Мембранні та внутрішньоклітинні механізми М-холінергічної активації гладеньком’язових клітин тонкого кишечнику

При всій складності шляхів і механізмів передачі сигналу, можна упевнено стверджувати, що в основі холінергічного збудження і скорочення лежать деполяризація мембрани, вхід Ca2+ у клітину і вивільнення Ca2+ із внутрішньоклітинних депо. Відповідно, у даній роботі основна увага приділялася дослідженню механізмів активації катіонної провідності мембрани і холінергічного контролю Ca2+ каналів, а також механізмів вивільнення Ca2+. Як передумова, електрофізіологічний аналіз збуджуючої дії ацетилхоліну міг засновуватися тільки на детальному вивченні і розумінні властивостей іонних каналів мембрани ГМК. Були виявлені значні видові і вікові особливості в експресії тих або інших іонних каналів у ГМК кишечнику. Вхідний струм міг переноситися як через потенціалкеровані Ca2+, так і ТТХ-чутливі Na+ канали. Крім того, у культивованих ГМК кишечнику людини при пасивному виснаженні внутрішньоклітинних Ca2+ депо виникав вхідний струм, подібний до ICRAC у незбудливих клітинах. В ГМК ICRAC раніше не був зареєстрований. У ГМК ileum морської свинки Na+ канали відсутні, тому при холінергічній деполяризації відкриваються тільки Ca2+ канали L-типу. Вони ж, очевидно, виконують і основну роль підтримки рівня Ca2+ у внутрішньоклітинних запасниках. K+ канали в ГМК кишечнику представлені в основному каналами вихідного випрямлення, в ГМК ileum щура домінуючим виявився компонент швидкого вихідного току (IA), а в ГМК ileum морської свинки – Ca2+-залежний компонент. Останній добре корелює із зміною [Ca2+]i і виконує важливу роль реполяризації мембрани як при генерації потенціалів дії, так і для обмеження і припинення холінергічної деполяризації.

Електрична активність міентеральних нейронів також входила в коло досліджуваних проблем, тому що саме вона є тією початковою ланкою, що приводить до звільнення ацетилхоліну й інших передатчиків у нервових закінченнях, які регулюють скорочувальну активність ГМК. Іонні струми в цих нейронах були досліджені недостатньо. Особливий інтерес представляли властивості IK, ir. Дослідження цього струму важливе для розуміння природи тривалої слідової гіперполяризації, характерної для нейронів AH/тип 2.

Події на мембрані і усередині ГМК, що наступають після отримання клітиною холінергічного стимулу від нейрона, логічно простежити у послідовності від активації рецептора до підвищення [Ca2+]i, як показано на узагальнюючий схемі на рис. 15. Взаємодія ацетилхоліну з мускариновими М2 рецепторами призводить за допомогою активації чутливих до коклюшного токсину Gi/Go білків до відкривання катіонних каналів, чим обумовлена основна збуджуюча дія. Важливо відзначити, що раніше роль М2 рецепторів вважалася непрямою і зводилася до антагонізму активації  адренорецепторів шляхом пригнічення аденелілциклази і зниження рівня цАМФ. Роль М2 рецепторів у вісцеральних ГМК дискутується давно, а їх велика кількість (біля 80%) без визначеної прямої функції вважалася парадоксом. Слід зазначити і те, що ileum морської свинки вважається класичним “М3-селективным“ препаратом, що широко використовується у фармакологічних дослідженнях. З'ясовування прямої ролі більшості М2 рецепторів у цій тканині змушує переглянути такі уявлення.

Другою функцією М2 рецепторів є пригнічення входу Ca2+ через канали L-типу. На перший погляд може показатися, що така дія суперечить загальному збуджуючому ефекту, але це може виконувати важливу роль обмеження входу Ca2+ при холінергічній деполяризації. При вході Ca2+ включаються декілька механізмів, що посилюють сигнал – КІВК і початкове посилення ІІВК, а зростання [Ca2+]i підсилює активацію катіонних каналів, що призводить до посилення деполяризації і ще більшому збільшенню входу Ca2+ (рис. 15). Крім того, деполяризація збільшує як Ро катіонного каналу, так і чутливість до агоністу. Таким чином, у даній складній системі є декілька позитивних зворотних зв'язків, що гарантують розвиток деполяризації, а сам характер потенціалзалежності IКАТ визначає її регенеративний характер.

Механізми, що обмежують активацію, не настільки багаточисельні – це в основному розвиток IK (Ca) і затримана інактивація ІІВК. Десенситизація IКАТ, очевидно, відіграє певну роль, але у порівнянні з іншими процесами вона розвивається набагато повільніше, особливо при наявності достатньої кількості ГТФ. Вірогідно, що при багатьох патологічних станах, пов'язаних із підвищеною чутливістю до холінергічної стимуляції, порушуються саме процеси гальмування. Пригнічення ICa таким чином можна вважати важливим регуляторним механізмом. Цікаво при цьому відзначити, що при спільності пускових ланок (М2-Gi/Go) кінетика IКАТ і пригнічення ICa істотно різняться. Останній розвивається повільніше і триває після відмивання агоніста набагато довше, як би даючи тим самим проявитися збудженню, а потім його припинити. Така модуляція ICa може бути пов'язаною з участю повільного внутрішньоклітинного посередника, який поки не ідентифіковано.

Важливо відзначити, що виявлені принципи регуляції катіонного каналу припускають, за аналогією з активацією, регенеративний характер деактивації. Якщо почалася гіперполяризація мембрани, зменшення входу Ca2+, потенціалзалежна деактивація каналу відповідно до кривої Больцмана, зниження чутливості до агоністу і менш тісний зв'язок з активованими G-білками є тими факторами, що будуть прискорювати закривання катіонних каналів.

Регуляція активності катіонного каналу має виражений компонент, пов'язаний із концентрацією активованих G-білків у клітині. З'ясувалося, що активовані G-білки при взаємодії з каналом не просто його відкривають, а виконують активну роль модуляції властивостей каналу. При цьому відбувається великий, на десятки мілівольт, зсув кривої активації убік від’ємних потенціалів при підвищенні концентрації агоністу і убік позитивних