钙信号

钙信号利用钙离子作为一种近乎普遍的细胞内信使。由于细胞在细胞质中维持极低的游离钙静息浓度，通过跨质膜内流或从内部储存中释放产生的受控升高，可作为一种快速、多功能的信号，调节从肌肉收缩和分泌到基因表达和细胞死亡等过程。

Definition

钙信号是指通过质膜通道内流或从细胞内储存中释放，引起细胞内游离钙离子浓度受调节的变化，从而通过钙结合效应蛋白控制细胞过程。

Scope

本主题涵盖细胞内钙的来源和处理、塑造钙信号的通道、泵和缓冲剂、肌醇三磷酸和钙结合蛋白的作用，以及钙反应的时空模式。它在信号转导机制中被视为一个生物化学和分子主题。

Core questions

• 细胞如何在低静息水平下产生快速、局部的钙升高？
• 相同的离子如何用于控制如此多不同的过程？
• 钙信号如何在空间和时间上被塑造然后终止？

Key concepts

• 低静息胞质钙
• 肌醇三磷酸 (IP3) 受体
• 兰尼碱受体
• 电压门控和储存操作性钙通道
• 钙泵和交换器
• 钙调蛋白和钙结合蛋白
• 钙振荡和钙波

Mechanisms

细胞通过将钙泵出质膜外并泵入内质网或肌浆网来维持极低的胞质游离钙。信号通过打开质膜通道（例如电压门控通道）或通过肌醇三磷酸受体（响应磷脂酶C产生的第二信使而打开）和兰尼碱受体从内部储存中释放钙来升高钙水平。由此产生的升高由钙结合蛋白（最著名的是钙调蛋白）检测到，钙调蛋白结合钙后会激活下游酶，包括钙/钙调蛋白依赖性激酶。内部储存的耗竭可以触发储存操作性钙内流以补充储存。信号通过释放通道、缓冲剂和摄取系统的相互作用被塑造成瞬变、振荡和传播波，当泵和交换器恢复低静息浓度时，信号终止。这种低背景和受控释放的组合使得相同的离子能够编码许多不同的信息。

Clinical relevance

钙处理对肌肉和神经等兴奋性组织至关重要，钙信号传导的紊乱与许多疾病过程有关。本条目在参考层面描述了这些机制，并非个体诊断或治疗决策的依据。

Evidence & guidelines

对钙信号传导的理解基于生物物理学、生物化学和成像研究以及权威评论和教科书，而非临床实践指南。

History

对细胞内钙升高触发生理反应的认识，始于肌肉收缩的经典研究，后来Berridge和Irvine确定肌醇三磷酸是释放内部储存钙的第二信使，从而扩展了这一认识。随后的工作表征了所涉及的通道、泵和钙结合蛋白，并确立了钙信号丰富的时空模式作为编码信息的一种方式。

Key figures

• Michael Berridge
• David Clapham
• William Catterall
• Robin Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-1984
• clapham-2007

Frequently asked questions

为什么细胞将静息钙维持在如此低的水平？

低的静息水平意味着即使是少量内流或释放也会产生巨大的相对变化，从而提供快速、高对比度的信号；它还保护细胞，因为长期高钙具有毒性并可能触发细胞死亡。

一个离子如何控制如此多不同的反应？

细胞在钙变化的定位、幅度、时间和频率中编码信息，并用不同的钙结合蛋白读取这些信息，因此相同的离子可以根据具体情况选择性地触发收缩、分泌、基因表达或其他结果。