细胞内钙离子释放通道IP3受体.docx

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细胞内钙离子释放通道IP3受体

细胞内钙离子释放通道：

IP3受体

　　最近几年来细胞内游离钙在信号转导中的作用日趋受到重视。

细胞钙离子的平稳，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­—摄取—结合的完整进程，是阻碍或决定许多细胞反映的独立的第二信使[1]。

另外，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信、激素分泌、基因表达等活动。

钙信号失常也会致使一系列病理进程。

　　1分子特点与表达

　　在克隆小鼠iP3RcDNA的进程中，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结尾，在胞浆部份有一长的氨基结尾和短的c结尾。

比较小鼠、大鼠和人类的iP3R结构，iP3R胞浆部份大约有418～650个n结尾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所编码的蛋白事实上同时具有了iP3结合和钙通道特性，因此又可称之为iP3门控的ca2+通道。

　　iP3R的要紧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受体部份同源。

iP3R为同型四聚体，每一个亚单位结合一个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，每一个亚基有2734个或2749个氨基酸，分子量260kD[4]。

受体结构含3个cAMP依托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是目前发觉的最大受体之一。

　　IP3R在脑purkinje细胞、海马、脑干呈高表达，亦表达于动脉滑腻肌、子宫、膀胱和卵细胞。

iP3R散布于粗面内质网和外层核膜。

在无脊椎动物中，iP3R散布很不同，要紧集中于脑、感觉和肌肉系统，还有报导iP3R存在于嗅觉神经元质膜、人t淋巴细胞、内皮、滑腻肌和角膜细胞的质膜上[5]。

在大鼠的肾脏，iP3R的Ⅱ型散布也不相同，Ⅰ型散布很广，几乎沿整个肾单位散布，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，发觉离子通透性呈现三种电导离状态，通道开放的可能性随时刻而变[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开放频率增加倍，通道开放平均时刻增加倍，而电导不变。

高浓度的aTP那么通过竞争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依托的钙释放。

　　蛋白激酶（pKA）可磷酸化iP3R[9]，磷酸化对配基结合无阻碍，但能阻止配基引发的钙通道开放。

钙离子可能通过与不同的钙结合蛋白彼此作用而抑制iP3与受体的结合。

抗iP3R-C结尾的单克隆抗体能够阻断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说明[10]，iP3R介导的钙释放有正协同性，hill系数为±，钙离子释放的半数最大初速度出此刻iP3浓度为100nM时，而且一种类型的iP3R就能够产生顺序性钙释放，有快慢两种速度常数，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，因此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。

最近发觉nO可引发由胞内钙释放引发的容量性钙内流，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。

由此组成了sⅡ+，sⅡb-，sⅡ（bC）-，sⅡ（aBC）-。

　　来源于不同基因的新型iP3R已有报导，故原先发觉的iP3R称为脑型或Ⅰ型受体，而新发觉的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。

最近报导了大鼠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要紧散布于心室肌细胞的闰盘处，相反ryR要紧散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结合要紧在连接区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别离有70%和62%的同源性。

　　4IP3R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灵敏的钙库和肌浆网。

钙结合蛋白、α1肾上腺素能受体兴奋、内皮素iP3灵敏的钙库释放引发，揭露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进程中起重要作用[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的下调可能致使心肌收缩力受损，而iP3R上调可能是一种增加钙离子的代偿反映，最终使心肌舒张功能受限，并参与心肌肥厚和重构。

　　已发觉iP3R在t细胞激活的信号转导进程中起关键作用[22]。

人血小板存在单一的iP3R，免疫印迹发觉血小板含有260kD的多肽，与脑iP3R有交叉免疫反映，免疫荧光显示iP3R要紧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，胞浆钙转变类似于膜除极，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引发的钙释放或ca2+和iP3作用辅因子操纵iP3R/Ca2+通道激活或失活之间的平稳。

钙释放以再生的方式向周围扩散散布，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类转录因子来调控基因表达[24，25]。

现已发觉三种途径：

（1）致割裂原激活蛋白激酶，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-κb）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类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，造成普遍的生理效应。

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