戴曉瑛++戴路明

摘要：多種原因均可誘發(fā)COPD患者骨骼肌萎縮，缺氧是一個(gè)重要因素。骨骼肌萎縮最終是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的降解大于合成，蛋白質(zhì)降解是多條途徑共同作用的結(jié)果，鈣蛋白酶是其中重要的途徑。在缺氧條件下細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，可使鈣蛋白酶過度激活，骨骼肌蛋白降解增加，導(dǎo)致骨骼肌萎縮。雖然已有實(shí)驗(yàn)證明缺氧性骨骼肌萎縮中鈣蛋白酶活性增強(qiáng)，但這方面的研究并不多，仍進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：鈣蛋白酶；缺氧；鈣離子；骨骼肌萎縮

1 鈣蛋白酶簡(jiǎn)介

鈣蛋白酶（Calpains）是細(xì)胞內(nèi)一類鈣依賴的半胱氨酸蛋白酶，由大亞基（催化區(qū)，80kd）和小亞基（調(diào)節(jié)區(qū)，30kd）組成，大亞基由4個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，結(jié)構(gòu)域Ⅱ是表現(xiàn)水解活性的關(guān)鍵部位 ，結(jié)構(gòu)域Ⅳ，是鈣離子結(jié)合部位，結(jié)構(gòu)域I和結(jié)構(gòu)域Ⅲ可能起活性調(diào)節(jié)作用。它在許多疾病病程中均發(fā)揮作用，可能成為這些疾病用藥的靶點(diǎn)。

2 缺氧與鈣蛋白酶

2.1缺氧與鈣離子的關(guān)系 線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)鈣貯存庫。鈣離子從細(xì)胞外進(jìn)入或從鈣庫中釋放，都可增加胞漿鈣濃度。缺氧下細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，與鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)的多種機(jī)制有關(guān)，鈣泵活性抑制是其中一個(gè)因素。細(xì)胞膜鈣泵是鈣離子外排系統(tǒng)，每消耗一個(gè)ATP將兩個(gè)鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外。缺氧時(shí)ATP含量降低，鈣泵的活性降低[1]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣泵是將鈣離子從胞漿泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。缺氧時(shí)無氧代謝增加細(xì)胞內(nèi)酸中毒，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣泵活性被抑制[2]。

2.2鈣離子與鈣蛋白酶活性的關(guān)系 鈣蛋白酶活性主要受鈣離子濃度、鈣蛋白酶抑制蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)、鈣蛋白酶激活蛋白正性調(diào)節(jié)等的調(diào)節(jié)。其中鈣離子濃度的作用最為重要，只有在鈣離子存在的情況下鈣蛋白酶才被激活，生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度低，鈣蛋白酶活性低，病理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，鈣蛋白酶活性增強(qiáng)，對(duì)蛋白質(zhì)降解增加。

以上提示，缺氧條件下細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，鈣蛋白酶活性增強(qiáng)。

3 鈣蛋白酶活性增強(qiáng)導(dǎo)致骨骼肌萎縮

3.1骨骼肌萎縮機(jī)制 骨骼肌萎縮是指肌肉體積較正?？s小，肌纖維變細(xì)甚至消失，是慢性阻塞性肺疾病嚴(yán)重的肺外表現(xiàn)。發(fā)生機(jī)制雖不完全清楚，但最終是由于骨骼肌蛋白質(zhì)的降解速率大于合成速率，導(dǎo)致蛋白質(zhì)整體降低[3]。其中肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白占肌原纖維的50%～70%[4]，肌纖維收縮功能障礙主要它們的減少有關(guān)。目前所知骨骼肌蛋白的水解途徑主要包括鈣蛋白酶途徑，泛素-蛋白酶體途徑，溶酶體途徑，caspase途徑等。

3.2鈣蛋白酶在骨骼肌萎縮中的作用 當(dāng)各種原因引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度上升達(dá)到所需濃度時(shí)，鈣蛋白酶系統(tǒng)被激活，相對(duì)于已知的其他途徑，鈣蛋白酶途徑最早發(fā)揮作用[5]。它由三部分組成：鈣蛋白酶、鈣蛋白酶抑制蛋白和鈣蛋白酶激活蛋白。其中起主要作用的是鈣蛋白酶，鈣蛋白酶抑制蛋白和激活蛋白是通過對(duì)鈣蛋白酶的負(fù)性和正性調(diào)節(jié)而起作用。在骨骼肌中，大多數(shù)鈣蛋白酶的定位靠近肌原纖維Z盤，通過降解肌絲鏈接蛋白使Z盤斷裂，肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白從肌纖維上脫落下來[4，5]，簡(jiǎn)單來說就是將完整的肌原纖維劈開，使肌原纖維蛋白釋放，而后泛素-蛋白酶體等途徑才能發(fā)揮作用，將蛋白徹底降解。

多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均證實(shí)鈣蛋白酶活性增強(qiáng)，使肌原纖維蛋白分解增加，最終導(dǎo)致骨骼肌萎縮的發(fā)生。Celli等通過阻斷鈣離子通道抑制了鈣蛋白酶活性，發(fā)現(xiàn)小鼠肌纖維降解程度降低。Tidball等發(fā)現(xiàn)，鈣蛋白酶抑制蛋白的過量表達(dá)可抑制鈣蛋白酶活性，使轉(zhuǎn)基因小鼠肌萎縮速度下降30%。

4 鈣蛋白酶與COPD慢性缺氧性骨骼肌萎縮

4.1慢性缺氧導(dǎo)致COPD患者骨骼肌萎縮 目前已有多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)明確指出COPD患者慢性缺氧可導(dǎo)致骨骼肌萎縮。

Theije等研究發(fā)現(xiàn)低氧血癥與COPD患者骨骼肌萎縮密切相關(guān)，輕、重度缺氧的COPD患者均觀察到有肌肉萎縮，通過建立動(dòng)物模型進(jìn)一步研究證實(shí)，缺氧加重可導(dǎo)致肌肉蛋白水解增強(qiáng)。高原環(huán)境的特點(diǎn)是低壓缺氧，Boyer等研究發(fā)現(xiàn)高海拔環(huán)境下肌肉蛋白水解增強(qiáng)，誘導(dǎo)肌肉萎縮。Ermolao等研究發(fā)現(xiàn)高海拔環(huán)境下肌肉減少與暴露時(shí)間、海拔高度有關(guān)。

4.2鈣蛋白酶參與COPD患者慢性缺氧性骨骼肌萎縮 已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)鈣蛋白酶在慢性缺氧引起的心肌和平滑肌蛋白降解中發(fā)揮作用。但鈣蛋白酶參與慢性缺氧性骨骼肌萎縮的研究并不多見。

衛(wèi)星細(xì)胞是公認(rèn)的骨骼肌干細(xì)胞，負(fù)責(zé)骨骼肌生長(zhǎng)和修復(fù)，Yang等通過研究牛衛(wèi)星細(xì)胞缺氧和肌細(xì)胞生成中蛋白水解酶mRNAs和蛋白質(zhì)的改變，證實(shí)缺氧下鈣蛋白酶1（u-calpain）、鈣蛋白酶抑制蛋白表達(dá)增強(qiáng)。為證實(shí)鈣蛋白酶途徑參與肌細(xì)胞生成提供了一定的依據(jù)。

Chaudhary等研究發(fā)現(xiàn)，缺氧條件下大鼠的鈣蛋白酶活性比正常對(duì)照組高約3倍，骨骼肌蛋白的降解比合成高約1.5倍，且顯微鏡下缺氧14d比缺氧7d的小鼠觀察到更多的肌肉纖維萎縮。這項(xiàng)研究強(qiáng)有力的證實(shí)，鈣蛋白酶在缺氧環(huán)境下蛋白質(zhì)降解導(dǎo)致骨骼肌萎縮中起重要作用。

目前缺氧性骨骼肌萎縮的詳細(xì)機(jī)制仍不清楚，鈣蛋白酶只是其中一個(gè)重要途徑。現(xiàn)有研究提示，COPD患者在缺氧條件下細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，使鈣蛋白酶活性增強(qiáng)，而鈣蛋白酶活性增強(qiáng)可加強(qiáng)骨骼肌蛋白的降解。表明鈣蛋白酶在COPD患者缺氧性骨骼肌萎縮中發(fā)揮作用。但它的機(jī)制仍需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

5 結(jié)語

COPD患者缺氧性骨骼肌萎縮與多條途徑有關(guān)，鈣蛋白酶是其中一個(gè)重要途徑，雖然已有實(shí)驗(yàn)證明缺氧性骨骼肌萎縮中鈣蛋白酶活性增強(qiáng)，但這方面的研究并不多，仍需我們進(jìn)一步深入研究。對(duì)藥物研發(fā)、臨床診治、改善預(yù)后、提高生存率等方面都有重要的作用，可能為COPD患者帶來新的希望。

參考文獻(xiàn)：

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