L型电压敏感性钙离子通道（CaV）分布在不同类型细胞的细胞膜上，CaV离子通道在钙离子信号传导和细胞功能中发挥着重要作用。在许多情况下，CaV通道的信号均与基因转录有关。这类信号具有独特的特性，例如在进入细胞后的亚细胞定位、振幅和持续时间。CaV1如何将特定的放电模式转化为定性或定量核功能呢？本文会对此机制中的钙信号的调控做简要阐述。
引言
在神经系统和外周组织（如内分泌、骨骼肌、心肌和平滑肌）中已经描述了许多类型的钙离子通道（表1） 。CaV1通道将膜去极化与细胞表面受体刺激相结合，以调节多种过程，包括基因表达、突触效力、mRNA稳定性和细胞存活。它们只在可兴奋细胞中表达，如骨骼肌、心肌、平滑肌、神经元和内分泌细胞1-6。CaV1通道被激活，电刺激或受体刺激引起胞内钙离子浓度增加，这种增加通常表现为迅速增加或者反复振荡。钙离子波的振幅、频率、胞内位置和速度受同一细胞内刺激的类型和强度调控7,8。这些不同的钙离子进入细胞的方式起着非常关键的作用，它可以确定哪些信号通路被激活，从而明确细胞反应，诱导不同的细胞功能。9
| 靶点基因 | 靶点蛋白 | 通道类型 | 主要组织分布 |
| CACNA1S | Cav1.1 | L-型钙通道 | 骨骼肌、心肌、心脏窦房结及耳蜗内毛细胞、视网膜突触 |
| CACNA1C | Cav1.2 | ||
| CACNA1D | Cav1.3 | ||
| CACNA1F | Cav1.4 | ||
| CACNA1A | Cav2.1 | P/Q-型钙通道 | 中枢突触与神经肌肉接头（NMJ） |
| CACNA1B | Cav2.2 | N-型钙通道 | 中央和外周突触 |
| CACNA1E | Cav2.3 | R-型钙通道 | 中央和外周突触(非同步释放) 突触前末端，包括小脑颗粒神经元以及海马体中的锥体神经元 |
| CACNA1G | Cav3.1 | T-型钙通道 | 可兴奋细胞，如神经细胞、腺细胞、肌细胞 |
| CACNA1H | Cav3.2 | ||
| CACNA1I | Cav3.3 |
表1. 电压门控离子通道类型及其主要组织分布
钙离子如何激活
细胞主要采用两种策略将钙离子刺激与转录结合起来。首先，钙离子在进入的位置激活细胞质信号分子，将信号传递到细胞核。使用CaV1特异性抑制剂（FS-2 (#F-700), Calciseptine (#C-500) and Calcicludine (#SPC-650)， Alomone）可阻断这类信号。此外，CaV1激活剂(±)-Bay K8644 (#B-350)已被证明可在许多细胞类型中调节由丝氨酸/苏氨酸激酶(ERK)/介原活化蛋白激酶(P42/44 MAPK)级联调控的细胞外信号（图1，2）。10-12 例如，在人胰岛中，葡萄糖诱导的钙离子过度激活是导致β细胞功能障碍和诱导细胞凋亡的原因（图2）13。
图1：(±)-Bay K8644是CaV1（L型通道）的调制剂，可促进丝裂原活化蛋白激酶（MAPK-ERK 1/2）的磷酸化。
用或不用2 mM EGTA螯合钙离子预培养Jurkat T细胞20分钟，然后用50 μM (±)-Bay K8644 (#B-350，Alomone)刺激10分钟。细胞蛋白经SDS PAGE胶分离，用Phospho-p42/44 MAPK（上图）或Anti-p42/44 MAPK（下图）抗体检测。
图2. CaV1（L型通道）促进RIN细胞p42/44 MAPK的活化
在5 mM EGTA、2 μM FS-2 (#F-700，Alomone), 10 μM Calcicludine ( #SPC-650，Alomone)或10 nM Calciseptine (#C-500，Alomone) 加和不加，用20 mM葡萄糖刺激RINβ细胞15分钟。图A显示了Fura-2 AM负载细胞在刺激后10秒钟的细胞内钙离子水平。图C是用抗磷酸-p42/44 MAPK抗体对活性p42/44 MAP激酶的Western分析，图B是p42和p44条带的强度。
其次，钙离子可直接作用于细胞核。例如，CaV1的激活和钙离子的流入已被证明可激活转录因子环腺苷酸3',5'-单磷酸反应元件结合蛋白（CREB）（图3）。这个转录因子调节即刻早期基因的表达15，被认为在大脑长期记忆的形成过程中起着重要作用。
图3. CaV1（L型通道）促进PC12细胞中转录因子的活化
在5 mM EGTA、2 μM FS-2（#F-700，Alomone）、10 μM Calcicludine（#SPC-650，Alomone）或10 nM Calciseptine（#C-500，Alomone）存在或不存在的情况下，用35 mM High K+刺激PC12细胞10分钟。细胞提取物可用抗磷酸化CREB抗体检测，抗磷酸化CREB抗体也可识别磷酸-ATF。
钙调蛋白介导钙离子信号至细胞核
胞内的钙离子受体是钙调素。钙调蛋白是一种非常敏感的钙离子浓度传感器，在对各种钙调蛋白结合蛋白产生影响的过程中，能够区分波峰频率、振幅和持续时间的不同。细胞内钙离子浓度的变化以三种不同的方式影响钙调蛋白：改变其亚细胞分布；引导钙调蛋白的各种构象状态，导致靶标特异性激活；与许多靶标蛋白产生不同的结合模式17。
钙离子与钙调素的结合使细胞能够通过激活多功能钙离子/钙调素依赖性蛋白激酶（CaMK，图4）将钙离子的变化与磷酸化联系起来。CaMK的频率响应和激活状态受到钙离子的严格调控，它反映了钙离子波峰的频率和振幅。CaMK已被证明在突触可塑性、学习和记忆中发挥关键作用，在心脏中还与基因表达调控有关18。
图4. 细胞内钙离子的增加诱导激活3T3-L1细胞中钙离子钙调蛋白依赖性激酶II（CAMK II）的磷酸化
将3T3-L1细胞饥饿2小时，然后用1或5 μM Ionomycin（#I-700，Alomone）刺激10分钟。细胞提取物用磷酸化-(Thr268)-CAMKII抗体检测。
CaV1包含两个钙调蛋白结合位点，一个是 "IQ "基团，另一个是羧基末端的上游钙调蛋白结合域-"LA "基团。在静息状态下，不含钙离子的钙调素被拴在LA基团上，并靠近孔区域。在CaV1激活过程中，当钙离子通过孔进入时，会被钙调素捕获。钙离子/钙调蛋白复合物切换到下游的IQ基序，该基序对复合物具有高亲和力位点。钙离子/钙调蛋白复合物是将信号从CaV1孔口传递到细胞核的关键。钙离子/钙调蛋白与CaV1.2的IQ区结合是其激活和Ras/P42/44 MAPK通路运输的必要条件，该通路通过激活转录因子将信号传递到细胞核（图5）。在大脑中，这种激活对突触小泡蛋白突触素I的再磷酸化和几种转录因子的激活至关重要23。
图 5. CaV1激活的信号转导示意图
CaV离子通道活化和钙离子通过孔进入，促进钙调蛋白与钙离子结合，并引起钙调蛋白构象变化，使其从LA基序向下游迁移至COOH末端的IQ基序。这一过程反过来调节通道的开放，同时促进信号通路的激活。
内部钙离子储存库中释放可能由两种方式介导，一是内部钙离子储存库的释放，另一个是钙离子/钙调蛋白复合物从细胞表面向细胞核转运14（特别是在神经中逆行树突动作电位），以支持CREB的激活，CREB与树突发育、神经元存活和认知密切相关23,24。钙离子/钙调蛋白的核动员完全由CaV1和谷氨酸受体活性促进14，但它受其他细胞信号调控，这些信号控制钙调蛋白的磷酸化状态。磷酸化钙调蛋白与非磷酸化钙调蛋白的作用不同。
图6. 小鼠脑中CaV1.2的表达
小鼠小脑中的CaV1.2离子通道用抗CaV1.2 (CACNA1C)抗体(#ACC-003，Alomone)免疫组化染色。(A)CaV1.2离子通道（红色）出现在Purkinje细胞（水平箭头），并弥漫分布在分子层（Mol），包括Purkinje树突（垂直箭头）。(B)小鼠神经细胞切片用抗钙结合蛋白抗体（绿色）染色Purkinje，显示树突在分子层的位置。(C）CaV1.2和CBD28K的共聚焦合并。
图 7. 大鼠心室膜中 CaV1.2a 的检测
大鼠心室膜WB实验： 1. 抗 CaV1.2a (CACNA1C) 抗体 (#ACC-013，Alomone) (1:200). 2. 抗CaV1.2a (CACNA1C)抗体与阴性对照抗原预孵育。
图8. CACNB3 (CaVβ3)在大鼠海马中的表达
抗CACNB3抗体（#ACC-008，Alomone）对大鼠海马中CaVβ3通道的免疫组化染色。(A) 神经元中出现CaVβ3通道（红色）（箭头）。(B)用小鼠抗parvalbumin（一种钙结合蛋白，绿色）染色神经细胞，显示CaVβ3局限于细胞体。(C)CaVβ3和parvalbumin的共聚焦合并显示了这些蛋白的共定位。
结论
在生物系统中，钙离子信号是一种通用的细胞内信使，可调节多种钙离子调控过程。解码钙离子信号的细胞内机制非常复杂，依赖于多种酶活性的参与过程。CaV1信号是一种独特的信息，它涉及细胞内钙离子的波动，通过启动特定的信号转导途径和基因转录直接控制钙离子结合蛋白-钙调蛋白。
文章部分相关产品：
| 产品名称 | 货号 | 产品描述 | 规格 |
| Anti-CaV1.2 (CACNA1C) Antibody | ACC-003 | CaV1.2 (CACNA1C)抗体 | 25ul/50ul/200ul |
| Anti-CaV1.2a (CACNA1C) Antibody | ACC-013 | CaV1.2a (CACNA1C)抗体 | 25ul/50ul/200ul |
| Anti-CACNB3 Antibody | ACC-008 | CaVβ3（CACNB3）抗体 | 25ul/50ul/200ul |
| FS-2 | F-700 | L型 CaV 离子通道阻断剂 | 70ug/5*70ug |
| Calciseptine | SPC-500 | L型 CaV 离子通道阻断剂 | 70ug/0.25mg/0.5mg/1mg/5mg/10mg |
| Calcicludine | SPC-650 | L型 CaV 离子通道阻断剂 | 70ug/0.25mg/0.5mg/1mg/5mg/10mg |
| (±)-Bay K8644 | B-350 | CaV1型离子通道激活剂 | 5mg/10mg/25mg/50mg/100mg |
| Ionomycin calcium salt | I-700 | 选择性的Ca2+载体 | 25ul/50ul/200ul |
| Phospho-p44/42 MAPK (Erk1/2) (Thr202/Tyr204) (D13.14.4E) XP® Rabbit mAb | 4370 | 磷酸化p44/42 MAPK (Erk1/2)抗体 | 20ul/200ul/600ul |
| p44/42 MAPK (Erk1/2) (137F5) Rabbit mAb | 4695 | p44/42 MAPK (Erk1/2)总蛋白抗体 | 20ul/200ul |
| Phospho-CaMKII (Thr286) (D21E4) Rabbit mAb | 12716 | 磷酸化CaMKII (Thr286)抗体 | 20ul/100ul |
关于Alomone
Alomone是来自以色列的离子通道专家，提供与离子通道和膜蛋白（TRP通道、钠/钾/钙通道、水通道、GPCRs）相关的抗体、拮抗剂/激动剂（小分子化合物和毒素）、神经生长因子等。
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References
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危险品化学品经营许可证(不带存储) 许可证编号：沪(杨)应急管危经许[2022]202944(QY) 
营业执照(三证合一)