線(xiàn)粒體鈣超載1第一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日Inalleukaryoticcells,thecytosolicconcentrationofCa2+ions([Ca2+]C)istightlycontrolledbyinteractionsamongtransporters,pumps,channelsandbindingproteins.Finelytunedchangesin[Ca2+]Cmodulateavarietyofintracellularfunctionsrangingfrommuscularcontractiontosecretion,anddisruptionofCa2+handlingleadstocelldeath.2第二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日

細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

(CalciumHomeostasisinCell

細(xì)胞內(nèi)鈣超載

(calciumoverloadincell)

線(xiàn)粒體與鈣

(mitochondriaandcalcium)3第三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日一、CalciumHomeostasisinCell4第四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日Fig.1.Ca2+distributioninthecell.HighandlowCa2+domains

aremarkedwithorangeandblue,respectively.

(From:Calciumsignalingandapoptosis,BiochemBiophysResCommun.2003May9;304(3):445-54)5第五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日6第六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日(一)鈣平衡1、鈣瞬變值

[Ca2+]EC:1~10mM[Ca2+]C:0.1~10μM細(xì)胞內(nèi)鈣:44%存于胞內(nèi)鈣庫(kù)（肌漿網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）；細(xì)胞內(nèi)游離鈣僅0.005%生理性鈣瞬變值：①即細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的增加，平均介于0.1~10μM之間。

②鈣熒光探針（indo-1、fura-2、fluo-3AM等等）以及Aequorin（水母發(fā)光蛋白）、GFP-basedfluorescentCa2+probes（suchascameleonsandpericams）等。7第七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日8第八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日9第九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2.鈣移動(dòng)的決定因素鈣的平衡和鈣的瞬變值依賴(lài)于兩組蛋白質(zhì)一組負(fù)責(zé)鈣的輸入和激活鈣釋放另一組負(fù)責(zé)鈣的輸出和攝取回收

(1）Ca2+進(jìn)入胞液的途徑

(2）Ca2+離開(kāi)胞液的途徑10第十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日(1）Ca2+進(jìn)入胞液的途徑

Ca2+進(jìn)入胞液是順濃度梯度的被動(dòng)過(guò)程細(xì)胞外Ca2+跨膜入胞→細(xì)胞內(nèi)Ca2+釋放細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加主要取決于內(nèi)Ca2+釋放另外Ca2+還可通過(guò)Na+-Ca2+交換蛋白進(jìn)入胞液11第十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日

1）細(xì)胞膜Ca2+通道①電壓依賴(lài)性Ca2+通道（voltage-dependentcalciumchannel，VDC）：其活動(dòng)受膜電壓變化的影響

L-型(Lasting-,持續(xù)型)：特點(diǎn)是開(kāi)啟后產(chǎn)生持續(xù)Ca2+內(nèi)流；（*可被鈣通道阻滯劑所阻斷）

T-型(Transitory,短暫型)：開(kāi)放時(shí)間短暫，很快失活；

N-型(Neuronal,神經(jīng)型)：開(kāi)放時(shí)間介于L、T

型，只存在于某些神經(jīng)元上。

12第十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日②受體操縱性鈣通道(receptor-operatedcalciumchannel，ROC)：

a配體與受體結(jié)合后→直接調(diào)節(jié)鈣通道開(kāi)放；

b配體與受體結(jié)合后→G蛋白偶聯(lián)→調(diào)節(jié)鈣通道開(kāi)放；

c受體與配體結(jié)合后→G蛋白偶聯(lián)→產(chǎn)生第二信使→修飾VDC(可能是L-型VDC)，調(diào)節(jié)VDC對(duì)Ca2+的通透性▽。

13第十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日eg:β1受體激動(dòng)劑→G蛋白→AC→cAMP→PKA→磷酸化鈣通道，胞外Ca2+內(nèi)流。

14第十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2）細(xì)胞內(nèi)貯存鈣釋放的機(jī)制細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+主要貯存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)／肌漿網(wǎng)(SR)中，經(jīng)Ca2+釋放通道釋放。

1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)敏感鈣池:受IP3受體系統(tǒng)調(diào)控

IP3不敏感鈣池:受ryanodine受體系統(tǒng)調(diào)控15第十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日①I(mǎi)P3受體系統(tǒng)

當(dāng)IP3與IP3受體(IP3R)結(jié)合→開(kāi)放鈣通道，ER/SR中的鈣釋放入胞漿中IP3R-typeⅠ介導(dǎo)的Ca2+釋放依賴(lài)于一定濃度的胞漿Ca2+（[Ca2+]i），呈鐘形反應(yīng)(bell-shapedresponse);IP3R-typeⅡ,Ⅲ則更接近線(xiàn)性反應(yīng)。

IP3R系統(tǒng)釋放細(xì)胞內(nèi)鈣受許多因素影響：

[Ca2+]i；堿性環(huán)境中Ca2+釋放增加

K+通過(guò)K+通道進(jìn)入鈣池，進(jìn)而促進(jìn)Ca2+釋放肝素是IP3R的持異性拮抗劑16第十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日②ryanodine受體系統(tǒng)在多種細(xì)胞內(nèi)普遍存在ryanodine受體（以下簡(jiǎn)稱(chēng)RyR）調(diào)節(jié)IP3不敏感鈣池內(nèi)鈣的釋放。現(xiàn)知RyR至少有3種亞型:RyR1存在于骨路肌SR上，有5032／5037個(gè)氨基酸殘基；RyR2存在于心肌上，有4967個(gè)氨基酸殘基，RyR3存在于非肌性細(xì)胞上，比前兩者小得多，只有641個(gè)氨基酸殘基。17第十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日Ca2+與RyR上的Ca2+結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，而觸發(fā)SR／ER釋放Ca2+。這種Ca2+誘發(fā)Ca2+釋放(calciuminducedcalciumrelease，CICR)的正反饋機(jī)制是RyR系統(tǒng)觸發(fā)Ca2+釋放的特征。普魯卡因、釕紅為RyR的拮抗劑，咖啡因、ryanodine為其激動(dòng)劑。18第十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日3）Na+-Ca2+交換蛋白Na+-Ca2+交換蛋白:為雙向性離子轉(zhuǎn)運(yùn)器，催化Na+從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)，以交換Ca2+的相反方向的運(yùn)動(dòng)。3Na+:Ca2+，是產(chǎn)電的。3Na+Ca2+胞外胞內(nèi)19第十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日Na+-Ca2+交換是利用業(yè)已建立起來(lái)的離子的電化學(xué)位能，即由Na+-K+ATPase建立的胞內(nèi)外[Na+]梯度，而不直接利用ATP。Ca2+流動(dòng)的方向取決于[Na+]梯度的方向，只是后者的方向相反。Na+-Ca2+交換的可逆電位約在－15mV到－30mV之間。膜電位負(fù)于可逆電位時(shí)，Na+內(nèi)向和Ca2+外向運(yùn)動(dòng)。反之，膜電位正于可逆電位，也即膜去極化，則Na+外向而Ca2+內(nèi)向運(yùn)動(dòng)。20第二十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日(2）Ca2+離開(kāi)胞液的途徑Ca2+離開(kāi)胞液是逆濃度梯度、耗能的主動(dòng)過(guò)程:

1)Ca2+-ATP酶

2)Na+-Ca2+交換蛋白21第二十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日1)Ca2+-ATP酶心肌細(xì)胞主要依靠Ca2+-ATP酶轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2+回到細(xì)胞內(nèi)貯存系統(tǒng)或移出細(xì)胞外→恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài)。Ca2+-ATP酶有10個(gè)螺旋疏水節(jié)段，稱(chēng)為M1～M10。在M4，M5，M6，M8形成的一個(gè)通道中有2個(gè)對(duì)Ca2+具有很高親和力的結(jié)合位點(diǎn)。這10個(gè)螺旋疏水節(jié)段與3個(gè)細(xì)胞質(zhì)親水環(huán)相連接。親水環(huán)包含ATP結(jié)合位點(diǎn)和磷酸化位點(diǎn)。22第二十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日①細(xì)胞膜Ca2+-ATP酶:利用ATP提供的能量逆細(xì)胞膜兩側(cè)高的電化學(xué)梯度泵出Ca2+

，其活性受鈣調(diào)蛋白、PKA、PKC等因子的調(diào)控。②細(xì)胞器（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及肌漿網(wǎng)）鈣ATP酶：位于細(xì)胞內(nèi)鈣貯存系統(tǒng)（細(xì)胞器）膜上，蓄積Ca2+到細(xì)胞器腔中。心臟和血管的肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶構(gòu)型具有特殊性，其功能調(diào)節(jié)依賴(lài)于一種輔助性跨膜蛋白----受磷蛋白。23第二十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日受磷蛋白（phospholamban,PLN)受磷蛋白由五個(gè)亞基(分子量6KD)組成，每個(gè)亞基均可磷酸化，有兩個(gè)不同的磷酸化位點(diǎn)，分別對(duì)cAMP依賴(lài)的蛋白激酶A(PKA)和另一種鈣調(diào)蛋白依賴(lài)的蛋白激酶起反應(yīng)。受磷蛋白的磷酸化→肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP的跨膜結(jié)構(gòu)改變，Ca2+-ATP的泵能力隨后被激活。（HF）NE↓，β-R↓→PKA↓→:Pi化PLN↓,非Pi化PLN↑→心肌舒張功能障礙24第二十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2)Na+-Ca2+交換蛋白在細(xì)胞內(nèi)高鈣時(shí)作為鈣輸出系統(tǒng)工作Na+-Ca2+交換其轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2+的速率高，約為鈣泵的幾十倍。Ca2+3Na+胞外胞內(nèi)25第二十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日26第二十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日舉例：給予β-激動(dòng)劑→心肌收縮力↑，舒張速率↑

L-VDCPLNCa2+-ATPaseCa2+-ATPase27第二十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日二、細(xì)胞內(nèi)鈣超載

28第二十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日Temporallyandspatiallyorganizedincreasesin[Ca2+]c,[Ca2+]m,and[Ca2+]nrepresentoneofthemostcommonlyusedintracellularsignals.However,prolongedchangesinCa2+distributionincludinganelevationin[Ca2+]c,[Ca2+]m,and[Ca2+]nanda[Ca2+]decreaseinERtriggeravarietyofcascadesthatleadtocelldeath.29第二十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日

1972年Shen和Jennings發(fā)現(xiàn)犬心臟冠狀動(dòng)脈短暫閉塞后復(fù)灌可加速細(xì)胞內(nèi)Ca2+的積聚,并首次提出鈣超載之說(shuō),此后,Ca2+在再灌注損傷中的作用一直成為人們研究的重點(diǎn)。各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)鈣含量異常增多并導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和功能代謝障礙的現(xiàn)象稱(chēng)為鈣超載(calciumoverload)。30第三十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日PossibleCorrelationofCalciumOverloadwithCytotoxicityIncreasingof[Ca2+]C,calciumoverload,istheprimarycauseofcytotoxiceffects,includingnecrosisandapoptosis,oftoxicantsandstressinducedresponses.eg.Cardiotoxicity:oxidativestress,ischemia-reperfusion;Hepatotoxicity:CCl4Immunotoxicity:glucocorticoidsKidneytoxicity:oxidativestress,heavymetalsNeurotoxicity:lead,ischemia,excitatoryaminoacid31第三十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日

RoleofCalciumOverloadinCellularInjury

Relationof↑[Ca2+]Ctoearlyreversibleinjury-blebandcytoskeletalalteration-cellvolumechanges(↑)-nuclearchanges(↓)-condensationofmitochondriaRelationof↑[Ca2+]Ctoirreversibleinjury-swollenmitochondria-DNAstrandbreak32第三十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日(一）Ca2+超載的的形態(tài)學(xué)資料

電鏡：大多內(nèi)流的Ca2+都局限于mito基質(zhì)內(nèi)的致密體內(nèi)（細(xì)胞Ca2+超載的顯示器）,mito內(nèi)Ca2+的大量?jī)?nèi)流是再灌注收縮早期的特征現(xiàn)象。形態(tài)學(xué)變化：缺血40min時(shí)（肌纖維水腫、mito腫脹,無(wú)Ca2+流入mito的跡象）；再灌注時(shí):心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的損傷（收縮帶的形成、心肌纖維的斷裂和肌纖維膜的破壞,細(xì)胞急劇腫脹,并出現(xiàn)mito內(nèi)致密體）用Ca2+熒光探針表明：心肌缺血90秒（已發(fā)生細(xì)胞內(nèi)Ca2+↑）；短暫缺血后再灌注早期（細(xì)胞內(nèi)Ca2+暫時(shí)↑）；缺血30分鐘后復(fù)灌（漸進(jìn)的穩(wěn)定的Ca2+↑）。33第三十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（二）Ca2+超載的機(jī)制

1、Na+-Ca2+

交換異常

2、內(nèi)源性?xún)翰璺影丰尫旁龆?/p>

3、生物膜損傷

34第三十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日1.Na+-Ca2+

交換異常

在心肌缺血和再灌注時(shí)，Na+-Ca2+交換蛋白以反向轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng)，成為Ca2+進(jìn)入細(xì)胞的主要途徑。胞外胞內(nèi)Ca2+3Na+35第三十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（1）細(xì)胞內(nèi)高Na+對(duì)Na+-Ca2+交換蛋白的直接激活

缺血：缺氧→ATP↓→Na+-ATPase失靈→細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高再灌注：氧，ATP→激活Na+-Ca2+交換蛋白細(xì)胞內(nèi)高鈉→Na+-Ca2+交換蛋白以反向轉(zhuǎn)運(yùn)的方式加速Na+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)將大量Ca2+運(yùn)入胞漿。36第三十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（2）細(xì)胞內(nèi)高H+對(duì)Na+-Ca2+交換蛋白的間接激活

Na+-H+交換蛋白細(xì)胞膜Na+-H+交換蛋白是離子逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Na+-H+交換蛋白主要感受細(xì)胞內(nèi)H+濃度的變化，利用H+電-化學(xué)梯度作為動(dòng)力來(lái)源，以1：1的比例將細(xì)胞內(nèi)H+排出細(xì)胞，而將Na+攝入細(xì)胞，這是維持細(xì)胞內(nèi)pH穩(wěn)定的重要機(jī)制。Na+H+胞外胞內(nèi)37第三十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日缺血→無(wú)氧代謝↑→細(xì)胞內(nèi)、外[H+]

濃度↑再灌注→胞外[H+]↓，胞內(nèi)[H+]

仍高→跨膜H+濃度梯度形成→激活Na+-H+交換蛋白→促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)H+排出，而細(xì)胞外Na+內(nèi)流；如果內(nèi)流的不能被Na+-ATPase充分排出，細(xì)胞內(nèi)高鈉就可繼發(fā)性激活Na+-Ca2+交換蛋白，促進(jìn)Ca2+內(nèi)流，加重細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用Na+-H+交換抑制劑可減輕心肌缺血再灌注損傷，但在近年臨床患者的實(shí)驗(yàn)中，Na+-H+交換抑制劑并未對(duì)高?；颊唢@示出明顯的保護(hù)作用，提示還有其他機(jī)制介導(dǎo)再灌注性心肌損傷。38第三十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2.內(nèi)源性?xún)翰璺影丰尫旁龆?/p>

生理?xiàng)l件下，心功能主要受β腎上素能受體調(diào)節(jié)，α1腎上素能受體的調(diào)節(jié)作用很小。但缺血-再灌注損傷時(shí)，內(nèi)源性?xún)翰璺影丰尫旁龆?，?腎上素能受體的調(diào)節(jié)也相對(duì)起重要作用。39第三十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日1)α1腎上素能受體α1腎上素能受體激活G蛋白-磷脂酶C（PLC）介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)磷脂酰酯醇（PI）分解，生成三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DG）。①I(mǎi)P3與肌漿網(wǎng)上的IP3受體結(jié)合促進(jìn)鈣池內(nèi)鈣釋放；②DG進(jìn)一步激活PKC，而PKC可促進(jìn)Na+-H+交換，進(jìn)而增加Na+-Ca2+交換，使胞漿Ca2+濃度升高40第四十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2)β腎上素能受體興奮

β腎上素能受體興奮可通過(guò)增加L型Ca2+通道的開(kāi)放促進(jìn)Ca2+內(nèi)流:β1受體激動(dòng)劑→心肌細(xì)胞后，通過(guò)G蛋白偶聯(lián)激活A(yù)C→cAMP↑，激活PKA→磷酸化L型鈣通道，使其對(duì)Ca2+通透性增高，胞外Ca2+內(nèi)流41第四十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日在缺血前或再灌注前應(yīng)用Ca2+通道阻滯劑阻斷Ca2+內(nèi)流，可見(jiàn)細(xì)胞壞死程度減輕，提示Ca2+通道是細(xì)胞外Ca2+進(jìn)入胞漿造成Ca2+超載的途徑之一。但在再灌注后應(yīng)用Ca2+通道阻滯劑往往不能有效的防止細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高。42第四十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日3.生物膜損傷

細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)膜性結(jié)構(gòu)是維持細(xì)胞內(nèi)、外以及細(xì)胞內(nèi)各間區(qū)離子平衡的重要結(jié)構(gòu)。生物膜損傷可使其通透性增加，細(xì)胞外Ca2+順濃度差進(jìn)入細(xì)胞，或使細(xì)胞內(nèi)Ca2+分布異常，加重細(xì)胞功能紊亂與結(jié)構(gòu)破壞。

43第四十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日CellularmembraneCellularmembrane

PLA2lipidbreakupCa2+normal無(wú)Ca2+再灌注glycocalyxglycocalyx(1)Ca2+反常44第四十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日(2)自由基損傷膜，膜結(jié)構(gòu)破壞(3)肌漿網(wǎng)膜損傷：Ca2+-ATP酶功能抑制，使肌漿網(wǎng)攝Ca2+減少(4)線(xiàn)粒體膜損傷：抑制氧化磷酸化，使ATP生成減少，細(xì)胞膜和肌漿網(wǎng)膜Ca2+-ATP酶能量供應(yīng)不足，促進(jìn)Ca2+超載的發(fā)生；細(xì)胞膜Na+-ATP酶能量供應(yīng)不足，細(xì)胞內(nèi)Na+含量明顯增高，激活Na+-Ca2+交換蛋白，Ca2+內(nèi)流增多。

45第四十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（三）鈣超載引起再灌注損傷的機(jī)制

1.激活多種酶：①[Ca2+]i→磷脂酶

→細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜的損傷花生四烯酸（arachidonicacid,AA)

環(huán)氧合酶：PGI2，PGD2，PGE2，TXA2

脂氧合酶：白三烯（LT）：LTB4、LTC4LT：趨化性（WBC），激活Mφ

細(xì)胞色素P-450加單氧酶：抑制鈉泵的代謝產(chǎn)物②[Ca2+]i→蛋白酶→細(xì)胞膜和結(jié)構(gòu)蛋白的分解AA46第四十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日③[Ca2+]i→ATPase→ATP的消耗↑④[Ca2+]i→核酶（ribozyme）→染色體的損傷

2.促進(jìn)氧自由基生成：次黃嘌呤

[Ca2+]i→XO↑黃嘌呤自由基↑

尿酸3.再灌注性心律失常

[Ca2+]i→Na+-Ca2+交換↑→一過(guò)性?xún)?nèi)向電流→在AP后形成延遲后除極→心律失常47第四十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日4.肌原纖維過(guò)度收縮（收縮帶）

[Ca2+]i→肌原纖維過(guò)度收縮（收縮帶）→肌纖維斷裂

Mechanism:

缺血期堆積的H+迅速移走，抑制作用↓

再灌注，重新獲得ATP+[Ca2+]i

肌原纖維過(guò)度收縮/甚至是不可逆性縮短損傷細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)→心肌纖維斷裂

48第四十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)證據(jù)：?jiǎn)蝹€(gè)心肌細(xì)胞內(nèi)注射Ca2+→細(xì)胞的過(guò)度收縮結(jié)扎豬冠狀動(dòng)脈前降支45min，恢復(fù)血流，經(jīng)冠脈給與直接抑制肌原纖維收縮的藥物BDM→再灌注后心肌梗死的面積比對(duì)照組減少50%5.線(xiàn)粒體功能障礙

ATP生成不足；啟動(dòng)細(xì)胞的死亡是線(xiàn)粒體的鈣超載而不是細(xì)胞漿的鈣超載伴隨著缺血再灌注損傷49第四十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日三、線(xiàn)粒體與鈣線(xiàn)粒體被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)最大的鈣池之一，生理狀態(tài)下，可以有效地緩沖細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度變化。心肌缺血后，其損傷的發(fā)生、發(fā)展與線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)失調(diào)關(guān)系密切。目前研究證實(shí)，在多數(shù)條件下，線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+的過(guò)度聚集使膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore,MPTP）開(kāi)放，引起線(xiàn)粒體功能障礙和與啟動(dòng)細(xì)胞死亡事件相關(guān)蛋白的釋放，啟動(dòng)細(xì)胞死亡。

50第五十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日線(xiàn)粒體的結(jié)構(gòu)：由內(nèi)外兩層膜封閉，包括外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)四個(gè)功能區(qū)隔。在肝細(xì)胞線(xiàn)粒體中各功能區(qū)隔蛋白質(zhì)的含量依次為：基質(zhì)67%，內(nèi)膜21%，外膜8%，膜間隙4%。

線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)模型51第五十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（一）線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)

1.線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+與鈣微區(qū)

鈣微區(qū)（calciummicrodomain）是指當(dāng)單個(gè)鈣釋放通道或小群通道開(kāi)放時(shí)，形成通道口附近的局部Ca2+濃度升高。少量激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3型鈣釋放通道→胞漿內(nèi)鈣微區(qū)→周?chē)木€(xiàn)粒體可感受到鈣微區(qū)→線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+濃度快速上升。

mito-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)＜80nm線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+聚積影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)Ca2+的攝取與釋放，兩者之間可進(jìn)行Ca2+循環(huán)。而且，線(xiàn)粒體對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放有調(diào)節(jié)作用。52第五十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2.線(xiàn)粒體內(nèi)鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)方式及調(diào)節(jié)

產(chǎn)電的順向轉(zhuǎn)運(yùn)Uniporter.

兩種交換：

3Na+/Ca2+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，2H+/Ca2+逆向轉(zhuǎn)運(yùn).

53第五十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日(1)themitochondrialCa2+uniporter,MCUisontheinnermembrane,thePathwayofmitotakingupCa2+.Actlikeachannel,openingwithincreasedprobabilityoncethelocal[Ca2+]crises.Low-affinity:itsactivitywouldbeextremelylowatrest.TakingupCa2+attheexpensesofΔΨm(-150—200mV).可被釕紅(ruthiniumred)和La3+特異性抑制.

54第五十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日MCUstartstobeactivatedat2~5μMoflocal[Ca2+]c.Attheaverage,[Ca2+]cisnear10μMduringactivation，buthigherCa2+concentrations(10–100μM)canbereachedatlocalcellsspots,athighCa2+microdomains.TheactivityoftheMCUisverysmallorabsentatcytosolic[Ca2+]below0.5μM,whereasitsactivityincreasesdramaticallyalongthemicromolarrange,reachingsaturationabove100μM.Global[Ca2+]cincreasingabletoactivateMCUcanalsobereachedduringCa2+overloadunderpathologicalcircumstancesanddousuallydrivetomitochondria-triggeredcelldeath.MCU55第五十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日（2)Pathwayofcalciumeffluxingfrommitochondria

①M(fèi)ito3Na+/Ca2+exchanger,ispredominantinheartandbrainmitochondriaandiselectrogenic②Ca2+/2H+exchanger：isnonelectrogenicandispresentinliverandkidneymitochondria③MPTParegulatedpore,whichhastwodifferentopenstatesandcanopentransiently.DuringphysiologicalCa2+signals,anincreasein[Ca2+]misfollowedbyatransientreleaseof[Ca2+]m

56第五十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日ActivationofMCUoccurswhenthe[Ca2+]cintheneighbourhoodofthemitochondrialmembraneincreasestothemicromolarrange.Undertheseconditions,therateofCa2+entrythroughtheuniporterexceedsthatofCa2+extrusionthroughtheexchanger,leadingtoafastincreasein[Ca2+]m.Summarize57第五十七頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日是線(xiàn)粒體的鈣超載而不是細(xì)胞漿的鈣超載伴隨著缺血再灌注損傷

（二）線(xiàn)粒體鈣超載與細(xì)胞損傷58第五十八頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日59第五十九頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日1.線(xiàn)粒體鈣超載使ATP合成障礙生理狀態(tài)下，[Ca2+]m

↑調(diào)節(jié)mito產(chǎn)能細(xì)胞受到生理剌激時(shí),Ca2+由鈣庫(kù)釋放→線(xiàn)粒體產(chǎn)生短暫而局部的Ca2+上升→線(xiàn)粒體脫氫酶活性增加。細(xì)胞缺血→[Ca2+]m增加，線(xiàn)粒體脫氫酶活性增加，產(chǎn)生更多的ATP以滿(mǎn)足細(xì)胞需要。[Ca2+]m過(guò)度持續(xù)增加,可引起線(xiàn)粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔(MPTP)不可逆過(guò)度開(kāi)放，小于1500道爾頓的分子或離子可以通過(guò)線(xiàn)粒體內(nèi)膜，H+由此進(jìn)入線(xiàn)粒體基質(zhì)→引起ATP合成障礙。

60第六十頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)：認(rèn)為在氧化與磷酸化之間起偶聯(lián)作用的因素是H+的跨膜梯度.這一學(xué)說(shuō)得到公認(rèn)并獲得了1978年諾貝爾獎(jiǎng)。(呼吸鏈在傳遞電子過(guò)程中釋放出來(lái)的能量不斷地將線(xiàn)粒體基質(zhì)內(nèi)的H+逆濃度梯度泵出線(xiàn)粒體內(nèi)膜;H+不能自由透過(guò)線(xiàn)粒體內(nèi)膜→在線(xiàn)粒體內(nèi)膜兩側(cè)形成質(zhì)子跨膜梯度△pH及跨膜電位△ψ→線(xiàn)粒體外的H+可以通過(guò)線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的三分子體順著H+濃度梯度進(jìn)入線(xiàn)粒體基質(zhì)中，H+順濃度梯度方向運(yùn)動(dòng)所釋放的自由能用于ATP的合成)61第六十一頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2.線(xiàn)粒體鈣超載導(dǎo)致MPTP不可逆過(guò)度開(kāi)放MPTP是由電位依賴(lài)性離子通道，是孔蛋白、腺苷酸移位酶及親環(huán)素D復(fù)合物在內(nèi)外膜交接處構(gòu)成的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。MPTP在生理狀態(tài)下呈間斷性開(kāi)放，且具有可逆性，能造成ΔΨm的降低，線(xiàn)粒體內(nèi)Ca2+減少和內(nèi)部產(chǎn)生自由基減少，使細(xì)胞維持正常的生理功能。若MPTP不可逆過(guò)度開(kāi)放可導(dǎo)致ΔΨm崩潰，呼吸鏈解偶聯(lián)，ATP合成停止，線(xiàn)粒體基質(zhì)外流，還原性谷胱甘肽耗竭，超氧陰離子大量產(chǎn)生，最終導(dǎo)致基質(zhì)滲透壓增高，線(xiàn)粒體內(nèi)腔腫脹。62第六十二頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日

線(xiàn)粒體鈣超載產(chǎn)生缺血再灌注損傷的重要機(jī)制之一就是線(xiàn)粒體基質(zhì)Ca2+濃度持續(xù)升高致使線(xiàn)粒體內(nèi)膜MPTP不可逆過(guò)度開(kāi)放

63第六十三頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日

1）MPTP開(kāi)放引起細(xì)胞色素C釋放→細(xì)胞死亡：

在細(xì)胞色素C含量豐富的細(xì)胞，通過(guò)快速凋亡機(jī)制包括由ApaF1(凋亡促進(jìn)因子-l)介導(dǎo)的凋亡過(guò)程。釋放的細(xì)胞色素C參與激活凋亡的酶通路，未釋放的細(xì)胞色素C用于維持電子傳遞和氧呼吸，為凋亡進(jìn)程提供ATP。由于線(xiàn)粒體MPTP開(kāi)放，細(xì)胞色素C大量釋放，ATP產(chǎn)生驟減，無(wú)法維持供能，細(xì)胞走向壞死。64第六十四頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日Fig.2.TemporalandspatialorganizationofmitochondrialdepolarizationandcytocreleaseinducedbyC2-ceramide+Ca2tandtBid.FluorescenceimagingofDWmwascarriedoutsimultaneouslywithcytocdistributionincytoc-GFP-expressingandTMRE-loadedHepG2cells.Sequential

fluorescenceimagesareshownasgreen(Fcytoc-GFP),red(FTMRE)overlays.Depolarization

appearsasalossoftheredfluorescence,whereascytocreleaseappearsasalossofthegreenfluorescence.Cytoc-GFPwasexpressedonlyinthreecellsthatareshownintheupperright

quadrant.PermeabilizedcellswerepretreatedwithC2-ceramide(40lMfor5min)beforeadditionofCa2t(50lMCaCl2)and,subsequently,tBid(25nM).IntheabsenceofC2-ceramide,arelativelysmallCa2t-induceddepolarizationandnocytoc-GFPreleasewereobserved(notshown).TheCa2t-

inducedmitochondrialdepolarizationinitiatedindiscretesubcellularregionsandpropagatedaswavesthroughcells(directionofthewaveismarkedbythewhitearrowintheupperleftimage).Timecoursesofthefluorescencechangesareplottedinthegraph.65第六十五頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日66第六十六頁(yè)，共七十三頁(yè)，2022年，8月28日2）

MPTP-dependentintermitochondrialcalciumsignaling

[Ca2+]m↑→theopeningoftheMPTP→releaseoftheaccumulatedCa2+→subsequentlytakenupbyadjacentmitochondria→Thismechanismmayresultinaregenerativeresponsethatspreadsthroughouttheentiremitochondrialpopulationofthecell.Notably,MPTP-dependentintermitochondrialcalciumsignalinghasbeenr