皮肤过敏、红、痒，怎么脱敏治疗
皮肤过敏、红、痒，怎么脱敏治疗
基本信息：女&&30岁
发病时间：不清楚
病情描述及疑问：皮肤过敏、红、痒，怎么脱敏治疗
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分析：该情况可以考虑是过敏性皮炎
建议：你好，脱敏疗法又称减敏治疗，或称特异性免疫治疗方法，是将不能避免的并经皮肤试验或其他方法证实或怀疑的主要抗原性物质，制成一定浓度的浸出液，以逐渐递增剂量及浓度的方法进行注射，通过反复给病人注射特异性抗原，促使体内产生相应的抗体。这类抗体属于IgG型，当这些特异性抗体在体液中提高之后，如再度接受外来特异性过敏原时，此类抗体首先与之结合，与体内原有的IgE抗体竞争，从而产生免疫反应而不产生过敏反应。血清IgE在连续脱敏治疗以后逐渐下降，到过敏反应阈值以下时，即能防止过敏反应发生，因而达到脱敏目的。脱敏疗法最适用于吸入过敏原引起的哮喘，因为吸入性过敏原到处飘散，难以避免，故采用脱敏疗法是一种预防哮喘复发的重要措施。怎样进行脱敏治疗？首先要找出过敏原，目前找过敏原的方法主要有以下四种：1.皮内法2.皮内阈值法3.抓刺法4.多种同时特异性抗体过敏试验目前使用最多的就是多种同时特异性抗体过敏试验，安全方便，特异性高，患者之需要提供大约6c.c.血样就能检测出20~35种不同过敏原反应。在确定对哪几种过敏原过敏之后，即可选择相应的过敏原进行脱敏治疗。首先根据患者对过敏原过敏的阳性程度，确定脱敏液的起始浓度，由小量到大量，由低浓度到高浓度，有规律地给患者皮下注射，直至维持浓度，再缓慢延长注射时间，由1周2次渐改为1周1次、2周1次、3周1次……最后停用。常用浸液浓度有1：10[5]、1∶10[4]和1∶5?0[3]三种，每一浓度级注射10次，由O.1毫升开始，每次递增O.1毫升，剂量增至1.0毫升后更换下一浓度级，最后浓度为1∶5?0[3]，剂量递增至1.0毫升后为维持治疗。脱敏方法有两种：季节前脱敏和终年脱敏。季节前脱敏是在好发季节前2―3个月进行，每年重复一次。季节前脱敏对单一的某花粉过敏效果较好。但对多种在不同季节开花的花粉过敏或尘螨过敏则不适用，应采用终年脱敏法，维持量一般持续2―3年，如连续2年基本不发作，可考虑停止治疗。目前全球有22%～25%的人患有过敏性疾病，其中儿童数量最多，估计到2010年，患病率将达到40%。在7月8日全球首个“世界过敏日”里，中华医学会会长钟南山院士指出，中国有两亿多人患过敏性疾病，脱敏已是公认疗效显著的疗法。钟南山院士介绍，目前全球有22％的人群患有过敏性鼻炎、哮喘、湿疹等过敏性疾病，并以每10年23倍的速度增加，预计2010年将达到全球人口的40％。依此类推目前我国有两亿多人患有过敏性疾病，应引起重视。诱发过敏反应的抗原称为过敏原。过敏原是过敏发生的必要条件。引起过敏反应的抗原物质常见的有种，医学文献记载接近2万种。它们通过吸入、食入、注射或接触等方式使机体产生过敏现象。常见的过敏原如下：A、吸入式过敏原：如花粉、柳絮、粉尘、螨虫、动物皮屑、油烟、油漆、汽车尾气、煤气、香烟等。B、食入式过敏原：如牛奶、鸡蛋、鱼虾、牛羊肉、海鲜、动物脂肪、异体蛋白、酒精、毒品、抗菌素、消炎药、香油、香精、葱、姜、大蒜以及一些蔬菜、水果等。C、接触式过敏原：如冷空气、热空气、紫外线、辐射、化妆品、洗发水、洗洁精、染发剂、肥皂、化纤用品、塑料、金属饰品（手表、项链、戒指、耳环）、细菌、霉菌、病毒、寄生虫等。D、注射式过敏原：如青霉素、链霉素、异种血清等。E、自身组织抗原：精神紧张、工作压力、受微生物感染、电离辐射、烧伤等生物、理化因素影响而使结构或组成发生改变的自身组织抗原，以及由于外伤或感染而释放的自身隐蔽抗原，也可成为过敏原。治疗顽固性过敏最有效的措施是寻找出过敏诱发因子（过敏原），但要在2万种不同的诱发因子中准确地找到致病因子犹如大海里捞针。最新权威实验证实：过敏人群体内自由基数量比非过敏人群高许多！自由基对人体免疫系统侵害是过敏体质形成的基础，还会直接氧化人体的肥大细胞和嗜碱细胞，导致细胞膜破裂释放出组织胺，产生过敏反应。因此，改善过敏体质就要清除自由基。自由基来源于两个渠道：一是在机体本身氧化代谢过程中不断产生；二是环境污染、辐射、不良生活习惯等，也会不断产生自由基。自由基可称万恶之源，百病元凶。人体的老化、许多疾病的产生都与其密切相关。自由基所形成的脂质过氧化物，能够损害生物膜，破坏细胞，阻碍正常的新陈代谢，加速衰老，并能引起诸如免疫失衡，过敏，顽固皮炎，鼻炎，结膜炎，哮喘，湿疹，高血压、心肌梗塞、糖尿病、肝炎、痛风、肾炎、白内障等多种疾病。在目前医院的检测中，仅仅查50-100种过敏原是远远不够全面的，但我们可以通过广普脱敏因子系列彻底改变自身的过敏体质。世界卫生组织WHO在其关于免疫脱敏治疗的指导性文件中明确指出，“免疫脱敏治疗是唯一可以彻底治疗过敏性疾病的根本性治疗方法”.国际过敏研究权威组织也提出，“使用高品质的标准化脱敏制剂，同时应该使用最佳的过敏症治疗方案，包括清除过敏原、患者免疫修复、过敏并发炎症适当的对症药物治疗、标准化脱敏制剂免疫治疗，简称“四合一的四联疗法”方案。[编辑本段]脱敏疗法注意事项1.减敏疗法需要用很长时间，大约需要两年，前半年每周一次，而后两周一次到最后的一月一次，否则的话会前功尽弃或者需要花更多的时间来治疗过敏性鼻炎。2.减敏疗法是将过敏原注射进患者体内使产生耐受力，因此可能会有全身反应，患者注射后半小时应该留在医院观察，以便有紧急情况如呼吸急促、皮肤红肿发痒能尽快处理。3.减敏疗法并非能够100%根治过敏性鼻炎，但是是目前唯一一个治本的方法，有效率有80%，另外即使减敏疗法效果很好，也要注意对环境的控制，如果过敏原浓度高于自身抗体，鼻炎还是会发作。4.如果减敏疗法情况稳定，只需要做折射治疗就好，如果天气骤变或感冒了，在加以药物以及局部治疗。
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擅长：擅长治疗痤疮、皮炎、湿疹、白癜风、红斑狼疮、银屑病等常见多发病及疑难杂症。对中西医治疗皮肤病性病有独到之处。
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过敏是人体的一种变态反应，通常与接触到过敏源引起体内的过敏介质分泌，从而出现一些症状，最常见就是皮肤过敏，一般情况下比较轻微，避免接触或是食用过敏性的物质就可以好转的，严重者有可能引起过敏性休克，这是需要及时进行处理的。治疗需要首先明确过敏源，避免接触这些过敏物质，然后应用一些抗过敏药进行治疗。
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采用饮食调理脱敏法。过敏症患者要注意饮食营养的均衡，少食用油腻、甜食及刺激性食物、烟、酒等。某些食物也是致敏原，要注意加以辨别。多吃维生素丰富的食物可以增强机体兔疫能力。过敏症患者可以多吃一些具有抗过敏功能的食物，加强皮肤的防御能力。
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过敏是人体的一种变态反应，通常与接触到过敏源引起体内的过敏介质分泌，从而出现一些症状，最常见就是皮肤过敏，一般情况下比较轻微，避免接触或是食用过敏性的物质就可以好转的，严重者有可能引起过敏性休克，这是需要及时进行处理的。治疗需要首先明确过敏源，避免接触这些过敏物质，然后应用一些抗过敏药进行治疗。
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真脏器痛与P2X3受体
作者：祝元刚　甘子明
【关键词】& 真脏器痛
　　1真脏器痛的研究概况
　　1.1概念和特点真脏器痛是内脏受到伤害性刺激时产生的人类共有而个体差异很大的一种不愉快感觉,常伴有植物神经反射。缺血、缺氧、化学刺激、炎症、机械挤压与牵张、电刺激等可诱发真脏器痛［1］。内脏的敏感部依次为浆膜、壁层肌肉、实质器官。伤害性感受与其关系密切，伤害性感受是指中枢神经系统对伤害性感受器激活而引起的传入信息的反应和加工，它可以发生在中枢神经系统的各个水平，从低等动物到人均共有［2］。动物实验中通过对伤害性感受的研究间接反映疼痛的问题［3］。
　　1.2传导内脏痛的传导始于内脏痛感受器沿脊髓后脚中间神经元上传至延髓、中脑、丘脑，然后向大脑皮层区，包括岛叶、前脑区、边缘叶系统投射；中脑导水管周围灰质以及延髓中缝核可能通过吗啡中间神经元抑制脊髓内脏躯体向中纤维向上的传导［4］。
　　1.3研究方向引起内脏痛的适宜刺激；该刺激的作用部位；内脏中痛觉神经末梢的分布；内脏到感觉区的外周和中枢传导路；内脏痛定位的有关机制［5］。
　　1.4动物模型在以往的几十年中，为建立内脏痛模型，多数以大鼠为对象采取局部机械刺激手段（诸如利用球囊充气来扩张直肠或结肠等）来诱发内脏痛。近年，已改用炎症或化学致痛诱发内脏痛模型，用以评估自发痛或不适的行为改变。
　　2P2X3受体的研究
　　有3类嘌呤受体：（1）P1受体是G蛋白偶连受体，调节腺苷酸环化酶（AC）活性，影响环磷酸腺苷（cAMP）的合成，主要介导腺苷作用，分5个亚型,其中A1抑制AC，A2激活AC，均为糖蛋白。（2）P2受体不影响cAMP的合成，主要介导ATP作用，分７个亚型，神经系统中有3个：P2X、P2Y、P2U。P2X受体属配体门控离子通道受体超家族，被ATP激活则钠、钾、钙离子通透。P2X3为P2X受体的一种，只分布在与细纤维传入有关的背根神经节和三叉神经节的神经元中，提示其参与伤害性刺激信息的传递。P2Y、P2U受体为促代谢型，属G蛋白偶联受体超家族。（3）P3受体同时介导腺苷、ATP作用［6］。
　　3P2X3与真脏器痛的关系
　　3.1P2X3受体参与痛觉传导1997年Cook［7］指出皮下注射ATP可以引起疼痛，它可能是导致疼痛的细胞浆活性成分。它能开启感觉神经元的配体门控离子通道（P2X受体），也只有感觉神经元表达P2X3受体的mRNA。为了验证ATP是否与伤害性感受有关，通过组织培养系对大鼠的伤害性感受神经元（牙髓传入神经的）和非伤害性感受神经元（肌肉牵张感受器）进行比较。低浓度的ATP可激发两种神经元的动作电位，引起大的内向电流。伤害性感受器的细胞内向电流与其他有P2X3受体的异源性组织的内向电流相似，而且在伤害性感受器的神经末梢和神经元胞体上都有P2X3免疫活性物质分布。牵张感受器的细胞内向电流与此不同，也没有P2X3免疫活性物质分布。这些结果支持P2X3受体介导了一种伤害性刺激；同时也提示ATP在非伤害性刺激感受中的作用。Hamilton等［8］发现在有炎症的皮肤中，内源性的ATP能够兴奋伤害性感受器；而且P2X3受体参与ATP介导的伤害性感受。Treede［9］总结以往的试验，指出伤害性初级传入神经是由对伤害性温度刺激、机械刺激、化学刺激反应的Ｃ类纤维组成，与其相连的小伤害性神经元上有多种受体表达，如香草素受体(VR1)、嘌呤受体 (P2X3)等，进一步提示P2X3参与痛觉传导。同年，Tsuda［10］发现脊髓内源性的ATP和P2X3受体参与福尔马林、辣椒素引起的大鼠伤害性刺激反应。福尔马林、辣椒素引起的痛觉可能通过P2X3受体传导，这种受体对6磷酸吡哆醛2,4偶氮焦磷酸(PPADS)和2’3’酰化腺嘌啉5’三磷酸腺苷（TNPATP）敏感，还可以被α、β甲基化三磷酸腺苷（αβATP）脱敏。由此，P2X3参与痛觉传导逐渐得以明确。
　　Cockayne等［11］发现缺乏P2X3受体的大鼠尿道膀胱反射减弱，与疼痛相关的行为学变化减少。Souslova等［12］利用基因敲除技术也观察到缺乏P2X3受体的大鼠对温度刺激、炎症刺激引起的痛觉敏感性下降。Pankratov［13］用全细胞膜片钳技术发现大鼠伤害性初级神经元上P2X3和P2X2/3异源性受体功能性的表达。结果支持P2X3 受体介导的嘌呤信号在初级伤害性感受神经元的独特作用，又从电生理角度证实了P2X3是痛觉传导途径的重要一环。
　　Yiangou等［14］ 发现人患结肠炎时ATP门控离子通道P2X3增加。Hubscher等［15］利用三重荧光免疫组化技术观察内脏感觉神经元（结状神经节／迷走神经下结），发现了一种很小的神经元，GSIB4（一种源于I型Griffonia simplicifolia的同卵凝集素）染色阴性，但是P2X3免疫活性物的分布密度很大，这种表达提示P2X3与内脏痛觉的传导有关系。Robinson?［16］用逆行标记和免疫组化的方法发现，支配小鼠降结肠的神经元有如下特征：在T8~L1 和 L6~S1脊髓节段背根节有逆行标记的小神经元，在L1节段，降钙素基因相关肽免疫阳性细胞占81，P2X3免疫阳性细胞占32。降钙素基因相关肽和IB4共表达的有22，P2X3和IB4共表达的有7。82的逆向标记神经元上有香草素１型受体（VR1）表达。这些数据表明：在L1节段，支配小鼠结肠的脊髓初级感觉神经元多为与C 类传入神经相连的降钙素基因相关肽免疫阳性神经元，有VR1（香草素１型受体）表达，另有一些P2X3免疫阳性的神经元并不与IB4结合。这些实验说明：P2X3与结肠痛觉的传导有关系。同时也提示：P2X3可能参与其他部位真脏器痛的传导。
　　综上所述，P2X3受体与疼痛和真脏器痛关系密切。 P2X受体广泛分布，并且在神经元、神经胶质细胞、上皮细胞、内皮细胞、骨骼、肌肉以及造血细胞上都有功能性的表达。平滑肌上的P2X受体与交感神经释放的ATP结合。在感觉神经中，它们参与一些内脏（膀胱、肠等）初级传入信号的传导，并在其对炎性刺激、伤害性刺激的感知中起一定作用［17］。
　　3.2P2X3受体参与痛觉的机制中枢神经系统(CNS)中的ATP受体可以分为两大类：离子通道型(P2XN)和G蛋白偶联型(P2YN)。P2XN受体属于二次穿膜蛋白家族，有7个亚型，P2X4 和P2X6主要分布在中枢神经系统，而P2X3主要分布在三叉神经节和细小神经纤维的脊髓背根节神经元上，提示P2X3与痛觉有关。P2YN 受体属于7次穿膜蛋白超家族，它们在调节突触效应方面起重要作用，中枢神经系统中主要有P2Y1、P2Y2、P2Y3和P2Y4［18］。ATP门控的离子通道P2X3选择性的在大鼠感觉神经元上表达，可能通过结合损伤或炎症组织释放的ATP而在伤害性感受中起一定作用［19］。对伤害性感受器中ATP门控电流的动力学和药理学研究提示这种离子通道由P2X受体同源性(P2X3)和异源性结合(P2X2/3)而成。Tsuda［10］对大鼠跖底注射 P2X受体兴奋剂,引起痛敏,结合以前的发现：αβ甲基化ATP在脊髓背根节是通过异聚体(P2X2/3)引起缓慢的脱敏电流；作者推测痛敏机制可能在于异源性的P2X2/3受体信号参与了对辣椒素敏感的初级传入神经元的伤害性感受。
　　有学者发现神经生长因子可以诱导感觉神经元上P2X3的表达［20］。镁离子可以调控培养的大鼠背根节神经元的P2X3受体。现已发现，Fos/Jun等转录因子，P2X3、SNS 等配体或电压门控离子通道在外周伤害感受器上特异表达；NGF、BDNF等神经营养因子参与痛觉敏感性调制。这些发现可望对疼痛的发生机制和治疗提供新的理解和策略。
　　最近许多重要的发现表明P2X受体不仅参与了痛觉的外周机制，而且参与其中枢机制。ATP 和P2X受体在这两个部位的作用可能不同。在外周，由于组织损伤、脏器扩张或交感神经兴奋而释放ATP，并作用于P2X3或P2X2／3使伤害性感受初级传入神经兴奋。在中枢，传入神经的中枢端和二级神经元释放的ATP能调节神经递质的释放，或通过P2X2、P2X4、P2X6及其他可能参与的受体激活参与中枢伤害性感受传入的神经元。体外实验表明：急性组织损伤和炎症时，外周的ATP作用机制很重要，而中枢作用机制相对有限。更重要的是，ATP的释放和P2X介导的传入动作电位看起来参与了内脏痛和神经源性痛，这还需要进一步研究。
　　3.3P2X3的抑制物和临床应用既然P2X3受体是疼痛传导的关键环节，人们自然想到阻断P2X3受体就能减缓甚至消除疼痛。Koles［21］发现在培养的293ｈP2X3细胞中三氯乙烯可以抑制ATP引起的膜电流。Fischer等［22］则描述了培养的HEK293ｈP2X3细胞上P2X3、P2Y1、P2Y4受体的特征，这些受体可以被乙醇和三氯乙烯所抑制。这些P2X受体阻滞剂的试验应用逐渐扩大。Honore［23］发现TNPATP是一种潜在的P2X3受体抑制剂，可以在大鼠中阻断过氧乙酸引起的腹部痉挛。由此，“克服疼痛：P2X受体可以作为新的镇痛靶”逐渐成为共识。
　　但是，由于P2X受体分布广泛，功能多样，非选择性的阻断很可能引起许多不良后果。选择性的P2X3受体阻滞剂成为研究的热点。2001年Dorn通过甲基化修饰的反义寡聚核苷酸特异性地抑制大鼠配体门控离子通道P2X3的功能。标志着人类开始从核酸水平对疼痛进行治疗。Barclay［24］的研究发现在大鼠慢性神经源性痛、炎症痛动物模型中，P2X3受体亚单位功能下调对感觉神经元有重要作用。显示了用反义寡核苷酸对疼痛动物模型的靶基因进行调整从而止痛的独特性，也提供了P2X3受体在慢性痛的病理生理中作用依据。随后，Honore［23］经椎管内用反义寡核苷酸对大鼠慢性炎性痛、神经源性痛进行治疗，取得良好效果。接着又发现了反义寡核苷酸的重组非依赖性效应和反义RNA介导的对重组大鼠的P2X3受体的特异性抑制效应。这样，从分子水平治疗疼痛不仅是可能的，在实验中也是可行的。研究者进一步提出“P2X3亚单位：疼痛治疗中的靶分子”。
　　对P2X3深入广泛的研究不仅对真脏器痛的治疗有重大意义，而且有助于治疗与平滑肌功能失调相关的一类疾病：如间隙性膀胱炎、前列腺炎、阳萎、结肠功能紊乱综合征等［25］。
　　参考文献：
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　　新疆医科大学基础医学院人体解剖教研室，新疆乌鲁木齐830054
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ABSTRACT：
Structural the EF-hand Ca2+-binding proteins and calcium have been recognized
as the key players in all aspects of cell function, starting with a cell’s birth
during mitosis and ending with its apoptotic death. A malfunction in EF-hand proteins-signaling
can engender many human diseases. Functionally, EF-hand proteins can be divided
into two general classes: the Ca2+ sensors and the Ca2+ buffers.
The exceptional versatility of the EF-hand proteins is intimately associated with
the diversity of the EF-hand motifs, such as discrepancy in conformations, domain
organization, structural responses to calcium and so on. In the present review,
we describe the progress on the structure and function of EF-hand proteins, as well
as many human diseases caused by signaling dysfunction.
Keywords: EF-Hand P EF-Hand M Calcium
EF-Hand蛋白研究进展*
吁& 亭#，赵宇威#，余绍宁†
上海复旦大学化学系，上海
Email: @, @, †yushaoning@
EF-hand蛋白作为钙离子结合蛋白家族中的特殊成员和钙离子一起参与了从细胞增殖到细胞凋亡各方面的功能调节，EF-hand蛋白调节信号的异常也被认为是人类多种疾病的诱因。按照功能分类，EF-hand蛋白可以分为具有调控功能的Ca2+信号蛋白和只参与Ca2+转运、缓冲的Ca2+缓冲蛋白两大类。EF-hand蛋白功能的多样性与EF-hand结构的构象、组织形式、对钙离子的响应程度等密切相关。本文就EF-hand蛋白结构与功能的差异以及与疾病的关系进行简要综述。
关键词：EF-Hand蛋白；EF-Hand结构域；钙离子
Krestinger[1]在用X衍射分析小清蛋白(Parval bumin, PV)三维结构时，首次提出了EF-hand结构模型。如图1，这种Ca2+结合蛋白有6个螺旋部分(A、B、C、D、E、F)成对的组成一个类似的结构区域。每个结构区域包括二个含10个氨基酸的α螺旋，中间为一个含10个氨基酸的非螺旋结构的环状区域。每个环状区域内，蛋白质主、侧链上的6~8个氧原子提供电子与Ca2+结合。Krestinger将这种特殊的螺旋–环–螺旋结构称为“EF-hand结构”，拥有EF-hand结构的蛋白称为EF-hand蛋白。这种螺旋结构很像拳头上伸开的
(A) 用右手表示的EF-hand结构的三维结构图：食指表示的是E螺旋(残基1~10)，弯曲的中指表示的是经典的钙离子结合环(残基10~21)，大拇指表示的是F螺旋(残基19~29)。(B)
X射线衍射的小清蛋白结构。(C) 常见的经典EF环的氨基酸序列，1、3、5、6、8和12位为最保守的氨基酸残基，最常见的氨基酸用下划线表示。
Figure 1. The EF-hand motif of parvalbumin[]
图1. 小清蛋白的EF-hand结构
食指与拇指，E螺旋相当于食指，F螺旋相当于拇指，两者伸出成直角，其根部弯曲的中指，相当于螺旋之间的环，Ca2+正好位于三指的凹陷之中。EF-hand蛋白在钙结合蛋白中非常普遍，对人类全部染色体组的分析表明，共有242个蛋白中含有EF-hand结构[2]，同时，从其他物种中确定的含有具有EF-hand结构的蛋白目前已超过600个[3]。其中最著名的成员有钙调蛋白(Calmodulin,
CaM)、小清蛋白(Parvalbumin, PV)、肌钙蛋白C (Troponin C, TnC)、calbindin、S100蛋白家族等。
EF-hand蛋白作为钙离子结合蛋白家族中的特殊成员和钙离子一起参与了从细胞增殖到细胞凋亡各方面的功能调节。按照功能分类，EF-hand蛋白可以分为具有调控功能的Ca2+信号蛋白和只参与Ca2+转运、缓冲的Ca2+缓冲蛋白两大类[5]。一般讲，在静息状态时，大多数细胞包括神经细胞和肌肉细胞的Ca2+浓度为50~100
nM，这时EF-hand蛋白在静息细胞中主要以未结合钙离子的形式存在。当细胞受到刺激时，内部储备的钙离子释放或外部的钙离子大量涌入导致钙离子浓度急剧增加，EF-hand蛋白被激活并参与钙离子信号的调节。信号蛋白是EF-hand蛋白家族中最大的一类，它包括CaM、TnC及S100B等大家所熟知的家族成员。信号蛋白能将钙离子浓度增加的化学信号转变为各种生物化学响应，信号转变过程中都会伴随着典型的Ca2+依赖性的构象改变。而缓冲蛋白不会发生Ca2+依赖性的构象改变，它们在结合Ca2+以后主要作为钙离子浓度的调节器，参与对细胞内钙离子浓度的调控，calbindin
D9k、calretinin和PV就属于这种类型。EF-hand蛋白功能的多样性与EF-hand结构域的组织形式、构象以及对钙离子的结构响应等密切相关。近年来，随着研究的不断深入，EF-hand蛋白的许多新的功能又相继被发现，它们在人类的免疫系统、神经系统、生殖系统、运动系统等都发挥了突出的作用，EF-hand蛋白功能的失调，也被认为是许多人类疾病如老年痴呆、心肌病、癌症、唐氏综合征的诱因[4,6,7]。本文就EF-hand蛋白结构与功能的差异以及与疾病的关系进行简要综述。
2. EF-Hand蛋白的结构特征
EF-hand蛋白中的EF-hand结构是由一段螺旋–环–螺旋的二级结构组成，EF-hand结构中的钙离子结合区域EF环按照组成和长度的不同可以分为经典与非经典EF环。大部分EF-hand蛋白都含有2、4或6个EF-hand结构，具有很强的成对倾向，形成一个个分离的结构域，不同EF-hand蛋白中的EF-hand结构域可以按照不同的组织形式形成不同的分子构象，这种EF-hand蛋白结构的多样性为EF-hand蛋白对钙离子浓度变化产生不同的信号响应提供了结构基础。
2.1. EF环的结构特征
EF-hand蛋白中的EF-hand结构是由一段螺旋–环–螺旋的二级结构组成的。经典的EF环由12个氨基酸构成，起始和终止氨基酸一般分别为为天冬氨酸和谷氨酸(图1(C))。钙离子与7个氧原子螯合成五角双锥形，其中的5个氧原子由EF环中的9个残基提供，剩下的两个是由出口螺旋侧链中的酸性氨基酸提供的双齿羧酸酯配体。在EF环本身提供的配基中，3或4个来源于负电荷氨基酸侧链的羧基，另一个来源于骨架羰基，与EF环的侧链形成氢键的水分子也常常作为钙离子的配体(图2(A))。EF环的残基一般用两种方式标注：第一种是根据它们的线性位置；第二种是根据它们在五角双锥中的几何分布。与钙离子螯合的配体分布在正交坐标系中：1(+X)，3(+Y)，5(+Z)，
(A) 钙离子螯合结构示意图:入口和出口螺旋用红色标注，蛋白提供的配体用青色标注，水分子(W)用深青色标注，8位的与配对的EF-hand结构形成短的β片的残基用紫红色标注。(B)
CaM EF1的钙离子螯合图：钙离子用黄色标注，水分子用青色标注，侧链氧原子用红色标注，骨架的NH基团用黑色。
Figure 2. The co-ordination sphere of the canonical
图2. 经典EF环的螯合结构
7(−Y)，9(−X)，12(−Z)(图2(B))。在所有已知的EF-hand蛋白结构中，EF环-Y位置的残基通过主链羰基氧原子与钙离子结合，和这个残基相邻的疏水氨基酸(大部分是异亮氨酸、缬氨酸或亮氨酸)与配对的EF-hand结构中对应的残基形成两个氢键。这两个氢键是β片的一部分，连接着两个EF环[8]。
尽管大部分的EF-hand蛋白含有的是经典的EF环，但EF环的长度和组成的变化对EF-hand蛋白的多样性意义重大。有些非经典的EF环虽然长度与经典EF环一样，但是结合钙离子方式不同，如调节肌球蛋白轻链(the
regulatory light chain of myosin, myosin RLC)12位(−Z)的谷氨酸替换成天冬氨酸，这种氨基酸的替换使得EF-hand蛋白对钙离子的亲和性降低，更倾向于结合镁离子，与钙离子螯合的几何构型为八面体[9]。有些非经典EF环是由于EF环长度的变化，如Calbindin
D9k的N端的EF-hand结构的EF环含有14个氨基酸，除了C端的谷氨酸，所有的钙离子配体都来源于主链的羰基氧原子。尽管背离了常规的钙离子结合模式，但Calbindin
D9k还是保留了五角双锥的几何构型和对钙离子的高亲和力。除此以外，11个残基的EF环、13个残基的EF环都不断被发现。令人惊讶的是，所有EF环氨基酸的插入或丢失一般都发生在N端，而C端的长度是不变的，且−Y和−Z配体间的氨基酸间距是很保守的[10]。EF环的结构对EF-hand蛋白结合钙离子的性质、结合钙离子后蛋白激活的程度、速度和持续时间等具有重要的影响。
2.2. EF-Hand结构的配对
大部分EF-hand蛋白具有2~8个多拷贝的EFhand结构，而且往往空间上成对排列。成对的EF-hand结构面对面的排列，4个螺旋聚集在一起形成了一个疏水区，两个短的反平行的β片组成的EF环进一步完善了EF-hand结构。结合了Ca2+后EF-hand结构由于Ca2+-配体、极性基团和紧密结合的水分子间的相互作用使得EF-hand结构更加稳定[10]。配对的两个EF-hands结构几乎是2次对称，但这两个EF-hands结构并不是完全一样的[11]。
EF-hand结构的配对现象几乎是无处不在的。首先，假如配对的EF-hands结构中的一个失去了功能，这两个EF-hand结构仍然能够保持配对，这种现象在无脊椎的杂色沙蚕和文昌鱼的肌质Ca2+结合蛋白中(Sarcoplasmic
Ca2+-binding proteins，简称SCPs)都可以见到。以沙蚕的SCP为例，由于大量的插入，EF2丧失了功能，但仍然能与具有功能的EF1配对，且几乎是二次对称的[12]。在文昌鱼的SCP中，丧失功能的EF4能够再次和Ca2+结合的EF3配对，但两个EF-hands结构间反平行的β片丢失了[13]。其次，根据对单个的EF-hand结构的肽段的研究得到的EF-hand结构的疏水折叠，为肽段的二聚作用提供了一个很强的驱动力。通过观察不同独立的EF-hand结构肽段聚合形成含有多个EF-hand结构蛋白质的实验，不同蛋白质EF-hand结构二聚的程度已经得到证实，其中包括CaM[14]，TnC[15]，calbindin
D9K[16]和沙蚕SCP[17]等。研究表明，在Ca2+存在下，EF-hand结构肽段能够聚合形成同源二聚体。但将同源二聚体和它们的原来的配对EF-hand结构肽段混合时，EF-hand结构肽段更倾向于形成异源二聚体。异源二聚体和同源二聚体相比对Ca2+的亲和性增加了200倍[18]。有趣的是，除了二聚体的形成，金属离子的结合会诱导EF-hand结构肽段中的无规卷曲向螺旋–环–螺旋的构象转变，这种转变也许对于蛋白质的折叠具有重要的作用[19]。
2.3. EF-Hand的结构域的组织形式
尽管配对的EF-hand的结构是高度保守的，但是通过对两个EF-hands的连结在组成和长度上进行修饰，或者通过改变蛋白质中EF-hand结构域的组织方式，都可以增加EF-hand的结构的多样性。
Calbindin D9k是EF-hand蛋白质家族中最小的蛋白，分子量只有9kDa，只含有一对EF-hand结构。大部分EF-hand蛋白质家族中的成员都含有2对EF-hand结构，每对都与calbindin
D9k类似(图3)。根据成对的EF-hands结构域之间的连结的长度和构象的区别，可以将EF-hands结构域的组织形式分为三类：第一类，两个独立的结构域由一个非常灵活的连结连接，以CaM[20]和TnC[21]为例，EF-hands结构域之间柔软的连结使得它们可以采取不同的方位和靶蛋白相互作用；第二种组织方式在恢复蛋白(recoverin)和其他的神经传感器蛋白(Neuronal
calcium sensor proteins, NCS)亚家族其他成员中可以见到，两个结构域由一个U型的连结连接，4个EF-hands结构紧凑的串联排布在蛋白质的一个平面上[22]。这种相对的排布方式是由结构域之间和结构域内部的相互作用共同决定的；最后一种组织形式可以在无脊椎SCPs中观察到[13]，四个EF-hand结构折叠为紧密的球形结构，两对EF-hand位于球形结构的相反面，事实上，两个结构域高度的非极性表面使得相互间有高度的专一性和亲和性以致于阻碍了对靶蛋白疏水表面的识别和结合[23]。此外，在EF-hand蛋白的大家族中，有些蛋白质含有6个EF-hand结构包括神经保护功能的calbindin
D28K和它的同源体calretinin以及内质网调节蛋白亚家族。以calbindin D28K为例，三对EF-hand结构形成一个紧密的、椭圆形的构象，这种构象与NCS类似[24]。
由于EF-hand结构具有很强的成对倾向，因此含有单数EF-hand结构的蛋白质是非常少见的。单个具有功能的EF-hand结构在电压门控钙离子通道1.2的亚基的C端结构域被发现，尽管它的EF环是一段非经典的序列，但是这个EF-hand结构被认为能够结合二价离子且对于维持钙离子的动态平衡具有重要作用[25]。对于含有3对EF-hand结构的小清蛋白亚家族而言，未配对的EF1由于提供氧配体的氨基酸已被其他氨基酸所取代，因此在功能上不能结合Ca2+，但是可以看作结合在C端结构域内生的肽段，以Ca-CaM-肽段的形式稳定配对的Ca2+结合的EF2/EF3结构[26]。有趣的是，如果将EF1结构替换为经典的EF-hand结构并不会恢复其对Ca2+的结合和影响整个结构的稳定性[27]。最后，当一整个亚家族含有5个EF-hand结构，第五个具有功能的EF-hand结构能够发生自缔合作用生成含有10个EF-hand的结构单元[8]。
3. EF-hand蛋白的工作机理
在钙离子调控过程中，许多生物学反应都是通过
(A) Calbindin D9K (B) Parvalbumin (C) i，CaM; ii，recoverin iii，Nereis SCP (D) Domain
VI of calpain (E) Calbindin D28K。在(A)~(E) 第一对配对的EF-hand 结构域用紫红/粉红标注，第二队为蓝色/青绿色，第三对棕色/橘黄色，未配对的EF-hands
结构域用灰色标注。
Figure 3. EF-hand domain organization[6]
图3. EF-hand结构域的组织形式[6]
细胞内钙离子微妙的变化进行触发或调控的。EF-hand蛋白作为细胞内的传感器，在不同范围内，对细胞内钙离子浓度的精确感应是其调控的关键。EF-hand蛋白中的信号蛋白的调节功能主要归功于钙离子诱导的构象变化，导致大量疏水的靶蛋白结合位点暴露。缓冲蛋白作为钙离子浓度的调节器，其功能受到对钙离子的选择性、结合钙离子的动态性等多方面的影响。
3.1. 钙离子诱导的信号蛋白的构象变化
EF-hand蛋白中的信号蛋白的调节功能主要归功于钙离子诱导的构象变化。最早的TnC[28]的晶体结构表明，钙离子只结合在C端结构域。结合了钙离子C端结构域呈现出一个开放的构象，伴随着大面积的疏水区域的暴露，而未结合钙离子的N端结构域呈现出一个封闭的构象，所有的螺旋结构都互相紧密的堆积在一起。Herzberg[29]等认为钙离子的结合会引起结构域的构象由闭合向开放转变，同时伴随着大量疏水基团的暴露，作为和靶蛋白相互作用的位点。这个推论被称为HMJ模型，且已经被大量化学生物和结构数据证明[10]。
HMJ模型同样适用于CaM，CaM是目前研究最多，在所有的真核细胞中分布最广的一个钙离子结合蛋白，介导调控由Ca2+引起的一系列生理生化反应，参与并调节细胞的增生、分化、运动等基本代谢过程[30]。Babu等[20]首次用X光衍射法得到了分辨率0.22
nm的Ca2+-CaM三维晶体结构，从中可以看出CaM为一哑铃型结构，整个分子长度为6.5 nm。柄是一个长α螺旋，每个铃(球区)大约25
× 20 × 20 &A，两铃间无直接接触，一铃上含2个Ca2+结合位，2个Ca2+间距为11.3 &A。CaM共含八段α螺旋，在N端和C端分别含有两个EF环，由这四个EF环与位于两头的部的六个α螺旋区共同形成四个典型的螺旋–环–螺旋EF-hand结构。NMR和X衍射得出的无Ca2+结合的CaM(apo-CaM)的晶体结构与Ca2+-CaM相比[31,32]，分子结构有很大的不同(图4)[33]。从整体看，apo-CaM的结构更紧凑、封闭，Ca2+-CaM的结构则较松弛、开放。在apo-CaM中，螺旋Ⅰ与Ⅳ、Ⅴ与Ⅷ在空间上形成分子内相互作用，导致apo-CaM的疏水性残基被α螺旋片段包围，在两端各形成一个结构内部的疏水性核心，只有部分疏水残基暴露在溶液中。apo-CaM
C端结构域的这种构象使得细胞在静息状态时，与一些钙不依赖钙调素结合蛋白(Caimodulin binding proteins, CaMBPs)结合，形成有活性的复合物，行使某些重要功能[34]。中心螺旋在Ser-81位置一折为二，两个球部扭转了大约180˚。每个EF-hand结构的2个α螺旋在空间上平行，当EF-hand的钙结合环结合钙后，这2个α螺旋张开成直角，结果导致哑铃球部由沿中心螺旋折叠而伸直，中心螺旋暴露，疏水残基从α螺旋片段之间伸展出去，在每个长把勺末端形成一个面朝外的疏水穴，这两个疏水穴将与中心螺旋共同负责与靶酶及拮抗剂的结合[35]。最近的研究发现，钙离子激活CaM不仅仅是通过每个结构域局部的结构变化，更多的是通过整个分子的形状的改变，针对不同的底物，钙离子能够诱导CaM选择不同的构象与底物相互作用[36]。
Ca2+诱导的这种由封闭到开放的构象变化并不是在所有的EF-hand家族成员中可以看见。S100A6的X衍射的晶体结构表明，结合了钙离子和未结合钙离子的EF1构象非常相似，但是在EF2中，钙离子的结合使得螺旋Ⅲ和螺旋Ⅳ之间的夹角变化了86˚[37]，这种钙离子诱导的螺旋Ⅲ的转动在S100B中也可以观察到[38]，因此相对于Ca2+诱导的CaM和TnC中EF-hand
(A) i，apo-CaM; ii，Ca2+-CaM (B) i，apo-S100A6; ii，Ca2+-S100A6。在图中N端的螺旋用紫色标注，C端的螺旋用青色标注，钙离子用黄色标注，非螺旋结构用灰色标注。
Figure 4. Ca2+-induced conformational
图4. 钙离子诱导的构象变化
结构域协同变化相比，S100蛋白构象变化属于独立的螺旋的运动。Recoverin和NCS亚家族蛋白质，Ca2+结合引起结构域的转动，这种转动使得埋藏于蛋白质内部的肉豆蔻酰暴露，蛋白质转移到质膜[39]。对于抗药蛋白(sorcin)和其他含有5个EF-hand结构的亚家族成员而言，尽管Ca2+结合对EF-hand结构域本身没有什么影响，但是由于螺旋相互间作用力的改变，C端EF-hand结构域与N端EF-hand结构域的作用力减弱，导致大量疏水的靶蛋白结合位点暴露[40]。
3.2. 缓冲蛋白对钙离子的响应
缓冲蛋白作为钙离子浓度的调节器，其功能主要受以下几个方面影响：a) 细胞质中缓冲蛋白分子的浓度；b) 对钙离子或者其他可能的金属离子如镁离子的亲和性；c) 结合和释放钙离子的动态性；d)
缓冲蛋白自身在细胞内部的流动性。由于许多实际的原因，常常采用Ks(缓冲剂结合的钙离子的浓度变化与游离钙离子浓度的变化的比值)作为衡量许多内生缓冲剂的缓冲能力，特别是当对一种细胞内的钙离子结合蛋白的性质了解不是很清楚的情况下，如运动神经元的缓冲能力很低，Ks
< 50；而典型的神经元细胞的Ks在60~200之间；Purkinje细胞由于calbindin D28k和PV的大量表达，Ks的值非常高，约在900~2000之间[4]。
PV是EF-hand蛋白家族中为数不多的含有3对EF-hand结构，但只有2对具有结合离子功能的缓冲蛋白。N端结构域的AB位点虽然不能结合钙离子，但对于维持整个PV分子的稳定起了很重要的作用。CD和EF位点对钙离子具有很高的亲和性，对镁离子的亲和性中等，也就是说CD和EF位点是Ca2+/Mg2+混合结合位点。当细胞处于静息状态时，细胞内镁离子的浓度达到0.5~1
mM[41]，80%~90%的PV的Ca2+/Mg2+混合结合位点都被镁离子占据，也就是说，在钙离子结合上去之前，镁离子先要解离。正因为这个原因，PV的钙离子结合率主要由速度相对缓慢的镁离子解离率决定，同时，PV结合钙离子的动态性与缓冲速度很慢的合成缓冲剂EGTA非常相似，因此PV也是一个缓冲速度缓慢的缓冲剂。作为钙离子缓冲剂的另外一个重要参数是它们在细胞内的流动性。PV在水溶液(~140
um2/s)中的扩散系数要比在Purkinje神经元树突(~40 um2/s)中的大得多；在同样的Purkinje神经元其他的细胞结构中，PV的扩散速度降到约11
um2/s[42]。然而当把PV的流动性和一个分子量相似、不会和细胞内其他物质的组分发生特异性反应的右旋糖苷的流动性比较后发现这两个分子流动性下降的趋势是一样的。因此，在不同的细胞组分中PV的流动性不同是由于细胞质的粘度的差异。最近几年，随着越来越多的不同物种和形式的PV的在水溶液中的结构得到解析，研究发现PV虽然内部灵活性较CaM还是比较低，但有些形式的PV还是会发生钙离子诱导的构象变化[43]。以βPV为例，当钙离子从βPV中移除以后，CD位点中的两个螺旋、疏水核心、AB和CD-EF结构域之间的界面都会发生重排，这个发现表明也许βPV也具备信号蛋白的功能[44]。
Calbindin D28k也含有6个EF-hand结构，其中EF2被认为丧失了结合离子的能力，而EF6对钙离子的亲和性太低[45]。EF1、EF3、EF4、EF5位点由于对镁离子的亲和力很低(0.15
M KCl中对镁离子的亲和常数为2.5 × 103 M&#8722;1)，对钙离子具有高/中等的亲和性(整个分子对钙离子的平均亲和常数为1.4
× 106 M&#8722;1)，因此被认为是钙离子专一性结合位点[46]。一直以来，Calbindin
D28k都被认为是一种典型的缓冲蛋白，也有许多的证据证明在细胞内Calbindin D28k能够作为钙离子的缓冲剂发挥作用，如增加细胞内Calbindin
D28k的水平会降低细胞内钙离子的增长速度；将表达Calbindin D28k的基因突变后，钙离子的瞬变增加等。尽管目前大部分的报道针对的是Calbindin
D28k对钙离子的缓冲作用，但仍有许多的证据表明Calbindin D28k也能作为信号蛋白发挥作用，如光谱研究结果显示，结合钙离子后，Calbindin
D28k的构象发生了变化；在肾脏中，Calbindin D28k能够结合TRPV5并且调节它的活性；另外，作为信号蛋白，对钙离子的选择必须是镁离子的1000倍以上，Calbindin
D28k也符合这个条件[46]。但是，如果Calbindin D28k同时也属于信号蛋白，那么它的作用机理是什么呢？2006年鼠的Ca2+-Calbindin
D28k的晶体结构得到解析[24]，结果表明整个蛋白是由6个不同的EF-hand结构域折叠组成的单一球体，而不是像CaM一样含有两个独立的结构域。同时，尽管Calbindin
D28k会发生钙离子诱导的构象变化，但是apo-Calbindin D28k和Ca2+-Calbindin
D28k都有疏水区的暴露[47]。因此Calbindin D28k不可能采取和CaM一样只有在结合了钙离子以后才暴露疏水区和靶酶结合的作用模式。对于Ca2+-Calbindin
D28k的作用机理，目前还没有定论，还需要进一步的研究。
除了calbindin D28k、PV外，其他许多缓冲蛋白如calbindin D9K、Calretinin等发现都能够发生微小的钙离子诱导的构象变化，具有一些信号蛋白的特征。事实上，在所有EF-hand蛋白中，Ca2+结合和因此发生的构象变化都是由连接两个EF-hand结构域中Ca2+结合环的中间结构决定的，这个中间结构称为“EFβ-scaffold”[10]。EFβ-scaffold能够提供一个多功能的铰链，使得一些键能够发生转动从而引起Ca2+诱导的构象变化，也就是说EF
β-scaffold扭矩的灵活性导致了EF-hand构象的多样性。同时，随着研究的深入，许多信号蛋白在细胞内浓度足够高时，也会参与钙离子浓度的调节，信号蛋白与缓冲蛋白两者的界限越来越模糊。
4. EF-Hand蛋白与其他金属离子的作用
除了Ca2+外，与EF-hand蛋白结合并调节其与Ca2+结合的生理功能相关的金属离子还包括Mg2+、Zn2+和Cu2+。与细胞内的Ca2+浓度从静息状态的10&#8722;7
M到激活状态的10&#8722;5 M较大波动不同[48,49]，Mg2+的浓度相对恒定，变化范围一般在0.5~1.0
mM。很多EF-hand蛋白Ca2+结合位点对Mg2+具有亚毫克分子量级的离解常数，因此，在没有Cu2+的竞争的情况下可与Mg2+结合。目前在蛋白质数据库仅有三种Mg2+结合的EF-hand蛋白：小清蛋白(PV)，Calbindin D9k(S100G)和扇贝肌球蛋白调节轻链(RLC)。在S100G中，Mg2+只和C端的S100特征EF环结合。EF环呈伸展构象，与没有结合Mg2+的构象类似。Glu12由于距离太远其侧链不能与Mg配位，取而代之的是一个水分子[50]，两侧的螺旋部分与Ca2结合构象相比结合更加紧密。Mg2+与PV的环结合时，Glu12的侧链旋转120&#730;并且只提供一个氧原子与Mg2+配位。Mg2+能通过多种途径影响EF-hand蛋白功能。首先Mg2+和Ca2+对EF-hand蛋白结合位点具有竞争性，因而使得目标酶的激活需要更高的Ca2+浓度；其次，有研究表明Mg2+和Ca2+具有负变构效应[51,52]；另外，Mg2+还可以通过与各种不同目标分子作用进而影响EF-hand蛋白的功能，例如最近Persechini的研究显示CaM的每一个结构域的不同构象对应一个特异的、不同的功能[53]，Mg2+可能通过调节Ca2+对每个结构域的响应而更复杂的影响Ca2+信号途径。
Zn2+和Cu2+与S100家族的一些蛋白结合[54]，其结合位点位于S100两个单体的界面之间[55,56]。由于配体和配位构象均不同，Zn2+、Cu2+与Ca2+和EF-hand蛋白结合不存在竞争关系。许多S100家族蛋白对Zn2+具有很高的亲和力，通过与Zn2+结合精细地调节蛋白的结构和功能[54,57]。S100B和S100A12结合Zn2+后可以提高它们对Ca2+的亲和力，将Zn2+和Ca2+信号通路联系起来[58]。Zn2+的浓度在细胞外可以达到微摩尔到毫摩尔级水平，参与S100分泌蛋白低聚物的形成和细胞外功能[59,60]。S100B是人大脑中含量最丰富的蛋白之一，它可以与Cu2+结合并有效隔绝Cu2+，抑制Cu2+引起的细胞损害，对神经起保护作用[61]。
一些重金属离子结合也可以与EF-hand蛋白结合，引起对Ca2+信号通路的干扰，引起中毒和致病。在分子水平，Pb2+能特异性作用于Ca2+电压门控通道，和TnC[62]，并且可以在低浓度刺激CaM信号通路[63]。其他一些金属离子例如Ba2+、Sr2+、Hg2+、Cd2+和大部分镧系元素对包括CaM在内的许多Ca2+结合蛋白同样具有亲和力。最新的对Pb2+、Ba2+和Sr2+与痢疾变形虫的Ca2+结合蛋白-1(EhCaBP1)的晶体学和热力学研究显示其EF-hand结构域可以与几个重金属离子结合并且具有相似的亲和力，EhCaBP1对Pb2+有五个结合位点，对Ba2+和Sr2+有四个结合位点[64]。
5. EF-Hand蛋白功能与疾病
EF-hand蛋白对神经系统、免疫系统、生殖系统、运动系统等都发挥了重要的作用，几乎涉及到细胞内所有的功能调节。许多科学家认为EF-hand蛋白介导的调控异常是导致许多人类疾病的诱因。如CaM依赖的蛋白激酶对免疫系统，神经系统的调节和精子的形成都有重要的影响，当鼠的CaMKIV突变以后，表现出从骨质疏松到男性不育等一系列人类疾病的显著特征[65]；Calbindin
D28k在老年人以及神经退行性疾病人群中显著减低，老龄老鼠模拟试验显示，Calbindin D28k在整个脑部，其mRNA水平的表达降低了60%~80%；脊髓运动神经元由于缺乏PV和Calbindin
D28k的表达而对钙离子介导的损伤非常敏感[66]。另外，许多其他的EF-hand蛋白如：Calcineurin、S100家族、NCS家族等对许多人类疾病的致病机理也密切相关。
5.1. 钙调磷酸化酶
钙调磷酸化酶(Calcineurin, CN)也属于EF-hand家族中的一员，由分子量较大的催化亚基CNA和分子量较小的调节亚基CNB组成，是目前唯一所知依赖钙和钙调蛋白的蛋白磷酸酶。当钙离子结合后，CNB的构象发生变化导致CNA暴露CAM结合位点，Ca2+/CaM的结合进一步使得自抑制结构域从催化结构域移开，CN被激活。CN对钙离子具有很高的亲和性，纳摩尔级浓度的钙离子就能将CN激活。CN在脑内的含量极高，因此许多脑内功能都与之有关，特别是对于神经突触的可塑性和记忆有重要作用。大脑中调节大部分兴奋性突触传导的谷氨酸AMPA受体(AMPA-R)的845位丝氨酸的脱磷酸化会降低神经传导的强度，这可能是长期抑郁现象(Long-term
depression, LTD)的原因[6]。除此以外，CN通过脱磷酸化活化Ｔ细胞核因子(Nuclear
factor of activated T cell, NFAT)使之活化而移位进入核内，然后参与IL-2和其他一些因子的转录过程。CN-NFAT的信号故障能够造成一系列的疾病，如心脏肥大、免疫功能失调、骨质疏松症、老年痴呆、唐氏综合症和癌症等。
5.2. S100蛋白家族
S100蛋白共有21个成员，只在脊柱动物中表达，是EF-hand信号蛋白家族中最大的亚家族。除了S100G(Calbindin D9k)属于缓冲蛋白，所有其他的成员都通过钙离子依赖的形式调节受体蛋白的活性。编码S100A1-S100A16蛋白的基因位于很容易发生染色体重排的1q21染色体上，显示S100家族蛋白和新陈代谢及肿瘤的形成相关[58,67,68]。除S100G(Calbindin
D9k)是单体构型外，其他S100蛋白组织形式为紧密的同源二聚体[69]，每个亚基由C端“经典的”EF-hand结构和N特有的“假的”EF-hand结构组成。结合钙离子以后，C端发生一个大的构象变化，暴露出与靶蛋白作用的疏水表面。S100的受体蛋白包括酶和非酶蛋白：S100B和S100A1调节涉及能量代谢和信号传导的蛋白酶；S100A8和S100A9调节某些激酶，S100A10调节PLA2，S100A11调节ATPase；S100蛋白家族中的25个成员中的13个与细胞骨架蛋白相互作用，进而调节它们的聚集或者磷酸化状态；有些S100蛋白和转录因子相互作用。S100蛋白功能的多样性与它们在何种类型的细胞内表达、浓度、细胞内的定位、和靶蛋白的协同表达、与不同金属离子结合的性质(Ca2+，Zn2+和Cu2+)、形成同源、异源、低聚物的能力等息息相关。S100蛋白还可以被运输排放到细胞外，激活细胞表面受体[70]。晚期糖化物终极受体(RAGE)是细胞表面受体之一，在糖尿病患者中具有异常高的含量。许多S100蛋白可以和RAGE作用，包括S100A1、S100A2、S100A4、S100A5、S100A6、100A7、S100A8/A9、S100A11、S100A12和S100B等[71]，通过RAGE信号通路引起细胞因子和趋化因子的细胞外活性。S100-S100A8/S100A9异二聚体被称作钙网蛋白(CP)，在某些白血球细胞中被大量表达。CP直接和=炎症及先天性免疫应答相关，在类风湿性关节炎、慢性支气管炎，AIDS、糖尿病和癌症患者中含量较高[72]。研究证实，在金黄色酿脓葡萄球菌引起的脓肿中，CP可以通过螯合Zn2+和Mn2+引起有效地抗菌活性[73]。最新研究发现S100A8/S100A9通过一个金属离子介导的淀粉蛋白寡聚化和纤维化过程参与淀粉样蛋白的形成[74]。由于S100蛋白家族和人类疾病如，癌症、神经退行性疾病、心肌疾病等的密切联系，近年来它们受到越来越多的关注，S100蛋白对于疾病诊断和作为潜在的药物靶点的价值也日益增加[68]。
5.3. NCS蛋白家族
NCS蛋白家族根据氨基酸序列分为五个亚家族，分别命名为A-E。尽管它们也含有4个EF-hand结构，但CaM的同源性非常低，EF1由于EF环氨基酸的非活性替换丧失了结合钙离子的功能。NCS蛋白家族的结构非常相似，与结合了钙离子的CAM哑铃状的构象不同，它们在结合了钙离子以后结构更加紧密、趋于球形。所有哺乳动物的的NCS
A-D亚家族蛋白的N端都豆蔻酰化，有些NCS蛋白如recoverin和NCS B亚家族蛋白只有结合了钙离子以后才暴露出肉豆蔻酰基团。NCS具有一些独特的功能，可以通过十四酰基团锚泊在膜表面[75]。NCS蛋白主要在神经元细胞、心脏细胞和视网膜感光细胞中表达，参与调节神经元和视网膜感光器内许多细胞进程。Recoverin和GCAPs只在视网膜内有表达，这两个亚家族蛋白对光适应有特有的调节作用；KChIPs亚家族的所有成员都能与DNA中的下游调节元件(downstream
regulator element, DRE)序列结合并抑制他们的转录。NCS-1被认为是NCS蛋白家族的原始蛋白之一，在不同的物种中序列具有高度保守性。与CaM相比，NCS-1对Ca2+具有更高的亲和力，可以对更低浓度的Ca2+做出响应。NCS-1参与调解神经信号传导，轴突的分支，与学习记忆有关的树突可塑构型。NCS-1能与多巴胺D2受体直接作用并抑制受体由于内化而产生的脱敏反应，NCS-1表达水平的波动可能会引起多巴胺系统活动异常，导致一些精神性和神经性疾病的发生。NCS-1可能与自闭症有关，一个NCS-1的错义突变(R102Q)在一个自闭症患者中被发现[75]。NCS-1的表达水平降低会引起精神病[76]，而NCS-1表达水平的升高会导致心率失常[77]。
EF-hand蛋白参与了细胞的多种生理、病理的调控，多年来引起了极大的关注并进行了大量的研究。迄今为止，在人体内共发现242个EF-hand蛋白，同时，从其他物种中确定的EF-hand蛋白也已超过600个，研究领域囊括了EF-hand蛋白的结构与功能、定位、动力学、热力学、致病机理等内容。但是，大量的研究都集中在模型蛋白如CaM、TnC和Calbindin
D28k等，其他EF-hand蛋白相对来说获得的关注非常少；另一方面，许多数据还不完善，只有非常少的结合和未结合钙离子形式的EF-hand蛋白高分辨率的X射线晶体结构得到了解析，这对于进一步研究它们的功能和致病机理造成了阻碍。因此，EF-hand蛋白家族还有许多广阔的未知领域等待我们去发掘，要阐明EF-hand蛋白家族的调节机制依旧任重道远。
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*国家自然基金资助项目(No. 70631)，上海市重点学科资助项目(B109)。
#对本工作同等贡献。
&#8224;通讯作者。