CaMKII在细胞钙稳态维持及心肌保护中作用的研究进展

钙/钙调素依赖性蛋白激酶II(CaMKII)是主要表达于心脏的一种多功能苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶,通过磷酸化与Ca2+调节相关的蛋白影响心肌的兴奋收缩耦联及细胞钙稳态.在心肌缺血缺氧等病理条件下,心肌细胞钙离子循环出现异常,CaMKII通过代偿性活性改变起到维持Ca2+稳态及心肌保护效应.深入了解CaMKII对钙循环的调节、在间歇性高海拔缺氧介导的心脏保护及心肌细胞内酸中毒后心肌收缩力恢复过程中的作用机制,具有重要的基础研究及临床应用前景.     

肌浆网钙漏流与心力衰竭

钙离子在心脏兴奋-收缩偶联中发挥关键作用,全细胞钙浓度升高通过激活相关信号通路参与基因表达的调控已受到广泛的关注.肌浆网是心肌细胞重要的钙库,在维持细胞内钙稳态起非常重要的作用,是心肌兴奋-收缩偶联的关键因素.舒张期心肌细胞肌浆网RyR2通道活性增强,异常开放增加或关闭不全,钙离子异常释放,引起肌浆网钙漏流.心力衰竭时肌浆网功能障碍,越来越多的研究表明,心力衰竭尤其是在终末期,肌浆网钙漏流所介导的心肌细胞局部钙信号增强,从而引起心脏发生结构、功能的重构.本文就肌浆网钙漏流的发生机制及其在心力衰竭发生发展中的作用和研究进展进行简要综述,并提出展望,以期为临床心力衰竭的预防和治疗及有效药物的开发应用提供理论依据.     

白念珠菌细胞内钙离子稳态和钙离子/钙调磷酸酯酶信号途径的调控机理研究进展

钙离子稳态和钙离子/钙调磷酸酯酶信号途径在真核细胞中高度保守。与最简单的模式真核生物(酿酒酵母菌)一样,人体病原真菌白念珠菌的细胞中存在各种钙通道、钙泵和钙交换器以及完整的钙离子/钙调磷酸酯酶信号途径成员,它们在维持白念珠菌胞内钙离子稳态以及应答外界环境压力、耐药性、形态发生和致病性等方面有着至关重要的作用。对白念珠菌钙离子稳态和钙离子/钙调磷酸酯酶信号途径调控机理的认知,有助于了解其致病过程和耐药机理,同时可以为发现和开发新的抗真菌药物提供研究基础。该文结合所在实验室相关研究工作对这一领域的最新研究进展作了综述。     

线粒体钙离子转运的研究进展

线粒体内的钙离子浓度对于线粒体的ATP合成、线粒体通透性转变孔道的开放及细胞质内钙信号的调节具有重要影响。线粒体的钙离子转运调节平衡是线粒体除合成ATP和诱导细胞凋亡以外的又一重要功能。线粒体中存在钙吸收和钙释放两种重要的钙转运机制。文章就线粒体外膜钙离子的转运、内膜钙离子的吸收和释放等线粒体钙离子转运方式的研究历史和最新研究进展进行了综述。     

内质网钙池操控钙内流研究进展

细胞内的内质网钙库清空所引发的钙内流是细胞钙信号的重要组成,介导胞外钙离子进入细胞内,并参与细胞内一系列广泛的生理过程。该过程主要由内质网上的钙离子感受器STIM蛋白和细胞膜上的Orai钙离子通道的所介导的。对钙库操控性钙内流的研究进展进行了讨论,并展望了未来的研究方向,以期为相关研究提供参考。     

植物细胞中钙信号的时空多样性与信号转导

近年来,对钙信号的研究,包括对钙信号的产生、传导及最终靶蛋白的研究,越来越受到人们的重视。植物生长发育许多过程的信息传递,包括对各种内外刺激的反应都涉及到钙信号。钙信号的产生及传导是通过胞质自由钙离子的浓度变化来实现的。本文综述了胞质自由钙离子的测定、钙信号的时空多样性及钙信号的靶蛋白如CaM、Ca2+依赖的蛋白激酶、钙调磷酸酶、磷脂酰肌醇_磷脂酶C 等方面的一些最新进展,展望了今后钙信号研究的方向及所用到的一些技术方法等。     

酶解牛骨肽促进骨骼生长功效的研究

采用低钙鼠粮饲喂Wistar大鼠，造大鼠低钙模型，口服给予模型组大鼠酶解牛骨肽3个月，研究酶解牛骨肽对低钙大鼠促进骨骼生长的作用，测定各实验组大鼠体重指数以及大鼠股骨重量、股骨强度、骨钙含量及血清钙离子含量等多项生理生化指标，同时做体外细胞实验，研究酶解牛骨肽对成骨细胞MC3T3 E1增殖情况的影响。结果表明：酶解牛骨肽对低钙大鼠骨钙含量水平的升高有明显作用（P<0.05），酶解牛骨肽可以在体外促进成骨细胞MC3T3 E1的增长，说明酶解牛骨肽在一定程度上能够促进骨骼生长发育。     

青蛙心肌细胞膜在调节肌浆钙离子浓度中所起作用的定量考虑

在骨胳肌兴奋-收缩耦联过程中,肌浆钙离子浓度主要由肌浆网系调节。青蛙心肌细胞的肌浆网系不发达,没有横管,且细胞直径很小,因此肌浆钙离子浓度很可能由发生在肌膜上的过程调节。本文从定量角度验证这一设想的可能性。假定青蛙心肌细胞兴奋时钙离子顺浓度差从细胞外跨膜扩散入细胞使肌浆钙浓度升高,又经肌膜上类似载体作用的主动过程将钙离子排出细胞,由此计算静息蛙心肌在某一频率的重复刺激下肌浆钙离子浓度随刺激次数的变化以及对不同刺激频率当收缩张力达稳态时肌浆内钙浓度值。利用肌肉稳态收缩张力和细胞内钙离子浓度之间已知的单值关系可以看到,计算结果同实验记录的蛙心肌稳态张力与刺激频率间的“阶梯”关系符合得很好,说明青蛙心肌细胞膜在调节肌浆钙离子浓度中起决定作用这一想法从定量角度考虑也完全是可能的.     

心肌细胞发育过程中胞浆内钙稳态的调控

Ca^2＋信号是细胞和各器官生长发育、行使其生理功能的基础,维持心肌细胞的钙稳态是保持正常心脏功能的先决条件。作为在胚胎发育过程中最早出现并行使功能的器官,胚胎期心脏的形态结构发生了明显的变化,泵血功能不断增强,以适应不断增强的机体的生理需求。从胚胎到成年,心肌细胞的功能有非常大的改变,各钙离子通道的表达也发生明显变化。因此,发育早期心肌细胞的钙稳态调控与成熟心肌细胞有明显的不同,在发育过程中引起细胞收缩的Ca^2＋来源也有明显的变化。随着分子和细胞生物学研究的发展,以及胚胎干细胞体外分化模型的应用,人们对心肌细胞发育过程中钙稳态的调控有了进一步的认识。本文综述了早期心肌细胞发育过程中胞浆内钙稳态的变化,总结了早期心肌细胞钙稳态调控机制的最新研究进展。     

哌替啶对心室肌收缩的抑制作用及其机制

为明确哌替啶对心脏收缩的直接效应 ,并探讨其相关机制。采用Langendorff灌流心脏模型 ,观察了哌替啶对大鼠心室收缩功能的影响 ,并用荧光测钙技术和膜片钳技术探讨了哌替啶作用的钙离子机制。结果显示 ,哌替啶剂量依赖性地降低离体灌流心脏的LVDP×HR、 +dP/dt和 -dP/dt,而升高LVEDP。在酶解分离的心室肌细胞上 ,哌替啶剂量依赖性地降低细胞收缩时的钙瞬变幅度 ,并升高舒张末期的钙水平。哌替啶不影响高浓度咖啡因诱导的内钙释放。哌替啶使L 型钙电流强度降低到给药前的 67 4± 10 1% ,而不改变钙通道的激活和失活电位。哌替啶减弱钙电流的作用并不能被阿片受体阻断剂纳洛酮所阻断。以上结果表明 ,哌替啶能通过非阿片受体介导的途径阻断细胞外钙离子的内流 ,对心室收缩产生直接的抑制作用     

斑马鱼胚胎第一次卵裂过程中胞内钙信号的研究

钙离子作为广泛存在的细胞内信使物质,在动物胚胎早期发育过程中扮演重要角色.为了研究钙离子在斑马鱼胚胎发育过程中的空间分布和浓度变化,采用Fluo-4和Indo-1作为钙离子指示剂,利用激光共聚焦和双波长荧光比例成像技术,对斑马鱼胚胎第一次卵裂过程中的钙信号进行了详细的跟踪观察.在第一次卵裂过程中,斑马鱼胚胎的动物极顶端首先出现高钙斑,然后在分裂沟部位出现高浓度的钙信号,这一信号在卵裂过程中持续存在.利用Indo-1双波长荧光比例成像对上述过程中钙离子的时空分布进行了定量测定,表明,胞内钙离子在卵裂开始之前是均匀分布的,随着分裂沟的出现,其附近区域的钙浓度显著升高,而胞内其他区域的钙浓度则保持不变.双波长荧光比例成像排除了荧光染料分布不均匀造成的干扰,为钙信号与胚胎分裂的密切关系提供了确凿的定量依据.     

植物细胞中钙信号的时空多样性与信号转导

近年来,对钙信号的研究,包括对钙信号的产生,传导及最终靶蛋白的研究,越来越受到人们的重视,植物生长发育过程的信息传递,包括对各种内外刺激的反应都涉及到钙信号,钙信号的产生及传导是通过胞质自由钙离子的浓度变化来实现的,本文综述了胞质自由钙离子的测定,钙信号的时空多样性及钙信号的靶蛋白如CaM,Ca^2 依赖的蛋白激酶,钙调磷酸酶,磷脂酰肌醇－磷脂酶C等方面的一些最新进展,展望了今后钙信号研究的方向所用到的一些技术方法等。     

钙蛋白酶及其与疾病的关系

钙蛋白酶(calpain)是一族钙离子依赖性的、水解半胱氨酸的蛋白酶。病理状态下,钙离子浓度异常增高可激活钙蛋白酶,使其对多种细胞骨架和蛋白质水解酶产生降解作用。在肌肉营养不良、白内障和老年性痴呆症等疾病中钙蛋白酶的活性都异常增强。     

β-肾上腺素受体调控心肌细胞兴奋收缩耦联的分子过程研究

兴奋收缩耦联是肌细胞兴奋期间由动作电位触发肌质网释放钙离子,从而导致收缩的过程。心肌细胞的兴奋收缩耦联是通过“钙致钙释放（Ca^2＋-induced Ca^2＋ release）的机制完成的。兴奋期间,细胞膜电位的去极化导致电压依赖性的L．型钙通道（LCC）开放,细胞外钙离子通过LCC流入细胞,激活了肌质网膜上称为ryanodine受体（RyR）的钙释放通道,后者从肌质网钙库中释放钙离子,使细胞质游离钙浓度迅速上升。细胞质钙浓度的升高一方面启动细胞收缩,另一方面激活了肌质网钙泵和细胞膜钠钙交换,二者分别将钙离子运回肌质网或细胞外,使细胞质钙浓度很快回落,从而完成了一次“钙瞬变（Ca^2＋ transient）”。钙瞬变在每个心动周期发生一次,是直接控制细胞收缩的细胞内信号。     

钙离子信号与细胞凋亡

细胞凋亡的分子机制是什么?这个问题当前引起人们广泛的研究兴趣。作为重要的第二信使,钙信号在许多生理和细胞活动中都起到了十分重要的作用。钙信号是否也在凋亡的调控中起作用呢?虽然在过去十多年中,许多研究证据都表明钙信号参与凋亡的调控,但是,钙信号如何作用于凋亡过程的具体机理仍然是众说纷纭。事实上,许多研究结果仍存有争议。文章总结了近几年来大量关于钙信号与凋亡研究的成果,集中讨论了两个问题：1)在凋亡前期“决定阶段”有没有钙离子信号的参与?2)钙离子信号与哪些凋亡调控因子(包括Bcl-2族蛋白)相互作用及如何作用?这问题还牵涉到亚细胞结构中钙库的作用(包括细胞质、内质网和线粒体)。根据作者自己的实验结果,文章对这些文献中不同的说法作了一些具体的评估。最后,文章还提出了一个钙离子信号参与调控细胞凋亡的可能模型。     

耐钙心肌细胞的分离和电生理特性观察

用快速、恒压的无钙和胶原酶Ｔｙｒｏｄｅ液相继灌流豚鼠心脏冠脉系统后,再经无钙液室温浸泡心脏和用改变的Ｋ－Ｂ液帮助分离细胞的恢复,可获得耐钙的游离心肌细胞。全细胞电流记录：静息电位为－７２±９ｍＶ（ｎ＝１２）,并显示出快内向电流（ＩＮａ）,可被异搏定阻断的慢钙离子流和时间依赖性外向钾流（Ｉｋ）;单通道记录分别显示了Ｎａ＋Ｃａ２＋和Ｋ＋通道的电压依赖性等特征。结果表明了用此法分离的细胞具有耐钙性和正常电生理特性。     

钙闪烁——引导细胞定向运动的微区钙信号

细胞迁移在机体发育、器官重塑以及损伤修复等过程中都起着重要作用。在极化的迁移细胞中,存在"前沿低、后沿高"的胞内钙离子浓度梯度,但是,长期以来一直困扰人们的一个问题是:在迁移细胞的引导前沿,钙信号如何控制细胞的定向运动呢?我们发现,前沿低钙信号背景中,存在大量随机发生的微区、动态高钙信号——钙闪烁(Calcium flickers)。钙闪烁由细胞膜上牵张通道TRPM7所介导的钙内流,经内质网膜钙释放通道——Ⅱ型IP3受体——的放大而产生。在趋化运动中,钙闪烁集中于趋化因子浓度较高的一侧,引导细胞转向该侧。阻断钙闪烁,细胞仍能直线迁移,但丧失了在趋化因子作用下转向的能力。因此,钙闪烁的发现及相关研究揭示了微区钙信号是如何通过时空整合,并最终精细地调节细胞转向等复杂的生物学过程。     

谷氨酸促进大鼠海马神经元的内钙升高

谷氨酸能影响大鼠海马神经元胞内钙信号的变化,进而影响海马神经元神经冲动的发放和学习记忆过程。运用荧光测钙技术实时监测了大鼠海马神经元内钙信号的动态变化,同时分析了谷氨酸对其胞内钙信号的影响。试验表明：谷氨酸能够显著提高胞内游离钙离子的浓度;细胞外钙离子的存在、谷氨酸刺激时间及刺激频率的增加都能引起胞内钙信号不同程度的升高;但谷氨酸的过度刺激会引起钙离子浓度的超负荷,从而导致神经元结构和功能的损坏。     

心脏α-肾上腺素受体研究的进展

哺乳类动物心脏存在а-肾上腺素受体。心脏а-受体的数目明显地受动物种属、年龄、生理及病理状态的影响。心脏а-受体的正性变力作用,不依赖于cAMP和cGMP,而受细胞外钙离子跨膜内流的影响。在依赖细胞外钙方面,а_1-和α_2-受体间存在着较大的差异。本文并讨论了心脏а-受体在心律失常中的作用。     

钙离子:进入细胞浆的途径与血管平滑肌收缩机制

血管平滑肌收缩所需的钙离子源于细胞外流入和细胞内释放。钙流入途径主要有膜电位依赖式和与受体耦联的钙通道。释放钙离子机制受除极IP_3、cIP_3和钙离子作用而激发。进入细胞浆的钙离子与钙受体蛋白结合而引起收缩。血管平滑肌没有肌钙蛋白C,由钙调蛋白或Leiotonin C代之。钙调蛋白通过使肌球蛋白磷酸化;而Leiotonin C则通过直接激活肌动蛋白,引起血管收缩。