4.T型钙通道

钙离子通过钙通道产生的钙电流在细胞膜内外及细胞器和胞质之间流动以满足机体多种生理功能的需要。钙通道广泛分布于机体的脑、心、平滑肌及内分泌细胞等组织中，其在基因表达、肌肉收缩和激素释放等生命活动中起十分重要的作用。根据钙离子进出细胞膜及细胞器的方向不同，可将钙通道分为钙进入通道和钙释放通道。其中，钙进入通道主要包括电压依赖性钙通道（voltage-dependent calcium channel，VDCC）和配体门控钙通道（ligand-dependent calcium channel，LDCC）。钙释放通道主要包括兰尼碱受体（ryanodine，RyR）和1，4，5-三磷酸肌醇受体。电压依赖性钙通道由Fatt等于1953年首次发现，1975年Hagiwara等在研究中按照电生理特性将其分为高电压依赖型及低电压依赖型。高电压依赖型钙通道包括L型、N型、P/Q型及R型，低电压依赖型钙通道仅包括T型。20世纪80年代，在心肌细胞中第一次记录到L型钙通道（ICa-L）和T型钙通道（ICa-T）。随着研究的进展，钙通道的作用得到进一步认识，特别对T型钙通道在心血管系统中的作用备受关注。本文主要就心脏电压门控性钙通道的种类、结构及功能的研究进展进行综述。

一　L型钙通道的分布和病理生理特点

1.L型钙通道的分布、分子结构及电生理特点

L型钙通道（LTCC）由α1、α2β、γ和δ 4个亚基组成，分子量约为400kDa。在心肌组织中，LTCC主要由α1、α2β和δ亚基组成，而γ亚基不表达。迄今已发现至少10种不同的钙通道α1亚基基因，其中编码LTCC α1亚基的基因有4种，α1S、α1C、α1D和α1F，Cav1.1（对应的α1亚基为α1S，来源于骨骼肌）、Cav1.2（对应的α1亚基为α1C，来源于心肌）、Cav1.3（对应的α1亚基为α1D，来源于神经内分泌系统）、Cav1.4（对应的α1亚基为α1F，来源于视网膜），早期认为只有Cav1.2（α1C）亚基在心肌高表达，心肌细胞通过LTCC的慢性钙内流构成心室肌细胞动作电位平台期的基础。1997年Takimoto等首次在大鼠、小鼠和人心肌组织中鉴定到Cav1.3（α1D）钙通道RNA的存在。随后，Mangoni和Zhang等研究证实α1D参与构成窦房结及心房LTCC，并在窦房结舒张期去极化过程中及心房冲动传导过程中发挥重要作用。LTCC也称为二氢吡啶受体，是存在于大多数可兴奋细胞膜上的蛋白质，如骨骼肌、心、脑、内分泌细胞、神经元及其他组织，通过LTCC的钙离子内流触发肌质网储存的钙离子通过肌质网钙释放通道（RyR）释放，称为“钙触发钙释放”，这一过程在心脏的兴奋-收缩耦联过程中起着关键性作用，主要在快速去极化时引起动作电位（action potential，AP）的传播，参与心肌动作电位平台期的形成和维持，在心脏起搏细胞参与AP 4相自动去极化。

2.L型钙通道的病理特点

小鼠心室肌ICa-L密度在出生后阶段增加，不伴随电压依赖性激活、失活特性的改变。Fowler等对高血压大鼠的研究表明，肥厚心肌ICa-L密度无明显变化。但黄至斌等对自发性高血压大鼠肥厚心肌ICa-L的研究显示，轻度心肌肥厚时（10周龄），心肌ICa-L密度明显增高；而重度心肌肥厚时（34周龄），ICa-L密度反而明显小于对照组。在心功能代偿期，心肌细胞肥大和ICa-L幅值均相应增大与升高，因而ICa-L密度变化不明显；而在心功能失代偿期，心肌细胞体积增大远大于ICa-L幅值增高，因此ICa-L密度明显减低。ICa-L是工作心肌AP平台期的主要内向电流，因而决定AP平台期的长短，而在心脏起搏细胞，参与AP 4相自动去极化。当ICa-L降低时，AP平台期缩短及早后除极导致不应期缩短，诱发心律失常。因而，ICa-L结构及电重构改变与慢性心衰、心律失常的发生密切相关；心肌轻至中度肥大时，ICa-L增加；肥大进一步加重至心衰末期时，ICa-L降低并伴有失活减慢，导致AP延长，引发心律失常。除此，还有研究显示心衰时心肌的ICa-L降低，α1C亚基mRNA及蛋白表达水平下降，提示心肌细胞离子通道基因及蛋白变化可能是其电流改变的分子基础。

二　T型钙通道的分布及病理生理特点

1.T型钙通道的分布、分子结构及电生理特点

T型钙通道（TTCC）以低电压激活为特点，属于瞬时类型离子通道。TTCC由于其振幅小和瞬时性的特点，最初被认为在心肌细胞电活动中发挥着很小作用。ICa-T仅有α1亚基被证实，心脏中TTCC主要表达类型为Cav3.1（α1G）、Cav3.2（α1H），也有报道称Cav3.3（α1I）在浦肯野纤维中有少量表达。电生理检查表明，经重组表达的Cav3.1和Cav3.2通道电流与心肌本身ICa-T类似，虽然Cav3.1和Cav3.2有类似的激活和失活的特性，但是它们从失活状态中的恢复仍有区别，而且被镍阻断的敏感性也不同，Cav3.2电流可在相对低浓度的镍中被阻断（IC50=13µmol/L），Cav3.1电流对镍的浓度较不敏感（IC50=216µmol/L）。与ICa-L相比，ICa-T在较负的细胞膜电位时开放，该钙电位与窦房结的起搏电位相重叠，在生理状态下，ICa-T激活的阈值是-70～-60mV，并在-30～-10mV时ICa-T被完全激活，激活时间约为10毫秒，去极化过程中电压每下降10mV，约需要1～2毫秒。细胞膜的去极化过程也导致ICa-T失活，失活阈值接近于-90mV，-60mV时通道失活一半，当膜电位＞-40mV时通道完全失活。与ICa-L相比，ICa-T以非Ca2+依赖的方式失活。激活和稳态失活在阈值-60～-30mV之间相交错，因此提供了一个持续的内向电流。ICa-T在窦房结细胞中参与舒张期缓慢自动去极化，使窦房结细胞具有自律性。

2.T型钙通道表达的动态变化

TTCC主要存在于人类心脏的传导系统、窦房结及心房肌细胞，然而，在胚胎期和新生期的小鼠心室肌细胞也表达TTCC，但是随着出生后逐渐成熟，TTCC逐渐消失。TTCC的电流密度和表达水平在胚胎时期就发生变化，且在早期胚胎心脏中主要提供其电学活动。新生鼠出生后第1天和第5天时其ICa-T的密度很快下调，分别减少35%和65%。Cribbs等报道在小鼠胚胎心脏发育中期Cav3.1（α1G）主要承担ICa-T的功能，但Niwa发现在妊娠9.5天的胚胎小鼠心室肌中Cav3.2 mRNA是主要表达亚型，随着胚胎的发育，Cav3.2 mRNA表达逐渐减少，而Cav3.1 mRNA表达逐渐增加。通常，小鼠在妊娠20天左右出生，在妊娠18天的胚胎小鼠心室肌中Cav3.2 mRNA表达仍占有一定优势。而在心脏发育成熟阶段，Cav3.1 mRNA表达明显，Cav3.2 mRNA表达可以忽略不计。电生理实验表明，在妊娠9.5～18天的胚胎小鼠心室肌中TTCC功能没有显著差异，其对镍均非常敏感，该研究结果表明，在小鼠胚胎期心室肌中ICa-T以Cav3.2电流为主。在大鼠胚胎心脏发育中期至围生期这一阶段Cav3.1 和Cav3.2均具有 TTCC功能作用。但在大鼠心房肌细胞，13周龄时ICa-T密度减少到5周龄的1/3，而在大鼠心室肌细胞中，大鼠出生8天时ICa-T仍可以被记录到，3周龄时，尽管Cav3.1和Cav3.2表达仍存在，但ICa-T很难被再记录到，令人惊讶的是，在大鼠妊娠不足18天胚胎和新生1天心室肌细胞中，Cav3.1和Cav3.2亚基的转录水平明显与Cav3.1和Cav3.2相关的ICa-T功能水

（1）T型钙通道在致心律失常中的作用：

ICa-T与自律性有关，已有研究表明，ICa-T与自律细胞的动作电位上升肢相关，因而可能参与心房颤动时的致心律失常作用。Stanley Nattel研究显示，ICa-T阻滞剂米贝拉地尔在预防犬房性心动过速时的电生理重构及心房颤动的连缀现象方面具有明显作用，但ICa-L阻滞剂地尔硫 无任何效果。此外，Samir Fareh等的研究结果也表明，ICa-T阻滞剂和ICa-L阻滞剂对犬快速心房起搏7天引起的心房电生理重构有明显不同的影响，其中前者可抑制心房有效不应期的改变，而后者没有明显作用。有证据表明，在持续性快速心率情况下，ICa-T可能在介导细胞外Ca2+进入细胞内的作用中十分重要，而且在调控DNA转录方面也有重要作用。在病理情况下，心室壁肥厚、心内膜下增殖及血管壁肥厚时出现ICa-T的表达。此时，Ca2+经TTCC进入细胞，可能有致室性心律失常的作用。

电重构、结构重构和Ca2+处理蛋白重构都与房颤的连缀和进展有关。最新证据提示，肌质网自发性Ca2+释放事件在长期持续性房颤中起很重要的作用，但其在阵发性房颤中的发生及机制还不清楚。阵发性房颤时动作电位时限、ICa-L及Na+/Ca2+交换电流没有改变，提示不存在房颤诱发的电重构。相反，阵发性房颤时肌质网Ca2+外漏和迟后除极的发生率增加。除此，阵发性房颤时Ca2+瞬时幅度和肌质网Ca2+负载（咖啡因诱发的Ca2+瞬时幅度，整合了Na+/ Ca2+交换电流）较大。而且Ca2+瞬时减少较快，但咖啡因诱发的Ca2+瞬时幅度没有减少，提示肌质网Ca2+泵功能增强，这与肌质网Ca2+泵抑制蛋白受磷蛋白的磷酸化（失活）相一致。不过，兰尼碱受体微不足道的磷酸化没有改变其功能，而兰尼碱受体表达和单通道开放概率增加。最新一项人类心房肌细胞的计算机模型提示，兰尼碱受体失调和肌质网Ca2+泵活性增强促进肌质网Ca2+外漏和肌质网Ca2+释放事件增加，而引起迟后除极/触发活动导致阵发性房颤。除此，ICa-T参与肺静脉起搏激动和触发活动，这在肺静脉起源的心律失常发生中十分重要。

（2）T型钙通道在心肌重塑中的作用：

ICa-T在正常发育成熟的心肌细胞无表达，而仅在某些病理生理情况下又重新表达，如在心肌梗死后、心肌肥厚时。最新研究报道，TTCC的表达与细胞增殖相关，其机制可能是Ca2+经过TTCC进入细胞后参与调节细胞生长和增殖过程。Leanne等报道，高血压和心室肥厚的动物模型发现有ICa-T的异常表达。有证据表明，成年期肥厚心室肌出现的ICa-T的表达与其调节细胞生长和增殖过程相符。晚近，Kent Hermsmeyer等研究结果显示，心衰时心肌细胞的ICa-T表达上调，并且用ICa-T阻滞剂能够抑制心肌重构，从而改善心脏功能。此外，Arnold M等报道，血管紧张素Ⅱ与其受体AT2R结合后对细胞生长有抑制作用，其机制可能是减少ICa-T。Morishima M和Ferron L等报道血管紧张素Ⅱ影响大鼠心肌肥平不匹配。然而，围生期Cav3.1 mRNA和Cav3.2 mRNA表达数量与Cav3.1相关的ICa-T密度相一致，由此可见，Cav3.1和Cav3.2受转录和转录后机制的调控。人与鼠胚胎心室肌细胞的ICa-T明显表达，表明在胚胎发育过程中ICa-T有特殊功能，其在心脏的自律性和细胞分化方面具有重要作用，但其机制有待进一步研究。

ICa-T可允许窗电流存在，窗电流是持续输入信号发生的基础，有一电压范围使该通道失活不完全，但又同时有激活，引起Ca2+持续内流而不能被阻止。这种恒定的输入信号可以增加反应性、促进窦房结细胞的缓慢舒张期除极及自律性、增强其他信号、促进细胞生长和增殖。

3.T型钙通道的病理特点

目前认为，ICa-T在调控心肌自律性及促进起搏细胞的去极化过程中发挥重要作用。除此，ICa-T在许多病理过程中也发挥重要作用，已经发现，当心脏处于病理应激状态下时（如主动脉结扎的动物、心肌梗死、长期接触内皮素-1、血管紧张素Ⅱ或醛固酮）会诱发心肌肥厚和心衰，此时心脏的ICa-T又重新表达。厚的发生，ICa-T和Cav3.1 mRNA也伴随增加，血管紧张素Ⅱ通过活化有丝分裂激活蛋白激酶依赖通路调控Cav3.1转录。此外，Isumi T等的研究发现，在合并盐敏感高血压大鼠的左室肥大阶段（11周），组织中的血管紧张素Ⅱ增加，ET-1无变化，ICa-T和α1G mRNA的表达均未增加；而在心衰阶段（16～18周），组织中的血管紧张素Ⅱ进一步增加，ET-1增加，大多数的心室肌细胞可以监测到ICa-T中α1G mRNA表达水平也明显增加。另外，还有研究表明，正常成年大鼠的心室肌细胞暴露于ET-1中培养48小时可以诱导ICa-T，而暴露于血管紧张素Ⅱ时则不会。该实验表明，在大鼠心衰模型中心室肌细胞ICa-T的再表达与ET-1激活有关。Nakayama H等研究发现，α1G过表达小鼠虽然有大量的钙内流，但是心脏并没有病理性改变，这些小鼠甚至对压力负荷、肾上腺素、运动诱导的心肌肥厚有部分抵抗作用；相反，在α1G基因敲除的小鼠，上述因素诱导的心肌肥厚反应被扩大化并且在重新导入α1G基因后心肌肥厚有所改善，进一步研究证实α1G （Cav3.1）通过与内皮型一氧化氮合成酶（NOS3）相互作用，增加cGMP依赖的蛋白激酶Ⅰ的活性，从而发挥抗心肌肥厚作用。

（3）T型钙通道在血管疾病中的作用：

血管疾病的显著特征是，血管平滑肌细胞的增殖和迁移、基质形成及其他生物学改变，此外还有循环中血细胞的黏附，如血小板和单核细胞。在从人血管分离培养的血管平滑肌中，ICa-T阻滞剂也有明显的抗增殖作用。

研究发现，某些血管的血管平滑肌存在ICa-T，包括冠状血管、肾血管和脑血管，还有可能存在于小血管分支的微循环血管，提示ICa-T阻滞剂能够使冠状动脉和周围动脉扩张，降低动脉血压及增加心肌血供。在大鼠的血管平滑肌细胞，细胞内Ca2+浓度增加需要协同胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）依赖的细胞周期（从G1期至S期）进程，ICa-T在G1期和S期大量表达，但G0期不表达。这就提示ICa-T在调节细胞周期进程和细胞增殖方面起着重要的作用。在分离培养的冠状动脉血管平滑肌细胞中，ICa-T阻滞剂具有明显的抗增殖作用，能够阻止大鼠血管损伤后的新生内膜形成，抑制自发性高血压大鼠的主动脉内膜下的增殖。除此，David J也报道，细胞培养和动物实验研究表明ICa-T阻滞剂有抗血管平滑肌增殖的作用，还能逆转高血压大鼠的主动脉内膜下的增殖改变，提示ICa-T与细胞生长和增殖有关。

（4）T型钙拮抗剂：

具有T型钙通道阻滞作用的阻滞剂包括、氨氯地平、尼莫地平、伊拉地平、维拉帕米及Bay K 8644。除此，多肽毒素如河豚毒素和kurtoxin及抗癫痫药、抗精神病药和麻醉药等具有阻滞剂作用。另外，胺碘酮的短期作用是其直接结合到α1H通道，减小Ca2+电流，而胺碘酮的远期作用是调节α1H表达。胺碘酮对ICa-T的药理作用在临床上用于ICa-T相关的心律失常。阿米洛利也是高度选择性α1H阻滞剂。此外，两种内源性物质（花生四烯酸和内源性大麻素花生四烯酸乙醇胺）也可以抑制ICa-T。这种调节可能具有十分重要的病理生理意义。即使微摩尔浓度以下的花生四烯酸乙醇胺也可抑制TTCC的所有3个亚型通道。而微摩尔浓度的花生四烯酸只可抑制Cav3.1和Cav3.2通道。

综上所述，ICa-L广泛存在于心肌细胞，在心脏的兴奋-收缩耦联过程中起着关键性的作用，参与心肌细胞动作电位的形成和维持，而在病理情况下，心脏ICa-L结构及分布的变化与心肌肥厚、心衰关系密切。ICa-T在胚胎心肌细胞中广泛表达，但是随着心脏的发育，表达明显减少，在成年心脏中，心室肌细胞ICa-T几乎检测不到，但在心脏传导系统有广泛的表达，表明ICa-T在心肌细胞的发育、自律性和兴奋性中发挥重要作用。此外，血管平滑肌存在ICa-T，具有维持冠状动脉和周围血管壁张力、调节血管增生及重构的功能。在心肌肥大、心衰和心肌梗死等病理情况下，ICa-T可重新在心房和心室肌细胞表达，并参与异常电活动和兴奋-收缩耦联反应，提示ICa-T可以作为治疗心血管疾病的靶点，将会引导一些心血管疾病新治疗药物的发展，在改善离子通道功能而抗心衰及心律失常的发生提供可能。

（刘元生　李红）

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