细胞内Ca 2 浓度的调节王树荣.

细胞内Ca 2+ 浓度的调节王树荣
【关键词】 Ca 2+ 浓度
目前，Ca 2+ 作为细胞信号转导的第二信使已被公认。

细胞内Ca 2+ 在信号转导中的作用日益受到重视，Ca 2+ 除在兴奋收缩耦联中起重要作用外，还参与物质代谢、突触传递、细胞周期调控与细胞间通讯、基因表达等活动，钙信号失常会导致一系列病理生理过程。

在正常情况下，细胞外的钙离子（Ca o2+ ）的浓度稳定在1.1～1.3mmol/L的范围内，比细胞内钙离子（Ca i2+ ）浓度高10，000倍左右。

细胞内的钙离子浓度在静息状态下大约保持在100nmol/L;但是当细胞兴奋时，Ca i2+ 可迅速升高到1μmol/L甚至更高［1］。

Ca i2+ 是Ca o2+ 发挥作用的基础，它的调节非常复杂，但主要包括两方面:质膜钙转运和胞内钙池的调节。

质膜钙转运包括质膜钙通道、质膜钙泵和Na o2+ /Ca o2+ 交换。

胞内钙池的调节则包括胞内钙池Ca o2+ ―ATP酶、胞内钙池钙结合蛋白、胞内钙池受体钙通道的调节。

这两方面的协同作用精确保证了细胞内钙离子的稳定水平。

1 质膜钙转运
1.1 质膜钙通道细胞膜Ca 2+ 通道开放是胞外Ca 2+ 内流的主要途径。

1978年Van Breemen把细胞膜Ca 2+ 钙通道分为电压依赖性钙通道（VDC）和受体操纵性钙通道（ROC）两种［2］。

由于钙通道种类繁多，目前对其结构及功能尚未完全搞清楚，所以分类标准尚未统一。

一般可以分为:（1）电压依赖性钙通道;（2）受体依赖性钙通道;（3）池操纵的钙通道;（4）机械敏感的钙通道;（5）漏流钙通道。

1.1.1 电压依赖性钙通道电压依赖性钙通道随膜电位变化而开放，根据其电生理学特性和药理学特性，可分为L、T、N、P、Q及R六型，其中对L型钙通道了解的最清楚［3］。

现已阐明，除T型钙通道外，电压依赖性钙通道是由α 1 亚单位和α 2 /δ、β、γ几个辅助亚单位组成的复合体，由多基因编码。

至少有6个不同的基因（A、B、C、D、E、S）编码钙通道的α 1 亚单位。

α 1 亚单位可分为两大亚家族:一个亚家族是由α 1 S、α 1 C、α 1 D 三者组成，它们均为L型钙通道的亚单位;另一个亚家族是由α 1 A、α 1 B、α 1 E组成，分别是P/Q型、N型、R型钙通道的亚单位［4］。

L型钙通道是高电压激活（HVA）通道，膜电位约-10mv时激活，-60～-40mv时失活，单通道电导约25pS，对1，4-二氢吡啶类（DHPs）拮抗剂（如尼莫地平、尼卡地平）和激动剂［如Bayk8644，SZ（+）-（s）-202-791］高度敏感［5］。

L
型钙通道广泛存在于各种兴奋细胞与兴奋细胞膜上，介导各种细胞功能，包括神经递质释放、兴奋收缩耦联、信号转导等。

在心肌，L型钙通道可能具有以下作用［6］ :（1）通过L型钙通道的慢内向Ca 2+ 流构成心室肌细胞动作电位平台期的基础;（2）Ca 2+ 通过L型钙通道内流，激活 Ca 2+ 从肌浆网中释放，对工作心肌细胞的兴奋―收缩耦联过程起重要作用（Rose等，1992）;（3）L型钙通道电流与慢传导动作电位及某些心律失常的细胞机制有关，如早期后除极（Jannary等，1989）;（4）L型钙通道是多种神经递质、激素及药物的作用靶点。

L型钙通道是血管平滑肌细胞膜的一种主要钙通道，由于平滑肌细胞线粒体与肌质网储钙量较少，故经L型钙通道进入细胞内的Ca 2+ 是提高Ca i2+ 浓度的主要途径，是触发平滑肌细胞收缩的基础。

在神经细胞，一般认为L型钙通道不直接参与神经递质的释放，而主要位于神经元胞体起类似“调质”的作用;但它在一些神经内分泌细胞激素的释放中起主要作用［5，7］。

T型钙通道属LVA通道，膜电位约-70mv时被激活，-100mv～-60mv时迅速失活，单通道电导约9pS，对N i2+ 高度敏感［7］。

T型钙通道的分子生物学特性尚不完全清楚，但已明确其不是L型钙通道亚单位的重新排列和组合，它是另一单独基因的产物。

T通道存在于包括冠状动脉、脑、肾血管在内大部分血管的平滑肌上，以及神经细胞、心肌的窦房结、房室结、浦肯野纤维、肾上腺皮质和髓质及肾脏的近球细胞中。

T型钙通道可能具有以下作用:（1）在血管平滑肌中T型通道参与维持血管张力，在小动脉中可调节小动脉在静息状态下的口径，控制局部血流量;（2）T通道在窦房结的起搏活动中起重要作用，通过它的控制作用可引起心率减慢;（3）在神经元中T通道调控递质释放;（4）有证据表明T通道在细胞增殖中有一定作用;（5）还有可能参与肾脏肾素的分泌和由血管紧张素刺激的肾上腺皮质释放醛固酮。

N型钙通道是HVA型钙通道，膜电位约-10mv时被激活，-100～-40mv时失活，单通道电导约12～
18pS，蜗牛毒素ω-CTX-GVIA、ω-CTX-MVIIA可以选择性阻断N型钙电流［7］。

N型钙通道主要分布于神经细胞中，可能在抑制性突触中占主要成分［8］。

P型钙通道属中度高电压激活通道，较L、N型通道失活慢，单通道电导约12～20pS，对DHPs及蜗牛毒素不敏感，而蜘蛛毒素可以选择性抑制P型钙电流［5］。

其也主要分布于神经细胞，参与神经递质释放。

Q型钙通道其电生理特性与P型钙通道相似，但失活更快。

目前尚未发现特异性Q型钙通道阻断剂，但它可被高浓度ω-Aga-IVA大部分阻断，而
1.5mmol/Lω-CTX-MVIIC则完全阻断Q型钙电流［9］。

其主要分布于神经细胞，参与神经递质的释放。

R型钙通道是低电压激活（LVA）通道，膜电位约-50～-10mv时被激活，失活迅速，单通道电导约14pS，仅对Ni 2+ 、Cd 2+ 表现高度敏感［10，11］。

R型钙通道主要分布于神经细胞，参与神经递质的释放。

电压依赖性钙通道的调节较为复杂，有报道认为可能有两种调节蛋白与钙通道相联或者其本身就是通道的一部分。

一部分起抑制作用，称为Ri，其可被PKA、PKG激活而磷酸化，抑制钙通道活动;另外一种起促进作用，称为Rs，可被PKC激活而磷酸化，促进钙通道活动。

各种内源性调节物质通过各自受体及耦联的G蛋白，激活腺苷酸、鸟苷酸环化酶及肌醇磷脂系统而对钙通道起调控作用［12］。

1.1.2 受体依赖性钙通道（ROCCs）目前对ROCCs的特性尚未完全明了，其分子结构也未阐明。

ROCCs广泛分布于各种细胞，一般选择性较差，它引起Ca 2+ 内流至少有以下三种途径。

（1）通过配体门控钙通道。

此类通道是受体与通道本身就是一个复合体，当配体与受体结合后，通道开放，Ca 2+ 内流。

研究较为清楚的是ATP门控钙通道［13］。

该通道选择性较差，对Ca 2+ 与Na 2+ 的通透比例为3:1。

它可以不经过第二信使而直接被ATP激活。

在家兔耳动脉
平滑肌实验中，应用ATP引起平滑肌瞬间的去极化，其显示为激活一个无选择性的阳离子传导，主要是Ca 2+ 内流的结果［14～16］。

类似的报道还有家兔门静脉和人类隐静脉的实验［17，18］。

（2）受体通过G蛋白与钙通道偶联而影响其开放。

经典的神经递质如乙酰胆碱（Ach）和去甲肾上腺素（NA）、数种激素在激动通过G蛋白与钙通道偶联的受体后紧接着产生具有一定程度Ca 2+ 选择性的阳离子电流。

已经在家兔空肠［19］、豚鼠回肠［20］和气管平滑肌［21］实验中观察到此现象。

其G蛋白可能是对百日咳毒素敏感的
Gi/Go亚群［21］。

（3）受体与G蛋白偶联，通过第二信使（如IP 3 、IP 4 等）介导细胞内钙池释放Ca 2+ ，并且调节上述受体依赖性钙通道或电压依赖性钙通道。

目前发现，一系列的细胞内信号转导途径可调节受体依赖性钙通道，如钙―钙调蛋白［22］，肌球蛋白―轻链激酶［23］，酪氨酸激酶［24］，肌醇磷脂系统，PKC及细胞内外的Ca 2+ 浓度［25，26］。

1.1.3 池操纵的钙通道此种钙通道位于细胞膜上，它的打开是由细胞内钙池（肌细胞是肌浆网，其他细胞是内质网）内Ca 2+ 浓度降低引起的。

在生理条件下，其过程是受体激活，通过G蛋白激活磷脂酶C而产生1，4，5―三磷酸
肌醇（IP 3 ），IP 3 与内质网IP 3 受体结合，引起细胞内Ca 2+ 释放，使钙池耗竭而触发Ca 2+ 内流，其后钙池重新充盈［27，28］。

但是钙池耗竭如何引发Ca 2+ 内流的过程尚不清楚。

近年来，随着果蝇复眼中tvp基因及哺乳动物同源基因［29，30］的克隆以及基因产物在多种动物细胞的表达，越来越多的证据显示［31］ :POCCs和SOCCs可能属于一个同样的离子通道家族―瞬间受体蛋白（TRPC）家族;不同的只是其TRPC亚单位组成的不同。

TRPC 蛋白亚单位的结构和由其组成的通道是否形成生理状态下的电流有待研究。

1.1.4 机械刺激敏感的钙通道机械牵拉等刺激可引起Ca 2+ 内流，此种内流
不能被一般的钙通道阻断剂所抑制;只有镉，此种牵拉激活的离子通道阻断剂可有效阻断它。

目前比较明确的有两种:一种是对牵拉敏感的钙通道，其几乎存在于所有细胞膜上;另一种对切应力敏感，仅发现内皮细胞和心肌细胞。

对此类钙通道的认识尚不多。

1.1.5 漏流钙通道漏流钙通道主要维持静息状态下膜内外Ca 2+ 平衡，在膜
电位很负情况下（-100mv）仍旧不失活。

但目前对其特性了解不多。

1.2 质膜钙泵质膜钙泵即Ca-ATP酶，其作用是将细胞内Ca 2+ 排出细胞外。

其主要受钙调素、酸性磷脂和PKA、 PKC的调控活化［32］。

1.3 Na 2+ /Ca 2+ 交换 Na 2+ /Ca 2+ 交换是将细胞内Ca 2+ 排出细胞外的
另一种形式。

Na 2+ /Ca 2+ 交换广泛存在于各种细胞，在可兴奋细胞如心肌细胞和神经细胞中对钙转运起主要作用［33］。

Na + /Ca 2+ 交换主要受细胞
外Na + 浓度、细胞内Ca 2+浓度和ATP调控。

ATP可显著提高其功能，而其活性可被多种二价和三价离子所抑制。

2 胞内钙池调节
胞内钙池，在肌细胞是指肌质网系统，在非肌细胞一般认为是内质网。

2.1 胞内钙池受体钙通道胞内钙池内贮存钙的释放主要是由IP 3 受体系统和ryanodine受体系统介导，它们均是受体依赖性钙通道。

IP 3 受体（IP 3 R）与IP 3 结合后，释放钙池内Ca 2+ 进入胞浆。

IP 3 R介导的胞内钙释放依赖于一定浓度的胞浆内Ca 2+ ，呈现钟型反应（bell-shaped reˉspense）［34］ :胞浆内Ca 2+ 浓度很低时，IP 3 R对IP 3 不敏感;Ca 2+ 浓度上升到一定程度，IP 3 最敏感;当胞浆内Ca 2+ 浓度进一步升高时，IP 3R对IP 3 又不敏感。

肝素是IP 3 R的特异性拮抗剂。

ryanodine受体与生理性配。