第 11 章：细胞内 Ca2+ 调控（Intracellular Ca2+ Regulation）

11.1 引言（Introduction）

Ca2+ 是 VSMC 中不可或缺的一类细胞内信号分子，参与肌肉收缩、细胞运动、增殖与分化等多种功能。在静息状态下，VSMC 的胞质 Ca2+ 浓度（[Ca2+]i）约为 100–300 nM，比胞外 Ca2+ 浓度低约 10,000 倍。这一极低的 [Ca2+]i 由三类机制共同维持：质膜钙 ATP 酶（PMCA）将 Ca2+ 排出细胞；钠钙交换体（NCX）以 Na+ 梯度驱动 Ca2+ 外排；肌浆网 Ca2+ ATP 酶（SERCA）将胞质 Ca2+ 回收入肌浆网（SR）。在培养的 VSMC 中，由兴奋性 Ca2+ 通道的基础开放概率造成的基线 Ca2+ 内漏约为每分钟每细胞 1.45 × 10^9 个 Ca2+ 离子，说明主动外排对维持这一关键信号分子的稳态是必需的。

受到刺激时，[Ca2+]i 在短时间内迅速上升数倍至十倍以上，引发下游信号级联与血管活动。其升高来自两条途径：（1）电压门控钙通道（VGCC）和受体激活的阳离子通道开放，使胞外 Ca2+ 内流；（2）IP3 受体（IP3R）和 ryanodine 受体（RyR）开放，SR 内的 Ca2+ 释放入胞质。释放后的 Ca2+ 又可经钙致钙释放（CICR）机制进一步激活相邻 IP3R 与 RyR，使释放在时间和空间上扩展。当刺激结束时，[Ca2+]i 依赖前述外排与回收机制迅速回落到基线水平。整个过程由多种通道、泵与交换体协同完成，使 [Ca2+]i 在不同刺激与细胞条件下呈现时间和空间上的差异（图 11.1）。

11.2 静息态胞质 Ca2+ 水平的维持（The Maintenance of Basal Cytosolic Ca2+ Levels）

VSMC 静息态下极低的胞质 Ca2+ 主要由三种机制维持：质膜上的 PMCA 与 NCX 负责将 Ca2+ 排出细胞，SR 上的 SERCA 负责将 Ca2+ 隔离进 SR。在培养的 VSMC 中，Ca2+ 经兴奋性通道的基础内漏约为每细胞每分钟 1.45 × 10^9 个离子，这一数值说明了主动外排对维持这一关键信号分子稳态的必要性。后续三小节分别详述 PMCA、NCX 与 SERCA。

11.2.1 PMCA

PMCA 是 ATP 依赖的钙泵，将胞质 Ca2+ 排出到胞外空间。其特点是 Ca2+ 亲和力高但转运能力低，Ca2+/ATP 化学计量比为 1:1。在最佳激活条件下，PMCA 对 Ca2+ 的平衡解离常数 Kd 约为 0.2–0.5 μM，使其能够精细调控所在区域的 Ca2+ 浓度。PMCA 含十个跨膜（TM）结构域，NH2 端与 COOH 端均位于胞内：TM2–3 之间的环参与钙孔道功能，TM4–5 之间的环是 ATP 结合位点，长 COOH 末端包含钙调蛋白（CaM）结合域（CaM-BD）。无 CaM 时，CaM-BD 与泵主体结合，使其处于自抑制状态；CaM 与 CaM-BD 结合后抑制被解除，并将泵对 Ca2+ 的 Km 降到亚微摩尔级。哺乳动物 PMCA 由四个基因编码的四种亚型构成：PMCA2 和 PMCA3 主要存在于神经元，PMCA1 和 PMCA4 广泛表达，包括 VSMC。在猪主动脉中，内皮主要表达 PMCA1，平滑肌表达更高水平的 PMCA4，提示 PMCA 亚型的组织特异性。

11.2.2 NCX

NCX 是含十个 TM 螺旋的反向转运膜蛋白，在 TM5 与 TM6 之间有一个大的胞质调控环（f-loop），该环内含有 XIP 区（参与 Na+ 依赖性失活）以及 Ca2+ 结合域 CBD1 和 CBD2；Ca2+ 与 CBD 结合可激活交换体并解除 Na+ 依赖性失活。哺乳动物 NCX 有三种亚型：NCX1 普遍分布，NCX2 存在于脑和脊髓，NCX3 存在于脑和骨骼肌。VSMC 中只表达 NCX1，且仅定位于连接肌浆网上方的质膜微区，这些微区的 Ca2+ 浓度推测约为 2 μM。

NCX 利用跨质膜 Na+ 电化学梯度的能量，以三个 Na+ 内流换取一个 Ca2+ 外排。其对 Ca2+ 的亲和力低（Km 为 1–10 μM 或更高），但转运能力高（每秒可达 5000 个 Ca2+），因此更适合在收缩活动结束后短时间内排出大量 Ca2+。NCX 的转运方向由 Na+ 与 Ca2+ 的电化学梯度决定，当胞内 Na+ 浓度高于胞外（如病理生理条件下），NCX 反转而将 Ca2+ 运入细胞，造成 Ca2+ 超载。VSMC 特异性敲除 NCX1 后血管肌源性反应与血管收缩减弱、血压下降；在自发性高血压大鼠中 NCX 表达与活性升高，参与收缩功能异常。这些证据表明 NCX 在生理与病理生理条件下均参与血管活动的调控。

11.2.3 SERCA

SERCA 是分子量约 110 kDa 的钙 ATP 酶，是将胞质 Ca2+ 隔离进 SR 的主要酶，每水解一个 ATP 转运两个 Ca2+。在 SR 腔内钙结合蛋白 calsequestrin 和 calreticulin 的协助下，SERCA 能够持续运作。SR 腔内游离 Ca2+ 浓度约为 500 μM 时，calsequestrin 与 calreticulin 对 Ca2+ 表现出高容量（25–50 mol/mol）但低亲和力（1–4 mM）的特性，使储存的 Ca2+ 在需要时容易释放到胞质中。

SERCA 有三种亚型：SERCA1、SERCA2 和 SERCA3。VSMC 中以 SERCA2b 为主，SERCA2a 与 SERCA3 仅少量存在。SERCA 由三个胞质结构域（actuator、nucleotide-binding、phosphorylation）、十个跨膜螺旋以及小的腔内环组成：actuator 域参与 Ca2+ 结合与释放的调控；ATP 水解发生在 nucleotide 与 phosphorylation 域的界面；Ca2+ 结合位点位于跨膜域内，两个 Ca2+ 相距 5.7 Å。两个 Ca2+ 结合位点可处于高亲和力或低亲和力形式，即 E1 与 E2 状态，其 Kd 分别为 10^-7 和 10^-3 M；Ca2+ 通过在 E1 与 E2 之间转换被主动转运过膜。SERCA 的转运速率受磷蛋白 phospholamban（PLB，52 个氨基酸的单跨膜蛋白）调控：PLB 通常与 SERCA 紧密结合并抑制其活性；PLB 可在 Ser-16 位被 PKA 与 PKG 磷酸化，在 Thr-17 位被 Ca/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II（CaMKII）磷酸化；磷酸化后 PLB 与 SERCA 的结合减弱，Ca2+ 转运加快。在 PLB 敲除小鼠的主动脉中，去除血管收缩剂后 Ca2+ 下降速率显著快于野生型，提示 PLB 解除后 SR 移除胞质 Ca2+ 的能力增强；但 PLB 敲除小鼠的血压与野生型相当，说明 PLB 在整体水平的作用有限，或敲除小鼠体内已发展出代偿机制。

11.3 膜去极化时的 Ca2+ 内流（Ca2+ Entry Through Plasma Member Channels Upon Membrane Depolarization）

膜去极化时的胞外 Ca2+ 内流主要由 L 型 VGCC 介导，T 型 VGCC、TRP 通道家族的 Ca2+ 通透成员以及 Ca2+ 通透的配体门控阳离子通道也参与其中。VGCC 由成孔亚基 Cavα1 单独或与辅助亚基 Cavβ、Cavα2δ、Cavγ 共同组装而成：Cavα1 单独赋予低电压激活（LVA）表型；与 Cavβ、Cavα2δ 共组装（骨骼肌中还有 Cavγ）则形成高电压激活（HVA）表型。VGCC 分为三个家族：HVA 二氢吡啶敏感型（Cav1）、HVA 二氢吡啶不敏感型（Cav2）和 LVA（Cav3）。其中 Cav1 和 Cav3 与血管活动相关。

Cav1 通道又称 L 型钙通道（LTCC），有四个亚型（Cav1.1–Cav1.4），其中 Cav1.2 是 VSMC 中的主要亚型，也是刺激诱发 Ca2+ 内流的主要钙通道。VSMC 中 Cav1.2 的激活不需要动作电位，而是由分级式膜去极化激活，由此引发全细胞 [Ca2+]i 升高并触发收缩反应。LTCC 激活较慢、阈值较高、失活也较慢；其失活包括电压依赖性失活（VDI）和钙依赖性失活（CDI）两类，前者反映通道固有性质，后者依赖于通道相关钙调蛋白被孔内口附近局部 Ca2+ 浓度升高激活。

Cav3 通道又称 T 型钙通道（TTCC），含三个亚型（Cav3.1–Cav3.3），血管系统中以 Cav3.1 和 Cav3.2 表达最常见。总体而言 TTCC 属于低电压激活、快速激活、快速失活的通道。在 VSMC 上的多数电生理研究未能检出低电压激活的钙电流，但肠系膜动脉与脑血管平滑肌细胞的研究表明，阻断 LTCC 后仍存在一种高电压激活的钙电流，其激活、失活与关闭时间常数更接近 T 型通道，并可被多种 TTCC 拮抗剂阻断。这些特性可能源于 Cav3 基因血管特异性剪接变体的表达。研究提示 TTCC 可能在细小动脉的血管张力中起作用，其功能在 NO 生物利用度下降与氧化应激升高时上调，提示 TTCC 在病理生理情况下可能扮演更重要的角色。

TRP 通道在哺乳动物中已鉴定出 28 种，根据氨基酸序列同源性分为六个亚家族：TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPML、TRPP。TRP 通道通常被描述为"非选择性阳离子通道"，但实际上不同成员的阳离子通透性差异很大：例如 TRPV5 和 TRPV6 对 Ca2+ 高度选择性，Ca2+/Na+ 相对通透性约 100:1；而 TRPM4 和 TRPM5 则对一价阳离子（Na+、K+）具有选择性，对 Ca2+ 等二价阳离子基本不通透。在血管中，TRP 通道激活可通过直接开放通道使 Ca2+ 通过而影响 Ca2+ 内流。Ca2+ sparklets 是由质膜上 Ca2+ 通透通道产生的局部 Ca2+ 微域，脑动脉平滑肌细胞中 TRPV4 通道开放可产生大幅 Ca2+ sparklets，单次 TRPV4 sparklet 的总 Ca2+ 内流量约为单次 Cav1.2 sparklet 的 100 倍，但 Cav1.2 通道的整体活动远高于 TRPV4。TRP 通道还可通过使膜去极化激活 LTCC 来促进 Ca2+ 内流：脑动脉平滑肌中的研究表明，TRPM4 通道激活促使胞外 Na+ 内流、膜去极化，进而激活 VGCC、增加 Ca2+ 内流、引起血管收缩。在内皮细胞中，TRPV4 仅通过 3–4 个通道的 Ca2+ 内流即可激活 Ca2+ 激活的 K+（KCa）通道，使 K+ 外流增加、膜超极化，并通过肌内皮连接处的缝隙连接直接使平滑肌细胞超极化，导致血管舒张。

胞外 Ca2+ 还可通过配体门控离子通道（LGIC）进入细胞。LGIC 是含孔道的整合膜蛋白，由神经递质与正构位点结合触发构象变化而开放。在 LGIC 中 ATP 门控的 P2X 受体（P2XR）研究较为清楚：P2X1 受体激活引起大量 Na+ 内流，但 Ca2+ 内流也很显著。在小鼠肠系膜动脉邻近周围神经的平滑肌中，P2X1 受体激活伴随着可光学检测到的 Ca2+ 信号，该 Ca2+ 信号与交感神经源性血管收缩的初始快速组分相关。

11.4 刺激诱导的肌浆网 Ca2+ 释放（Stimulated Ca2+ Release from Sarcoplasmic Reticulum）

在生理条件下，血管收缩过程中胞质 Ca2+ 的升高是 SR 经 IP3R 和 RyR 释放 Ca2+ 与胞外 Ca2+ 经 VGCC 内流协同作用的结果。SR 释放的 Ca2+ 进一步被升高的胞质 Ca2+ 放大，称为钙致钙释放（CICR）。SR 中耗竭的 Ca2+ 通过 store-operated Ca2+ entry（SOCE）补充。

11.4.1 IP3R 介导的 SR Ca2+ 释放

IP3R 是由 IP3 激活的膜糖蛋白复合体，起 Ca2+ 通道作用，由四个亚基组成，每个亚基约 2700 个氨基酸。每个亚基可分为四个功能区：NH2 端约 600 残基的 IP3 结合区、含多种调控分子结合位点的中央调控区、含六个跨膜结构域（TM5 与 TM6 之间有孔道环）的区段（残基 2276–2589），以及约 160 残基的相对短 COOH 末端，其中包含形成四聚体所需的结构序列。COOH 末端还与多种蛋白相互作用并增强通道对 IP3 的敏感性。NH2 与 COOH 末端均位于胞质，约 90% 的蛋白质量位于胞质。哺乳动物 IP3R 由三个独立基因编码的亚型（IP3R1-3）及其剪接变体组成，可形成同源或异源四聚体。VSMC 中以 IP3R1 为主，其表达在个体发育与增殖过程中发生改变：新生大鼠主动脉与门静脉平滑肌中 IP3R1 蛋白较低、IP3R3 较高，相对于幼年大鼠；体外培养增殖期的主动脉平滑肌细胞中 IP3R2 和 IP3R3 水平高于新鲜分离的主动脉。

IP3R 的激活由每个亚基上的 IP3 结合核心（IBC，残基 224–604）结合 IP3 启动，IP3 由细胞外刺激激活 G 蛋白偶联受体（GPCR）或受体酪氨酸激酶（RTK）后经磷脂酶 C（PLC）水解 PIP2 产生。研究表明，四聚体 IP3R 的全部四个 IBC 位点都结合 IP3 后通道才会开放。IP3R 的 NH2 端（残基 1–223）称为抑制域（SD），显著降低 IBC 对 IP3 的亲和力；缺失 SD 的 IP3R 虽能高亲和力地结合 IP3 但通道不能开放，提示 SD 不仅调控 IP3 结合，还参与通道开放的协调。IP3R 主要由其主要配体 IP3 和 Ca2+ 的协同结合调控：每个亚基含一个高亲和力 IP3 结合位点和多个不同的 Ca2+ 结合位点。研究表明 IP3R 活性以 IP3 浓度依赖方式激活，Kd 约 1 μM；胞质 Ca2+ 在 300 nM 以下浓度也能增强 IP3R 活性，使 IP3R 介导的 Ca2+ 释放受 Ca2+ 自身调节（即 CICR）；胞质 Ca2+ 浓度高于 300 nM 时 IP3R 活性受到抑制。IP3R 的敏感性也受 SR 腔内 Ca2+ 含量的影响，SR Ca2+ 耗竭可消除 IP3R 介导的 Ca2+ 释放。虽然 IP3R 受腔内与胞质 Ca2+ 双重调控，但胞质侧的作用更为关键。

IP3R 还受 ATP 和多种蛋白激酶及分子的调控。在通透化处理的门静脉平滑肌细胞中，ATP 浓度依赖性地增强 IP3 诱导的 Ca2+ 释放，最大效应在 0.5 mM ATP；考虑到胞质中 MgATP 浓度为 5–10 mM，正常条件下 ATP 对 IP3R 活性的影响可能有限。PKA 与 PKG 通过对 IP3 结合的调控磷酸化 IP3R 从而抑制 SMC 的 IP3R，使 Ca2+ 释放减少；PKA 和 PKG 介导 IP3R 磷酸化的共有序列分别位于调控域的 Ser-1589 和 Ser-1755。在大鼠主动脉中由 cAMP 升高剂 forskolin 引发的 IP3R 磷酸化可被 PKG 抑制剂阻断，提示在 VSMC 中 cAMP 和 cGMP 都可通过 PKG 磷酸化 IP3R。

11.4.2 RyR 介导的 SR Ca2+ 释放

RyR 是迄今已知最大的离子通道，分子量超过 2.2 MDa，约为 IP3R 的两倍。RyR 由四个同源亚基组成，每个亚基约 5000 个氨基酸，可分为四个区域：NH2 端域（NTD）约 559 残基；含多种离子和蛋白配体结合位点的中央调控域（残基 560–4559）；含六个 TM 结构的区段（残基 4560–4934），内含孔道形成残基；COOH 末端（CTT，残基 3935–5037）。NH2 与 COOH 末端均位于胞质，RyR 蛋白 80% 以上折叠在胞质组装中。哺乳动物有三种 RyR 亚型（RyR1-3），序列同源性约 70%：RyR1 主要表达于骨骼肌，RyR2 主要表达于心肌，RyR3 广泛表达。VSMC 中三种亚型均存在，其类型和相对表达量随组织与物种变化。RyR 与 IP3R 具有显著的序列相似性，二者被认为是从单细胞生物的共同祖先进化而来：RyR 与 IP3R 的整体序列同源性约 17%，但在预测的跨膜区段内升至约 35%。

RyR 是大孔通道，在准生理条件下单通道电流约为 0.5 pA。RyR 在胞质 Ca2+ 浓度从纳摩尔到微摩尔范围内以浓度依赖方式被激活，由质膜 Ca2+ 通道内流的 Ca2+ 或相邻 IP3R 与 RyR 释放的 Ca2+ 触发，这一机制即 CICR。RyR 在 10–100 μM Ca2+ 时激活最强；Ca2+ 浓度超过 100 μM 时被抑制，最大抑制发生在 mM 浓度。RyR 激活对胞质 Ca2+ 浓度的钟形反应可能源于 RyR 上多个 Ca2+ 结合位点具有不同亲和力与结合动力学。除受胞质 Ca2+ 调控外，RyR 也能感知 SR 腔内 Ca2+ 浓度，例如在 SR 过载条件下 RyR 可自发开放，这一过程称为 store overload-induced Ca2+ release（SOICR）。在 VSMC 中，位于质膜附近的 SR 上一簇 RyR 局部、快速、瞬时开放释放 Ca2+，称为 Ca2+ sparks，可激活大电导 Ca2+ 依赖性 K+（BKCa）通道，导致膜超极化和血管舒张，构成血管收缩过程中的负反馈机制。

RyR 还受多种配体调控，包括多种激酶。每个 RyR1 亚基含 15 个磷酸化位点，RyR2 亚基可能多达 35 个。在大鼠主动脉平滑肌细胞中 PKCα 与 RyR 共免疫沉淀，提示二者直接相互作用；应用 PKC 抑制剂可引起 Ca2+ 瞬变，该瞬变可被 ryanodine 抑制 RyR 后消除，提示 PKC 可能对 SR 上 RyR 的门控活性具有抑制作用。在大鼠脑动脉中，NO 诱发的超极化被认为由 RyR 介导的 BKCa 通道激活引起，NO 可直接作用于 RyR 或通过 PKG；RyR 也可被非 NO 依赖机制激活，包括通过 SERCA 进行的 store filling 机制。

11.5 储存操作性 Ca2+ 内流（Store-Operated Ca2+ Entry）

当 SR 中 Ca2+ 被耗竭时，Ca2+ release-activated calcium channel（CRAC）激活使胞外 Ca2+ 顺浓度梯度扩散入胞质，这一现象称为 SOCE。SR 腔内 Ca2+ 含量的降低由基质相互作用分子（STIM）感知，质膜上的 Orai 蛋白作为 Ca2+ 通道；STIM 与 Orai 通道的相互作用导致通道开放。

哺乳动物 STIM 有两种亚型：STIM1（77 kDa）和 STIM2（84 kDa），序列同源性约 74%（序列一致性约 54%）。两种亚型在组织中广泛表达，STIM1 通常水平高于 STIM2，但在脑和肝脏中例外；两种亚型也可在同一细胞内表达。STIM 可分为腔内 NH2 端区、高度保守的单跨膜段和胞质 COOH 端区。NH2 端的 EF-hand 域作为 Ca2+ 传感器，感知 SR 内 Ca2+ 浓度的变化；当 SR 内 Ca2+ 下降时，结合在 EF-hand 上的 Ca2+ 解离，STIM 亚型被激活。STIM2 对 Ca2+ 的敏感性低于 STIM1，证据提示 STIM2 可能作为稳定基础胞质和 SR Ca2+ 水平的调控因子。在静息条件下，STIM1 结合 Ca2+ 并以二聚体形式在 SR 膜中自由扩散。store 耗竭与 EF-hand 域释放 Ca2+ 触发 STIM1 胞质域构象变化，使其多碱性域（PBD）与质膜上的磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸（PIP2）结合，将 STIM1 锚定在 SR-PM 连接处（SR 与 PM 紧密相邻的特化位点）；同时 STIM1 的卷曲螺旋域 2（CC2）螺旋转入反平行构象，卷曲螺旋域 3（CC3）螺旋脱离 CC2 形成 Orai COOH 端的结合界面；STIM1 与 Orai1 的结合激活 Orai1 通道，使胞外 Ca2+ 内流。store 耗竭后 STIM1 形成更高阶的寡聚体，多个 STIM1 二聚体与 Orai 六聚体结合才能获得 SOCE 的完全活性（图 11.2）。

哺乳动物中已鉴定出三种 Orai 亚型（Orai1-3），由独立基因编码，亚型之间高度同源（整体一致性约 62%，在 TM 区段内升至约 92%），但与其他已知离子通道的序列相似性可忽略。三种 Orai 同源蛋白均广泛表达，包括 VSMC。Orai 蛋白含四个 TM 结构域（TMD1-4），NH2 端与 COOH 端位于胞质：NH2 端含 CaM 结合区，参与 Ca2+ 依赖性抑制（CDI）；TMD1 和 TMD1-2 之间的胞外环含有高度保守的孔道区，其中一个保守的谷氨酸残基作为选择性过滤器；胞内环含有残基 153–157，可能介导快速 Ca2+ 依赖性抑制；COOH 端的卷曲螺旋域对 STIM1 结合和 Orai 通道门控至关重要。COOH 端保守的谷氨酸残基（Orai2/Orai3 中三个，Orai1 中两个）使 Orai2/Orai3 的快速 Ca2+ 依赖性失活比 Orai1 更显著。研究表明 SOCE 在多种哺乳动物细胞中可被 STIM1 或 Orai1 的敲低抑制，但不能被 Orai2 或 Orai3 敲低抑制，提示天然 SOCE 主要由 STIM1 和 Orai1 介导。

除形成 CRAC 外，STIM 和 Orai 还参与 store 非依赖的 Ca2+ 内流，该内流由受体介导的花生四烯酸（AA）或其代谢物白三烯 C4（LTC4）的产生激活。这类通道称为 arachidonate-regulated Ca2+ channels（ARC channels）。与由 Orai1 四聚体形成的 CRAC 孔道不同，ARC 通道孔道由三个 Orai1 亚基与两个 Orai3 亚基构成的五聚体组装而成。受到 AA 或 LTC4 刺激时，定位在质膜中的 STIM1 与 Orai 五聚体相互作用，引发胞外 Ca2+ 内流。同一细胞中 ARC 与 CRAC 携带的电导不叠加，提示二者由物理上不同的通道介导；ARC 与 CRAC 常共存于同一细胞中，提示它们控制不同的细胞功能。

11.6 VSMC 中的 Ca2+ 动力学（Ca2+ Dynamics in VSMCs）

不同刺激引发的 Ca2+ 信号在产生机制、时间特性和空间分布上有所不同，可分为 Ca2+ waves、Ca2+ sparks、Ca2+ puffs、Ca2+ sparklets 以及 junctional Ca2+ transients（表 11.1）。

Ca2+ waves 由 IP3R 和 RyR 介导的 SR Ca2+ 释放产生。Ca2+ waves 本质上需要再生式 Ca2+ 释放，以 CICR 机制驱动波前在相邻 IP3R 和/或 RyR 之间传播。分离的血管组织在无刺激时 Ca2+ waves 发生率从极少到中等；受刺激时 Ca2+ waves 过程中的胞质 Ca2+ 升高贡献于全局 Ca2+ 升高，从而促进收缩。

局部 Ca2+ 微域由 RyR 开放产生的称为 Ca2+ sparks，由 IP3R 开放产生的称为 Ca2+ puffs。Ca2+ sparks 由平滑肌细胞 SR 上一簇 RyR 的协同开放形成，因空间扩散受限对全局 [Ca2+]i 影响很小；但 SR 经常位于质膜附近（~10–20 nm），Ca2+ sparks 在该区域产生的局部 Ca2+ 浓度足以激活质膜离子通道，改变全局膜电位。在 VSMC 中 Ca2+ sparks 可激活 BKCa 通道，产生特征性的超极化 K+ 电流即自发性瞬时外向电流（STOCs），通过膜超极化抑制血管张力。Ca2+ sparks 也可同时激活多个 Ca2+ 激活的 Cl-（CaCl）通道，构成自发性瞬时内向电流（STICs）的基础，导致膜去极化和血管收缩增强。STOCs 和 STICs 可能分别代表血管张力负反馈和正反馈调控的机制。

Ca2+ puffs 由 SR 上一簇 IP3R 开放产生的局部 Ca2+ 瞬变事件。在脑动脉 SMC 中，持续性瞬时内向阳离子电流（TICCs）可被胞外 Na+ 替换、TRPM4 通道阻断剂或 siRNA 选择性沉默 TRPM4 表达所抑制；TICCs 不依赖于 Ca2+ 内流和 RyR 活性，但被 IP3R 阻断抑制。这些结果提示 IP3R 产生的 Ca2+ puffs 可能促进 Ca2+ 激活、Na+ 通透的 TRPM4 通道开放，导致动脉平滑肌膜去极化、VGCC 开放、Ca2+ 内流，并最终引起血管收缩。

Ca2+ sparklets 由质膜离子通道的 Ca2+ 内流产生的 Ca2+ 微域。根据涉及的离子通道，Ca2+ sparklets 可在"sparklets"前加上底层通道的名称来命名（如 L 型 Ca2+ 通道 sparklets）。联合使用电生理学和全内反射荧光（TIRF）显微镜的研究表明，在 VSMC 中单个 L 型 Ca2+ 通道的短暂随机开放产生低活动度 Ca2+ sparklet 位点，而成簇 L 型 Ca2+ 通道的持续开放产生高活动度 Ca2+ sparklet 位点；低活动度和高活动度 Ca2+ sparklet 位点均贡献于全局 [Ca2+]i 升高，从而引起血管收缩。

由神经（即交感神经）刺激 VSMC 引起的 Ca2+ 内流称为 junctional Ca2+ transients。当血管周围交感神经受到刺激时，释放的神经递质（如去甲肾上腺素和 ATP）与突触后 α1 肾上腺素受体和 P2X1 嘌呤受体结合，引起 Ca2+ 内流。α1 肾上腺素受体激活后通过磷脂酶 C（PLC）增加 IP3 生成，随后 IP3R 开放，引起 Ca2+ 释放传播和血管收缩增强。P2X1 受体是配体门控的 Ca2+ 通透非选择性阳离子通道；P2X1 受体激活增加 Ca2+ 内流，其引起的膜去极化也通过 L 型 Ca2+ 通道促进 Ca2+ 内流。

本章个人批注

本章是全书分子机制最稠密的一章，把 VSMC 中 Ca2+ 稳态的几大系统（外排、回收、释放、回补、时空动力学）逐个列开。读完这一章，我对"低 [Ca2+]i 是被主动维持的"这一概念有了具体度量：胞外 Ca2+ 高出胞内约 10000 倍，SERCA 每水解 1 ATP 转运 2 Ca2+，NCX 每秒可转 5000 Ca2+ 但亲和力低（Km 1–10 μM），PMCA 高亲和力但低容量，三者构成"高亲和力调音 + 高容量清扫 + 回收"的清晰分工。

作者对 SOCE 的展开（STIM1–Orai1 的构象变化机制、CC2/CC3/PBD 域功能，以及 ARC 通道由 Orai1/Orai3 五聚体构成）体现了对结构生物学的整合度——这与单纯综述性的离子通道章节明显不同。Ca2+ sparklets 与 sparklets 名词规范化（按底层通道命名）以及表 11.1 给出的时间-空间参数，使读者能直接对照实验观测。

但本章对血管张力的总体整合较弱：各小节侧重分子机制本身，对照第 10 章的肌源性与切应力反应时，本章的 LTCC、TRPV4、RyR/BKCa、TRPM4 等节点正是这些调控的 Ca2+ 入口。读者需要在脑内自行拼回。Ca2+ sparklets 数据（~100 倍于 Cav1.2 sparklet 的内流量但 TRPV4 整体活动低于 Cav1.2）也提示不能简单看单事件幅度，要看总体活动贡献。

一个待核实的细节：PLB 敲除小鼠血压与野生型相当，作者归因于"整体水平作用有限或代偿机制发展"，但具体是哪种代偿机制文中并未给出，提示 PLB 在整体血压调节中的地位仍存疑。

与上下章的衔接（一段话）

第 10 章讨论了血管对切应力和跨壁压（肌源性）的反应，回答了"血管如何对力学刺激做出整体反应"；第 11 章则下钻到这些反应的 Ca2+ 基础——切应力通过内皮 TRPV4 引发 EC 超极化、传至 VSMC，肌源性反应的核心是 VSMC 膜去极化激活 Cav1.2 LTCC，本章正给出这些通道、释放机制与回收机制的分子层面细节。第 12 章将紧接本章进入 MLC 磷酸化的调控，即 [Ca2+]i 升高后的下游执行机制：Ca2+-CaM 激活 MLCK、MLCP 的调控，以及 Ca2+ 敏化/脱敏等概念。从结构上看，第 11 章承上启下，把第 4 章（电生理与机械性质）和第 5 章（收缩蛋白生化）之间一直悬空的"Ca2+ 来源与去向"问题填实。