摘要：Ca2+穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞代謝、增殖、分化和凋亡的基礎(chǔ)。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的提高依賴于Ca2+由細(xì)胞外流入或者從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)流出。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間的物理聯(lián)接即MAM，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體功能的關(guān)鍵，使Ca2+高效的從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移至線粒體。研究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體的Ca2+信號對維持細(xì)胞代謝及功能至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：Ca2+ ；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；線粒體；MAM

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體及相互間的物理聯(lián)接作用

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞內(nèi)的膜性細(xì)胞器。包括粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及核膜。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的可塑性是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一個非常重要的形態(tài)學(xué)特征，與功能的多樣性密切相關(guān)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白合成和分泌的主要場所，同時也是是一個動態(tài)的Ca2+儲蓄池，可以被電和化學(xué)的刺激來激活。和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一樣，線粒體是細(xì)胞的\"生化工廠\"，是具有動態(tài)可塑性的細(xì)胞器，在細(xì)胞的新陳代謝中發(fā)揮重要作用，由內(nèi)外兩層膜組成，是重要的Ca2+緩沖器。近年來，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體之間的相互作用引起了極大的關(guān)注，它們之間相互作用的物理連接被稱為線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，即MAM[1]。MAM在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能上發(fā)揮重要的作用，包括Ca2+的信號、脂質(zhì)代謝、能量代謝及細(xì)胞存活。本文重點介紹MAM上的Ca2+信號。

2 線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜Ca2+信號

1969年John Ruby和它的同事首先提出線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的概念[2]，直到1990年Jean Vance通過分離技術(shù)將其從大鼠肝臟上分離出來，在形態(tài)學(xué)上表明了它是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間存在物理聯(lián)接，而且兩者之間相互作用[1]。起初認(rèn)為，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體外膜之間的距離約為100nm，而近來用電子斷層掃描發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和線粒體外膜之間的最小距離甚至更短，約為10～25nm，并且這段小的距離對應(yīng)激反應(yīng)非常重要，對Ca2+亦非常敏感。在活細(xì)胞，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜通常隨著線粒體膜的移動而遷移[3]。

線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是鈣離子保持穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)。MAM在細(xì)胞內(nèi)鈣信號中起至關(guān)重要的作用。Ca2+穩(wěn)態(tài)是調(diào)控細(xì)胞內(nèi)多種細(xì)胞反應(yīng)的基礎(chǔ)。包括細(xì)胞代謝、增殖、分化和細(xì)胞凋亡。在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+會維持在一個較低的濃度水平。靜息狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的Ca2+在胞質(zhì)中會維持一個較低的濃度水平，大約為100nm。當(dāng)細(xì)胞外濃度達(dá)到1～2mM時， Ca2+由細(xì)胞外流入；當(dāng)濃度達(dá)到250～600uM時，Ca2+從細(xì)胞內(nèi)的儲存器如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)類的流出，由此產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)Ca2+信號。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體上存在的主要的Ca2+的轉(zhuǎn)運體及通道[4]。IP3R或RYR受體是鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放進(jìn)入線粒體的最重要的受體， 其中IP3R包括4個亞基和大約310KD的相似的結(jié)構(gòu)骨架。IP3R可被IP3和Ca2+自身調(diào)控，也可以通過鈣調(diào)蛋白間接調(diào)控。RYR受體的功能與IP3受體相似，但傳遞Ca2+的機(jī)制不同。19世紀(jì)60年代，最早發(fā)現(xiàn)線粒體可以從懸浮介質(zhì)中積累一些離子，當(dāng)時發(fā)現(xiàn)分離出來鼠的肝臟、腎臟、腦和心臟能夠從電子傳遞過程中的懸浮介質(zhì)中積累大量凈含量的鈣離子，達(dá)到初始鈣離子含量的幾百倍，同時線粒體可以調(diào)節(jié)鈣離子的含量和空間排布。從細(xì)胞產(chǎn)生到細(xì)胞凋亡過程，線粒體鈣離子的攝取都起著非常重要的作用。線粒體攝取Ca2+主要通過VDAC和Ca2+單向轉(zhuǎn)運體（MCU），前者位于線粒體外膜（OMM），從MAM將Ca2+轉(zhuǎn)運送到線粒體；后者位于線粒體內(nèi)膜（IMM），與鈣離子的親和力低，將Ca2+由OMM轉(zhuǎn)運到IMM[5]。Ca2+從線粒體排出主要通過Na+/Ca2+交換或Na+/H+交換來完成。NCX （Na2+/Ca2+交換體）是一種質(zhì)膜酶，主要存在于可興奮組織，可以將一個Ca2+移出的同時移入3個Na+。如果Na+濃度降低或者膜電位增大，NCX可反轉(zhuǎn)方向，將Ca2+移入細(xì)胞。目前已知三個顯性基因可以編碼異構(gòu)體，即NCX1，NCX2，NCX3。NCX1隨機(jī)表達(dá)，NCX2主要在大腦中表達(dá)，NCX3主要在骨骼肌中表達(dá)。NCX1蛋白包括11個跨膜區(qū)域，被細(xì)胞內(nèi)Na+和Ca2+跨膜轉(zhuǎn)運的大環(huán)路分為2個跨膜區(qū)域。病理狀態(tài)下，鈣離子濃度升高會導(dǎo)致線粒體滲透性轉(zhuǎn)換孔（PTP）激活而開放，增加IMM對小分子物質(zhì)的滲透性，導(dǎo)致線粒體膜電位下降，線粒體崩解，通過促發(fā)凋亡信號導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。

研究表明，Sigma-1 受體（Sig-1R）選擇性駐留在MAM上，Sig-1R在神經(jīng)保護(hù)，參與腫瘤的發(fā)生及神經(jīng)可塑性方面發(fā)揮重要作用。正常情況下，Sig-1R與分子伴侶BiP/GRP78形成Ca2+敏感的伴侶復(fù)合物，與IP3R3相關(guān)。一旦IP3R受體激活，就會降低Ca2+在MAM的濃度，使Sig-1Rs重新分配，從MAM轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的邊緣：使Sig-1Rs從BiP/GRP78分離下來，游離的Sig-1R與 IP3R3的聚合會降低，Ca2+進(jìn)入到線粒體。其它的調(diào)控Ca2+的蛋白在細(xì)胞受到刺激后直接轉(zhuǎn)移到MAM。例如一個應(yīng)答促細(xì)胞生存信號的抗凋亡蛋白AKT/PKB為了使IP3R3失活被招募到MAM上，顯著降低了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放的活性，從而降低了細(xì)胞對促凋亡刺激的敏感性。反之，一旦促凋亡途徑被激活，細(xì)胞色素C會從線粒體釋放與MAMs上的IP3R受體相結(jié)合，進(jìn)一步使Ca2+進(jìn)入到線粒體，增強(qiáng)促凋亡信號。

3 結(jié)論

本文簡述了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體之間的物理聯(lián)接即MAM，是兩個細(xì)胞器之間功能的關(guān)鍵，可使Ca2+高效地從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到線粒體，是細(xì)胞代謝或細(xì)胞死亡等不同功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因此，研究MAM的Ca2+信號對維持細(xì)胞代謝或死亡等功能至關(guān)重要。但到目前為止，已鑒別出的在MAM上的分子僅有少數(shù)，鑒別其它更多的MAM上的分子更有助于我們理解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運及信息傳遞。同時，盡管為了應(yīng)答各種細(xì)胞刺激，MAM參與調(diào)控很多生物學(xué)途徑，然而這些生物學(xué)途徑匯集到MAM上的先決條件有哪些，它們以這樣一種方式匯集到哪兒可以被動態(tài)第二信使Ca2+的調(diào)控都是我們要解決的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]J.E. Vance. Phospholipid synthesis in a membrane fraction associated with mitochondria[J].Biol Chem， 1990， 265 ： 7248-7256.

[2]J.R. Ruby.Continuities between mitochondria and endoplasmic reticulum in the mammalian ovary[J]. Z Zellforsch Mikrosk Anat，1969，97 （1） ：30-37.

[3]Csordas， G.Structural and functional features and significance of the physical linkage between ER and mitochondria[J].Cell Biol，2006 ，174：915-921.

[4]Teruo Hayashi.MAM： more than just a housekeeper[J]. Cell，2009，19：81-88.

[5]Szabadkai G.Mitochondria： the hub of cellular Ca2+ signaling[J].Physiology，2008，23：84-94.

編輯/哈濤