在离子通道超家族中,钾离子通道是数量最大、种类最多的一类离子通道。它们在人体内发挥着重要的生理和病理功能。白血病,亦称作血癌,是一种造血细胞的恶性增生性病变。从本质上来讲,白血病是一种分化障碍性疾病,其核心问题在于细胞的分化受阻。诱导白血病细胞的分化,使其恶性程度降低甚至转变为正常细胞,是白血病治疗的新策略。研究发现钾离子通道在白血病细胞上存在表达上调,进而影响白血病细胞的增殖和迁移。然而,钾离子通道对白血病细胞分化的影响目前仍未见报道。因此,寻找和运用钾离子通道阻断剂,开展它们对白血病细胞分化的研究具有重要理论意义和应用价值。在长期自然进化过程中,蝎毒液中存在大量靶向钾离子通道的毒素多肽。研究证明了这些蝎毒素在钾离子通道基本结构功能特征和靶向钾通道新药研发中发挥了极其重要的作用。随着大量疾病与离子通道的关系逐渐明确,蝎毒素多肽在新药开发中的价值也愈加重要。在本研究中,我们以作用钾离子通道的蝎毒素作为工具分子,探讨了钾离子通道在白血病增殖分化过程中的重要作用及其潜在应用。在多种白血病类型中,hERG通道的表达量显著地上升,而在正常的细胞如CD34+细胞中均没有检测到hERG通道表达。在本研究中,我们从东亚钳蝎毒素基因文库中分离到一条能够阻断hERG通道的蝎毒素多肽BmKKx2。基于转染钾通道hERG的HEK293细胞,药理学实验表明了重组蝎毒素BmKKx2抑制钾通道hERG电流的IC50值为6.7nM±1.7nM。研究进一步发现了蝎毒素BmKKx2也能够阻断人红白血病细胞系K562上的野生型hERG钾通道电流。使用200nM蝎毒素BmKKx2阻断K562细胞上的hERG通道,发现了蝎毒素BmKKx2对hERG通道的阻断能够抑制白血病细胞的增殖,K562的细胞周期被阻滞在G1/S期。随后,我们成功构建了阿糖胞苷Ara-C诱导K562向红系分化的模型,并通过测定GPA的表达来检测红系分化水平。发现蝎毒素BmKKx2对hERG通道的阻断能够提高GPA的表达水平,促进K562细胞向红系分化,并具有浓度依赖性。为了进一步确证这一药理学功能,我们通过慢病毒感染的方法构建了hERG通道稳定下调的K562细胞系。在hERG通道下调的K562细胞中,蝎毒素BmKKx2促进K562细胞红系分化的影响显著降低。这些试验结果表明了蝎毒素BmKKx2促进K562红系分化功能是通过阻断hERG通道电流实现的。在K562红系分化过程中,发现了在BmKKx2作用下hERG钾通道的表达量受到了显著地抑制。除了研究了蝎毒素BmKKx2对K562细胞增殖与分化的影响,我们还调查了蝎毒素多肽BmKKx2对K562细胞凋亡的影响。发现了单独使用蝎毒素BmKKx2不会影响K562细胞的凋亡,然而在Ara-C诱导下,BmKKx2对hERG通道的阻断导致凋亡细胞的比例上升,显示了hERG通道对K562细胞凋亡的影响具有分化依赖的特性。最后,我们检测了蝎毒素BmKKx2阻断hERG通道对K562细胞内钙离子浓度的影响。结果显示BmKKx2阻断hERG通道能够降低细胞内的钙离子浓度,提示了hERG通道调控增殖分化功能可能是通过钙信号通路介导实现的,从而初步阐明了BmKKx2阻断hERG通道促进红系分化的作用机理。除了hERG通道在白血病上的特异性高表达之外,钾离子通道Kv1.3也在白血病细胞或细胞系上有表达。基于钾通道hERG对K562细胞增殖与分化功能的研究,本论文进一步调查了钾通道Kv1.3对白血病细胞分化的功能研究。我们选取了分别具有向粒系分化和单核/巨噬系分化潜能的人早幼粒白血病细胞系HL60和人单核细胞系THP-1。发现这两种细胞系均高表达钾离子通道Kv1.3而不是钾离子通道hERG。在此基础上,我们使用了我国东亚钳蝎来源靶向钾通道Kv1.3重组蝎毒素多肽BmKTX(IC50为90.5±33.5pM)。发现了蝎毒素多肽BmKTX阻断白血病细胞上的Kv1.3通道后,均促进了HL60和THP-1的分化,而钾通道Kv1.3通道表达量也因毒素多肽的作用而降低,呈现出与阻断K562细胞上hERG钾通道相似的现象。这些研究结果为深入研究钾通道Kv1.3在HL60和THP-1增殖、分化功能与机理研究奠定了基础。综上所述,本论文从东亚钳蝎来源的毒素多肽中鉴定了一种新的作用钾通道hERG的毒素多肽BmKKx2。通过阻断人红白血病细胞系K562细胞上hERG通道的电流,蝎毒素BmKKx2能够抑制K562细胞增殖和促进细胞分化,并在K562细胞红系分化过程中下调hERG通道的表达。蝎毒素BmKKx2与钾通道hERG的相互作用能够进一步促进K562细胞分化过程中的凋亡发生。本论文也发现了另一种东亚钳蝎来源作用钾通道Kv1.3蝎毒素BmKTX的新功能。通过阻断白血病细胞系HL60和THP-1上Kv1.3通道,促进这两种白血病细胞的定向分化,并抑制Kv1.3通道表达。这些研究结果发现了不同钾离子通道在调节白血病细胞分化方面有重要的作用,初步揭示了蝎毒素多肽通过阻断钾离子通道调节白血病细胞的分化机理,展示了药用蝎毒素作为抗白血病药物的潜在应用价值。