Ca2+ 不能扩散到质膜上，必须通过 Ca2+ 通道进入细胞或从内质网 （ER） 和线粒体储存空间通过 Ca2+ 通道释放出来。内质网 Ca2+ 储存的耗竭被位于内质网中的基质相互作用分子 （STIM） 1 感知，然后与另一种蛋白质Orai1（细胞膜上的一种 Ca2+ 选择性离子通道蛋白）转位、结合和寡聚，将信号从 ER 传递到质膜以激活 CRAC（calcium (Ca2+) release-activated
Ca2+） 通道。CRAC 通道由三种蛋白组成，即 Orai1、Orai2 和 Orai3 。Orai-STIM 复合物是一种存在于大多数免疫细胞中的通道，具有高 Ca2+ 选择性，可产生持续的 Ca2+ 信号，以增加细胞内 Ca2+，对钙调磷酸酶和转录因子、活化 T 细胞NFAT 的激活，促进TNF、IL-2、 和 IL-6 等转录。![]()
Calcium signalling in T cells，Nat Rev Immunol. 2019 Mar;19(3):154-169.电压门控钙 （Cav1）
通道由 T 细胞表达，并以 T 细胞受体 （TCR） 刺激依赖性和电压非依赖性方式发挥作用 。有两种类型的通道，高压激活（L 型）和瞬态低电压激活（T 型）Ca2+通道，它们被认为可以微调 TCR 介导的 Ca2+ 信号
。Cavβ1 独立于电压门控Ca2+ 通道功能，调节 T 细胞扩增和凋亡。钾通道通过控制 K+ 的外排来调节细胞稳态，导致细胞超极化，并抑制由 Ca2+ 和 Mg2+ 等离子流入诱导的膜去极化。随着Ca2+流入的增加，细胞膜电位变得更加“正”，称为“去极化”，这会导致细胞外和细胞内区室之间产生显着的电化学差异。结果，K+ 离子通过识别T细胞 K+ 通道 Kv1.3 移出细胞。该通道与电压相关，当细胞去极化时，构象会发生变化，从而导致 K+ 离子的开放通道
。存在第二种类型的 K+ 通道，称为 KCa3.1（Ca2+ 激活的钾通道），它不依赖于电压变化，而是胞质 Ca2+ 的升高。KCa3.1 在静息条件下关闭，但如果细胞内 Ca2+ 浓度升高，则迅速打开。两个阳离子通道通过控制 K+ 的外排来调节细胞稳态，导致质膜超极化并抑制由 Ca2+ 和 Mg2+ 等离子流入诱导的膜去极化。![]()
肿瘤微环境中钾离子通道抑制
Chirra, M.; Newton, H.S.;
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Potassium Channel Response of T
Lymphocytes to the Tumor
Microenvironment Shapes Antitumor
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https://doi.org/10.3390/
cancers14153564
肿瘤微环境缺氧，通过双重机制抑制Kv1.3通道。短期暴露于缺氧环境中，可通过改变该通道的磷酸化状态，直接抑制Kv1.3的活性。长时间暴露于低氧张力下，减少了新合成通道的成孔亚基从高尔基体向质膜的正向转运。
坏死或细胞死亡导致细胞外空间的离子失衡和钾离子增加。随后细胞内K+的增加通过阻断TCR信号通路来抑制TCR的激活。
腺苷（Ado）通过肿瘤、间质和Treg细胞膜上的核苷酸酶CD39和CD73连续降解ATP和AMP而在细胞外空间积累。腺苷与T细胞上的受体结合，通过cAMP触发PKa3.1抑制。
癌细胞PD-L1与T细胞上的PD1受体结合，通过PI3K信号和钙调素触发KCa3.1抑制。
P2X 受体通道是一个蛋白家族，包括 7 个亚基 （P2X1-7），它们位于细胞表面，是配体 （ATP） 门控离子通道，允许 Na+、Ca2+ 和其他阳离子流入 。在人类中，至少有三种不同的离子型 P2X 受体（P2X1、P2X4 和 P2X7）与 Ca2+ 内流有关 。P2X7 引起钙调磷酸酶的Ca2+ 内流和活化，导致 T 细胞的活化、增殖和 IL-2 的产生。另一个称为代谢型受体的受体家族主要是单体蛋白，其胞外结构域包含结合位点和细胞内结构域，该结构域与现有的GPCR和第二信使结合，以间接调节离子通道活性。代谢型嘌呤受体
（P2Y） 包括 8 种亚型 （P2Y1/2/4/6/11/12/13/14），在 T 细胞上表达。P2Y6 受体配体尿苷二磷酸 （UDP） 激活 T 细胞会导致细胞内 Ca2+ 浓度的TCR 依赖性升高，而选择性拮抗剂 MRS 2578 抑制P2Y6 受体会抑制 T 细胞中 CD25 表达、IL-2 产生和细胞质 Ca2+ 水平。多种GPCR 及其信号传导介质（G 蛋白偶联受体激酶、G 蛋白信号传导调节因子和 b-arrestin）在 T 细胞中表达并参与 T 细胞介导的免疫。虽然GPCR本身不是离子通道，但它与离子通道和受体（如嘌呤能P2Y6）偶联，以动员和提高细胞内Ca2+浓度。该家族由六种亚家族组成，包括28 个通道成员，是非选择性的，可渗透 Ca2+、镍 （Ni2+）、Zn2+、Mg2+ 和 Na+ 。在人类中，六个亚家族包括 ：TRPC、TRPM、TRPA、TRPV、TRPM 和 TRPP。除了CRAC通道外，这些离子通道还介导T细胞中的Ca2+信号。胞内 Ca2+ 的增加会激活 TRP 通道，从而负向调节 SOCE，并促进 Na+ 内流、膜去极化和 Ca2+ 内流的电驱动力降低，从而提供负反馈机制来防止细胞中 Ca2+ 过载 。TRPM8与 T 细胞激活、CD25 和 CD69 表达增加、TNF-a 分泌和T 细胞增殖有关。TRPM4通道可渗透Na+、K+和部分Ca2+。![]()
Xiao T, Sun M, Kang J and Zhao C
(2022) Transient Receptor Potential
Vanilloid1 (TRPV1) Channel Opens
Sesame of T Cell Responses and T
Cell-Mediated Inflammatory Diseases.
Front. Immunol. 13:870952.
doi: 10.3389/fimmu.2022.870952当 T 细胞在低渗环境中扩增时，体积调节的 Cl- 或阴离子（VRAC 或Clswell）通道打开，导致 Cl- 和水的外排，使细胞体积恢复正常 。Kv1.3 和 Clswell 共同调节T细胞体积。T 细胞表达的 VRACs 通道包括 GABA 受体、CFTR 和富含亮氨酸重复序列的 8 蛋白 （LRRC8） 受体，它们在细胞渗透调节中起关键作用，以防止细胞死亡。VRACs 可促进 Cl- 从细胞内流出到细胞外区室。其他作用包括抑制 T 细胞的功能和增殖、增加 CD4 细胞的 IL-4 分泌、减少 CD8 细胞IL-2 和 TNF 的产生，以及 T 细胞的发育、功能和存活。离子通道是膜孔，被动地允许离子从较高浓度快速移动到较低浓度。相比之下，转运蛋白是改变形状并允许离子从一个区室携带到另一个区室的膜蛋白。因此，转运蛋白是能量依赖性的、缓慢的，并且可以逆着其浓度梯度（从低浓度到高浓度）移动离子/分子。二价离子 Mg2+ 是 T 细胞功能所需的重要分子，需要转运蛋白才能进入细胞。镁转运蛋白 1 （MAGT1）
对 Mg2+ 具有高度特异性，并且不转运 Ca2+、Zn2+ 或 Ni2+ ，在 T 细胞发育和功能中发挥作用 。神经递质的膜受体也参与T细胞功能调节。AMPA和NMDA是离子型谷氨酸受体通道。它们是非选择性阳离子通道，主要可渗透 Na+ 和 K+，在较小程度上可渗透 Ca2+ 。在T细胞中表达的其他配体门控受体包括毒蕈碱和烟碱乙酰胆碱受体。电压门控质子通道 （Hvcn1）可减少胞质溶胶酸化并促进活性氧的产生。这些通道只允许质子穿过细胞膜，而不允许其他离子穿过细胞膜 。Hvcn1受体的缺失导致CD4+细胞细胞内酸化增加、扩增减少、效应功能丧失和细胞凋亡。在 CD8+ 细胞中，扩增减少、效应功能丧失、线粒体损伤、AMPK 激活和代谢适应减少。在 TCR 识别抗原后，会发生涉及许多信号转导蛋白和离子通道的级联协调磷酸化事件
。蛋白激酶导致磷脂酶 C , 水解磷脂酰肌醇双磷酸 （PIP2）
激活，生成可溶性肌醇 1,4,5-三磷酸 （IP3） 和膜结合的二酰基甘油
（DAG） 。DAG激活 Ras/Raf-1/MEK/ERK 以刺激转录因子核因子-kB（NF-kB），从而导致细胞因子和趋化因子基因转录 。IP3 与在内质网中表达的 IP3 受体结合，该受体通过 SOCE 过程将 Ca2+ 从 ER 储存
释放到细胞质中。在几分钟内，这导致大量 Ca2+ 涌入，需要通过 PMCA 泵 重新填充Ca2+ 储存，并支持下游 Ca2+ 信号转导所需的事件。TCR 刺激后，CRAC 通道内流Ca2+，可用于调节丝氨酸/苏氨酸磷酸酶钙调磷酸酶、NFAT 和 NF-kB 的功能。然后，Ca2+ 结合的钙调蛋白导致转录因子 cAMP 反应元件结合蛋白 1 （CREB1）
的激活，该蛋白可调节 IL-2 和其他多种细胞事件，包括增殖、存活和细胞分化。![]()
一、增殖。如前所述，Kv1.3 和 KCa3.1 从 T 细胞外排 K+ 。这些通道的药理学抑制和 CRAC 可防止 T 细胞增殖。仅阻断Kv1.3 会改变 CD4 T 细胞分泌细胞因子 。IL-2 产生的减少可能与 T 细胞增殖的抑制有关。二、极化。抗原的性质会影响 Th1、Th2 或 Th17 反应是否用于消除抗原。形成的 T 细胞谱取决于释放的细胞因子类型，而细胞因子的类型受离子通道的影响。例如，在没有TRPA1 的情况下，T-bet 和 IFN-γ 的表达增加，导致 T 细胞极化为Th1 。Th2 应答的 T 细胞谱与 Cav 通道的上调有关。Ca2+通过 P2X7 受体进入激活 ERK1 或 ERK2。三、淋巴细胞亚群中的离子通道表型变化。胞内 Ca2+ 水平的调节调节 T 细胞的Th1 和 Th2 分化，并在 T 细胞中建立中枢记忆表型和效应记忆表型。T 细胞根据其 T 细胞活化水平和分化程度表达不同的离子通道模式。CCR7+CD45RA+ 初始 T 细胞主要表达 Kv1.3 通道。抗原激活后，它们会上调 KCa3.1 表达。在 Th1、Th2 和中央记忆 T 细胞 （TCM）
中，KCa3.1 在激活时选择性上调。相比之下，Th17 和效应记忆 T （TEM）
细胞在激活时选择性上调 Kv1.3 通道。除了早期 T 细胞活化期间的 K+ 通道表达外，STIM1 和Orai1 在几天内上调。这确保了CRAC通道介导的Ca2+信号传导，用于细胞因子基因表达和分化。四、细胞因子分泌。Ca2+通过CRAC通道的内流调节三种细胞因子通路：（a）NFAT信号传导;（b） NF-kB 通路和 （c） c-Jun 末端激酶 （JNK） 通路。NFAT 通路也称为钙调蛋白-钙调磷酸酶通路，需要低且延长的 Ca2+ 内流来激活钙调磷酸酶，然后使 NFAT 去磷酸化，促进其向细胞核的易位和 IL-2 的产生 。与 NFAT 不同，细胞浆中Ca2+ 的高而短爆发是激活钙调磷酸酶所必需的，钙调磷酸酶随后调节 NF-kB 信号转导通路。另一个与 Ca2+ 流入相关的途径是 JNK 途径。激活 c-Jun 和钙调磷酸酶会触发激活蛋白 1 （AP-1） 转录因子复合体，该复合体在细胞生长和 IL-2 诱导中发挥作用。NFAT、NF-kB 和 AP-1 的联合协调激活诱导细胞因子的产生，包括 IL-1b、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IFN-g 和 TNF-a。五、迁移。CRAC 通道介导的 Ca2+ 内流是T细胞归巢到淋巴结所必需的。
