何林波 張麗 劉妍妍 金鑫 倪言 伊麗達娜·迪力木拉提 曹忻

CaSR基因的研究進展

何林波①張麗①劉妍妍①金鑫①倪言①伊麗達娜·迪力木拉提①曹忻②*

（①西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院 甘肅 蘭州 730030 ②西北民族大學(xué)實驗教學(xué)部 甘肅 蘭州）

鈣敏感受體(Calcium sensing receptor,CaSR)在調(diào)節(jié)機體Ca2+濃度、細胞增殖、分化和凋亡過程中發(fā)揮著及其重要的作用。鈣敏感受體基因在不同組織中的表達差異和突變會影響CaSR的活性，從而改變機體各組織器官的正常功能，引發(fā)相關(guān)疾病。本文從CaSR的結(jié)構(gòu)和功能、在不同組織器官中的表達差異以及與腫瘤發(fā)生的關(guān)系等方面進行了綜述。

游離的Ca2+是一種普遍存在動物機體內(nèi)的信號分子，不僅參與細胞內(nèi)的重要代謝調(diào)節(jié)，而且對機體內(nèi)的大多數(shù)生理生化過程都有影響。Ca2+作為信號分子參與轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴于細胞膜或者是細胞里面的Ca2+受體，因為Ca2+受體能感受Ca2+濃度的微弱變化，繼而將信息傳遞給相應(yīng)的細胞，促使細胞調(diào)整它們的功能。在胚胎發(fā)育、細胞分化，基因轉(zhuǎn)錄和酶的調(diào)控等過程中，Ca2+都是細胞內(nèi)必不可少的調(diào)節(jié)因子[1, 2]。CaSR屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族的成員之一，近幾年來，關(guān)于CaSR在維持機體Ca2+穩(wěn)態(tài)以及對其他細胞、組織、器官中作用的研究越來越多。

1 CaSR的結(jié)構(gòu)特點

CaSR由3255bp的ORF基因編碼，共編碼1085個氨基酸殘基，具有3個結(jié)構(gòu)域，1個7次跨膜結(jié)構(gòu)域，1個胞外親水性氨基末端和1個胞內(nèi)的疏水性羧基末端(Nemeth 2004 )[3]。N端結(jié)構(gòu)域由613個具有親水性氨基酸殘基組成，位于細胞膜外，分布有9個N連接糖基化位點，該結(jié)構(gòu)域是CaSR與Ca2+等激動劑結(jié)合的部位，對二價的陽離子(比如Gd2+、Mg2+)、抗生素(新霉素)、氨基酸和多胺類敏感，大多數(shù)情況下，CaSR在此形成二聚體[4]?？缒げ糠质羌s250個氨基酸組成的疏水區(qū)，由包含蛋白激酶A(PKA)和蛋白激酶C(PKC)結(jié)合位點的7個跨膜片段構(gòu)成。細胞膜內(nèi)的C端大約由222個氨基酸殘基所構(gòu)成。

2 CaSR主要生理功能

在機體正常情況下，血清中Ca2+濃度具有一定范圍，當(dāng)細胞處于“靜息期”時，細胞溶質(zhì)中Ca2+的濃度維持在較低的水平；當(dāng)細胞處于“動作期”時，胞外的Ca2+濃度將處于較高水平，這種穩(wěn)態(tài)的維持主要依賴于甲狀旁腺細胞表面的CaSR。CaSR通過感應(yīng)血鈣濃度的微弱變化控制甲狀旁腺激素的釋放，以此調(diào)節(jié)Ca2+進出細胞，達到維持Ca2+穩(wěn)態(tài)的目的[5]。盧玉姍等人對CaSR+/+與CaSR-/-新生小鼠腦室管膜下帶，來源的神經(jīng)干細胞(neural stem cells, NSCs)進行體外培養(yǎng)，應(yīng)用Hoechst 33342和TUNEL試劑盒標記凋亡細胞，觀察CaSR對NSCs凋亡的影響。結(jié)果表明，在[Ca2+]0的生理范圍內(nèi)(1-3 mM)，隨著[Ca2+]0升高，CaSR抑制NSCs凋亡，對NSCs起保護作用。當(dāng)[Ca2+]0超過生理范圍時，CaSR抑制NSCs凋亡的作用減弱，凋亡增加。觀察CaSR基因缺失對NSCs分化能力的影響，結(jié)果顯示CaSR基因缺失延遲NSCs向神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細胞以及少突膠質(zhì)細胞的增殖及分化，并抑制神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞突起的生長[6]。有研究證實，在心肌細胞中由于鈣敏感受體激活以后促進Ca2+從鈣離子心肌肌漿網(wǎng)到線粒體的釋放，從而引起心肌細胞的凋亡。這種凋亡是由CaSR調(diào)節(jié)促使的細胞內(nèi)局部鈣離子濃度過高所引起的[7]。

3 CaSR在不同組織器官中的表達及作用

3.1 CaSR在骨組織 CaSR的本質(zhì)是一種糖蛋白，CaSR激活可以影響骨組織的代謝。有研究證實，CaSR在成骨細胞和破骨細胞都有表達，兩者之間的動態(tài)平衡與骨質(zhì)結(jié)構(gòu)和正常功能密切相關(guān)[8]。CaSR可以通過成骨細胞中絲裂原活化蛋白激酶途徑調(diào)節(jié)成骨細胞的生長，以此促進骨的形成，存在于破骨細胞中的CaSR可能通過核激活因子受體配體以及巨噬細胞集落刺激因子信號通路使破骨細胞凋亡[9]。Mentaverri等研究報道，與正常小鼠(CaR+/+)相比，CaR-/-小鼠中骨髓前體細胞分化為成熟破骨細胞的比例減少了70%。再者，正常小鼠機體(CaR+/+)中，破骨細胞的凋亡也與鈣離子的高濃度密切相關(guān)，然而CaR-/-小鼠卻沒有該現(xiàn)象，證明CaSR基因的表達與破骨細胞的分化和凋亡有關(guān)[10]。

3.2 CaSR在臟器組織 2003年，Wang等[11]通過RT-PCR和免疫組織化學(xué)技術(shù)首次證實在大鼠整個心臟組織和培養(yǎng)的心室肌細胞中都存在CaSR的表達。細胞外Ca2+濃度增加以及其他CaSR激動劑可以通過G蛋白─磷脂酶C-三磷酸肌醇信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路引起肌漿網(wǎng)Ca2+釋放增加，Ca2+數(shù)量增加可引起心臟收縮，CaSR表達降低，引起肌漿網(wǎng)中Ca2+減少，心肌細胞興奮─收縮藕聯(lián)障礙，促使心肌收縮功能降低。CaSR在腎單位中也有表達，包括集合管兩側(cè)、遠曲小管、皮質(zhì)升支粗段、髓袢升支粗段、近直小管、近曲小管、腎小球部位。在近曲小管管腔內(nèi)側(cè)高表達，但在腎單位節(jié)段之間CaSR表達模式有所不同[12]。PTH對腎臟中Ca2+的代謝有著調(diào)控作用，Ca2+又可抑制PTH誘導(dǎo)的3，5環(huán)磷酸腺苷在近曲小管以及髓袢升支粗段的沉積，表明了Ca2+還可調(diào)節(jié)腎臟PTH的活性，抑制甲狀旁腺分泌PTH。

3.3 CaSR在胃腸道 （1）胃腸道是動物主要的消化器官，其參與機體水鹽平衡的調(diào)節(jié)。人和大鼠胃泌素分泌細胞(G細胞)中表達的CaSR通過PLC信號路徑調(diào)控胃泌素的分泌，當(dāng)CaSR受其激活劑激活時，它可促使細胞內(nèi)鈣濃度升高[13]。CaSR通過激活G細胞基底膜側(cè)的壁細胞受體，從而活化頂端的H+-K+-ATP酶，導(dǎo)致酸分泌增加，壁細胞受體受到抑制后，使得酸分泌減少[14]。L-氨基酸是CaSR的變構(gòu)激動劑，用不同濃度的L-氨基酸刺激胃腺時，得到了類似結(jié)論，即增加這些氨基酸的濃度導(dǎo)致胃酸分泌增加而不依賴胃泌素[15]。（2）CaSR在不同羊品種小腸中的表達存在差異，有研究報道，在湖羊十二指腸中，CaSR的表達水平明顯高于在徐淮山羊中，而在徐淮山羊的回腸中表達水平高于湖羊，CaSR基因在盲腸和結(jié)腸中的表達量較低[16]。小腸上皮細胞中表達的CaSR影響著腸道的蠕動和腸內(nèi)的液體分泌，從而調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收[17]。有研究證明，日糧中蛋白含量的減少可降低豬小腸中CaSR的表達，從而影響胃腸激素的分泌[18]。人體大腸中，CaSR的表達主要在隱窩和絨毛上皮細胞頂膜以及基底外側(cè)膜中[19]。CaSR基因的表達可以促進隱窩頂部細胞以及結(jié)腸成肌纖維細胞的增殖和分化[20]。

4 CaSR與腫瘤的研究

（1）據(jù)報道，CaSR在促進細胞增殖和分化以及增強細胞抗藥性等方面具有重要作用，因而影響腫瘤的發(fā)生[21]。CaSR的表達水平增高時，導(dǎo)致某些腫瘤細胞增殖加快，誘導(dǎo)了腫瘤向骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生。在乳腺癌細胞中發(fā)現(xiàn)趨化因子和細胞生長因子的產(chǎn)生都與CaSR表達有關(guān)，并對溶骨性骨轉(zhuǎn)移具有重要的作用[22]。在腎癌中，CaSR可促進30%-40%的腎部腫瘤發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，與未發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的患者相比，發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的患者CaSR表達量明顯升高[23]。在前列腺癌患者中，發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的患者機體中CaSR表達量遠遠高于未發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的患者[24]。CaSR在腫瘤中的作用可能與細胞外高濃度Ca2+有關(guān)，因為Ca2+是影響腫瘤骨轉(zhuǎn)移的其中一個因素，而且，有研究證明，飲食中鈣含量較高時，CaSR表達水平上調(diào)，從而使前列腺腫瘤細胞具有更強的轉(zhuǎn)移能力[25]。（2）CaSR也參與細胞的凋亡，抑制某些腫瘤細胞的增殖及分化，因而其表達能抑制某些腫瘤細胞的進一步癌變。有研究報道，在神經(jīng)母細胞瘤中，CaSR在ERK1/2所介導(dǎo)的神經(jīng)細胞凋亡的過程中發(fā)揮重要作用[26]。在胃癌的發(fā)生過程中，CaSR表達水平的降低，可以通過多個信號途徑抑制胃癌細胞的增殖。在胰腺癌中，CaSR可以在NCX1的介導(dǎo)下使細胞外的Ca2+大量進入細胞，激活的CaSR通過抑制wnt/β-catenin信號路徑從而抑制胰腺癌細胞的增殖[27]。大量研究表明，直腸中CaSR同樣可以通過影響細胞中Ca2+的水平抑制直腸癌細胞的增殖[28]。

5 展望

目前對于CaSR基因的表達以及生理功能等方面的研究雖然較多，但許多功能實現(xiàn)的作用機制還不是十分清楚，有待于進一步研究發(fā)現(xiàn)。但可以肯定的是，CaSR與鈣離子穩(wěn)態(tài)以及相關(guān)疾病的發(fā)生有著密切的關(guān)系，未來可以通過對CaSR的作用機理進一步研究，有望為許多與此相關(guān)疾病提供預(yù)防和治療的依據(jù)。

[1] 姜春明, 徐長慶, 王竹穎等. 細胞外鈣敏感受體的研究進展[J]. 國際兒科學(xué)雜志, 2006, 33(2): 131-133.

[2] 克勞斯. 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與調(diào)控的生物化學(xué)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[3] Nemeth EF. Summary--calcium receptors: potential targets for novel treatments for skeletal disease[J]. Musculoskelet Neuronal Interact, 2008, 4(4): 416-417.

[4] Edward M B, Gerardo G. Cloning and characterization of an extracellular Ca2+-sensing receptor from bovine parathyroid[J]. Natune, 1993, 366(6455): 575-580.

[5] Pascal H, LaU, Nicolet B, et al. What keeps serum calcium levels stable[J]. Joint Bone Spine, 2003,70: 407-413.

[6]盧玉姍. 鈣敏感受體調(diào)控神經(jīng)干細胞增殖、凋亡、遷移和分化[D]. 南京醫(yī)科大學(xué): 南京, 2011.

[7] Ackerstaff E, Glunde K, Bhujwalla ZM. Choline phospholipid metabolism: a target in cancer cells[J]. Journal of cellular biochemistry, 2003, 90(3): 525-533.

[8] 鄭家強,楊建虹.骨相關(guān)細胞中鈣敏感受體研究進展[J]. 中國骨質(zhì)疏松雜志, 2009, 15(9): 685-688.

[9] DvorakMM, Riccardi D. Ca2+as an extracellular signal in bone[J].Cell Calcium,2004,35(31) :249-255.

[10] Mentaverri R, Yano S, Chattopadhyay N, et al. The calcium sensing receptor is directly involved in both osteoclast differentiation and apoptosis[J]. FASEB J, 2006, 20 (14): 2562-2564.

[11] Wang R, Xu C, Zhao W, et al. Calcium and polyamine regulated calcium sensing receptors in cardiac tissues[J]. Eur J Biochem, 2003,270(12): 2680-2688.

[12] Ba J, Friedman P A, Calcium-sensing receptor regulation of renal mineral ion transport[J]. Cell Calcium, 2004,35(3):229-237.

[13] Buchan A M, Squires P E, Ring M，et al. Mechanism of action of the calcium- sensing receptor in human antral gastrin cells[J]. Gastroenterology, 2001, 120(5): 1128-1139.

[14] Geibel JP, Warner CA, Caroppo R, et al. The stomach divalent ionsensing receptor scar is a modulator of gastric acid secretion[J]. J Biol Chem, 2001, 276(43): 39549-39552.

[15]Busgue SM, Kerstetter JE,Geibel JP, et al. L-typeaminoacids stimulate gastric acid secretion by activation of the calcium-sensing receptor in parietal cells[J].Am J PhysiolGastrointest Liver Physiol,2005,289 (4):G664-669.

[16] 楚素芳, 金晶, 張吉順等. 湖羊和徐淮山羊CaSR基因組織表達水平的初步分析[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報, 2015, 36(11): 17-21.

[17] Chattopadhyay N, Cheng I, Rogers K, et al. Identification and localization of extracellular Ca2+-sensing receptor in rat intestine[J]. American Journal of Physiology, 1998, 274(1Pt 1): G122-G130.

[18] 趙秀英, 孟祥龍, 伍力等. 日糧不同蛋白水平對豬小腸CaSR基因表達及胃腸激素分泌的影響[J]. 畜牧與獸醫(yī), 2016, 48(12): 30-35.

[19] Sheinin Y, Kallay E, Wrba F, et al. Immunocytochemical localization of the extracellular calcium-sensing receptor in normal and malignant human large intestinal mucosa[J]. Journal of Histochemitry and Cytochemistry, 2000, 48(5): 595-602.

[20] Chakrabarty S, Radjendirane V, Appelman H, et al. Extracellular calcium and calcium sensing receptor function in human colon carcinomas: promotion of E-cadherin expression and suppression of beta-catenin/TCF activation[J]. Cancer Research, 2003, 63(1): 67-71.

[21]Vahe C, Benomar K, Espiard S, et al. Diseases associated with calcium-sensing receptor[J]. Orphanet journal of rare diseases,2017,12(1):18-19.

[22] Yamaguchi T. The calcium-sensing receptor in bone[J]. Journal of bone and mineral metabolism, 2008,26}4):301-311.

[23] Yadav VR, Song T, Mei L, et al. Plcgammal-pkcepsilon-ip3r1 plays an important role in hypoxia-induced calcium response in pulmonary artery smooth muscle cells }J}.American journal of physiology Lung cellular and molecular physiology, 2018, 1(1): 153-160.

[24] Feng J, Xu X, Li B, et al. Prostate cancer metastatic to bone has higher expression of the calcium-sensing receptor than primary prostate cancer[J]. Receptors&clinical investigation, 2014, 1(6): 10-11.

[25] Binder M, Shui IM, Wilson IBM, et al. Calcium intake, polymorphisms of the calcium-sensing receptor, and recurrent/ aggressive prostate cancer[J]. Cancer causes &control:CCC,2015, 26(12): 1751-1759.

[26] Ma WQ, Han XQ, Wang Y, et al. Nepsilon-carboxymethyl-lysine promotes calcium deposition in vsmcs via intracellular oxidative stress-induced pdk4 activation and alters glucose metabolism[J]. Oncotarget, 2017,8(68):112841-112854.

[27] Tang B, Chow JY, Dong TX, et al. Calcium sensing receptor suppresses human pancreatic tumorigenesis through a novel ncxl/ca(2+)/beta-catenin signaling pathway[J]. Cancer letters, 2016, 377(1): 44-54.

[28] Kim KZ, Shin A, Kim J, et al. Association between casr polymorphisms, calcium intake, and colorectal cancer risk[J]. P1oS one, 2013, 8(3): e59628-59632.

（2019–05–21）

西北民族大學(xué)本科教學(xué)建設(shè)項目（2017XJJG-11）；西北民族大學(xué)實驗室開放項目（SYSKF-2019190）；西北民族大學(xué)本科生科研創(chuàng)新項目（Y18076）

S813.1

A

1007-1733(2019)08-0093-03