dd细胞内钙离子释放通道IP3受体

医学生
细胞内钙离子释放通道IP3受体
文字表述：关键词：　钙释放通道　信号转导　三磷酸肌醇　受体　第二信使　
近年来细胞内游离钙在信号转导中的作用日益受到重视。

细胞钙离子的平衡，不仅通过质膜上电压和受体门控的通道入胞，还通过胞内钙释放通道介导的钙释放，形成了释放＆ｓｈｙ；—摄取—结合的完整过程，是影响或决定许多细胞反应的独立的第二信使［１］。

此外，细胞内游离钙还与胞浆和胞外钙有着及为复杂的时空动力学关系和多样的作用方式［２］。

作为钙释放通道之一的三磷酸肌醇受体（ｉＰ３Ｒ）除了在兴奋收缩耦联中起关键作用外，还参与了神经释放与突触效能改善、细胞周期调控与细胞间通讯、激素分泌、基因表达等活动。

钙信号失常也会导致一系列病理过程。

１分子特征与表达
在克隆小鼠　ｉＰ３Ｒ　ｃＤＮＡ的过程中，人们已了解其大致结构［３］。

该受体有一个跨膜的信点靠近　ｃ末端，在胞浆部分有一长的氨基末端和短的　ｃ末端。

比较小鼠、大鼠和人类的　ｉＰ３Ｒ结构，　ｉＰ３Ｒ胞浆部分大约有４１８～６５０个　ｎ末端的氨基酸残基是高度保守的，该区域缺失任何一个片断都能取消　ｉＰ３结合活性，提示该区域是　ｉＰ３结合的关键序列。

克隆的　ｃＤＮＡ所编码的蛋白实际上同时具备了　ｉＰ３结合和钙通道特性，因此又可称之为　ｉＰ３门控的　ｃａ２＋通道。

ｉＰ３Ｒ的主要序列与细胞质膜上的钙通道无同源性，但与心肌和骨骼肌肌浆网上的另一种胞内钙释放通道　ｒｙａｎｏｄｉｎｅ受体部分同源。

　ｉＰ３Ｒ为同型四聚体，每个亚单位结合一个　ｉＰ３分子。

大鼠　ｉＰ３Ｒ结构存在含有或缺失４５核苷序列的两种　ｃＤＮＡ克隆，提示有不同的剪接方式，每个亚基有２７３４个或２７４９个氨基酸，分子量２６０ｋＤ［４］。

受体结构含３个　ｃＡＭＰ依赖的蛋白激酶作用的序列。

因含　ｉＰ３结合、配基门控钙通道和数个调控部位，　ｉＰ３Ｒ是目前发现的最大受体之一。

ＩＰ３Ｒ在脑　ｐｕｒｋｉｎｊｅ细胞、海马、脑干呈高表达，亦表达于动脉平滑肌、子宫、膀胱和卵细胞。

ｉＰ３Ｒ分布于粗面内质网和外层核膜。

在无脊椎动物中，　ｉＰ３Ｒ分布很不同，主要集中于脑、感觉和肌肉系统，还有报道　ｉＰ３Ｒ存在于嗅觉神经元质膜、人　ｔ淋巴细胞、内皮、平滑肌和角膜细胞的质膜
上［５］。

在大鼠的肾脏，　ｉＰ３Ｒ的Ⅱ型分布也不相同，Ⅰ型分布很广，几乎沿整个肾单位分布，而Ⅱ型局限于集合管［６］。

２受体功能调控
在非洲蟾蜍属　ｘｅｎｏｐｕｓ母细胞核外膜上，用膜片钳技术研究了　ｉＰ３Ｒ单通道的特性，发现离子通透性呈现三种电导离状态，通道开放的可能性随时间而变［７］。

在脂质双层中研究了单通道水平　ａＴＰ对　ｉＰ３Ｒ的作用［８］，在　ｉＰ３存在时，加入　ａＴＰ可使　ｉＰ３Ｒ开放频率增加４．８倍，通道开放平均时间增加２．５倍，而电导不变。

高浓度的　ａＴＰ则通过竞争　ｉＰ３结合位点抑制　ｉＰ＝３Ｒ。

　ａＴＰ也增加主动脉微体组分和重构膜中　ｉＰ３依赖的钙释放。

蛋白激酶（　ｐＫＡ）可磷酸化　ｉＰ３Ｒ［９］，磷酸化对配基结合无影响，但能阻止配基引起的钙通道开放。

钙离子可能通过与不同的钙结合蛋白相互作用而抑制　ｉＰ３与受体的结合。

抗　ｉＰ３Ｒ－Ｃ末端的单克隆抗体可以阻断　ｉＰ３Ｒ的钙通道特性。

对重组脂质体中免疫亲合纯化　ｉＰ３Ｒ钙离子释放动力学研究表明［１０］，　ｉＰ３Ｒ介导的钙释放有正协同性，　ｈｉｌｌ系数为１．８±０．１，钙离子释放的半数最大初速率出现在　ｉＰ３浓度为１００ｎＭ时，而且一种类型的　ｉＰ３Ｒ就能产生顺序性钙释放，有快慢两种速率常数，提示　ｉＰ３Ｒ有两种钙离子释放状态。

肝素是　ｉＰ３Ｒ的竞争性抑制剂，但同时也抑制　ｉＰ３产生，所以作为工具药价值受限。

咖啡因可增强　ｉＰ３介导的钙释放，乙醇是　ｉＰ３Ｒ很强的抑制剂。

最近发现　ｎＯ可引发由胞内钙释放引起的容量性钙内流，　ｌ－型钙通道阻断剂地尔硫不能阻断这一效应［１１］。

　ｇｉ可直接调控　ｉＰ３Ｒ介导的钙释放［１２］。

３受体异质性与亚型
ｉＰ３Ｒ含有２个不同的片断称为　ｓⅠ和　ｓⅡ。

前者由　ｉＰ３结合位点的４５个核苷酸组成，　ｓⅡ位于两个磷酸化部位之间调控位点内，由１２０个核苷酸组成，又进一步分成３个亚剪接片数　ａ、　ｂ和　ｃ。

由此构成了　ｓⅡ＋，　ｓⅡ　ｂ－，　ｓⅡ（　ｂＣ）－，　ｓⅡ（　ａＢＣ）－。

来源于不同基因的新型　ｉＰ３Ｒ已有报道，故原先发现的　ｉＰ３Ｒ称为脑型或Ⅰ型受体，而新发现的Ⅱ型　ｉＰ３Ｒ在　ｉＰ３结合和跨膜区与Ⅰ型同源性很高，对　ｉＰ３的亲合力也比Ⅰ型高。

最近报道了大鼠　ｉＰ３Ｒ家族中的第Ⅲ型（　ｉＰ３Ｒ－３）的完整序列［１３］。

一种组织可能含有来自不同基因或同一基因但剪接方式不同的几种不同亚型受体。

提示细胞内存在不同的钙信号传递途径，不同的　ｉＰ３Ｒ转导途径具有不同的调控机制。

大鼠心肌细胞　ｉＰ３Ｒ主要分布于心室肌细胞的闰盘处，相反　ｒｙＲ主要分布于整个心肌的横带中，恰好在三联体（Ⅰ带）的位置。

在纵向肌浆网、结合肌浆网、纤维肌膜、线粒体及其囊泡中几乎未见ｉＰ３结合［１４、１５］。

放射配基测定显示　ｉＰ３结合在富含闰盘的亚组份中，而　ｒｙＲ结合主要在连接区　ｓＲ中最高，提示　ｉＰ３Ｒ在　ｃａ２＋通过闰盘及心肌细胞间的信号转递中起重要作用，尽管原位杂效显示心肌细胞内　ｉＰ３Ｒ的　ｍＲＮＡ表达水平比　ｒｙＲ低约５０倍。

最近克隆了编码健康人膀胱癌和白血病细胞系（　ｈＬ－６０）　ｉＰ３Ｒ－１的　ｃＤＮＡ［１６］，
ｎｏｒｔｈｅｍｂｌｏｔｔｉｎｇ显示约１０Ｋｂ的　ｉＰ３－１ｍＲＮＡ表达，预测的氨基酸顺序有２６９５个氨基酸，与小鼠　ｓⅠ－／ＳⅡ－剪接和　ｉＰ３Ｐ有９９％的同源性。

人　ｉＰ３Ｒ基因定位于人染色体３号３Ｐ２５－２６区，分子量低于小鼠的脑ｉＰ３Ｒ分子量（２５０ｋＤ），而其理论计算的分子量应为３０７ｋＤ。

小鼠和大鼠　ｉＰ３Ｒ－１与大鼠　ｉＰ３Ｒ－２和
ｉＰ３－３分别有７０％和６２％的同源性。

４　ＩＰ３Ｒ病理生理意义
在缺血再灌注时，心肌收缩功能障碍与心肌　ｓＲ摄取胞浆钙泵活性障碍，同时钙释放通道释放的钙离子增加［１７］，与临床上心肌再灌注后心肌冬眠有关。

在心室肌中绝大多数浦肯野氏细胞中表达的ｉＰ３Ｒ活性明显高于心房和心室肌细胞，心脏传导系统的原位杂交显示　ｉＰ３Ｒ的　ｍＲＮＡ表达水平增加，浦肯野氏细胞中存在　ｉＰ３敏感的钙库和肌浆网。

钙结合蛋白、α１肾上腺素能受体兴奋、内皮素　ｉＰ３敏感的钙库释放引起，揭示了神经体液因素调制心肌变时性及心律失常发生中的可能分子机制［１８］。

自发性高血压大鼠肌浆网钙释放明显高于　ｗＫＹ的肌浆网，在分离的肌浆网中也有类似现象，但在心肌肥厚中的作用尚不清楚［１９］。

心衰时　ｉＰ３Ｒ在介导心肌细胞调凋亡的过程中起重要作用［２０］。

在人心衰终末期时，　ｉＰ３Ｒ和　ｒｙＲ呈不同的改变［２１］。

左心室　ｒｙＲｍＲＮＡ减少３１％而　ｉＰ３ＲｍＲＮＡ却增加１２５％。

原位杂交显示　ｉＰ３Ｒ的结合位点较　ｒｙＲ相对增加４０％，　ｒｙＲ的下调可能导致心肌收缩力受损，而　ｉＰ３Ｒ上调可能是一种增加钙离子的代偿反应，最终使心肌舒张功能受限，并参与心肌肥厚和重构。

已发现　ｉＰ３Ｒ在　ｔ细胞激活的信号转导过程中起关键作用［２２］。

人血小板存在单一的　ｉＰ３Ｒ，免疫印迹发现血小板含有２６０ｋＤ的多肽，与脑　ｉＰ３Ｒ有交叉免疫反应，免疫荧光显示　ｉＰ３Ｒ主要位于血小板质膜外周［２３］。

５时空性的钙信号传递
由　ｉＰ３Ｒ和　ｒｙＲ介导的时空性钙信号传递在很多方面都与质膜上的电兴奋很相似，胞浆钙变化类
似于膜除极，而胞内钙释放类似于动作电位。

再生性的钙释放由　ｉＰ３诱导的局部钙释放所介导，其产生取决于　ｃａ２＋与　ｉＰ３引起的钙释放或　ｃａ２＋和　ｉＰ３作用辅因子操纵　ｉＰ３Ｒ／Ｃａ２＋通道激活或失活之间的平衡。

钙释放以再生的方式向周围扩散分布，并将信号传递至核内和线粒体，可能是一种频率编码而非幅度调制的电兴奋信号。

一旦钙信号传递到核，可通过激活和抑制各种转录因子来调控基因表达［２４，２５］。

现已发现三种途径：（１）致分裂原激活蛋白激酶，激活或转位胞浆激酶到核内，改变转录因子　ｄＮＡ结合及转录激活的功能。

（２）通过信号传递和转录激活蛋白，直接磷酸化胞浆潜在的转录因子。

（３）通过核因子（　ｎＦ－κ　ｂ）将转录因子从胞浆或抑制蛋白中释放出来，转位到核内，结合至靶序列，激活基因表达。

特异性的钙通道可激活各种不同的信号传递途径，调控转录复合体和基因表达。

因此，不同钙通道、不同的信号传递途径可作用于基因表达，造成广泛的生理效应。

参考文献
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