全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 20卷 第 1期
2008年 2月
Vol. 20, No. 1
Feb., 2008
文章编号 ：1004-0374(2008)01-0138-04
钙酸体的结构特征和功能
钟海峰，马三梅*
(暨南大学生物工程学系，广州 510632)
摘　要：钙酸体是一类存在于原生寄生虫中的特殊的细胞器。它的结构及元素成分特殊，在寄生虫的
生长、生存及毒性方面具有重要作用。本文主要介绍了钙酸体的发现和命名、结构特征及其在寄生虫
中的功能。
关键词：钙酸体；结构；功能
中图分类号：Q26; Q244　　文献标识码：Ａ
The structure feature and the function of acidocalcisome
ZHONG Hai-feng, MA San-mei*
(Department of Biotechnology, Jinan University, Guangzhou 510632, China)
Abstract: Acidocalcisome is a kind of special organelle in parasitic protozoa. It has special structure and elements,
and plays a key role in the growth, the survival and the virulence of parasitic protozoa. The discovery and
nomenclature, the structure and the function of the acidocalcisome have been described in this review.
Key words: acidocalcisome; structure; function
钙酸体(acidocalcisome)是一种特殊的细胞器，
多存在于几种不同种属的寄生虫中，也存在于细菌
和人血小板中。它呈酸性，富含 C a，因此，被
命名为钙酸体。由于钙酸体特殊的结构和化学元素
成分及在哺乳类的某些细胞中缺少该类细胞器，人
们便利用这种细胞器的特点，把它当作药物靶标进
行了许多研究，用以治疗克氏锥虫(T. cruzi L.)类寄
生虫引起的疾病。
1　钙酸体的发现及其命名
早在 1958年，Ormerod [1]的研究就描述了异染
色质颗粒的结构。1994年，Vercesi等[2]发现，在
布氏锥虫(Trypanosoma brucei L.)细胞质中的某些液
泡可以富集酸性染料吖啶橙和 Ca2+。进一步的研究
发现这种液泡具有酸性性质，并有高浓度的钙，而
且这种液泡和Ormerod描述的异染色质颗粒相似。
因此，他们暂时将这种液泡命名 acidocalcisome。
(本文将 acidocalcisome翻译为“钙酸体”)。随后，
不同学者在其他原生寄生虫，如克氏锥虫(T. cruzi
L.)[3]、墨西哥利什曼原虫(L. mexicana L.)[4]及鼠弓
形体(Toxoplasma gondii L.)[5]等中也发现了钙酸体。
近年也有学者在细菌[6,7]和人血小板[8]中发现了钙酸
体。因此，Docampo等[9]称钙酸体是从原核到真核
细胞都保守的细胞器。
2　钙酸体的结构特征
钙酸体是由约 8 nm厚的膜包被的圆形细胞器，
它可被酸性染料吖啶橙染色[2,3]。钙酸体包含有大量
的高电子密度物质，还有高浓度的多聚磷酸盐和
钙、镁及其他元素[10]。通常钙酸体的大小会随种属
不同而有差异，在克氏锥虫[11,12]和布氏锥虫[13]中它
的直径约为 200 nm，而在利什曼原虫属[14]中则可达
600 nm。在锥虫属中，钙酸体通常分布在整个细
胞中，但它会优先位于细胞的中部或是紧挨着伸缩
泡(contactile vacuole)[15]。在克氏锥虫的上鞭毛体
收稿日期：2007-07-02；修回日期：2007-11-08
*通讯作者：E-mail: msmwdw@163.com
139第 1期 钟海峰，等：钙酸体的结构特征和功能
(epimastigote)时期，它也会位于鞭毛中[12]。此外，
钙酸体的数量也会随种属不同而有差异，甚至在同
一种属的不同时期也有差异，如在克氏锥虫中，
其无鞭毛体 (amastigote) 时期，钙酸体的数量会明
显多于上鞭毛体和锥虫样鞭毛型(trypomastigote)时
期 [12]。尽管钙酸体在不同种属中的数量和大小都各
不相同，但在每个细胞中，所有钙酸体的容积大致
都是占细胞容量的 2%左右。钙酸体的大小与钙酸
体的数量有关，数量多则体积较小，数量少则体积
较大 [ 1 6 ]。
钙酸体的基质(matrix)含有一些高电子密度的物
质，例如高浓度的磷的化合物。在克氏锥虫[17]中，
无机焦磷酸盐是钙酸体的重要组成成分。不同的研
究都表明，在钙酸体中富集了Mg、P和 Ca 等元
素[6,7,18]。而在锥虫[12,19]和鼠弓形体[20]的钙酸体中还
发现有 Zn，有时还可以检测到Na和K。此外，在
血流型(bloodstream)克氏锥虫[19]和亚马逊利什曼原虫
(L. amazonensis L.)[14]的钙酸体发现了 Fe。总之，
在钙酸体中包含有Mg、P、Ca、Zn、Na、K 和
Fe等化学元素成分，但根据种属不同含有的元素也
不完全相同[16]。
3　钙酸体膜上所含有的酶和交换器
现在，在钙酸体的膜上已经发现有钙泵、质
子泵及Na+/H+和 Ca2+/H+交换器(exchanger)。
3 . 1　钙泵　在布氏锥虫 [ 2 ]和克氏锥虫 [ 3 ]的透化
(permeabilizing)细胞实验中发现，这些细胞都含有
对钒酸盐敏感的Ca2+-ATPase酶，且该酶存在于细胞
的酸性部位中。从这两种寄生虫中分离得到的钙酸
体中也检测到含有 Ca2+-ATPase酶。在克氏锥虫[21]、
布氏锥虫[22]和鼠弓形体[23]的钙酸体中发现的 Ca2+-
ATPase是归类为质膜Ca2+-ATPase家族(plasma mem-
brane calcium ATPase, PMCA)。PMCA型的 Ca2+-
ATPase一般都包含有钙调蛋白结合域，但在上述寄
生虫中发现的 Ca2+-ATPase却缺少了钙调蛋白结合
域。
3.2　质子泵　在不同微生物的钙酸体中都发现两种
质子泵，即液泡型(vacuolar type)H+-ATPase(V-H+-
ATPase)和液泡型(vacuolar type)H+-PPase(V-H+-
PPase)。
bafilomycin A是V-H+-ATPase的特异性抑制剂。
利用这个特性，在透化处理的布氏锥虫[2]和克氏锥
虫[3]中均发现有V-H+-ATPase。在克氏锥虫[21]中，V-
H+-ATPase是与Ca2+-ATPase共同定位于钙酸体。此
外，在克氏锥虫[3]和亚马逊利什曼原虫[4]的完整细
胞中进行的实验也发现含有 V-H+-ATPase。此外，
在鼠弓形体的钙酸体中也发现了V-H+-ATPase[5]。
V-H+-PPase是一种H+转运酶，它能够把无机
焦磷酸水解产生自由能与 H+跨膜转运相偶联，在
将无机焦磷酸水解为 2个磷酸的同时，将胞质中的
H+经膜泵入液泡内，起到质子泵的作用。在克氏
锥虫[24]、布氏锥虫[25]、亚马逊利什曼原虫[14]和鼠弓
形体[26]的钙酸体中均检测到有 V-H +-PPase。因
此，可以把 V-H+-PPase作为分离纯化钙酸体的一
个标志[27,28]。然而，V-H+-PPase并不局限在钙酸
体，它也分布在细胞的其他部位。此外，在利什
曼原虫属中还有一种可溶性焦磷酸酶( TbVSP1)在多
聚磷酸盐的代谢中起关键作用[29]。布氏锥虫中这种
可溶性焦磷酸酶除在多聚磷酸盐的代谢中起重要作
用，对布氏锥虫的感染毒力也是非常重要的[30]。若
失去这种焦磷酸酶，布氏锥虫的感染毒力就会下
降，甚至不能感染寄主。
3.3　Na+/H+和 Ca2+/H+交换器　Na+/H+交换器(Na+/
H+exchangers, NHE)是一种转运蛋白。大量的研究
表明，NHE 在调节细胞内 pH 值、细胞容量、维
持Na+和 Ca2+稳定方面有重要作用，并影响细胞的
增殖、分化和死亡。在生理条件下，NHE表达极
低，其作用是通过排出 H+泵入 Na+来维持细胞容
量。在布氏锥虫[26,31]中进行的生理学实验表明，这
种寄生虫的钙酸体中含有对 3, 5-二丁基 -4-羟基甲
苯(3,5-dibutyl-4-hydroxy toluene, BHT)敏感的Na+/H+
交换器。当在原位[31]或是体外[32]加入Na+时，Ca2+/
H+交换器可以释放 Ca2+，因此，Ca2+/H+交换器被
推测与 Ca2+释放机制有关。
4　钙酸体的功能
4 .1　储存物质的功能　钙酸体储存了许多元素，
包括有 C a、M g、N a、K、Zn、F e 及 P，以及
一些基本的氨基酸。Ca和 Fe及其他的阳离子是由
Ca2+/H+逆转运ATPase运到钙酸体中。当在完整细
胞[33,34]或单独的钙酸体[11]中加入碱性试剂时，上述
的阳离子就会从钙酸体中释放出来。在布氏锥虫
中，monenisn诱导钙酸体释放出的 Ca会迅速被线
粒体吸收。
钙酸体中的 P是以无机焦磷酸盐和多聚磷酸盐
的形式存在的。在锥虫的钙酸体中有 2个反应要利
用无机焦磷酸盐：一是由V-H+-PPase酶催化的与钙
酸体酸化有关的反应[25]；另一个是在钙酸体基质中
140 生命科学 第 20卷
由无机焦磷酸酶催化的反应[30]。无机焦磷酸盐是极
性带电的，因此推测它是被一转运蛋白通过钙酸体
的膜进行转运的。在钙酸体的膜上有一个通道可以
把胞质中合成的无机焦磷酸盐运输到钙酸体中，或
是将钙酸体中的无机焦磷酸盐运输到胞质中，在这
个过程中，无机焦磷酸盐是作为V-H+-PPase酶的底
物 。
在钙酸体中积累有高浓度的多聚磷酸盐[33]。P
以多聚磷酸盐的形式来储存可以避免这种营养元素
量大而产生的渗透影响。在克氏锥虫由锥虫样鞭毛
型向无鞭毛型分化或者在上鞭毛体生长时期，多聚
磷酸盐的浓度都会急速增高[33]，上鞭毛体生长时期
后，多聚磷酸盐的浓度又会急剧下降[33]。在上鞭毛
体生长时期多聚磷酸盐浓度的变化表明，这些多聚
磷酸盐是作为能源物质，而在分化时期的变化则是
为适应胞内的环境变化[33]。在高渗下，上鞭毛体生
长时期的多聚磷酸盐浓度同样会急剧下降，高渗后
多聚磷酸盐的浓度又会上升[33]。这些都表明，在钙
酸体中储存无机磷酸盐是为了使寄生虫可以适应环
境的压力。
4.2　保持胞内 pH平衡的作用　在病理条件下，细
胞通过使胞内自身局部酸化来调节胞内的pH是十分
的重要。多聚磷酸盐水解时可以产生 H+，因而可
以调节胞内的 pH。利用RNAi来降低布氏锥虫的钙
酸体中的 V-H+-PPase活力，然后，在表型变化上
揭示钙酸体在调节胞内 pH的作用[25]。当胞外的 pH
大于 7.4时，这些细胞的 pH平衡被打破，细胞就
会通过水解多聚磷酸盐产生H+缓慢地进行胞内的酸
化，从而使胞内的最终 pH降低[25]。在寄生虫中大
量多聚磷酸盐的存在正是为了维持 pH值的动态平
衡。
4.3　渗透调节的作用　当昆虫中间宿主和脊椎动物
宿主的渗透压发生变化时，两性锥虫( d i gene t i c
trypanosomatid)会进行渗透调节来维持正常的生理活
动。调节性容积减少机制(regulatory volume decrease
mechanism)可以使细胞释放包括氨基酸在内的离子
和渗透物，从而使锥虫能够适应低渗透压，但氨基
酸和离子的释放并不能解释容积的大量恢复，因此
推测是钙酸体在这个过程发挥重要作用[35,36]。
低渗或碱性试剂可以引起长链和短链多聚磷酸
盐的水解[33]，水解的产物无机磷酸盐不会释放到胞
质或胞外，因此引起了钙酸体的膨胀[35]。当克氏锥
虫的上鞭毛体处于低渗透压或是高渗透压的条件下
时，其钙酸体中的多聚磷酸盐就会发生急速的水解
或合成[33,37]，这也表明钙酸体是与渗透平衡有关。
在不同的渗透压下钙酸体中Na+和Cl-的变化也证明
硕大利什曼原虫(L. major L.)体前鞭毛(promastigote)
中的钙酸体可以调节渗透压维持离子平衡[38]。
此外，利用 RNAi降低布氏锥虫钙酸体中的可
溶性焦磷酸酶的表达导致了锥虫对多聚磷酸盐和低
渗透压的缺陷，这些也证明钙酸体是与渗透压调节
有关的 [ 29 ]。
5　小结
综上所述，钙酸体是一种由膜包被的圆形细胞
器，它呈酸性，包含有大量的钙和多聚磷酸盐。在
功能上，因钙酸体有多种酶类，如 Ca2+-ATPase、
H+-ATPase、H+-PPase，参与细胞内离子浓度的调
节。此外，其包含的多聚磷酸盐则对维持胞内的渗
透压和 pH的平衡有重要作用。在寄生虫中，钙酸
体的这些性质使它可以作为一个优良的化疗目标，
从而在开发抗寄生虫药物的研究中发挥重要的作用。
[参　考　文　献]
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