国外医学心血管疾病分册1999年第26卷第5期

南京医科大学临床心血管病研究所（210029）

马文珠审校

摘 要 本文对细胞内钙离子释放通道：IP₃受体的结构、分布、亚型、表达和调控的研究进展作一综述。对IP₃受体在缺血再灌注、高血压等心血管疾病中的意义也作了简要介绍。

关键词：钙释放通道 信号转导 三磷酸肌醇受体 第二信使

近年来细胞内游离钙在信号转导中的作用日益受到重视。细胞钙离子的平衡，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—结合的完整过程，是影响或决定许多细胞反应的独立的第二信使^[1]。此外，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）除了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讯、激素分泌、基因表达等活动。钙信号失常也会导致一系列病理过程。

1 分子特征与表达

在克隆小鼠IP₃R cDNA的过程中，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末端，在胞浆部分有一长的氨基末端和短的C末端。比较小鼠、大鼠和人类的IP₃R结构，IP₃R胞浆部分大约有418～650个N末端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所编码的蛋白实际上同时具备了IP₃结合和钙通道特性，因此又可称之为IP₃门控的Ca²⁺通道。

IP₃R的主要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受体部分同源。IP₃R为同型四聚体，每个亚单位结合一个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依赖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是目前发现的最大受体之一。

IP₃R在脑Purkinje细胞、海马、脑干呈高表达，亦表达于动脉平滑肌、子宫、膀胱和卵细胞。IP₃R分布于粗面内质网和外层核膜。在无脊椎动物中，IP₃R分布很不同，主要集中于脑、感觉和肌肉系统，还有报道IP₃R存在于嗅觉神经元质膜、人T淋巴细胞、内皮、平滑肌和角膜细胞的质膜上^[5]。在大鼠的肾脏，IP₃R的Ⅱ型分布也不相同，Ⅰ型分布很广，几乎沿整个肾单位分布，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，发现离子通透性呈现三种电导离状态，通道开放的可能性随时间而变^[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4.8倍，通道开放平均时间增加2.5倍，而电导不变。高浓度的ATP则通过竞争IP₃结合位点抑制IP=3_R。ATP也增加主动脉微体组分和重构膜中IP₃依赖的钙释放。

蛋白激酶（PKA）可磷酸化IP₃R^[9]，磷酸化对配基结合无影响，但能阻止配基引起的钙通道开放。钙离子可能通过与不同的钙结合蛋白相互作用而抑制IP₃与受体的结合。抗IP₃R-C末端的单克隆抗体可以阻断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表明^[10]，IP₃R介导的钙释放有正协同性，Hill系数为1.8±0.1，钙离子释放的半数最大初速率出现在IP₃浓度为100nM时，而且一种类型的IP₃R就能产生顺序性钙释放，有快慢两种速率常数，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，所以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。最近发现NO可引发由胞内钙释放引起的容量性钙内流，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。由此构成了SⅡ+，SⅡB-，SⅡ（BC）-，SⅡ（ABC）-。

来源于不同基因的新型IP₃R已有报道，故原先发现的IP₃R称为脑型或Ⅰ型受体，而新发现的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。最近报道了大鼠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主要分布于心室肌细胞的闰盘处，相反RyR主要分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结合主要在连接区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分别有70%和62%的同源性。

4 IP₃R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敏感的钙库和肌浆网。钙结合蛋白、α₁肾上腺素能受体兴奋、内皮素IP₃敏感的钙库释放引起，揭示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过程中起重要作用^[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的下调可能导致心肌收缩力受损，而IP₃R上调可能是一种增加钙离子的代偿反应，最终使心肌舒张功能受限，并参与心肌肥厚和重构。

已发现IP₃R在T细胞激活的信号转导过程中起关键作用^[22]。人血小板存在单一的IP₃R，免疫印迹发现血小板含有260kD的多肽，与脑IP₃R有交叉免疫反应，免疫荧光显示IP₃R主要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，胞浆钙变化类似于膜除极，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引起的钙释放或Ca²⁺和IP₃作用辅因子操纵IP₃R/Ca²⁺通道激活或失活之间的平衡。钙释放以再生的方式向周围扩散分布，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种转录因子来调控基因表达^[24<