鈣離子，作為信號轉導通路中的第一信使，對於整個中樞神經系統的突觸神經元和神經膠質至關重要。然而，只是隨著近年來一些新的精密儀器的出現，人們才開始對鈣離子的潛在的分子機制及其引發的生理現象有所了解。就這個問題上，9月25日的《神經元》（Neuron）雜誌刊出了7篇有關突觸鈣離子動力學的綜述。而封面的照片象徵著鈣離子流的動態本質，以及突觸受到刺激後引發鈣瞬變。
一、從突觸到神經核：控制突觸發育和功能的鈣依賴型基因轉錄
高等生物的獨特的優勢在於學習與適應環境變化的能力。這種可塑性很大程度上是由於大腦中樞具備將短暫刺激轉換為長久改變的能力。實際上，這個過程是非常複雜的，涉及受體轉運的改變，部分mRNA的翻譯，蛋白質周轉和新基因的合成等。Greer和Greenberg綜述了神經元活動如何引發鈣依賴型基因的表達，從而調節突觸的發育，成熟和完善。有趣的是，許多組成部分的活動依賴型基因的表達程序在人類認知障礙時發生突變，這表明這種表達程序對腦的發育和功能非常關鍵。
二、鈣離子在調節神經遞質釋放中扮演多重角色
胞內鈣離子濃度（[Ca2+]）對於觸發神經遞質釋放和調節短期可塑性（STP ）具有重要作用。神經遞質釋放是由高濃度的微區引發，而短期促進作用則被「剩餘鈣」的整體修復作用強烈地影響著。整體[Ca2+]的增加會可以加速了釋放囊泡的募集，從而控制持續活動中出現短暫消退的程度，以及細胞休息期間囊泡的恢復。Neher和 Sakaba綜述了相關的研究數據，結果表明：在募集囊泡過程中[Ca2+]扮演著兩種截然不同的角色，一是加快「分子啟動」（囊泡對接和釋放機制的修復），促進釋放的囊泡育Ca2+通道之間的緊密耦聯。這種耦合耦聯對於[Ca2+]瞬時變化和產生激發囊泡的敏感性是必不可少的。
三、鈣離子納米/微區控制KCa通道
胞質鈣離子的瞬時上升會引發中樞神經系統神經元和其他細胞類型的諸多鈣離子依賴型活動。這些活動的特異性，速度與可靠性的實現和保持是由鈣離子信號時空領域的嚴格限制達成的，即圍繞鈣離子滲透通路的「鈣離子納米和鈣離子微區」。這種配置需要位於時空界限內的鈣離子依賴型效應器，在這裡鈣離子域和鈣離子傳感器的特性決定了通路效應活動。Fakler和Adelman運用微摩爾和亞微摩爾的Ca2+激活K+通道（KCa和BKCa通道）來親和鈣離子，為鈣離子效應器與鈣離子的耦合提供距離的限制，從而考察中樞神經系統中KCa通道對細胞生理中的重要性。該結果可能為研究其它鈣離子區域的運行機制提供範例。
四、鈣離子通道調控與突觸前可塑性
電壓依賴性鈣離子（Ca2+）通道在突觸中引發神經遞質的釋放，突觸前Ca2+通道調節對於突觸的強度有很強大的影響。突觸前Ca2+通道可以形成一個龐大信號複雜系統，它使突觸囊泡指向Ca2+通道進行有效的釋放，同時引導Ca2+通道的調控。突觸可塑性調節突觸功能是以微妙到分鐘的時間域來響應神經遞質和動作電位的頻率。Catterall 和 Few綜述了Ca2+信號效應器和調節器調控的突觸前Ca2+通道，提供了大量數據描述了Ca2+通道在調節和控制神經傳遞和突觸可塑性等方面的重要作用。突觸前Ca2+通道調節功能的缺失會導致偏頭痛，步態不穩，並可能引起其他形式的神經系統疾病。因此，文章建議：突觸前Ca2+通道作為個動態、多層次的信號網絡的管理節點，在響應突觸活動中發揮著短期控制神經傳遞的作用。
五、樹突和樹突棘中的鈣信號：應用與功能的思考
細胞內鈣(Ca)離子濃度的變化以及隨後的突觸和閾上的活性可以被許多物質介導，並有助於調節各種神經的功能。鈣成像技術的發展，大大增加了我們對由不同鈣源和它們可以產生空間和時間特異性信號之間複雜的相互作用的理解，即使這種相互作用發生在細胞內區域，如樹突和樹突棘。然而，現今鈣成像技術的應用已比較普遍，因此實驗方法需要細心謹慎，對數據的解讀闡釋也在不斷增加。Higley和Sabatini綜述了最近利用成像方法的研究樹突鈣信號的最新進展，還描述了為衡量和闡釋細胞內鈣離子的改變而採用的螢光量化指標。
六、鈣調蛋白激酶：神經發育和可塑性的調節器
在中樞神經系統，許多提升鈣離子水平的胞內應答是由鈣調蛋白激酶（CaMKs）介導的。鈣調蛋白激酶的活性是由鈣調蛋白與Ca2+結合之後再磷酸化來調節的。目前，大家公認CaMKII對突觸可塑性與學習和記憶有很好的調節作用。但最近的一些研究表明：一些歸因於CaMKII的神經元發育和功能的活動已經被其他的CaMKs替代或補充，如CaMKK、CaMKI和CaMKIV。在這期《神經元》中，Wayman等綜述了CaMK在信號轉導、基因轉錄、突觸發育和可塑性以及行為等關鍵的神經元功能，並討論了細胞蛋白激酶信號通路等技術進展。
七、星形膠質細胞鈣（Astrocyte Calcium）的神經生理學功能
星形膠質細胞大約是成年哺乳動物大腦組成的一半，它是神經細胞的主要結構並為其提供營養。星形膠質細胞一般是由不同的非重疊域組成，它的組成精細、密集，並與突觸和多種神經活動密切相關。在上世紀90年代中期，人們認為星形膠質細胞在激活神經遞質釋放G蛋白偶聯受體之後可以提升細胞內鈣離子的濃度。這種認識顯示：星形膠質細胞不僅是一種神經興奮的形式，而且可能是大腦信息處理的積極參與者。最近幾年，人們對星形膠質細胞提升鈣濃度在神經生理學上的功能，尤其是在調節神經元活動方面的研究非常深入。Agulhon總結了有關星形膠質細胞鈣信號的神經生理過程功能的最新進展，並就星形膠質細胞作用方面的一些爭議問題進行了討論，這篇綜述對進一步研究星形膠質細胞大有裨益。（科學網 武彥文/編譯）
（《神經元》（Neuron），2008: 59 (6), 846—932）
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