钙振荡是普遍存在的一种钙信号形式,可观察于几乎所有的非兴奋性细胞。钙振荡频率依赖性的调节机制已经被广泛接受,包括调节转录因子活性,细胞增殖、分化、迁移等。Dolmetsch等人早在1998年利用钙钳技术成功阐明了钙振荡调节转录因子活性的频率依赖性,频率依赖性的调节方式显著提高了钙信号的特异性和工作效率。与此同时,钙振荡频率协同H202高效率的调节转录因子NFκB的转录活性。转录因子NFAT磷酸化与非磷酸化的动力学研究解释了钙振荡频率如何调节了NFAT的激活进而影响NFAT的转录活性。研究者们对钙振荡特异性调节机制的研究一致的体现了频率依赖性的特点。然而,钙振荡频率依赖性调节的本质是什么?对此已有学者做了深入的研究,研究结果表明钙振荡频率调节的内在机制是累积波宽(cumulated spike duration),累积波宽依赖性机制表现为钙离子浓度在某一阈值水平时的累积时间,相同时间内,规则钙振荡频率越大其累积波宽越大,频率越小其累积波宽越小,因此转录因子转录活性的频率依赖性实质是累积波宽依赖性。经过不断深入的探索,我们已经对钙振荡参数调节下游生物学效应的机制有了深刻的认识。新的问题又出现,以往对钙振荡的研究主要基于人工钙振荡模型的建立,所建立的人工模型均为规则的钙振荡,然而在众多生理或病理生理状况下,刺激所诱发的细胞胞浆钙振荡表现为不规则的形式：振幅不齐,频率不均一,波宽(spike duration)不一致,并在细胞间表现钙振荡的异质性。例如缺氧后再灌注诱发内皮细胞不规则钙振荡,雌激素作用鼠卵母细胞诱发不规则钙振荡,组胺刺激Hela细胞诱发不规则钙振荡,趋化因子刺激中性粒细胞诱发不规则钙振荡,卵巢粒层细胞呈现高度不规则自发性钙振荡,膀胱平滑肌细胞不规则自发性钙振荡。于是生物相关性钙振荡表现为不规则性和异质性。那么基于规则钙振荡模型(低生物相关性)得出的结论是否同样适用于不规则钙振荡呢?于是应用10pM组胺刺激细胞,同时监测胞浆钙振荡和转录因子核转位,在单细胞水平研究生物相关性的不规则和异质性钙振荡调节下游转录因子活性的内在机制。为确切验证单细胞水平的研究结论,研究不规则钙振荡参数和下游生物学效应的因-效关系,我们应用钙钳技术灌流人脐静脉内皮细胞在群体细胞水平建立振幅相同、频率相同,累积波宽不同和振幅相同、累积波宽相同,频率不同的同质性的不规则钙振荡模型,对转录因子NFκB、STAT3转录活性及下游基因IL-8、VEGF的表达进行检测,发现振幅相同、频率相同,累积波宽不同时,NFκB及下游基因IL-8表达不同；振幅相同、累积波宽相同,频率不同时,NFκB、STAT3转录活性及下游基因IL-8、VEGF表达相同。单细胞水平的异质性不规则钙振荡和群体细胞水平同质性不规则钙振荡的研究结果表明生物相关性不规则钙振荡通过累积波宽和振幅调节下游生物学效应。