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Calcium channel mechanism by which betaine promotes proliferation of lymphocytes in mice

甜菜碱促进小鼠脾淋巴细胞增殖作用的钙通道机制研究



全 文 :甜菜碱促进小鼠脾淋巴细胞增殖作用的
钙通道机制研究
季宇彬1,2,高世勇1,2,冯小燕1,2,何立巍1,2
(1.哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心 药物研究所 博士后科研工作站,黑龙江
哈尔滨 150076;2.国家教育部 抗肿瘤天然药物工程研究中心,黑龙江 哈尔滨 150076)
[摘要] 目的:研究甜菜碱促进小鼠脾淋巴细胞的增殖作用与钙通道的关系。方法:采用清洁级 BALB/c小鼠分离小鼠
脾淋巴细胞后体外培养的方式获得小鼠脾淋巴细胞,分为阴性对照组、ConA组、甜菜碱004,04,4,20mmol·L-1组。分别
采用MTT法观察甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞增殖的作用,流式细胞术测定甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞周期的变化,激光共聚焦扫
描显微镜观察甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞内钙浓度的变化及加入不同钙通道阻滞剂后细胞内钙浓度的变化。结果:4,20mmol
·L-1甜菜碱体外作用于小鼠脾淋巴细胞12h促进小鼠脾淋巴细胞增殖,004,04,4,20mmol·L-1甜菜碱分别体外作用于
小鼠脾淋巴细胞24,48h均促进小鼠脾淋巴细胞增殖,以4mmol·L-1甜菜碱作用24h效果最好;4mmol·L-1甜菜碱作用小
鼠脾淋巴细胞4,6,18,24h能促使小鼠脾淋巴细胞由G0/G1期进入S期,并以18h效果最为明显;4mmol·L
-1甜菜碱作用于
淋巴细胞6,12,18h,脾淋巴细胞内Ca2+浓度明显升高(P<001),以6h效果最明显;钙通道阻滞剂硝苯地平、地尔硫卓、咪
贝地尔、金雀异黄素对甜菜碱升高小鼠脾淋巴细胞内钙离子浓度没有影响,而维拉帕米、新霉素、肝素、普鲁卡因能阻断甜菜
碱升高小鼠脾淋巴细胞内钙离子浓度。结论:甜菜碱通过升高小鼠脾淋巴细胞内钙离子浓度而促进小鼠脾淋巴细胞由G0/G1
期进入S期,促小鼠脾淋巴细胞增殖的作用。细胞内钙离子浓度升高主要通过2个途径:影响G蛋白介导的L型电压门控钙
通道的α1亚单位而引起外钙内流;影响胞内钙库的IP3R钙通道和RyR钙通道而引起内钙释放。
[关键词] 甜菜碱;小鼠脾淋巴细胞;细胞周期;细胞内Ca2+;钙通道
[收稿日期] 20081110
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30400352);教育部重点项目
(205045);黑龙江省自然科学基金(D200611);黑龙江省研究生创新
基金(YJSCX20060077HSD)
[通信作者] 季宇彬,教授,博士生导师,研究方向为肿瘤药理学
的研究。Email:sygao2002@163.com
  甜菜碱本身是动物体内的代谢中间产物,经大
量试验证明,甜菜碱及其盐类无毒、无害、无污
染[1],其小鼠半数致死量(LD50)在 11000mg·
kg-1,对动物无致畸、致癌、致突变作用,是公认的安
全物质[2],且能促进脂肪代谢,促进蛋白质的合
成[3],有关报道指出甜菜碱有增强机体免疫力的作
用[4]。淋巴细胞(lymphocyte)是免疫系统中较重要
的细胞,在免疫应答中起关键作用。但是淋巴细胞
在体外不能自行增殖,只有在某些有活性的有丝分
裂原刺激下才能增殖,如美洲商陆丝裂原(PWM)、
刀豆蛋白(ConA)、脂多糖(PAS)等[5]。甜菜碱作为
一种有增强机体免疫力作用的物质,是否与促进淋
巴细胞增殖有一定的关系,目前还未见相关报道。
本研究从促进淋巴细胞增殖角度探讨甜菜碱的免疫
增强作用,从淋巴细胞内Ca2+浓度的变化及Ca2+来
源于哪些离子通道角度深入揭示甜菜碱免疫增强作
用的分子机制。
1 材料
1.1 动物 BALB/c小鼠,雌雄兼用,体重(20±
20)g,由中国农业科学院哈尔滨兽医研究所提供,
动物合格证号SCXK(黑)2006009。
1.2 药物 甜菜碱(纯度95%,浙江绿成生物技术
有限公司,批号 108520);皂素(saponin)(Fluka公
司);胎牛血清(Hyclone公司);RPMI1640(Gibco公
司);ConA,MTT,核糖核酸酶,PI,Fluo3/AM,硝苯
地平(Nifedipine),地尔硫卓(Diltiazem),维拉帕米
(Verapamil),咪贝地尔(Mibefradil),金雀异黄素
(genistein),普鲁卡因(Procaine),均为 Sigma公司
产品;肝素(heparin),新霉素(Neomycisulfate),均
为SigmaAldrich公司产品。
1.3 药品的配制 ConA配制:称取 ConA25mg
溶于50mLRPMI1640中,微孔滤膜过滤,作为母液
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备用。取5mL母液用 RPMI1640稀释到50mL作
为工作液用于实验。甜菜碱配制:取甜菜碱50mg,
溶于10mLRPMI1640中,微孔滤膜过滤,作为母液
备用。使用时做适当稀释。
1.4 仪器 CO150型 CO2培养箱(美国 NBS公
司);LeicaSP2型激光共聚焦显微镜(德国 Leica公
司);EPICSXLMCL型流式细胞仪(美国 Backman
Coulter公司);OlympusIX70型倒置显微镜(Olym
pus公司);Bio680型酶标仪(美国BioRad公司)。
2 方法
2.1 小鼠脾淋巴细胞分离制备 以颈椎脱臼法处
死小鼠,用75%乙醇浸泡小鼠15min,沿腹腔中线
剪开小鼠胸腔,取出脾脏置于培养皿中,剪去脂肪和
筋膜组织,用RPMI1640培养液漂洗,用注射器芯轻
轻挤压,用200目尼龙网过滤到玻璃离心管中,无菌
PBS,1500r·min-1离心5min洗涤细胞2次,加入
083%的氯化胺到洗过的细胞中,静置5min,以除
去血红细胞,用 RPMI1640培养液离心洗涤细胞2
次,以除去剩余的氯化胺,将上述收集到的脾脏细胞
置于玻璃培养瓶中,在37℃,5%CO2培养箱中静止
培养24h,以除去贴壁细胞,收集未贴壁的细胞悬液
即获得脾淋巴细胞。计数接种培养,台盼蓝染色计
数,活细胞数应大于95%。
2.2 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞增殖的影响 取小
鼠脾淋巴细胞。调整细胞密度为15×106个/mL,
每孔100μL加入96孔细胞培养板,每孔加入100
μL不同浓度的甜菜碱,甜菜碱的最终浓度分别为
004,04,4,20mmol·L-1,阳性对照组加入促细胞
有丝分裂原刀豆球蛋白(ConA),终浓度为1×10-4
mmol·L-1。设阴性对照孔(加等体积细胞培养
液),同时设无细胞对照,以排除假阳性。每一浓度
6个复孔。置于37℃,5%CO2的饱和湿度培养箱
中培养12,24,48h后,每孔加22μL新鲜配制的12
mmol·L-1的 MTT,继续培养4h,轻轻吸取培养液
上清150μL,每孔加150μLDMSO,微型振荡器振
荡混匀,酶标仪于 570nm波长读取各孔吸光度
(A)。
2.3 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞周期分布的影响 
取小鼠脾淋巴细胞,调整细胞密度为15×107个/
mL,每孔1mL加入24孔培养板,然后加入甜菜碱
使其终浓度为4mmol·L-1,设 RPMI1640培养基
为阴性对照组。于4,6,18,24h收集细胞。1500r
·min-1离心15min,细胞沉淀用70%乙醇悬浮,4
℃冰箱放置12h以上。固定后的细胞用 PBS洗2
遍并悬浮,加入08mLPI染液(生理盐水324mL,
核糖核酸酶 05mg,TritonX100025mL,PI25
mg,枸橼酸钠50mg,加蒸馏水至50mL,4℃避光保
存),混匀后于4℃,避光放置1h,经300目尼龙网
过滤,在流式细胞仪上计数10000个细胞,分别测
定各个时间段各期细胞数,分析细胞周期。每组均
重复3次。
2.4 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞内 Ca2+浓度的影响
 取小鼠脾淋巴细胞,调整细胞密度为 15×107
个/mL,以每孔1mL接种于24孔培养板上,加入甜
菜碱使其终浓度为4mmol·L-1,设 RPMI1640培
养基为阴性对照组。于0,2,6,12,18h收集细胞。
Fluo3/AM荧光标记:无钙台氏液离心洗涤2遍,1
倍体积的6×10-3mmol·L-1的 Fluo3/AM与细胞
悬液混合,37℃下孵育30min。激光共聚焦扫描显
微镜检测,将标记后的细胞用激光共聚焦扫描显微
镜对其进行扫描观察,激发波长488nm,发射波长
515nm,用Leicaconfocalsoftwareliteversion软件对
扫描图像进行分析。
2.5 小鼠脾淋巴细胞相关通道及蛋白抑制剂对甜
菜碱升高细胞内 Ca2+浓度的影响 取小鼠脾淋巴
细胞,调整细胞密度为 15×107个/mL,以每孔 1
mL接种于24孔培养板上。共分2组,第1组RPMI
1640组,各孔分别加入钙通道抑制剂:硝苯地平、地
尔硫卓、维拉帕米、咪贝地尔、金雀异黄素、肝素、新
霉素、普鲁卡因及阴性对照 RPMI1640各05mL,
在37℃ 条件下孵育 20min后,每孔加入1mLRP
MI1640,使各抑制剂终浓度分别为 2×10-3,1×
10-3,5×10-3,2×10-3,5×10-3,1×10-3,1×
10-3,05mmol·L-1;第2组甜菜碱组,各孔分别加
入硝苯地平、地尔硫卓、维拉帕米、咪贝地尔、金雀异
黄素、新霉素、肝素、普鲁卡因及对照组RPMI1640,
在37℃条件下孵育20min后,加入甜菜碱使其终
浓度为4mmol·L-1,此时各抑制剂终浓度与第 1
组相同。培养6h后收集细胞,Fluo3/AM荧光标
记,激光共聚焦对其进行扫描,方法同上。
其中硝苯地平、地尔硫卓、维拉帕米是细胞膜
L型电压门控钙通道抑制剂,它们分别与 L型钙通
道的3个独立位点相结合,具有药理学配体和受体
结合的特性;咪贝地尔是细胞膜 T型电压门控钙通
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道抑制剂;金雀异黄素是酪氨酸蛋白激酶抑制剂,可
抑制激酶的磷酸化位点,抑制包括自身磷酸化在内
的磷酸化;肝素是三磷酸肌醇受体拮抗剂;新霉素是
磷脂酶 C(PLC)的抑制剂,它可阻断由 PLC催化的
磷脂肌醇代谢,从而抑制 IP3的生成;普鲁卡因是胞
内内质网(ryanodine)受体钙通道的抑制剂。
2.6 统计学处理 所有数据用 珋x±s表示,组间差异
比较采用Excel软件中的studentttest进行t检验。
3 结果
3.1 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞增殖的影响 甜菜
碱终浓度04,4,20mmol·L-1均可促进淋巴细胞
增殖,以4mmol·L-1效果最为明显。在24,48h均
可显著增殖,以24h效果更好。因此甜菜碱4mmol
·L-1作用24h促淋巴细胞增殖效果明显。见表1。
表1 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞增殖(A)的影响(珋x±s,n=6)
分组 浓度/mmol·L-1 12h 24h 48h
阴性对照 - 0256±0006 0254±0005 0250±0008
ConA 1×10-4 0313±00211) 0368±00102) 0377±00042)
甜菜碱 004 0260±0024 0280±00122) 0284±00092)
  04 0272±0019 0312±00122) 0323±00052)
  4 0283±00111) 0345±00072) 0364±00042)
  20 0274±00111) 0313±00132) 0326±00072)
  注:与阴性对照组比较1)P<005,2)P<001。
3.2 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞周期分布的影响 
由不同时间点淋巴细胞周期与甜菜碱作用0h比较
表明,甜菜碱有促进淋巴细胞由 G0/G1期进入 S期
的作用,且作用 18h效果最明显,其 G0/G1期由
9703%下降到 8999%,S期由 258%升高到
908%。到24h后,其诱导作用反而有些下降。见
表2。
3.3 甜菜碱对小鼠脾淋巴细胞内Ca2+浓度的影响
表2 甜菜碱作用不同时间对小鼠脾淋巴细胞周期的影响(珋x±s,n=6) %
作用时间/h 浓度/mmol·L-1 G0/G1 S G2/M
0 4 97050±0252 2582±0386 0368±0135
4 4 96596±02771) 2851±04281) 0553±0158
6 4 94540±04042) 4832±02832) 0628±0140
18 4 90226±03572) 9002±04562) 0772±0210
24 4 94755±05971) 4337±03081) 0574±0275
  注:与0h比1)P<005,2)P<001。
 加入甜菜碱不同时间后,淋巴细胞内 Ca2+浓度与
同期对照组相比显著升高,其中加药6h后最高,12
h后有所下降。见表3。
表3 甜菜碱作用不同时间对小鼠脾淋巴细胞内
[Ca2+]i的影响(珋x±s,n=6) FA
作用时间
/h
浓度
/mmol·L-1
阴性对照 甜菜碱
2 4 31797±4093 34093±7632
6 4 32631±9105 46836±78811)
12 4 31652±3484 37911±46281)
18 4 32428±2403 37760±44371)
  注:与阴性对照组比较1)P<001。
3.4 不同钙通道抑制剂对小鼠脾淋巴细胞内 Ca2+
浓度的影响 RPMI1640组加入阻断剂后钙离子浓
度与其相应的阴性对照相比均无变化,说明各通道
蛋白阻滞剂对小鼠脾淋巴细胞本身钙离子浓度没有
影响。甜菜碱组加入不同阻断剂后钙离子浓度与其
相应的阴性对照比较,其中硝苯地平、地尔硫卓、咪
贝地尔、金雀异黄素对甜菜碱诱导的淋巴细胞内钙
离子浓度没有影响,而维拉帕米、肝素、新霉素、普鲁
卡因能显著抑制甜菜碱诱导的淋巴细胞内钙离子升
高的作用。相同条件下,甜菜碱组的阴性对照与
RPMI1640阴性对照相比有显著性差异,与前面所
做的甜菜碱能升高淋巴细胞内钙离子浓度的结果相
符。见表4。
4 讨论
本实验发现甜菜碱在体外能促进小鼠脾淋巴细
胞增殖,且浓度在4mmol·L-1以内,当浓度大于4
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表4 不同钙通道抑制剂对小鼠脾淋巴细胞内Ca2+浓度的影响(珋x±s,n=20) FA
抑制剂 抑制剂浓度/mmol·L-1 甜菜碱/mmol·L-1 RPMI1640组 甜菜碱组
阴性对照  - - 32016±6331 46507±76832)
硝苯地平  2×10-3 4 32196±4762 46609±8871
地尔硫卓  1×10-3 4 32009±3879 46699±9294
维拉帕米  5×10-3 4 30937±3976 31306±50741)
咪贝地尔  2×10-3 4 31833±3001 43738±8052
金雀异黄素 5×10-3 4 30972±3762 42950±4392
肝素    1×10-3 4 32053±4158 30639±50291)
新霉素   1×10-3 4 31682±4916 32499±43781)
普鲁卡因  5×10-1 4 31834±3873 31565±50321)
  注:与甜菜碱阴性对照组比较1)P<001;与对应的RPMI1640组比较2)P<001。
mmol·L-1时,细胞增殖作用反而下降,说明甜菜碱
促淋巴细胞增殖有一定浓度限制,其最佳浓度为4
mmol·L-1。
本实验采用PI染色,流式细胞术观察甜菜碱对
淋巴细胞周期的影响,发现甜菜碱能够促进淋巴细
胞由G0/G1期进入S期,且以作用18h效果最明显。
说明甜菜碱通过促进小鼠脾淋巴细胞由G0/G1期进
入S期而起到促淋巴细胞增殖的作用。
为进一步揭示活化淋巴细胞的机制,本文采用
激光共聚焦显微镜扫描,观察甜菜碱作用不同时间
的淋巴细胞内Ca2+浓度的变化,发现甜菜碱组细胞
内Ca2+浓度明显高于相应的对照组,在甜菜碱作用
2h后就明显促进淋巴细胞增殖,作用6h后达到最
大值,之后Ca2+浓度反而下降,表明4mmol·L-1甜
菜碱作用6h即可完成Ca2+作为第二信使的传导任
务,激活淋巴细胞进行增殖。
细胞内钙离子浓度的变化受钙离子通道的影
响,至今发现的 L型钙通道拮抗剂至少有3类:①
双氢吡啶类,如硝苯地平;②苯噻氮卓类,如地尔硫
卓;③苯烷胺类,如维拉帕米。本实验发现,硝苯地
平和地尔硫卓对甜菜碱升高淋巴细胞内钙离子浓度
没有影响,而维拉帕米能抑制甜菜碱引起的细胞内
钙升高。表明甜菜碱使细胞内钙离子浓度增加与影
响L型钙通道的 α1亚单位有关。而咪贝地尔是细
胞膜 T型电压门控钙通道阻断剂,其对甜菜碱诱导
的淋巴细胞内钙离子浓度的升高没有影响,说明甜
菜碱升高细胞内钙离子浓度不是通过激活 T型电
压门控钙通道。金雀异黄素是酪氨酸蛋白激酶抑制
剂,而新霉素是磷脂酶 C(PLC)的抑制剂[9]。金雀
异黄素对甜菜碱诱导的淋巴细胞内钙离子浓度的升
高没有影响,而新霉素能抑制甜菜碱诱导的细胞内
钙升高。说明细胞内钙离子浓度的升高是通过 G
蛋白PLCIP3这条途径,而不是通过激活酪氨酸蛋
白激酶而起作用。由此可知:甜菜碱升高细胞内钙
离子浓度的途径之一是在G蛋白介导下通过影响L
型钙通道的α1亚单位引起外钙内流。
淋巴细胞内主要的钙库是内质网(ER),Ca2+通
道通过不同的调节机制将ER内的钙离子释放到细
胞浆内以发挥相应的生物效应。内质网钙通道主要
有两种:内质网膜 IP3受体(IP3R)钙通道和 ryanod
ine受体(RyR)钙通道,广泛存在于大多数细胞中。
肝素是胞内内质网 IP3R钙通道阻断剂
[10],普鲁卡
因是RyR钙通道阻断剂,其均能抑制细胞内甜菜碱
诱导的钙离子升高。说明甜菜碱升高淋巴细胞内钙
离子浓度的途径之二是通过影响细胞内 IP3R钙通
道和RyR钙通道,其共同作用引起胞质钙增加。肝
素为水溶性物质,不易被动扩散进入细胞,实验时需
先对细胞进行可通透性制备。本实验采用适宜浓度
皂素(saponin)先孵育10min,然后再加肝素孵育20
min。
由以上实验推断,甜菜碱能够促进淋巴细胞增
殖,机制为通过开放相关钙离子通道升高淋巴细胞
内Ca2+,诱导淋巴细胞由G0/G1期进入S期,从而促
进淋巴细胞增殖。而甜菜碱开放相关钙离子通道主
要表现为:在 G蛋白介导下,通过影响 L型电压门
控钙通道的α1亚基,开放L型电压门控钙通道而引
起外钙内流;通过影响胞内钙库的 IP3R钙通道和
RyR钙通道而引起内钙外排。
[参考文献]
[1]  AtkinsonW,ElmslieJ,LeverM,etal.Dietaryandsupplemen
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Calciumchannelmechanismbywhichbetainepromotesproliferationof
lymphocytesinmice
JIYubin1,2,GAOShiyong1,2,FENGXiaoyan1,2,HELiwei1,2
(1.PostdoctoralResearchStation,InstituteofMatetiaMedica,LifeSciencesandEnvironmentalSciences
ResearchCenter,HarbinUniversityofCommerce.Harbin150076,China;
2.MOEEngineeringResearchCenterofNaturalAnticancerDrugs,HarbinCommerceUniversity,Harbin150076,China)
[Abstract] Objective:Tostudyhowthewayinwhichbetainepromotestheproliferationofmousespleenlymphocytesisrelated
tocalciumchannels.Method:BALB/cmicewereusedforthisexperiment.Mousespleenlymphocyteswereobtainedthroughinvitro
cultivationaftertheyhadbeenseparated,andweredividedintoanegativecontrolgroup,aConAgroup,and004,04,4,and20
mmol·L-1betainegroups.MTTwasusedtoobservetheefectofbetaineontheproliferationofmousespleenlymphocytes;flowcy
tometrywasusedtomeasurethechangesinthecelcycleofmousespleenlymphocytes;andlaserconfocalscanningmicroscopywas
usedtoobservethechangesintheintracelular[Ca2+]iofmousespleenlymphocytesafterbetaineordiferentcalciumchannelblockers
wereapplied.Result:Betainewasfoundtopromotetheproliferationofmousespleenlymphocytes12hafterithadbeenappliedin
vitroinconcentrationsof4and20mmol·L-1.Itwasalsofoundtopromotetheproliferationofmousespleenlymphocytes24hand48
hafterithadbeenappliedinvitroinconcentrationsof004,04,4,and20mmol·L-1,withtheefectbeingmostmarkedforthe4
mmol·L-1group24hafteritsapplication.ItwasfoundtofacilitatetheentryofmousespleenlymphocytesfromtheG0/G1totheS
phase4,6,18,and24hafterithadbeenappliedtomousespleenlymphocytesinaconcentrationof4mmol·L-1,withtheefectbe
ingmostmarkedat18hafteritsapplication.Intracelular[Ca2+]iinmousespleenlymphocytesincreasedsignificantly(P<001)6,
12,18hafter4mmol·L-1betainehadactedonthelymphocytes,withtheefectbeingmostmarkedat6h.Thecalciumchannel
blockersnifidipine,diltiazem,mibefradil,andgenisteinhadnoefectontheincreaseoftheintracelular[Ca2+]iinmousespleen
lymphocytesduetotheapplicationofbetaine,whileverapamil,mycifradin,heparin,andprocainecouldblocksuchincrease.Conclu
sion:BetainefacilitatestheentryofmousespleenlymphocytesfromtheG0/G1intotheSphasebyraisingtheintracelular[Ca
2+]iin
thesecels,thuspromotingtheirproliferation.Intracelular[Ca2+]iincreasesmainlyintwoways:①Byafectingtheα1subunitofthe
LtypevoltagegatedcalciumchannelwithmediationbyGproteinsandthusleadingtoanefluxofintracelularcalcium;②Byafecting
theIP3RandRyRcalciumchannelsoftheintracelularcalciumstoresandthusleadingtothereleaseofintracelularcalcium.
[Keywords] betaine;mouselymphocyte;celcycle;intracelularCa2+;calciumchannel
[责任编辑 古云侠]
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第34卷第15期
2009年8月
                           
Vol.34,Issue 15
 August,2009