增加了Kv4通道功能的多样性。同一基因的不同亚型可能对同一通道产生完全相反的影响。KChIPs参与Kv通道在内质网水平的组装和向质膜的正向运输。Kv–KChIP复合物保持4:4的化学计量比，其中KChIP亚基锚定在α亚基T1结构域的侧面位置。Kv4–KChIP复合物进一步受到DPP亚基存在的调节。
Kv4通道负责神经元中的瞬态A型电流和心肌细胞中的心脏瞬时外向电流。在此背景下，KChIP1-4在大脑中表达，只有KChIP2存在于心脏中，与Kv4.2和Kv4.3相互作用。尽管尚未有报道称Kv4通道在免疫细胞谱系中表达，但KChIPs在某些免疫细胞类型中表达。KChIP2在T和B淋巴细胞中表达，它抑制白细胞介素-2、白细胞介素-4和干扰素-γ(IFN-γ)的表达。B淋巴细胞也表达电压门控Kv1.5通道，而KChIP2会损害Kv1.5在人胚胎肾293(HEK293)细胞中的质膜运输。KChIP3亚型KChIP3.1（也称为下游调节元件拮抗调节剂DREAM）在成熟的B淋巴细胞中表达，可降低免疫球蛋白M(IgM)和免疫球蛋白G(IgG)抗体的水平。在T淋巴细胞中，KChIP3参与调节增殖并减少促炎性白细胞介素-2、白细胞介素-4和干扰素-γ细胞因子的产生，充当免疫反应阻遏物。总体而言，KChIPs在免疫系统中的作用似乎与Kv通道活性无关，而是依赖于它们作为钙依赖性转录因子的角色。
DPP亚基
二肽基肽酶(DPPs)是单次跨膜丝氨酸蛋白酶，具有N端胞质结构域和可发生糖基化的C端胞外结构域。其中，DPP样(DPPL)成员DPP6和DPP10缺乏酶活性，因为催化丝氨酸残基在DPP6中被天冬氨酸取代，在DPP10中被甘氨酸取代。DPPLs与Kv4复合物结合，对于DPP6以4:4的化学计量比形成，而对于DPP10则具有可变的化学计量比，更倾向于4:2(Kv4:DPP)的构型。Kv4.2–DPP6的结构揭示了一个八聚体复合物，以及一个额外的四个KChIP亚基组成的十二聚体结构。DPPLs通过增加单通道电导和促进通道的质膜运输来调节Kv4活性，从而增加Kv4的电流幅度。DPPLs也加速了Kv4的失活和从失活中恢复。
DPP6是Kv4的调节亚基，负责CA1海马神经元中的A型钾电流。DPP6加速了Kv4.2中S4的运动。DPP6也存在于静息肥大细胞、单核细胞和存在于子宫平滑肌肉瘤免疫微环境中的活化树突状细胞中。DPP10在海马体、新皮质、小脑和主要嗅球中表达，在那里与Kv4和KChIPs形成三元复合物。DPP10在溃疡性结肠炎患者的CD4记忆静息T细胞中，以及在哮喘患者的嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、T和B淋巴细胞中被发现。
总之，免疫系统细胞表达有限的Kv及一些调节伙伴库。尽管在白细胞中检测到了所有Kv伙伴的mRNA表达，但在某些情况下，蛋白质的存在尚有争议或尚未分析。这篇综述综合了白细胞中调节亚基表达和功能的证据，重点阐述了这些伙伴如何改变Kv通道行为和下游信号传导。文章特别强调了Kv1.3-Kvβ2.1-KCNE4作为一种有前景的免疫调节复合物，并讨论了KChIPs在塑造基因表达以及作为Kv调节亚基的作用。尽管对调节亚基在免疫细胞中表达的认识存在空白，但越来越多的证据突显了进一步研究Kvβ亚基在免疫环境中作用的重要性。理解Kv通道如何在白细胞中受到调控，可能带来控制免疫反应和开发新靶向疗法的新途径。
