钙超载的危害和新型钙阻断剂的研发.doc

钙超载的危害和新型钙阻断剂的研发

薛全福1         王振纲2

(中国医学科学院基础医学研究所 北京协和医学院基础学院
生理和病理生理学糸1  药理学系2北京 100005 )

摘要  目的：介绍细胞钙超载的危害及新型钙阻断剂的研发和应用。方法：对近期文献进行综述。结果：细胞內钙超载对人体有害，可导致高血压，神经元损伤( 包括癫痫、偏头痛、慢性神经性头痛、阿尔茨海默病)，胰腺炎，细胞凋亡等，己分别研发出新型的钙阻断剂，包括同时作用于L及T型钙通道的阻断剂，作用于钙通道a2d亚基的阻断剂，作用于胞內IP3受体的阻断剂等且取得疗效。结论：在我国应加强研究钙超载的危害及新型鈣阻断剂的研发。会给分子治疗学增添新的亮点。

关键词  钙超载  疾病  钙阻断剂  新型
Calcium overload and new type calcium antagonist
Xue quan- fu, Wang zhen- gang
Abstract  Object：Harmful effect of cellular calcium overload and new calcium antagonists were introduced.  Method：Literactures updated were summarized.  Result：。The cellular calcium overload is harmful for human，which can induce hypertension，impair of neuron(including eplepsy，migraine，neuropathic pain，and Alzheimer’s disease) ，pancretitis，and cell apopotosis and so on。Different new type calcium antagonists were designed and applied such as L and T type combined calcium antagonist， a2d.subunit calcium antagonist，intracellular IP3 receptor calcium antagonist and showed therapeutic effect.。 Conclusion：Authors suggest further investigation of the  harmful effects of cellular calcium overload. and the design of new calcium antagonists shoud be furture carried out in China。

Keywords:  Calcium overload  Diseases   Calcium antagonists  New type

钙在生命活动中极为重要，我国多次营养调查结果显示我国居民人均每天钙攝入量仅在400mg左右，只及中国营养学会推荐量的50% 。因此应该补钙，这已成共识，应该说是一大進步。而今如何科学补钙又受到关注，也应进行深入探讨，以求更好地造福人群。另一方面，我国对细胞钙超载对人体的危害，和新型阻断剂物应用和研发，尚未引起足够重视，本文对此作一简述。
1．钙超载：.细胞內钙超载与多种疾病和病理过程的发生发展密切有关。对机体起作用的主要是钙离子（Ca2+），但细胞内Ca2+极微，仅为胞外的2万分之一，,因为细胞的脂质双层膜形成屏障，,限制水和离子的进入。Ca2+主要通过嵌在膜上的，有孔道的特种蛋白质进入胞內，这种蛋白质就是Ca2+通道，它的开关受膜电压、受体和胞内钙量调控。.进入胞内的Ca2+，由网上Ca2+ATP酶将Ca2+泵入內质网和肌浆网中贮存，需要时受网上肌醇三磷酸(IP3)受体和雷诺丁(ryanodine)受体调控释放至胞浆内。胞內Ca2+过多可通过细胞膜上Ca2+ATP酶泵出胞外，或经Na+-Ca2+交換出胞外，通过以上机制维持胞内Ca2+在低浓度下的动态平衡。细胞启动生理活动时的Ca2+为10-6mol/L，持续超过此浓度即形成钙超载。现巳知电压依赖性钙通道分L、N、P、Q、R、T共6型，分佈于不同细胞。钙通道又是由a1、a 2 、 b 、c 、d共5种亚基肽链合成，其中a1最重要，由它组成通水和离子的孔道。b和a2d ( a2和d  由二硫鍵相连成二聚体共同起作用) 起辅助和调节a1的功能。有些药物作用于钙通道的出入口的结合位点，可阻断Ca2+进入细胞，防止钙超载。也可用药物抑制胞内钙库的受体，减少贮Ca2+外释，以降低胞内Ca2+，減轻钙超载。，[1,] 
2． 钙超载对机体的危害及新型钙阻断剂的作用
2．1.  血管平滑肌细胞钙超载和高血压：生理情况下，Ca2+使血管平滑肌细胞産生兴奋—收缩偶联，保持其正常舒缩功能。而外周小动脉平滑肌细胞钙超载时，引起持续收缩，导致血管阻力增高，是高血压发生的共同通路。钙阻断剂至今仍被推荐为首选药物之一。[2,3] 血管平滑肌细胞上主要是L及T型钙通道。近来发现传统的L型钙阻断剂nifedipine、nicardipe等能舒张肾入球小动脉但对出球小动脉无作用，故对肾性高血压无效。而第3代新钙阻断剂manidipine、nivadipine、benzindamine和efonipine能同时作用L及T钙通道，故对肾出球小动脉也能舒張，对肾性高血压也有效，並起保护肾脏作用。[4,5] 近又发现血管平滑肌细胞上还有P型钙通道，故T及P型钙通道阻断剂的研发和应用日益受到重视。最近发现高血压时，L型钙通道主要组成a1c亚基表达增加，钙通道数量增多，从而加速高血压的发展。能使a1c亚基表达恢复正常的药物有望用于临床治疗。[1,6]                                          2. 2.   神经细胞钙超载与神经元损伤：生理情况下，神经细胞内Ca2+能维持神经元的兴奋性，但脑干及皮层特殊区神经元发生钙超载时，兴奋阈值降低，能诱发偏头痛或癫痫 (有人提出两者均为神经元兴奋性改变，处共病状态Comorbid condition)。巳知神经细胞上主要是N、P、Q型钙通道，有报道钙通道a2d亚基的敲除，导致癫痫和共济失调。家族性偏瘫型偏头痛患者，P/Q/型Ca2+ 通道亚基有変异,而作用于钙通道a2d亚基的药物gabapentin (商品名卡巴香定又称neurotin)，能阻断外钙內流从而对癫痫和偏头痛起防治作用。此外还发现钙通道a2d亚基表达改变的小鼠有痛觉超敏，鞘内注射a2d1 mRNA反义寡核苷酸可抑制a2d亚基表达增多，可减少因疼痛而引起的行为。gabapentin也能减轻慢性神经性疼痛。[7] 已知Beta淀粉样蛋白损伤脑神经元，是老年性痴呆又称阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease}发病原因之一，实验表明将该蛋白作用于神经细胞，可引起胞內钙超載和神经元损伤，临床应用钙阻断剂治疗取得一定疗效。[8]
2.3.  胰腺腺胞钙超载与胰腺炎：生理情况下Ca2+作用于胰腺腺胞顶端肌动蛋白微丝，行使分泌胰酶的胞排作用。钙超载时腺胞细胞受损甚至坏死发生胰腺炎，咖啡因能抑制胞内钙库的IP3受体，减少钙库中Ca2+释放到胞质内，减轻钙超载，从而对胰腺炎起效。人群调查结果表明咖啡的消费增加，使酒精性胰腺炎减少，也是佐证 。。但因为咖啡因对IP3受体的亲和力较低，故作用有限，正开发效果更好的类似物。巳发现2-氨基-乙氧基-苯基硼酸盐（2-amino-ethoxydipnylbonate）是IP3受体阻断剂，又能抑制钙贮存控制通道，减轻钙超載，应是理想的药物。可惜有副作用，正予以改造，以减少副作用。.[ 9]
2.4.  与细胞凋亡的关系: 细胞凋亡过度或凋亡不足能引起诸多疾病，如凋亡过度与心肌缺血/再灌损伤、心肌梗死、中风、神经元退行性疾病、造血衰竭性疾病、肝胰疾病等有关，凋亡不足与肿瘤、自家免疫病等有关，因而调控凋亡的药物也引起关注。钙离子在细胞内超载在凋亡发生中自始至终起作用，纠正细胞内钙离子代谢紊乱可减轻钙超载，能抑制细胞凋亡，从而对多种常见病、难治病起防治作用。
在多种实验性细胞凋亡发生过程中，钙离子往往升高，并使钙蛋白酶（calpain）、Ca2+/Mg2+依赖性内切酶、钙依赖性的组织型谷氨酰胺转移酶（tissue type transglutaminase）激活，分别引起染色体松弛，，DNA暴露且被切断，导致细胞凋亡。钙阻断剂可抑制上述酶的激活，从而起抗凋亡作用。
凋亡信号通过内质网的IP3受体释放钙离子，这些钙离子能迅速移至邻近的线粒体，促使通透性转换孔（PTP）开放，使细胞色素C及凋亡蛋白酶激活因子(Apaf)释出，引发级联反应，激活Caspase 9 （半胱天冬蛋白酶，有14种 编号1-14），再激活Caspase 3，从而分解蛋白，致细胞凋亡。而且caspase 3[微软用户1] 也能作用于IP3受体，形成正反馈，放大促凋亡作用。因此阻断内质网IP3受体的药物有抗凋亡作用。[10，11]
Caspase 12 位于内质网的胞浆侧，不在面向线粒体的一侧，故来自线粒体途径中的刺激不能使之激活。但当内质网受到胁迫（stress）或内质网钙库被动员时可使之活化，此外cacpain也可活化caspase 12 ，两者共同形成“钙离子感受器”， 感受Ca2+的增高而引发细胞凋亡。故而切断蛋白酶之间联系和阻断內质网IP3受体有抗凋亡作用。
细胞质膜钙离子ATP酶（PMCA），利用ATP的能量将钙离子排出细胞外，一旦PMCA受损钙离子排出受阻，也可致钙超载引起细胞凋亡。钙调蛋白能促PMCA排钙故有抗凋亡作用[。这是另一类减轻胞内钙超载起抗凋亡的途径。
临床上已应用钙阻断剂抑制凋亡治疗一些常见病和难治病，取得一定疗效。例如能缩小脑梗死体积和减轻迟发性神经元损伤，减轻心肌梗死后心肌细胞的损伤等。有良好的前景。
以上仅为近期文献的例举，作者認为国人对钙超载的危害及防治也应作深入研究。引起钙超载的各环节，可作为药物作用靶点，从而进行新型钙阻断剂的研发，会为分子治疗学增添新的亮点，目前有关的研究巳见陸续报道，盼能引起更多的关注。[13]可喜的是现己发现有些中药也有钙阻断作用，[14]  拓宽了研发思路。相信基础、应用和临床研究的密切结合，定能为我国药学可持续发展作出新的贡献。

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