線粒體上的電壓依賴性陰離子通道（voltage-dependant anion channel，VDAC），又稱線粒體孔道蛋白，是線粒體外膜（outer mitochorial membrane，OMM）上最豐富的蛋白質。VDAC家族有三種亞型（VDAC1，VDAC2和VDAC3），有三個獨立的基因編碼。

盡管已經明確VDAC調節(jié)線粒體與胞漿之間離子和代謝產物的流動，是外膜上ATP、ADP及其他呼吸底物通過的主要通道 ^［1］，但是該通道的大部分的特性，甚至通道的結構仍然有爭議，這些已有文獻重點綜述 ^［2］。因此，本文重點闡述VDAC在調節(jié)線粒體膜通透性和細胞死亡中的作用。

線粒體膜通透性轉換（mitochondrial permeability transition，MPT）是線粒體內膜應對傷害性刺激 ^［3］（如氧化應激，Ca ²⁺超載，低氧和細胞毒性藥物）所表現(xiàn)的通透性突然改變。通透性轉換的程度是相對的，盡管并不足以允許蛋白通過，但大到1. 5kDa的溶質和代謝產物可自由通過原本不能透過的內膜 ^［4］，其中質子的移動導致MPT上ΔΨm（線粒體膜電位）的消失，進而抑制ATP合成。更嚴重的是，水可以移動到線粒體基質，下調它的滲透梯度，導致線粒體腫脹，如果不能被糾正，最終將破裂。因此，MPT在細胞死亡中有重要作用 ^［5］。很多研究表明它參與了不少疾病的發(fā)生發(fā)展，如缺血再灌注損傷、肌肉營養(yǎng)不良、阿爾茨海默病和老化 ^［6］。MPT由mitochondrial permeability transition pore，MPTP（MPTP）開放介導的，MPTP是一個尚有爭議、未定性的蛋白復合體，它橫跨在線粒體內外膜之間。

因為VDAC是線粒體外膜上最豐富的蛋白，一直認為它是MPTP的外膜成分之一。此觀點首次是在20年前由Mario Zoratti團隊提出，他們的依據(jù)是VDAC的電傳導性與MPTP相似，且MPTP和VDAC一樣對氧化還原、Ca ²⁺、電壓、腺苷酸和pH敏感，但卻沒有實質性的證明。

早期支持VDAC在MPT中作用的實驗數(shù)據(jù)來自Crompton實驗室，它們證實GST-CypD融合蛋白可以裂解出VDAC和腺嘌呤核苷酸轉移酶（adenine nucleotide translocase，ANT）（另一個被認為MPTP的組成部分）。重組這個VDAC-ANT-CypD復合物產生了一個Ca ²⁺依賴、環(huán)孢素敏感、與MPTP相似的通道。另外，VDAC的單克隆抗體能抑制離體線粒體MPT，盡管這些抗體的特異性受到懷疑。Cesura等采用放射性標記的MPT抑制劑Ro68-3400，顯示它結合了32kDa的蛋白質，再用質譜確定此蛋白為VDAC1。

然而VDAC并不完全吻合MPTP生化特性。處于開放狀態(tài)的VDAC傳導性良好，對陰離子選擇性通透，尤其是代謝性陰離子（ATP/ADP）。而在關閉狀態(tài)時，陰離子通透性減少，且對陽離子開放 ^［7］。如果VDAC是MPTP的一部分，應該VDAC關閉等于MPTP關閉；然而，Marco Colombini證實VDAC關閉實際上增加了Ca ²⁺的流出，這應該是MPTP開放的結果。Tikunov等 ^［8］利用G3139（一個18-mer的VDAC磷酸化阻滯劑）關閉VDAC，而結果卻加速了MPT；而且，即使在關閉狀態(tài)，VDAC通道仍然大到能使1. 5kDa的溶質通過，這相當于MPTP的開放狀態(tài)。

最近基因組學的研究詮釋了VDAC在MPT中的作用。Kroemer等報道VDAC缺乏的酵母更加能抵抗HIV誘導的MPT。而在VDAC缺失的酵母線粒體，當乙醇刺激時，同樣沒有發(fā)生MPT。然而，MPT的本質，包括性質和調節(jié)，對于酵母種屬來說本身就存在不同 ^［9］，如果將此推斷到哺乳動物，將更加困難。

因此，VDAC是否是MPTP的重要組成部分仍然是個爭議。

盡管越來越多的證據(jù)表明VDAC在線粒體外膜通透性改變和凋亡中有作用，但潛在的機制仍不清楚。事實上，到底是VDAC開放還是關閉導致凋亡，仍然有爭議。目前的研究將VDAC參與OMM并釋放細胞色素C（cytochrome C， cyto C）的解釋可分成三種模型：①VDAC是MPTP的組成部分，促凋亡因子通過MPTP的激活間接誘導cyto C釋放。②VDAC同源或異源寡聚化產生更大的孔道可以直接釋放cyto C。VDAC1可以聚集成二聚體、三聚體、四聚體和多聚體 ^［10］，此外，VDAC還可以和Bcl-2家族蛋白進行異源寡聚化，如促凋亡Bax與VDAC結合，形成一個大的VDAC-Bax通道，導致cyto C釋放，因為單獨由Bax或者VDAC的通道不足以cyto C通過，而新的大Bax-VDAC通道可允許cyto C通透。③蛋白和代謝產物改變VDAC傳導性，通過未知的機制導致外膜通透。可能使VDAC關閉，阻止了ATP/ADP和其他大的呼吸代謝產物的交換，導致線粒體功能障礙，線粒體外膜通透性增加或破裂。

大量研究證實許多代謝產物和蛋白能與VDAC結合并調節(jié)其傳導性。ATP/ADP、谷氨酸鹽、ROS、18kDa的轉位蛋白和己糖激酶都調節(jié)MPT，很可能這些因子是通過VDAC而影響MPT（模型1）。然而，如果VDAC對MPT不是必需的，這些因子可能有其他作用機制，如：改變VDAC結構、阻止與Bcl-2蛋白作用（模型2），或者通過未知的機制產生OMMP或者外膜破裂改變VDAC傳導性（模型3）。

VDAC主要的作用是使腺苷酸在線粒體和胞漿之間流動，因此腺苷酸可以調節(jié)VDAC。VDAC上至少有兩個核苷酸結合位點，而NAD（P）H、ATP和ADP可以減少VDAC通道傳導性。當ATP結合到VDAC上的核苷酸相應位點時，造成空間上阻斷，VDAC傳導性降低。VDAC和ATP/ADP、NAD（P）H相互作用干預能量途徑，可以調節(jié)OMMP和呼吸速率以適應細胞能量需要。Yehezkel等證實，T-Rex-293細胞的VDAC1上核苷酸結合位點發(fā)生突變后，ATP合成嚴重減少，ATP水平大幅度下降。

NAD（P）H、ADP特別是ATP能抑制MPTP。在缺血中，ATP和ADP降解成核苷和底物，因此，對MPTP的抑制也消失了，缺血和其他的傷害性刺激可以通過VDAC減少核苷酸的交換，導致MPT，進而造成細胞死亡。因此，過多的核苷酸可以減少VDAC傳導，導致OMM，甚至細胞死亡。

大部分谷氨酸鹽是TCA循環(huán)中α-酮戊二酸谷氨酸中谷氨酸脫氫酶的代謝產物，形成于線粒體內，然后通過VDAC穿過線粒體外膜運輸?shù)桨麧{。VDAC上有谷氨酸鹽結合位點，L-谷氨酸鹽通過導致VDAC在關閉和開放狀態(tài)之間擺動，減少Ca ²⁺轉運，Ca ²⁺內流的減少進而抑制MPTP的開放，消除線粒體腫脹，也減少cyto C的釋放。因此，谷氨酸鹽通過VDAC，減少線粒體Ca ²⁺內流，保護細胞免遭死亡。

研究發(fā)現(xiàn)微管蛋白通過VDAC結合到線粒體。在重組的平面磷脂膜中，微管蛋白二聚體可以關閉VDAC通道。在離體的腦線粒體中，微管蛋白減少線粒體外膜對腺苷酸的通透性，但在心肌細胞中通透性卻增加 ^［11］。最近證實，解微絲藥物魚藤酮、秋水仙堿和噻氨酯噠唑增加游離微管蛋白，降低線粒體膜電位；相反的，微絲穩(wěn)定藥物紫杉醇減少游離微管蛋白，導致HepG2細胞（一種肝癌細胞）的線粒體超級化 ^［12］。因此，游離的微管蛋白能減低VDAC傳導，最終導致OMMP和細胞死亡。

線粒體產生的ROS與細胞死亡有關，Yuan等 ^［13］發(fā)現(xiàn)增加ROS的含量使細胞死亡增加，同時也發(fā)現(xiàn)VDAC過表達，但具體機制不明。有研究表明與VDAC有關 ^［14］。線粒體產生ROS誘導cyto C釋放，可以被VDAC阻斷藥或抗VDAC抗體抑制。ROS導致心磷脂過氧化，使cyto C從線粒體內膜心磷脂中釋放，然而，cyto C的機制以及VDAC在釋放中的作用仍然未知。眾所周知，Cyto C太大不能透過單體的VDAC，可能的解釋是VDAC寡聚化形成大的通道 ^［15］，或者線粒體膜脂質過氧化，損傷了膜的功能，改變了VDAC的性質，導致OMMP。

TSPO（18kDa translocator protein，TSPO）表達于線粒體外膜，介導膽固醇進入線粒體合成類固醇。TSPO與VDAC的相互作用，可能改變VDAC的性質。在神經退行性病變和癌癥模型中，TSPO參與ROS的產生，促進VDAC的激活，從而能誘導線粒體介導的凋亡 ^［16］。而且，電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)大量的TSPO分布在VDAC通道周圍，潛在的增加了VDAC附近的ROS濃度，因此，18kDa的TSPO可能通過產生ROS來改變VDAC傳導，導致OMP。

糖酵解酶（hexokinase，HK）分為HK-Ⅰ和HK-Ⅱ，其N末端有21個氨基酸序列，形成一個疏水的α螺旋，這是與VDAC結合的關鍵部位。離體實驗和在體研究都表明HK-Ⅰ和HK-Ⅱ通過與VDAC相互作用來對抗線粒體介導的凋亡 ^［17］。實驗證實當HK-Ⅱ與離體線粒體結合，或在Hela細胞中過表達時，HK-Ⅱ能抑制Bax從線粒體轉位和cyto C的釋放。Majewski等 ^［18］認為線粒體HK可以抑制cyto C釋放和凋亡，且在Bax-Bak缺乏的細胞中也出現(xiàn)了相同的抑制效應，提示HK可能通過VDAC起作用。在VDAC重組的平面膜上觀察到HK-Ⅰ直接誘導VDAC關閉，而加入HK反應產物G-6-P后將HK從VDAC中釋放，使VDAC重新開放。這些學者認為HK-Ⅰ誘導VDAC關閉，從而抑制MPTP開放。突變學研究發(fā)現(xiàn)VDAC1主要的殘基如谷氨酸、65天冬氨酸77和賴氨酸73是HK-Ⅰ發(fā)揮抗凋亡機制所必需的，而谷氨酸202、188，雖然對結合不是至關重要的，但可以穩(wěn)定HK-Ⅰ與VDAC的相互作用而抗凋亡。

近年來越來越多的人研究VDAC在細胞死亡中的作用，雖然其在線粒體外膜通透性改變和誘導細胞死亡的作用已被肯定，但具體機制仍不明了。VDAC本身不能誘導凋亡，其孔的直徑沒有大到可以通過促凋亡蛋白。而能明確的是胞漿介質對VDAC的調節(jié)，導致OMP，細胞死亡。因此，有必要對VDAC及其與調節(jié)因子相互作用機制進行深入研究，使VDAC成為防止或加速細胞死亡的新靶點。