钙离子对心脏的反常作用

“钙离子反常作用”是在离体灌流的动物心脏先用无钙灌流液(除Ca~(2+)缺乏外其它成分均正常)灌流一定时间,继而恢复正常灌流时所观察到的一种严重心肌损害现象。该现象的发生可能是由于恢复正常灌流时Ca~(2+)的大量快速内流造成细胞Ca~(2+)过荷所致;而无钙灌流则使细胞膜超微结构和通透性发生变化,对Ca~(2+)通透性显著增高。     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)-ATP酶和Ca~(2+)转运系统的特性

用大麦质膜微囊研究细胞质膜 Ca~(2+)转运过程,发现质膜 Ca~(2+)—ATP酶在反应系统中不存在Mg~(2+)时可正常表现活性。跨膜Ca~(2+)转运按其对Mg~(2+)的需求可分为两个过程,一个是不需Mg~(2+)的、具高Ca~(2+)亲和力和较低的转运能力;另一个则是需Mg~(2+)的、具低Ca~(2+)亲和力和较高的转运能力。前者的动力学特征与Ca~(2+)—ATP酶相近,而后者则相差很大。据此推测,大麦根细胞质膜上除Ca~(2+)—ATP酶外,还存在另一个不同的Ca~(2+)转运系统。由两者分别承担的Ca~(2+)转运过程在细胞钙信使系统中可能起着不同的作用。     

缺血后功能低下大鼠心肌钙与水含量的变化及高渗甘露醇的影响

缺血后心室功能减低(myocardial stunning)的发生机制迄今尚不明了。本实验以 Lang-cndorff 法在离体灌流的大鼠心脏,研究了全心缺血20min 及再灌注40min 后心肌 Ca~(2+)、Na~+K~+、Mg~(2+)及 H_2O 含量的变化,以及高渗甘露醇对缺血后功能低下心肌的影响。实验发现:(1)缺血/再灌注后心肌组织中 Ca~(2+),H_2O 的含量与非缺血组相比分别增加42%(P<0.01)及7.6%(P0.05)。(2)于再灌注同时给予12%高渗甘露醇可明显改善缺血后心室功能:再灌注40min 时,心率-左室压乘积恢复达缺血前的85%,而不给甘露醇仅恢复66.3%(p<0.01);高渗甘露醇同时消除了缺血后功能低下心肌中 Ca~(2+)超负荷与心肌水肿,此现象提示缺血/再灌注引起的肌膜非特异性通透性改变,很可能是钙进入细胞内的路径之一。本研究结果表明,心肌 Ca~(2+)超负荷及轻度心肌水肿参与了缺血后心室功能低下,高渗甘露醇在离体大鼠心脏可明显改善缺血后功能低下心肌的功能,此作用至少部分是由于其具有减低心肌钙与水含量的效应。     

锰重组钙调蛋白水质子弛豫速率的研究

钙调蛋白(CaM)是一种多功能调节蛋白,它含有4个Ca~(2+)结合域.晶体研究表明所有Ca~(2+)都与主链氧原子及酸性残基侧链氧原子配位,但Ca~(2+)的配位层中是否有水分子存在尚未确定.木文利用核磁共振技术,以Mn~(2+)为探针,通过测定水质子的核磁弛豫速率T_(1P)_(-1)建立了有关Ca~(2+)配位层中水分子数目的模型,该模型指出Cam中高、低亲和位上Ca~(2+)结合水的能力不同,高亲和位上Ca~(2+)的配位层中没有水分子存在,而低亲和位上Ca~(2+)配位层中含两个水分子.     

非损伤微测技术实时检测海马脑片跨膜钙离子流

脑内β-淀粉样蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)的聚集是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)的重要病理特征。Aβ的神经毒性作用机制与其扰乱神经元Ca~(2+)稳态有密切关系。非损伤微测技术(non-invasive micro-test technique,NMT)是近年发展起来的一种利用Fick第一扩散定律和Nernst方程,通过非接触方式检测膜外扩散电位获取离子跨膜流速的最新技术手段。本研究在C57BL/6小鼠海马脑片,利用NMT首次检测了Aβ对谷氨酸(Glu)诱发的Ca~(2+)内流以及细胞外低钙引起的Ca~(2+)外排的影响,并初步探讨了Aβ扰乱神经元Ca~(2+)稳态的相关机制。结果显示:(1)急性给予Glu可诱发海马脑片CA1区神经元产生起始快、继而缓慢衰减的持续性内向Ca~(2+)流;(2)Aβ预处理浓度依赖性地增强海马神经元对Glu的反应性,显著提高给药后5 min内Ca~(2+)内流的平均流速,而NMDA受体拮抗剂D-APV可有效阻断Aβ对神经元Glu反应的这种易化作用;(3)用低钙人工脑脊液急性灌流脑片可引起海马CA1区神经元产生持续的外向跨膜Ca~(2+)流,其大部分可被特异性Na+/Ca~(2+)交换体抑制剂KB-R7943所阻断;(4)Aβ预处理可部分抑制低钙人工脑脊液引起的Ca~(2+)外排。这些结果表明:Aβ引起的细胞内Ca~(2+)超载不仅涉及到Ca~(2+)内流增加,也与其对Ca~(2+)外排的抑制有关;Aβ易化Glu的兴奋毒作用主要是通过NMDA受体介导的,其抑制Ca~(2+)外排的靶点主要是Na+/Ca~(2+)交换体。NMT具有操作相对简单、实时获取结果、非损伤的优点,适用于脑片Ca~(2+)内流和Ca~(2+)外排的长时间测定。因此,本研究不仅为解释Aβ所致Ca~(2+)超载的神经毒性机制提供了新的实验证据,也为开展跨膜Ca~(2+)信号转导机制的脑研究提供了新的技术方法。     

关于胞浆Ca~(2+)的若干研究新进展

胞浆Ca~(2+)跃升的机理和功能意义测量单细胞的胞内Ca~(2+)水平,发现许多细胞当受到刺激时产生节律性的Ca~(2+)跃升(spiking)。在心肌细胞等可兴奋性系统中,关于细胞内Ca~(2+)跃升的概念是人们熟知的,即每次心搏中心肌细胞膜的去极化可引起钙库中的钙暴发性释放。实际上,非兴奋性细胞在激素和生长因子等作用下也可发生钙库中钙的周期性释放。由于在细胞膜电压予以钳制的条件     

血管平滑肌细胞的钙动力学

血管平滑肌细胞外的Ca~(2+)通过多种通道进入细胞内。Ca~(2+)通道的本质是镶嵌在膜脂质双分子层中的糖蛋白,神经介质和药物可影响Ca~(2+)通道的功能。靠近胞膜的肌质网和胞膜内侧面的高亲和性Ca~(2+)结合位点是血管平滑肌细胞内储存和释放Ca~(2+)的主要部位。胞浆[Ca~(2+)]增高后在钙调蛋白的介导下引起血管收缩。高血压等血管性疾病的发生与其平滑肌细胞的钙动力学异常有关。     

铝与钙调蛋白相互作用及其作用位点的研究

用500MHzNMR研究了铝与钙调蛋白的相互作用,主要研究了铝对钙调蛋白中芳香氨基酸残基(Tyr,His,Phe)构象变化的影响。实验结果表明,铝在钙饱和的钙调蛋白上存在着特异性的结合位点,结合位点数目至少为两个,第一结合位点可能位于钙调蛋白的N端结构域,第二结合位点靠近Ca~(2+)的Ⅲ结合域。Al~(3+)结合引起脱钙的钙调蛋白的构象变化不同于与Ca~(3+)结合引起的构象变化。Al~(3+)在CaM上的结合位点与Ca~(2+)的并不相同。柠檬酸等有机酸对铝的毒性有保护作用,这种保护作用是由于柠檬酸分子对铝的络合。     

粉防已碱与红细胞膜ATPase相互作用的研究

粉防已碱是一种新的钙调蛋白拮抗剂,专一性抑制人红细胞膜上依赖CaM的Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase。在较高浓度下,它也不同程度地抑制Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase基本活性、Na~+-K~+-ATPase和Mg~(2+)-ATPase的活性。 除CaM外,不饱和脂肪酸和有限水解均导致膜Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase的活化,所有这些活化作用被Tet在大约相同的浓度范围内抑制,表明Tet除与CaM结合外,也与膜Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase结合。 Tet具有抗抵渗溶血的性能,反映了拮抗CaM与药物的膜稳定性间存在相关性。     

在ts-RSV LA90细胞转化过程中钙流变化的研究

本文以ts-RSV LA90细胞为模型,用放射性同位素示踪技术测定了通过细胞质膜的~(45)Ca~(2+)流水平;同时用钙指示剂Indo-1 AM和光学多道分析仪测定了胞内[Ca~(2+)]_i,初步研究了Ca~(2+)流和[Ca~(2+)]_i在v-src基因引起细胞转化过程中的动态变化。结果表明LA90细胞质膜上~(45)Ca~(2+)流的改变是细胞转化过程中可以检测到的早期事件之一,转化状态(33℃)细胞的~(45)Ca~(2+)流大于正常状态(40℃)的,细胞从正常到转化(40℃→33℃)的25分钟内~(45)Ca~(2+)流就有明显增大。TMB-8可以抑制转化引起的~(45)Ca~(2+)流出的增大,小牛血清可以刺激正常状态细胞的~(45)Ca~(2+)流出增大,~(45)Ca~(2+)流出与温度有一定依赖关系;细胞转化引起的~(45)Ca~(2+)流入增大,可被异博定抑制,~(45)Ca~(2+)流入不受温度的影响。LA90细胞[Ca~(2+)]_i在转化早期有明显升高,并维持在较正常细胞高2—3倍的水平,A23187-Br可提高正常LA90细胞[Ca~(2+)]_i,[Ca~(2+)]_i不受温度的影响。从质膜上~(45)Ca~(2+)流和[Ca~(2+)]_i的增大说明转化细胞虽然对胞外Ca~(2+)浓度依赖性下降,但维持增殖及转化状态仍然需要一定的胞外Ca~(2+),并通过提高质膜Ca~(2+)流入和释放内源性Ca~(2+),使转化细胞[Ca~(2+)]_i维持在较高水平上。LA90细膜质膜上~(45)Ca~(2+)流和[Ca~(2+)]_i的增大在细胞转化中起着重大作用。     

MCU及MICU1在心血管疾病中的研究进展

钙离子(Ca~(2+))进入线粒体基质对细胞凋亡途径、生理功能以及胞浆内Ca~(2+)信号的调控起重要作用。在心肌细胞损伤中,线粒体Ca~(2+)转运是参与能量代谢、钙超载以及氧化磷酸化的关键环节。而线粒体钙单向转运体(mitochondrial calcium uniporter,MCU)和调节蛋白如线粒体钙摄取蛋白1(mitochondrial calcium uptake 1,MICU1),作为调控线粒体Ca~(2+)摄取的重要组成部分与心血管疾病密切相关。文章归纳总结了MCU及MICU1的结构和特点,并简要介绍了其在心血管疾病中的作用。     

心脏钙矛盾现象的研究

钙矛盾现象的形态学变化特点是细胞在闺盘处分离,细胞内肌节聚集为单一收缩带;心肌代谢的改变以高能磷酸键迅速减少、离子平衡失调为主。产生的机制是细胞膜钠泵、钙泵功能减弱,造成细胞排钙能力下降,细胞内 Na~+浓度升高,使恢复正常钙灌注时 Na~—Ca~(2+)迅速交换,造成 Ca~(2+)大量内流而导致一系列心肌细胞损伤。     

金属离子与CaM及Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase相互作用的荧光光谱和荧光偏振研究

根据Cd~(2+)、Pb~(2+)、Hg~(2+)和Al~(3+)对丹磺酰标记钙调蛋白(D-CaM)的荧先强度、最大发射波长及偏振度的影响来研究它们对CaM及Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase构象变化的影响.研究发现,无论溶液中是否存在Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase,Cd~(2+)、Pb~(2+)和Hg~(2+)对D-CaM的荧光最大发射波长、偏振度的影响以Cd~(2+)的最大,Pb~(2+)次之,Hg~(2+)最小,Al~(3+)对D-CaM产生的影响与这三种二价金属离子的并不相同.这证明这几种离子与CaM和Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase的作用并不遵循同样的机理.     

金属离子与CaM及Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase相互作用的荧光光谱和荧光偏振研究

根据Cd~(2+)、Pb~(2+)、Hg~(2+)和Al~(3+)对丹磺酰标记钙调蛋白(D-CaM)的荧先强度、最大发射波长及偏振度的影响来研究它们对CaM及Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase构象变化的影响.研究发现,无论溶液中是否存在Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase,Cd~(2+)、Pb~(2+)和Hg~(2+)对D-CaM的荧光最大发射波长、偏振度的影响以Cd~(2+)的最大,Pb~(2+)次之,Hg~(2+)最小,Al~(3+)对D-CaM产生的影响与这三种二价金属离子的并不相同.这证明这几种离子与CaM和Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase的作用并不遵循同样的机理.     

肌醇1,4,5-三磷酸受体与阿尔茨海默病

细胞内质网上的肌醇1,4,5-三磷酸受体(inositol 1,4,5-trisphosphate receptors, IP3Rs)是调节Ca~(2+)释放的重要离子通道。Ca~(2+)稳态是维持机体细胞生理功能的重要基础,Ca~(2+)信号参与酶激活、囊泡释放和细胞凋亡等多种细胞过程。研究表明,Ca~(2+)信号异常与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)密切相关,神经元中钙信号异常可以导致细胞稳态失衡、突触功能丧失,甚至细胞死亡。现对IP3Rs的生物特性及其介导的Ca~(2+)释放在阿尔茨海默病发生发展过程中的作用进行综述。     

一株脂肪酶产生菌的鉴定及钙在其发酵产酶过程中的作用

通过16S rDNA序列分析,结合菌株形态和生理生化特征,对一株脂肪酶产生菌株Y-G进行了分类鉴定,研究了Ca~(2+)在菌株发酵过程中产脂肪酶的作用。结果表明,实验菌株为不动杆菌(Acinetobacter sp.),一定浓度的Ca~(2+)(5 mmol/L)能够显著提高发酵液酶活,而稀土离子La~(3+)、Ca~(2+)螯合剂EGTA或三氟拉嗪(TFP)的加入都会不同程度的影响发酵液中酶活产量,说明钙信号系统可能参与细菌脂肪酶分泌的调控。     

愈伤组织形成过程中钙离子与激素诱导效应的关系

实验研究了在胡萝卜、烟草愈伤组织形成过程中,激素诱导作用与钙离子的关系。结果表明:在含有正常浓度的激素和Ca~(2+)的培养基中,0.1—1mmol/L Ca~(2+)螯合剂EGTA抑制愈伤组织鲜重增长78.0%—88.4%; 10—50μmol/L尼群地平及10—60μmol/L异博定等细胞膜钙通道阻断剂分别抑制愈伤组织鲜重增长19.1%—81.9%及17.6%—70.3%。除去上述Ca~(2+)螯合剂及Ca~(2+)通道阻断剂后,受抑制的外植体基本上可恢复生长。在无激素培养基中,10—30μmol/L Ca~(2+)载体A_(23187)可使外植体膨大,使外植体脱分化细胞增多,并出现分生细胞团,初步说明A_(23187)诱导的Ca~(2+)内流可以部分地模拟激素的作用。以膜显示剂氯四环素探测胞内Ca~(2+)分布时发现分裂细胞、脱分化细胞、分生细胞团及愈伤组织区域的细胞荧光较强。以上事实说明在愈伤组织形成中激素诱导效应与细胞内Ca~(2+)有密切关系。     

山莨菪碱对经有限蛋白水解后的脑突触膜Ca~(2+)-ATPase的影响

 从猪脑中提取钙调蛋白和突触质膜,我们研究了山莨菪碱对经有限蛋白水解和磷脂酶A_2处理后的突触膜Ca~(2+)-ATPase活性影响。发现药物对不同预处理后的Ca~(2+)-ATPase表现出不同影响并调节钙调蛋白对它的激活作用。     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)转运系统对盐胁迫的反应

大麦幼苗经短时间盐处理,尚未发生伤害时,虽然质膜上需Mg~(2+)和不需Mg~(2+)的两个Ca~(2+)转运系统的转运能力均基本未变,但两者的动力学特征却有所不同。在盐处理3h内,不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力便明显降低,而需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力变化不大。较长时间盐处理,两个Ca~(2+)转运系统的转运能力和ATP亲和力均有不同程度的减小。这种减小与幼苗的伤害相伴出现,随处理时间加长而加剧。不同时间的盐处理下,质膜Ca~(2+)—ATP酶活性与不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程变化规律一致。Ca~(2+)—ATP酶受钙调素激活的特性在盐处理3h内即有所减小,至处理24h基本丧失。由动力学分析结果推测,短时间盐胁迫下质膜上两个Ca~(2+)转运系统的不同变化是植物的一种调节反应,它们在钙信使系统传递胁迫信号的过程中起不同作用。Ca~(2+)—ATP酶驱动的初级Ca~(2+)转运系统可能与胁迫信号的传递有关,而次级Ca~(2+)转运系统即可能起着信息传递之后将剩余 Ca~(2+)运出胞外的功能。较长时间盐胁迫下两系统Ca~(2+)转运能力的降低则是一种伤害反应。     

血管紧张素Ⅱ增加新生鼠脑细胞胞浆Ca~(2+)浓度

本文应用荧光钙测定技术观察了血管紧张素Ⅱ(AⅡ)对新生Wistar鼠脑细胞胞浆Ca~(2+)浓度([Ca~(2+)]_i)的影响。结果表明:血管紧张素Ⅱ在1nmol/L—1μmol/L浓度下可诱导新生鼠脑细胞[Ca~(2+)]_i增加,具量效关系。在无外Ca~(2+)存在对,其增加幅度有所减少。上述效应可被血管紧张素Ⅱ拮抗剂Saralasin所阻断,并呈剂量依赖关系。上述结果提示,血管紧张素Ⅱ可激活血管紧张素AⅡ受体,增加脑细胞[Ca~(2+)]_i,该效应通过细胞内Ca~(2+)释放和细胞外Ca~(2+)内流两条适径实现,前者的作用是主要的。