β-肾上腺素受体调控心肌细胞兴奋收缩耦联的分子过程研究

兴奋收缩耦联是肌细胞兴奋期间由动作电位触发肌质网释放钙离子,从而导致收缩的过程。心肌细胞的兴奋收缩耦联是通过“钙致钙释放（Ca^2＋-induced Ca^2＋ release）的机制完成的。兴奋期间,细胞膜电位的去极化导致电压依赖性的L．型钙通道（LCC）开放,细胞外钙离子通过LCC流入细胞,激活了肌质网膜上称为ryanodine受体（RyR）的钙释放通道,后者从肌质网钙库中释放钙离子,使细胞质游离钙浓度迅速上升。细胞质钙浓度的升高一方面启动细胞收缩,另一方面激活了肌质网钙泵和细胞膜钠钙交换,二者分别将钙离子运回肌质网或细胞外,使细胞质钙浓度很快回落,从而完成了一次“钙瞬变（Ca^2＋ transient）”。钙瞬变在每个心动周期发生一次,是直接控制细胞收缩的细胞内信号。     

心肌细胞膜与肌质网膜的结构功能耦联及其病理重塑机制

心脏的收缩功能依赖心肌细胞膜（包括横管）与肌质网的结构耦联以及其中L型钙通道与肌质网钙释放通道之间的钙致钙释放过程。在一些病理条件下,细胞膜与肌质网的耦联结构发生重塑,钙致钙释放机制受损,心肌细胞收缩力下降。其中,junctophilin-2等蛋白分子表达量减少是心力衰竭疾病中心肌细胞收缩能力下降的关键因素。     

心肌细胞兴奋收缩耦联的分子机制

肌细胞兴奋时,动作电位通过电压门控钙通道激活肌质网钙释放,由此引发的细胞内钙离子的瞬时升高驱动细胞收缩,这个过程叫做兴奋收缩耦联．21世纪以来,随着钙成像技术和分子细胞生物学技术的联合应用,心肌兴奋收缩耦联的分子机制逐步阐明．本文结合本实验室的相关研究,系统总结该领域的前沿进展,包括钙释放通道的分子性质、电压门控钙通道激活肌质网钙释放通道的动力学过程、生理调控以及病理变化．     

钙离子:进入细胞浆的途径与血管平滑肌收缩机制

血管平滑肌收缩所需的钙离子源于细胞外流入和细胞内释放。钙流入途径主要有膜电位依赖式和与受体耦联的钙通道。释放钙离子机制受除极IP_3、cIP_3和钙离子作用而激发。进入细胞浆的钙离子与钙受体蛋白结合而引起收缩。血管平滑肌没有肌钙蛋白C,由钙调蛋白或Leiotonin C代之。钙调蛋白通过使肌球蛋白磷酸化;而Leiotonin C则通过直接激活肌动蛋白,引起血管收缩。     

电场对完整青蛙横纹肌收缩机理的椭圆偏振法研究

利用能反映肌纤维内部结构的椭圆偏振参数研究恒定电场,脉冲电场对完整的青蛙横纹肌收缩的影响,研究表明,电场对肌纤维作用后,肌质网释放钙离子,致使肌纤维中蛋白质分子运动后出现收缩效应。实验发现：椭圆偏参数的测量灵敏度和肌小节长度有关,蛋白质运动规律和电场的性质的关系无的差异,只有量的不同。它们的共同特点是,随着电场强度的逐渐增强,其退偏率的变化呈先下降一上升的凹形曲线,这是由于电场引起的肌球蛋白分子极     

心肌细胞横管-肌质网耦联与钙信号调控

心肌细胞的兴奋沿横管传入细胞深处并激活L型钙通道,进而通过钙致钙释放机制激活肌质网ryanodine受体钙释放通道,由此产生的钙火花叠加成为细胞钙瞬变,引发心肌细胞同步化收缩.β1型肾上腺素受体介导的广域cAMP信号通过磷酸化L型钙通道、ryanodine受体、肌质网受磷蛋白,分别上调钙内流、钙释放和肌质网钙泵的钙回收...     

肌肉注射质粒DNA对蟾蜍骨骼肌单收缩力及强直收缩力的影响

ＤＮＡ结合蛋白不仅存在于细胞核内 ,ｈａｇｓｔｒｏｍ及本实验室分别在家兔及大鼠发现骨骼肌肌质网 (ＳＲ)膜上也存在ＤＮＡ结合蛋白质 ,质粒ＤＮＡ与ＳＲ上ＤＮＡ结合蛋白结合之后 ,明显影响ＳＲ功能 ,促进ＳＲＣａ2 转运 ,即Ｃａ2 摄入及释放均增加。骨骼肌ＳＲ主要参与肌肉兴奋收缩耦联及维持肌细胞胞浆钙离子稳态 ,外源质粒ＤＮＡ进入骨骼肌细胞后是否可以通过ＳＲ上ＤＮＡ结合蛋白改变ＳＲ功能 ,并进一步影响肌肉收缩活动尚不清楚。本实验应用蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本 ,观察肌肉注射质粒ＤＮＡ对肌肉收缩功能的影响。1　材料与方法…     

Ryanodine受体相关的肌肉疾病及其研究进展

Ryanodine受体(ryanodine receptor,RyR)是位于细胞内肌质网(sarcoplasmic reticulum,SR)膜上的钙释放通道,是骨骼肌和心肌细胞兴奋-收缩偶联过程中的关键蛋白。RyR结构和功能的改变,往往导致肌细胞兴奋-收缩的解偶联,从而引发一些相关的肌肉疾病。目前的研究肯定这些疾病的发病机制都与RyR密切相关,本文就此方面的最新研究进展进行综述,为预防和治疗这些疾病提供理论依据。     

β-肾上腺素能受体调控心肌细胞钙释放的分子机制

β-肾上腺素能受体（βAR）是最经典的G蛋白耦联受体。在心室肌细胞中,βAR可以提高细胞膜L-型钙通道（LCC）介导的钙内流的幅度和同步性,通过钙致钙释放机制触发肌质网（SR）更强的钙释放活动,从而起到调节心脏收缩能力的作用。然而,目前仍不清楚β-蛋白激酶A（PKA）信号通路如何直接调控肌质网钙释放通道ryanodine受体（RyR）的功能,该领域的研究结果存在很大争议。本文使用特殊的单通道钙成像技术,通过去极化方法激活单个LCC产生钙小星,记录触发的RyR钙火花。结果表明,在βAR激动剂异丙肾上腺素（1μM）作用20分钟内,单个LCC触发的钙火花幅度显著上升,且该效应不依赖于LCC单通道钙电流的变化;βAR激动下钙火花的钙释放电流幅度与肌质网钙储量的比值显著提高,表明βAR信号动员了更多的RyR通道参与同步钙释放活动;βAR激动下钙小星触发钙火花的耦联潜伏期时间缩短,成功率上升,表明βAR信号通路增强了LCC—RyR的分子间耦联效率。上述效应不依赖BAR引起的在肌质网钙储量上升,且能够被PKA抑制剂Rp-β-CPT-cAMP（100μM）和H89（10μM）消除。上述结果证明,βAR—PKA信号能够提高RvR对LCC单通道电流的响应速率和同步性。由此揭示的交感神经调节心脏功能的分子机制,将为进一步研究心脏疾病下βhR信号的异常变化奠定基础。     

单根青蛙肌肉纤维钙离子活化收缩过程的椭园偏振测量的研究

本文介绍了用椭圆偏振法对单根青蛙肌肉纤维钙离子活化收缩机制的研究.实验发现,衍射光所提供的椭圆偏振谱是肌小节长度的函数,去膜肌纤维的总双折射系数△n(?)随着肌小节长度的增大而增大,而退偏系数rт则在肌小节长度2.9μm附近处出现一个极大值.当肌纤维受钙离子作用活化收缩时,在肌小节长度2.9μm附近,rт的相对变化量最大,即(△r/r0)=5l.3%.上述结果表明肌动蛋白丝和肌球蛋白丝之间的重叠区和非重叠区中横桥的平均取向是不同的,在钙离子作用活化收缩时,会导致肌动蛋白丝和肌球蛋白丝之间的质量重新分配.     

大鼠骨骼肌肌质网非序列依赖性DNA结合蛋白及其功能的初步研究

应用差速离心法分离大鼠骨骼肌肌质网(SR)膜蛋白,观察质粒DNA与SR上非核DNA结合蛋白的结合及其对SR功能的影响.结果显示:大鼠骨骼肌SR上存在序列非依赖性的DNA结合蛋白,分子量分别为83和58ku,质粒DNA与SR上DNA结合蛋白结合后可明显促进SR的Ca2+摄入与释放能力,其机制可能是通过增强SR上Ca2+-ATPase的活性及影响SR上Ca2+释放通道ryanodine受体的结合引起的.上述结果表明:SR上存在DNA结合蛋白,DNA与之结合后可影响SR的Ca2+转运.     

青蛙心肌细胞膜在调节肌浆钙离子浓度中所起作用的定量考虑

在骨胳肌兴奋-收缩耦联过程中,肌浆钙离子浓度主要由肌浆网系调节。青蛙心肌细胞的肌浆网系不发达,没有横管,且细胞直径很小,因此肌浆钙离子浓度很可能由发生在肌膜上的过程调节。本文从定量角度验证这一设想的可能性。假定青蛙心肌细胞兴奋时钙离子顺浓度差从细胞外跨膜扩散入细胞使肌浆钙浓度升高,又经肌膜上类似载体作用的主动过程将钙离子排出细胞,由此计算静息蛙心肌在某一频率的重复刺激下肌浆钙离子浓度随刺激次数的变化以及对不同刺激频率当收缩张力达稳态时肌浆内钙浓度值。利用肌肉稳态收缩张力和细胞内钙离子浓度之间已知的单值关系可以看到,计算结果同实验记录的蛙心肌稳态张力与刺激频率间的“阶梯”关系符合得很好,说明青蛙心肌细胞膜在调节肌浆钙离子浓度中起决定作用这一想法从定量角度考虑也完全是可能的.     

Ca2+对骨骼肌钙释放通道的调节

钙释放通道（calcium release channel）又称Ryanodine受体（RyR）,是细胞内质网膜上介导细胞内钙信号转导的离子通道。RyR1在骨骼肌细胞的兴奋-收缩偶联过程中起重要作用,是肌质网快速释放Ca^2＋的通道。许多调节因素,如一些内源性蛋白（FK结合蛋白、钙调素、钙结合蛋白）和一些离子（Ca^2＋、Mg^2＋）,通过不同的作用位点与RyR1结合,调控RyR1的结构与功能。研究表明,Ca^2＋是众多调节RyR1因素中的核心成分和前提条件,其对RyR1的结构与功能有重要的调控作用。     

Ryanodine受体的功能结构和调节因子

Ryanodine受体(ryanodine receptor,Ry R)是位于细胞内内质网/肌浆网膜上的钙离子释放通道蛋白。Ry R是由四个足状结构的亚单位组成的同源四聚体,每个亚单位大于550 k Da,四聚体的总分子量超过2 MDa,是迄今发现的内质网/肌浆网膜上最大的离子通道。哺乳动物有三种类型的Ry R,其中Ry R1主要分布在骨骼肌中,Ry R2首先发现于心肌,Ry R3主要在脑中有较多分布。Ry R钙离子释放通道在肌肉收缩、突触传递、激素分泌、蛋白折叠和程控性凋亡以及坏死等一系列以细胞功能为基础的生理过程中起着极其重要的作用,因而近些年在医学生物学和药学应用上都有极大的进展。该文就Ry R在机体中的分布、功能结构和调节因子等进行了介绍,其蛋白调节因子二氢吡啶受体(dihydropyridine receptor,DHPR)、钙调蛋白(Calmodulin)、隐钙素(calsequestrin)、FKBP(FK506-binding protein)家族蛋白和小分子调节因子咖啡因、离子等都是Ry R复合体行使细胞生理功能必不可少的因素。     

1.4-Naphthoquinone与兔骨肌肌质网钙通道相互作用表现出的双相特性

利用Ｃａ２＋浓度动态光谱法和［３Ｈ］－ＲｙａｎｏｄｉｎｅＢｉｎｄｉｎｇ法,对具有特异氧化硫醇基团的抗肿瘤剂１,４－Ｎａｐｈｔｈｏｑｕｉｎｏｎｅ（１,４ＮＱ）与兔骨肌肌质网（ＳＲ）钙通道（ＲｙＲ）的作用机制进行了研究．探讨了氧化态１,４ＮＱ激发载钙ＳＲ囊泡的Ｃａ２＋释放机制,并首次揭示出１,４ＮＱ对ｒｙａｎｏｄｉｎｅｂｉｎｄｉｎｇ的影响具有强烈依赖于浓度和时间的双相特性。实验结果表明,ＲｙＲ蛋白上至少存在两个硫醇调控部位,它们的氧化还原态决定着ＲｙＲ的门控功能。这个结果对ＲｙＲ氧化还原模型是一个新发展。     

钙调蛋白及其结合蛋白对神经递质释放的调控作用

钙离子（Ca2+）是调节突触前神经递质的胞吐释放的关键离子信号.作为胞内最普遍存在的钙离子感受器的钙调蛋白（CaM）被发现能通过与多种蛋白的相互作用,调控着突触小泡的生发、运输及再填充,从而传递胞内Ca2+浓度变化的信号,对神经递质的释放及突触电生理活动起到至关重要的调控作用.本文综述了CaM及其结合蛋白是如何参与对突触小泡的胞吐释放和胞吞恢复的调控,并探讨了其中可能的分子机制.     

心肌肌钙蛋白T基因突变在心肌病发病机制中的研究进展

肥厚型和扩张型心肌病中,基因缺陷分别占发病的50％和35％,其病理生理机制,主要包括肌小节蛋白基因突变引起的收缩力产生缺陷,细胞骨架蛋白基因突变引起的收缩力传递缺陷等。心肌肌钙蛋白T将肌钙蛋白C和肌钙蛋白I连接到肌动蛋白和原肌球蛋白上,在心肌细胞收缩和舒张过程中发挥重要作用。在肥厚型和扩张型心肌病中发现了多种心肌肌钙蛋白T的基因突变,围绕心肌肌钙蛋白T的研究有助于阐明心肌病的发病机制。本文总结了心肌肌钙蛋白T基因突变在心肌病发病机制中的研究情况。     

膈肌肌质网非序列依赖性DNA结合蛋白与膈肌功能的关系

目的：探讨膈肌纤维肌质网是否存在非序列依赖性DNA结合蛋白,并观察它与膈肌功能的关系。方法：Wistar大鼠随机分为对照组、急性气胸组和心痛定组,差速离心法分离大鼠膈肌纤维肌质网（sarcoplasmic reticulum,SR）膜蛋白,采用Western免疫印迹技术分离出SR非序列依赖性DNA结合蛋白,并观察此蛋白在急性气胸和给予心痛定时的变化特征。结果：大鼠膈肌SR上存在非序列依赖性DNA结合蛋白,相对分子质量分别为60000道尔顿和78000道尔顿。急性气胸时和给予心痛定时,非序列依赖性DNA结合蛋白的量有变化。结论：大鼠膈肌纤维SR上存在非序列依赖性DNA结合蛋白,该DNA结合蛋白可能与膈肌功能状态和Ca^2 信号系统密切相关,它在膈肌和骨骼肌的病理生理过程中起重要作用。     

肌浆网钙漏流与心力衰竭

钙离子在心脏兴奋-收缩偶联中发挥关键作用,全细胞钙浓度升高通过激活相关信号通路参与基因表达的调控已受到广泛的关注.肌浆网是心肌细胞重要的钙库,在维持细胞内钙稳态起非常重要的作用,是心肌兴奋-收缩偶联的关键因素.舒张期心肌细胞肌浆网RyR2通道活性增强,异常开放增加或关闭不全,钙离子异常释放,引起肌浆网钙漏流.心力衰竭时肌浆网功能障碍,越来越多的研究表明,心力衰竭尤其是在终末期,肌浆网钙漏流所介导的心肌细胞局部钙信号增强,从而引起心脏发生结构、功能的重构.本文就肌浆网钙漏流的发生机制及其在心力衰竭发生发展中的作用和研究进展进行简要综述,并提出展望,以期为临床心力衰竭的预防和治疗及有效药物的开发应用提供理论依据.     

人类心房纤维性颤动变化的分子机制

近年来确认了心房纤维性颤动(AF)以促进心房的发生和维持的方式修饰了心房的电特征.并确立了节律紊乱发生的电生理变化.主要描述了功能的快变化和蛋白质表达的慢变化的分子机制,这种慢变化会引起心房纤维性颤动的电改变和收缩异常.心房纤维性颤动的一个重要分子特征是L型钙离子通道功能和蛋白质表达的减少.这种减少可能有助于保护细胞抵制由于心房纤维性颤动的激活率增加产生的潜在致死钙离子超载.对蛋白水解系统的可能作用也进行了讨论,其中重点讨论了钙蛋白酶作为一种与钙离子超载导致蛋白表达减少相联系的机制.