钙离子、钙通道与白血病的关系

钙离子、钙通道与白血病的关系
目前治疗白血病的有效机制之一就是诱导白血病细胞的凋亡与分化，大量研究表明，诱导白
血病细胞凋亡与分化的过程中都伴随着细胞内钙离子浓度（[Ca2+]）的变化。

可见细胞内
[Ca2+]对白血病细胞有着一定的影响。

Ca2+广泛存在于细胞内液与细胞外液中，它作为第二信使，在细胞的生理调控中具有重要的
功能，在生理状态下，胞浆内游离Ca2+浓度大约维持在100nmol/L左右，细胞内的Ca2+主要存在于线粒体和内质网中，细胞外及内质网内的[Ca2+]比胞浆内要高得多，在mmol/L水平。

[Ca2+]的这一亚细胞分布受内质网，线粒体和细胞膜的Ca2+通道的调控。

1 Ca2+通道
Ca2+通道是镶嵌在膜脂质中的糖蛋白或外侧糖基化的蛋白复合体，它在细胞膜上形成一个功
能单位，具有Ca2+的高度选择通透性，调节着Ca2+的转运和细胞的功能。

1.1 分类
根据Ca2+通道所在的部位可将其分为质膜上的Ca2+通道和细胞内Ca2+通道
1.1.1 质膜上的Ca2+通道
质膜上的Ca2+通道根据调节机制，可分为三个主要的Ca2+通道：电压开启性Ca2+通道（VDCC），受体开启性Ca2+通道（ROCC）和储存开启性Ca2+通道（SOCC）。

VDCC和ROCC
一般产生短暂、高强度的Ca2+爆发；而SOCC则产生较小的持续性的Ca2+灌注。

SOCC的开
放由贮存Ca2+的充盈状态决定。

当贮存钙排空时，质膜上的SOCC开放，Ca2+进入；反之则
关闭。

SOCC对Ca2+特别敏感，Ca2+对SOCC有双相性影响，即低水平时激活，高水平则抑制其活性。

1.1.2 细胞内Ca2+通道
细胞内主要有两类Ca2+通道：即Ryanodine受体（RyRs）家族和IP3R家族，主要位于内质
网（SR）或肌质网（ER），有三个RyRs亚型和四个IP3R亚型。

两个受体家族在结构和功能
上具有较多相似性，可能由共同的祖先进化而来。

每个受体的C末端形成嵌入SR或ER中的
跨膜区域，构成功能性Ca2+通道。

IP3R主要受IP3和Ca2+的双重调节。

根据Ca2+通道的功能，可以将Ca2+通道分为漏流Ca2+通道，电压依赖性Ca2+通道，受体操
纵性Ca2+通道和牵张敏感性Ca2+通道。

目前研究最多的是电压门控式Ca2+通道（VDCC）和
受体操纵性Ca2+通道（ROC）。

1.1.3 电压门控式Ca2+通道（VDCC）
根据膜电压钳技术研究，在可兴奋细胞膜上，VDCC有 L，T，N，P，Q，R六种类型。

L，T
两型存在于心血管系统和中枢神经系统中，L型是一类高电压激活通道，其开放可引起一持
续时间较长的Ca2+内流，在-40mV易被激活，受Ca2+通道兴奋剂和拮抗剂的调节。

T型与瞬
时Ca2+内流有关，所需膜电位较负，为-100mV～-69mV。

N，P，Q，R四型存在于神经元组
织中。

N型见于神经元中，调节神经递质释放。

P型最初在哺乳动物小脑浦肯野细胞中发现，也见于肾脏的远曲小管细胞膜。

这六种通道除了闸门和传导特性不同外，对药物的敏感性及
组织中的分布也不同。

其中对L型研究的比较清楚，L型Ca2+通道由α，β，γ，δ四种亚基构成的高分子糖蛋白复合体，α亚基又可以分为α1，α2，δ亚基附着在α2上。

VDCC的活性由
α1亚基决定，α1亚基的功能又受到β亚基的调节。

因此β亚基对Ca2+通道的结构及功能起
着关键的作用。

Ca2+通道是亚基聚合成功能单位，但其中α1亚基可以独立行使一些功能，如可以通过表达
具有活性的Ca2+通道使内源性α1基因分解的心肌细胞恢复Ca2+流及兴奋-收缩偶联。

虽然
α1亚基可以独立行使一些功能，但也有缺陷，它在对二氢吡啶（DHP）结合位点的数量上很低，在其他亚基共同作用时可以弥补α1亚基的缺陷。

并且其他亚基的作用又有赖于α1亚基。

β亚基对多种细胞上的α1亚基的功能均有影响，如β亚基可以增加骨骼肌细胞上α1亚基的
数量，β亚基和α1亚基在心肌细胞上共同表达可以增加Ca2+流，在脑细胞中可以增加对
DHP的敏感性，其他亚基在通道表达中主要起辅助作用。

1.1.4 受体操纵性Ca2+通道（ROC）
ROC在细胞内外钙离子交换不起主要作用，通过激动剂与膜上受体结合而开放，不依赖于膜
电位的改变。

1.1.5 KCa通道
这是一类位于细胞膜上对Ca2+敏感的K+通道，主要由细胞内的Ca2+所激活，通过正反馈调
节细胞内Ca2+浓度。

分为三类：（1）Large conductance(BKCa),（2）small conductance(SKCa),（3）intermediate conductance channel(IKCa)。

每一类又可分成不同的亚类。

IKCa主要存在于
人类淋巴细胞中，SKCa主要存在于B淋巴细胞和小鼠胸腺细胞中。

IKCa只能在非兴奋细胞中
表达，包括脾脏、胸腺、外周白细胞、T淋巴细胞等。

可兴奋细胞不表达IKCa。

细胞内Ca2+
浓度的升高是引起KCa通道开放的原因。

2 影响细胞内[Ca2+]的因素
细胞内存在着许多种转录因子，它们可以受Ca2+的调节，[Ca2+]的升高和降低可以分别调节
不同的转录因子，从而影响不同的细胞功能。

细胞内Ca2+稳态是保证细胞正常生命活动的重
要物质基础。

早期研究表明，Ca2+稳态的破坏是药物引起细胞死亡的一个普遍的终末事件。

细胞在内外环境各种因素的作用下，通过升高或降低细胞内[Ca2+]来维持细胞内Ca2+的平衡，使细胞维持正常的活动。

2.1 升高细胞内[Ca2+]的因素
2.1.1 胞外Ca2+的内流
细胞主要通过以下途径使胞外Ca2+内流：（1）细胞膜上Ca2+通道的开放，可以使细胞外
Ca2+顺着浓度梯度内流；（2）通过KCa通道，当细胞内[Ca2+]升高时，可以激活细胞膜上的KCa通道，促使细胞内K+流向细胞外，膜内的电位进一步变负，有利于细胞外Ca2+顺电位梯
度进入细胞内；（3）细胞内[Ca2+]的升高又可以产生一种正反馈的作用促使胞膜上Ca2+通道进一步开放，使胞外Ca2+内流。

2.1.2 胞内Ca2+库的释放
主要机制如下：（1）IP3R途径。

细胞膜上受体与配体结合，通过IP膜上G蛋白活化磷脂酶
C（PLC），催化细胞膜上的二磷酸酯酰肌醇（PIP2）分解为肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二
酰基甘油（DG）,IP3进入细胞内，与内质网上的IP3受体结合，打开内质网上的Ca2+通道，
诱导钙库中的Ca2+释放；（2）Cyclin ADP-ribose(cADPR)途径。

cADPR是细胞中的另一种第二
信使，它可以与内质网上RyR相结合，促进内质网中的Ca2+外流至胞质；（3）细胞内[Ca2+]的升高，可以促使线粒体钙库释放Ca2+入胞质。

2.2 降低胞内Ca2+浓度的因素
细胞主要通过以下途径降低细胞内[Ca2+]：（1）Ca2+泵，细胞膜的Ca2+泵可以逆浓度梯度
和电位梯度将胞质中的Ca2+泵出胞质；内质网上有一种离子泵SERCA(Sarco-endoplasmic reticulum Ca2+)，能将胞内的Ca2+泵入内质网，降低胞内的[Ca2+]；（2）线粒体的缓冲作用，
当细胞内的[Ca2+]太高时，它可以将胞质中的Ca2+吸收入线粒体；而当细胞内的[Ca2+]降低时又可以释放线粒体中的Ca2+进入胞质。

3 [Ca2+]对白血病细胞凋亡的影响
目前诱导白血病细胞的凋亡已成为治疗白血病的有效方法之一，这也是近年来生物学及医学研究的一个热点。

细胞凋亡是细胞基因调控的一种自主性的自杀现象，是为了更好的适应环境而主动采取的一种死亡过程。

其生化变化包括DNA片段化，胞内[Ca2+]增高以及酶学改变[1]。

细胞凋亡时最早可以检测到的生化改变就是细胞内[Ca2+]快速持续的升高。

大量文献报道，在许多因素作用于白血病细胞后都出现细胞内Ca2+浓度的升高及随后出现的细胞凋亡，说明细胞内游离[Ca2+]异常升高是导致细胞凋亡的重要信号。

自80年代初,人们发现用糖皮质激素诱导动物胸腺细胞凋亡的过程中，出现胞内[Ca2+]的持续上升以来，Ca2+信号与细胞凋亡的关系一直受到人们的关注，但随着细胞类型和处理因素的不同，各家对Ca2+在其中的作用机制报道不一，甚至存在着矛盾和分歧。

研究表明，升高的Ca2+主要可以通过很多途径参与细胞凋亡，如通过激活Ca2+依赖的蛋白激酶和/或磷酸化酶，导致许多凋亡相关基因的活化[2]使得细胞凋亡，或者通过激活Caspases 蛋白酶，再通过Caspases 家族网络状的级联反应促进细胞凋亡[3]。

但也有文献报道，细胞内[Ca2+]的升高又可以促进白血病细胞的生长和增殖，如在胸腺细胞[4]当细胞内Ca2+增加被抑制时．糖皮质激素引起的细胞凋亡被抑制。

4 Ca2+对白血病细胞分化的影响
近年来，国外有实验报道[5]，钙离子载体(CI)可通过细胞信号转导机制，诱导幼稚的造血细胞进一步分化为成熟的树突状细胞（DC）。

国内也有报道，利用CI和GM-CSF共同诱导外周血单核细胞，可以使其分化成具有典型的树突状突起的细胞，而且DC的特征性表面标志CD83，CD86，CD54及MHC-Ⅱ表达上调[6]。

将这种CI作用于HL-60细胞，也可以将其诱导分化成具有活性的DC样细胞[7]。

说明Ca2+在诱导白血病细胞分化中也发挥着重要的调节作用。

其机制可能与CI通过提高胞浆游离[Ca2+]，导致Ca2+结合其调节蛋白-CaM，使CaM的构象发生改变，从而结合各种蛋白受体分子，如依赖CaM的蛋白激酶(cahnodulin—dependent protein kinases，CaMK)和蛋白磷酸酶(calcineurin，CaN)，进而参与诱导依赖Ca2+的基因转录有关。

刘北忠[8]等利用苦参碱诱导K652细胞分化的研究中发现，在细胞外有
Ca2+或无Ca2+的情况下，苦参碱都可以通过胞外Ca2+内流和胞内Ca2+库释放的途径使细胞内[Ca2+]升高，提示Ca2+信号是苦参碱诱导K562细胞分化的早期重要信号。

其机制可能有PLC的活化。

由上可见，Ca2+通道作为Ca2+进出胞质的唯一通道，对细胞内Ca2+浓度的调节有着重要的作用。

Ca2+作为细胞内第二信使，维持着细胞正常的生理功能，也是多种受体激动后信号传递的中心环节。

无论在白血病细胞凋亡还是分化中，Ca2+对白血病细胞都有一定的影响，故信号钙在白血病细胞中的研究为治疗白血病开辟了一个新的途径。

但由于Ca2+调节机制的复杂性，加上细胞类型及处理因素的不同，使实验出现多种不同的结果，甚至出现矛盾。

可见Ca2+在白血病细胞中的作用机制还有待于进一步的研究。

参考文献
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[6]吴军，王晓怀，杨德懋，等.钙离子载体在诱导人外周血单核细胞分化为树突状细胞中的作用.中华微生物学与免疫学志, 2005, 25(1): 39～43.
[7]吴军,杨太成,冼江,等.钙离子载体诱导HL-60细胞分化成树突状细胞的实验研究. 细胞与分子免疫学杂志, 2004, 20(4): 415～418.
[8]刘北忠,蒋纪恺,张彦,等.苦参碱触发的K562细胞胞内钙信号的动态变化.临床检验杂志, 2003, 21: 33～35.。