钙离子，作为信号转导通路中的第一信使，对于整个中枢神经系统的突触神经元和神经胶质至关重要。然而，只是随着近年来一些新的精密仪器的出现，人们才开始对钙离子的潜在的分子机制及其引发的生理现象有所了解。就这个问题上，9月25日的《神经元》（Neuron）杂志刊出了7篇有关突触钙离子动力学的综述。而封面的照片象征着钙离子流的动态本质，以及突触受到刺激后引发钙瞬变。

 

一、从突触到神经核：控制突触发育和功能的钙依赖型基因转录

 

高等生物的独特的优势在于学习与适应环境变化的能力。这种可塑性很大程度上是由于大脑中枢具备将短暂刺激转换为长久改变的能力。实际上，这个过程是非常复杂的，涉及受体转运的改变，部分mRNA的翻译，蛋白质周转和新基因的合成等。Greer和Greenberg综述了神经元活动如何引发钙依赖型基因的表达，从而调节突触的发育，成熟和完善。有趣的是，许多组成部分的活动依赖型基因的表达程序在人类认知障碍时发生突变，这表明这种表达程序对脑的发育和功能非常关键。

 

二、钙离子在调节神经递质释放中扮演多重角色

 

胞内钙离子浓度（[Ca2+]）对于触发神经递质释放和调节短期可塑性（STP ）具有重要作用。神经递质释放是由高浓度的微区引发，而短期促进作用则被“剩余钙”的整体修复作用强烈地影响着。整体[Ca2+]的增加会可以加速了释放囊泡的募集，从而控制持续活动中出现短暂消退的程度，以及细胞休息期间囊泡的恢复。Neher和 Sakaba综述了相关的研究数据，结果表明：在募集囊泡过程中[Ca2+]扮演着两种截然不同的角色，一是加快“分子启动”（囊泡对接和释放机制的修复），促进释放的囊泡育Ca2+通道之间的紧密耦联。这种耦合耦联对于[Ca2+]瞬时变化和产生激发囊泡的敏感性是必不可少的。

 

三、钙离子纳米/微区控制KCa通道

 

胞质钙离子的瞬时上升会引发中枢神经系统神经元和其他细胞类型的诸多钙离子依赖型活动。这些活动的特异性，速度与可靠性的实现和保持是由钙离子信号时空领域的严格限制达成的，即围绕钙离子渗透通路的“钙离子纳米和钙离子微区”。这种配置需要位于时空界限内的钙离子依赖型效应器，在这里钙离子域和钙离子传感器的特性决定了通路效应活动。Fakler和Adelman运用微摩尔和亚微摩尔的Ca2+激活K+通道（KCa和BKCa通道）来亲和钙离子，为钙离子效应器与钙离子的耦合提供距离的限制，从而考察中枢神经系统中KCa通道对细胞生理中的重要性。该结果可能为研究其它钙离子区域的运行机制提供范例。

 

四、钙离子通道调控与突触前可塑性

 

电压依赖性钙离子（Ca2+）通道在突触中引发神经递质的释放，突触前Ca2+通道调节对于突触的强度有很强大的影响。突触前Ca2+通道可以形成一个庞大信号复杂系统，它使突触囊泡指向Ca2+通道进行有效的释放，同时引导Ca2+通道的调控。突触可塑性调节突触功能是以微妙到分钟的时间域来响应神经递质和动作电位的频率。Catterall 和 Few综述了Ca2+信号效应器和调节器调控的突触前Ca2+通道，提供了大量数据描述了Ca2+通道在调节和控制神经传递和突触可塑性等方面的重要作用。突触前Ca2+通道调节功能的缺失会导致偏头痛，步态不稳，并可能引起其他形式的神经系统疾病。因此，文章建议：突触前Ca2+通道作为个动态、多层次的信号网络的管理节点，在响应突触活动中发挥着短期控制神经传递的作用。

 

五、树突和树突棘中的钙信号：应用与功能的思考

 

细胞内钙(Ca)离子浓度的变化以及随后的突触和阈上的活性可以被许多物质介导，并有助于调节各种神经的功能。钙成像技术的发展，大大增加了我们对由不同钙源和它们可以产生空间和时间特异性信号之间复杂的相互作用的理解，即使这种相互作用发生在细胞内区域，如树突和树突棘。然而，现今钙成像技术的应用已比较普遍，因此实验方法需要细心谨慎，对数据的解读阐释也在不断增加。Higley和Sabatini综述了最近利用成像方法的研究树突钙信号的最新进展，还描述了为衡量和阐释细胞内钙离子的改变而采用的荧光量化指标。

 

六、钙调蛋白激酶：神经发育和可塑性的调节器

 

在中枢神经系统，许多提升钙离子水平的胞内应答是由钙调蛋白激酶（CaMKs）介导的。钙调蛋白激酶的活性是由钙调蛋白与Ca2+结合之后再磷酸化来调节的。目前，大家公认CaMKII对突触可塑性与学习和记忆有很好的调节作用。但最近的一些研究表明：一些归因于CaMKII的神经元发育和功能的活动已经被其他的CaMKs替代或补充，如CaMKK、CaMKI和CaMKIV。在这期《神经元》中，Wayman等综述了CaMK在信号转导、基因转录、突触发育和可塑性以及行为等关键的神经元功能，并讨论了细胞蛋白激酶信号通路等技术进展。

 

七、星形胶质细胞钙（Astrocyte Calcium）的神经生理学功能

 

星形胶质细胞大约是成年哺乳动物大脑组成的一半，它是神经细胞的主要结构并为其提供营养。星形胶质细胞一般是由不同的非重叠域组成，它的组成精细、密集，并与突触和多种神经活动密切相关。在上世纪90年代中期，人们认为星形胶质细胞在激活神经递质释放G蛋白偶联受体之后可以提升细胞内钙离子的浓度。这种认识显示：星形胶质细胞不仅是一种神经兴奋的形式，而且可能是大脑信息处理的积极参与者。最近几年，人们对星形胶质细胞提升钙浓度在神经生理学上的功能，尤其是在调节神经元活动方面的研究非常深入。Agulhon总结了有关星形胶质细胞钙信号的神经生理过程功能的最新进展，并就星形胶质细胞作用方面的一些争议问题进行了讨论，这篇综述对进一步研究星形胶质细胞大有裨益。（科学网 武彦文/编译）

 

（《神经元》（Neuron），2008: 59 (6), 846—932）