电压闸控钙通道:如何透过电压激活钙的流入?

电压闸控钙通道(Voltage-gated calcium channels,简称VGCCs)是存在于可兴奋细胞(例如肌肉、神经细胞和胶质细胞)膜上的一类离子通道。这些通道对钙离子(Ca2+)具有高渗透性,约比钠离子(Na+

计算细胞内钙离子的浓度可以看得出,细胞外的钙浓度通常是细胞内的几千倍,这使得细胞能够在需要时迅速进行钙的流入。

当VGCCs被激活时,钙的内流将可能导致不同的生理反应,这些反应依赖于细胞的类型。例如,钙的流入可以促进神经的兴奋、刺激肌肉的收缩、上调基因表达,或释放荷尔蒙及神经传导物质。

通道的结构

VGCCs是由多个不同的亚单位组成的复合体,包括α1、α2δ、β1-4和γ等。 α1亚单位形成了通道的电流导通孔,而其他相关的亚单位则有助于调节通道的开关行为。

α1亚单位是VGCCs中最基本的组成部分,约重190 kDa,它包含了四个同源的I-IV域,每个域含有六个跨膜α螺旋。

在实验室中,研究人员可以根据这些通道的生理作用或对特定毒素的抑制反应来区分不同类型的高电压闸控钙通道(HVGCCs)。如N型通道、R型通道,P/Q型通道和L型通道等。

生理功能

当一个平滑肌细胞发生去极化时,L型钙通道就会打开,这可以由细胞的拉伸、配体与G蛋白偶联受体结合或自主神经系统的刺激引起。 L型钙通道的开启导致钙的外流进入细胞,随后钙离子会与钙调蛋白结合,诱发平滑肌的收缩。

在心脏和骨骼肌中,L型钙通道的开启是与钙释放通道的机械性耦合相互关联的,这种现象称为钙诱导的钙释放(CICR)。

临床的重要性

VGCCs在临床上与多种疾病相关。例如,其抗体常见于雷特-伊顿肌无力症(Lambert-Eaton myasthenic syndrome),并且在某些类型的肿瘤退化中也扮演牵连角色。此外,VGCCs的突变已经与心脏疾病和精神障碍(如双相情感障碍和精神分裂症)有关联。

最近的研究表明,VGCCs的功能和调控对细胞的生命活动至关重要。由于这些通道进一步影响着细胞的生物学行为,寻找新的标的来调控这些通道的活动将可能成为未来的治疗策略之一。

随着对VGCCs了解的深入,研究者们必须考虑这些通道在生理及病理过程中的角色,对于未来疾病的预防和治疗能带来什么样的启发?

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