线粒体上的电压依赖性阴离子通道（voltage-dependant anion channel，VDAC），又称线粒体孔道蛋白，是线粒体外膜（outer mitochorial membrane，OMM）上最丰富的蛋白质。VDAC家族有三种亚型（VDAC1，VDAC2和VDAC3），有三个独立的基因编码。

尽管已经明确VDAC调节线粒体与胞浆之间离子和代谢产物的流动，是外膜上ATP、ADP及其他呼吸底物通过的主要通道 ^［1］，但是该通道的大部分的特性，甚至通道的结构仍然有争议，这些已有文献重点综述 ^［2］。因此，本文重点阐述VDAC在调节线粒体膜通透性和细胞死亡中的作用。

线粒体膜通透性转换（mitochondrial permeability transition，MPT）是线粒体内膜应对伤害性刺激 ^［3］（如氧化应激，Ca ²⁺超载，低氧和细胞毒性药物）所表现的通透性突然改变。通透性转换的程度是相对的，尽管并不足以允许蛋白通过，但大到1. 5kDa的溶质和代谢产物可自由通过原本不能透过的内膜 ^［4］，其中质子的移动导致MPT上ΔΨm（线粒体膜电位）的消失，进而抑制ATP合成。更严重的是，水可以移动到线粒体基质，下调它的渗透梯度，导致线粒体肿胀，如果不能被纠正，最终将破裂。因此，MPT在细胞死亡中有重要作用 ^［5］。很多研究表明它参与了不少疾病的发生发展，如缺血再灌注损伤、肌肉营养不良、阿尔茨海默病和老化 ^［6］。MPT由mitochondrial permeability transition pore，MPTP（MPTP）开放介导的，MPTP是一个尚有争议、未定性的蛋白复合体，它横跨在线粒体内外膜之间。

因为VDAC是线粒体外膜上最丰富的蛋白，一直认为它是MPTP的外膜成分之一。此观点首次是在20年前由Mario Zoratti团队提出，他们的依据是VDAC的电传导性与MPTP相似，且MPTP和VDAC一样对氧化还原、Ca ²⁺、电压、腺苷酸和pH敏感，但却没有实质性的证明。

早期支持VDAC在MPT中作用的实验数据来自Crompton实验室，它们证实GST-CypD融合蛋白可以裂解出VDAC和腺嘌呤核苷酸转移酶（adenine nucleotide translocase，ANT）（另一个被认为MPTP的组成部分）。重组这个VDAC-ANT-CypD复合物产生了一个Ca ²⁺依赖、环孢素敏感、与MPTP相似的通道。另外，VDAC的单克隆抗体能抑制离体线粒体MPT，尽管这些抗体的特异性受到怀疑。Cesura等采用放射性标记的MPT抑制剂Ro68-3400，显示它结合了32kDa的蛋白质，再用质谱确定此蛋白为VDAC1。

然而VDAC并不完全吻合MPTP生化特性。处于开放状态的VDAC传导性良好，对阴离子选择性通透，尤其是代谢性阴离子（ATP/ADP）。而在关闭状态时，阴离子通透性减少，且对阳离子开放 ^［7］。如果VDAC是MPTP的一部分，应该VDAC关闭等于MPTP关闭；然而，Marco Colombini证实VDAC关闭实际上增加了Ca ²⁺的流出，这应该是MPTP开放的结果。Tikunov等 ^［8］利用G3139（一个18-mer的VDAC磷酸化阻滞剂）关闭VDAC，而结果却加速了MPT；而且，即使在关闭状态，VDAC通道仍然大到能使1. 5kDa的溶质通过，这相当于MPTP的开放状态。

最近基因组学的研究诠释了VDAC在MPT中的作用。Kroemer等报道VDAC缺乏的酵母更加能抵抗HIV诱导的MPT。而在VDAC缺失的酵母线粒体，当乙醇刺激时，同样没有发生MPT。然而，MPT的本质，包括性质和调节，对于酵母种属来说本身就存在不同 ^［9］，如果将此推断到哺乳动物，将更加困难。

因此，VDAC是否是MPTP的重要组成部分仍然是个争议。

尽管越来越多的证据表明VDAC在线粒体外膜通透性改变和凋亡中有作用，但潜在的机制仍不清楚。事实上，到底是VDAC开放还是关闭导致凋亡，仍然有争议。目前的研究将VDAC参与OMM并释放细胞色素C（cytochrome C， cyto C）的解释可分成三种模型：①VDAC是MPTP的组成部分，促凋亡因子通过MPTP的激活间接诱导cyto C释放。②VDAC同源或异源寡聚化产生更大的孔道可以直接释放cyto C。VDAC1可以聚集成二聚体、三聚体、四聚体和多聚体 ^［10］，此外，VDAC还可以和Bcl-2家族蛋白进行异源寡聚化，如促凋亡Bax与VDAC结合，形成一个大的VDAC-Bax通道，导致cyto C释放，因为单独由Bax或者VDAC的通道不足以cyto C通过，而新的大Bax-VDAC通道可允许cyto C通透。③蛋白和代谢产物改变VDAC传导性，通过未知的机制导致外膜通透。可能使VDAC关闭，阻止了ATP/ADP和其他大的呼吸代谢产物的交换，导致线粒体功能障碍，线粒体外膜通透性增加或破裂。

大量研究证实许多代谢产物和蛋白能与VDAC结合并调节其传导性。ATP/ADP、谷氨酸盐、ROS、18kDa的转位蛋白和己糖激酶都调节MPT，很可能这些因子是通过VDAC而影响MPT（模型1）。然而，如果VDAC对MPT不是必需的，这些因子可能有其他作用机制，如：改变VDAC结构、阻止与Bcl-2蛋白作用（模型2），或者通过未知的机制产生OMMP或者外膜破裂改变VDAC传导性（模型3）。

VDAC主要的作用是使腺苷酸在线粒体和胞浆之间流动，因此腺苷酸可以调节VDAC。VDAC上至少有两个核苷酸结合位点，而NAD（P）H、ATP和ADP可以减少VDAC通道传导性。当ATP结合到VDAC上的核苷酸相应位点时，造成空间上阻断，VDAC传导性降低。VDAC和ATP/ADP、NAD（P）H相互作用干预能量途径，可以调节OMMP和呼吸速率以适应细胞能量需要。Yehezkel等证实，T-Rex-293细胞的VDAC1上核苷酸结合位点发生突变后，ATP合成严重减少，ATP水平大幅度下降。

NAD（P）H、ADP特别是ATP能抑制MPTP。在缺血中，ATP和ADP降解成核苷和底物，因此，对MPTP的抑制也消失了，缺血和其他的伤害性刺激可以通过VDAC减少核苷酸的交换，导致MPT，进而造成细胞死亡。因此，过多的核苷酸可以减少VDAC传导，导致OMM，甚至细胞死亡。

大部分谷氨酸盐是TCA循环中α-酮戊二酸谷氨酸中谷氨酸脱氢酶的代谢产物，形成于线粒体内，然后通过VDAC穿过线粒体外膜运输到胞浆。VDAC上有谷氨酸盐结合位点，L-谷氨酸盐通过导致VDAC在关闭和开放状态之间摆动，减少Ca ²⁺转运，Ca ²⁺内流的减少进而抑制MPTP的开放，消除线粒体肿胀，也减少cyto C的释放。因此，谷氨酸盐通过VDAC，减少线粒体Ca ²⁺内流，保护细胞免遭死亡。

研究发现微管蛋白通过VDAC结合到线粒体。在重组的平面磷脂膜中，微管蛋白二聚体可以关闭VDAC通道。在离体的脑线粒体中，微管蛋白减少线粒体外膜对腺苷酸的通透性，但在心肌细胞中通透性却增加 ^［11］。最近证实，解微丝药物鱼藤酮、秋水仙碱和噻氨酯哒唑增加游离微管蛋白，降低线粒体膜电位；相反的，微丝稳定药物紫杉醇减少游离微管蛋白，导致HepG2细胞（一种肝癌细胞）的线粒体超级化 ^［12］。因此，游离的微管蛋白能减低VDAC传导，最终导致OMMP和细胞死亡。

线粒体产生的ROS与细胞死亡有关，Yuan等 ^［13］发现增加ROS的含量使细胞死亡增加，同时也发现VDAC过表达，但具体机制不明。有研究表明与VDAC有关 ^［14］。线粒体产生ROS诱导cyto C释放，可以被VDAC阻断药或抗VDAC抗体抑制。ROS导致心磷脂过氧化，使cyto C从线粒体内膜心磷脂中释放，然而，cyto C的机制以及VDAC在释放中的作用仍然未知。众所周知，Cyto C太大不能透过单体的VDAC，可能的解释是VDAC寡聚化形成大的通道 ^［15］，或者线粒体膜脂质过氧化，损伤了膜的功能，改变了VDAC的性质，导致OMMP。

TSPO（18kDa translocator protein，TSPO）表达于线粒体外膜，介导胆固醇进入线粒体合成类固醇。TSPO与VDAC的相互作用，可能改变VDAC的性质。在神经退行性病变和癌症模型中，TSPO参与ROS的产生，促进VDAC的激活，从而能诱导线粒体介导的凋亡 ^［16］。而且，电子显微镜发现大量的TSPO分布在VDAC通道周围，潜在的增加了VDAC附近的ROS浓度，因此，18kDa的TSPO可能通过产生ROS来改变VDAC传导，导致OMP。

糖酵解酶（hexokinase，HK）分为HK-Ⅰ和HK-Ⅱ，其N末端有21个氨基酸序列，形成一个疏水的α螺旋，这是与VDAC结合的关键部位。离体实验和在体研究都表明HK-Ⅰ和HK-Ⅱ通过与VDAC相互作用来对抗线粒体介导的凋亡 ^［17］。实验证实当HK-Ⅱ与离体线粒体结合，或在Hela细胞中过表达时，HK-Ⅱ能抑制Bax从线粒体转位和cyto C的释放。Majewski等 ^［18］认为线粒体HK可以抑制cyto C释放和凋亡，且在Bax-Bak缺乏的细胞中也出现了相同的抑制效应，提示HK可能通过VDAC起作用。在VDAC重组的平面膜上观察到HK-Ⅰ直接诱导VDAC关闭，而加入HK反应产物G-6-P后将HK从VDAC中释放，使VDAC重新开放。这些学者认为HK-Ⅰ诱导VDAC关闭，从而抑制MPTP开放。突变学研究发现VDAC1主要的残基如谷氨酸、65天冬氨酸77和赖氨酸73是HK-Ⅰ发挥抗凋亡机制所必需的，而谷氨酸202、188，虽然对结合不是至关重要的，但可以稳定HK-Ⅰ与VDAC的相互作用而抗凋亡。

近年来越来越多的人研究VDAC在细胞死亡中的作用，虽然其在线粒体外膜通透性改变和诱导细胞死亡的作用已被肯定，但具体机制仍不明了。VDAC本身不能诱导凋亡，其孔的直径没有大到可以通过促凋亡蛋白。而能明确的是胞浆介质对VDAC的调节，导致OMP，细胞死亡。因此，有必要对VDAC及其与调节因子相互作用机制进行深入研究，使VDAC成为防止或加速细胞死亡的新靶点。