電壓閘控鈣通道:如何透過電壓激活鈣的流入?

電壓閘控鈣通道(Voltage-gated calcium channels,簡稱VGCCs)是存在於可興奮細胞(例如肌肉、神經細胞和膠質細胞)膜上的一類離子通道。這些通道對鈣離子(Ca2+)具有高滲透性,約比鈉離子(Na+

計算細胞內鈣離子的濃度可以看得出,細胞外的鈣濃度通常是細胞內的幾千倍,這使得細胞能夠在需要時迅速進行鈣的流入。

當VGCCs被激活時,鈣的內流將可能導致不同的生理反應,這些反應依賴於細胞的類型。例如,鈣的流入可以促進神經的興奮、刺激肌肉的收縮、上調基因表達,或釋放荷爾蒙及神經傳導物質。

通道的結構

VGCCs是由多個不同的亞單位組成的複合體,包括α1、α2δ、β1-4和γ等。α1亞單位形成了通道的電流導通孔,而其他相關的亞單位則有助於調節通道的開關行為。

α1亞單位是VGCCs中最基本的組成部分,約重190 kDa,它包含了四個同源的I-IV域,每個域含有六個跨膜α螺旋。

在實驗室中,研究人員可以根據這些通道的生理作用或對特定毒素的抑制反應來區分不同類型的高電壓閘控鈣通道(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

當一個平滑肌細胞發生去極化時,L型鈣通道就會打開,這可以由細胞的拉伸、配體與G蛋白偶聯受體結合或自主神經系統的刺激引起。L型鈣通道的開啟導致鈣的外流進入細胞,隨後鈣離子會與鈣調蛋白結合,誘發平滑肌的收縮。

在心臟和骨骼肌中,L型鈣通道的開啟是與鈣釋放通道的機械性耦合相互關聯的,這種現象稱為鈣誘導的鈣釋放(CICR)。

臨床的重要性

VGCCs在臨床上與多種疾病相關。例如,其抗體常見於雷特-伊頓肌無力症(Lambert-Eaton myasthenic syndrome),並且在某些類型的腫瘤退化中也扮演牽連角色。此外,VGCCs的突變已經與心臟疾病和精神障礙(如雙相情感障礙和精神分裂症)有關聯。

最近的研究表明,VGCCs的功能和調控對細胞的生命活動至關重要。由於這些通道進一步影響著細胞的生物學行為,尋找新的標的來調控這些通道的活動將可能成為未來的治療策略之一。

隨著對VGCCs了解的深入,研究者們必須考慮這些通道在生理及病理過程中的角色,對於未來疾病的預防和治療能帶來什麼樣的啟發?

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