李藝茹，李加源，梁 瑜，于秋霞，楊 蓉，張 偉，徐學(xué)紅

（陜西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 西安710119）

1 前言

心臟組織L 型鈣離子通道活動(dòng)的減弱將降低小鼠心力衰竭的發(fā)病率；DCK-CaV 調(diào)節(jié)RyRs（Ryanodine receptors，RyRs）和IP3Rs（1，4，5-三羥甲基氨基甲烷磷酸肌醇酯受體）兩個(gè)蛋白家族介導(dǎo)鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng)釋放進(jìn)入胞漿，在肌肉收縮、激素分泌、基因轉(zhuǎn)錄、蛋白折疊、程序凋亡以及壞死等一系列以細(xì)胞功能為基礎(chǔ)的生理過程中起到極其重要的作用。研究顯示，在喹諾酮環(huán)的氮原子上具有長烷基鏈并且在喹諾酮的7-位上具有合適取代基的衍生物表現(xiàn)出強(qiáng)有力的調(diào)節(jié)RyR 通道活性；該SR（Sarcoplasmic reticulum）介入的在肌肉的興奮-收縮耦聯(lián)過程的關(guān)鍵作用，也與線粒體鈣離子平衡有關(guān)，鈣協(xié)調(diào)蛋白（DCKs）的調(diào)節(jié)因子DCKI 正是其中調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之一。越來越深入的研究報(bào)道表明，還有許多的基因和鈣相關(guān)蛋白與致病機(jī)制有關(guān)，本文從DCKI 基因編碼蛋白的結(jié)構(gòu)、在細(xì)胞中作用機(jī)理、到肌肉細(xì)胞中行使的各類作用，對它調(diào)節(jié)CICR 相關(guān)分子機(jī)理進(jìn)行討論，著重探究包括鍛煉等體力活動(dòng)（Physical activity）外界影響與DCKII 功能調(diào)節(jié)協(xié)同機(jī)理。

2 鈣協(xié)調(diào)蛋白（DCK）結(jié)構(gòu)特性和組織分布特征

由于DCK 磷酸化的目標(biāo)位點(diǎn)都含有Ser 或Thr，DCK激酶家族的成員均被歸類為Ser/Thr 激酶。最初發(fā)現(xiàn)，鈣協(xié)調(diào)蛋白的激活最初依賴于鈣協(xié)調(diào)蛋白/鈣協(xié)調(diào)蛋白的結(jié)合，但是之后證明該家族一些蛋白激活后能夠獨(dú)立于鈣協(xié)調(diào)蛋白的結(jié)合，或者經(jīng)過其他調(diào)節(jié)因子的進(jìn)一步修飾（即磷酸化）才能完全激活。DCK 的整體結(jié)構(gòu)與磷酸化蛋白PKA 的結(jié)構(gòu)相似，其雙葉催化結(jié)構(gòu)域之后是包含自抑制結(jié)構(gòu)域和CaMbinding 結(jié)構(gòu)域的調(diào)控結(jié)構(gòu)域，但這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域略有重疊，具有Ca2+/DCK 結(jié)合調(diào)節(jié)自體抑制結(jié)構(gòu)域的功能。

在正常鈣穩(wěn)態(tài)的情況下，DCK 激酶通過一種自動(dòng)抑制機(jī)制保持在休眠狀態(tài)，這種機(jī)制涉及到催化結(jié)構(gòu)域下游的一個(gè)調(diào)節(jié)域。為了使自抑制發(fā)生，自抑制結(jié)構(gòu)域必須以一種阻止底物結(jié)合或扭曲催化位點(diǎn)的方式相互作用，使其失去功能。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度上升時(shí)（通過受體/離子通道的開放或細(xì)胞內(nèi)儲存物的釋放），鈣協(xié)調(diào)蛋白會(huì)被4 個(gè)鈣離子飽和，經(jīng)過構(gòu)象改變，能夠與鈣協(xié)調(diào)蛋白激酶的目標(biāo)位點(diǎn)結(jié)合，而最終自動(dòng)抑制機(jī)制得以進(jìn)行。

3 鈣協(xié)調(diào)蛋白（DCK）與細(xì)胞周期

目前研究中表明DCK 對細(xì)胞增殖有顯著的促進(jìn)作用，DCK 的這一作用是通過協(xié)同其他細(xì)胞周期蛋白來調(diào)控細(xì)胞周期，從而起到促進(jìn)細(xì)胞增殖作用的。DCK 是通過切入細(xì)胞周期特定的時(shí)期，直接作用于處在G 期細(xì)胞的Ca2+/DCK通路，參與調(diào)節(jié)G 期CDK 的活性來實(shí)現(xiàn)它的這一重要作用。截至目前，DCK 參與調(diào)控細(xì)胞增殖的細(xì)胞多種多樣，主要包括成纖維細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞和神經(jīng)瘤細(xì)胞等。

RODRI 等人詳盡比較了DCKI 和DCKK 參與人乳腺癌MCF-7 細(xì)胞周期G/G 點(diǎn)，首次提出了DCKs 對哺乳動(dòng)物人乳腺癌細(xì)胞增殖周期的影響。KAHL 等人證實(shí)，DCK 對成纖維細(xì)胞的G 期有調(diào)節(jié)作用。DCKI 的作用可以通過介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用。在神經(jīng)元細(xì)胞NG108中，DCKI 通過參作用于多種ERK 底物，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生去極化，進(jìn)而激活ERK?；罨腅RK 在小G 蛋白的協(xié)同作用下促進(jìn)細(xì)胞增殖。在胞漿中，DCKI 與DCKK 也可以與其他信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生級聯(lián)交叉反應(yīng)，這些反應(yīng)涉及cAMP 依賴激酶、促分裂原活化蛋白激酶和蛋白激酶。

4 鈣及鈣協(xié)調(diào)蛋白（DCK）在鈣信號系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能

細(xì)胞內(nèi)二價(jià)陽離子鈣（Ca2+）穩(wěn)態(tài)的改變，通常是由細(xì)胞內(nèi)普遍存在的蛋白介導(dǎo)結(jié)合與鈣（Ca2+）而形成的，鈣協(xié)調(diào)素調(diào)節(jié)的鈣穩(wěn)態(tài)可以與胞漿中不同的蛋白相互作用，參與多種細(xì)胞生理生化功能。二價(jià)陽離子（Ca2+）是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中作用最廣泛的信使系統(tǒng)，二價(jià)陽離子鈣Ca2+在細(xì)胞生理學(xué)中不可或缺，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中幾乎與細(xì)胞的所有功能作用都有密切的關(guān)系。

4.1 鈣離子的濃度對細(xì)胞分子生理功能的影響

由于Ca2+穩(wěn)態(tài)在細(xì)胞中具有重要的功能，因此如此高濃度胚芽功能環(huán)境對細(xì)胞具有毒性。為了保持細(xì)胞的正常繁殖周期，細(xì)胞在正常生理狀態(tài)下保持較低的胞內(nèi)Ca2+濃度（50～100 nm）是至關(guān)重要的。

鈣離子的跨膜化學(xué)梯度總是存在于細(xì)胞的質(zhì)膜內(nèi)外，由泵、交換器和緩沖器維持鈣離子來共同維持胞內(nèi)低濃度梯度的穩(wěn)定態(tài)。Ca2+的高度靈敏性和反應(yīng)性，配合胞內(nèi)低濃度和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的高濃度鈣儲存的改變均與DCK 密切相關(guān)，DCK介導(dǎo)的細(xì)胞鈣信號傳導(dǎo)對細(xì)胞分子生理功能的正常行使意義重大。

4.2 細(xì)胞間鈣離子信號的釋放

受體/離子通道（calcium-sensing receptor，CaSR）與維持鈣貯存的細(xì)胞器之間的化學(xué)或機(jī)械通訊刺激而釋放。通常情況下，這種細(xì)胞間通訊會(huì)啟動(dòng)一個(gè)正反饋循環(huán)，從起始點(diǎn)的細(xì)胞向外發(fā)送鈣離子釋放波，該釋放可以通過整個(gè)細(xì)胞向外進(jìn)行，會(huì)進(jìn)入同一組織中相鄰的眾多細(xì)胞內(nèi)。

可以明確的是，產(chǎn)生的Ca2+信號的空間和時(shí)間輪廓可能相當(dāng)復(fù)雜，一定程度上取決于起始點(diǎn)上特定細(xì)胞類型的Ca2+釋放分子的表達(dá)模式。這些DCK 介導(dǎo)的鈣信號調(diào)節(jié)下游各類諸如肌細(xì)胞收縮、腺體分泌細(xì)胞的分泌、細(xì)胞增殖的改變等。

5 DCK-CICR 信號系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌肉細(xì)胞生理和病理損傷的功能重建

激活RyR 和IP3R 介導(dǎo)的CICR 分子信號通路，DCK 通過對RyR 和IP3R 的調(diào)節(jié)，干預(yù)骨骼肌細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的生理功能并對肌肉細(xì)胞相關(guān)的病例機(jī)制起決定性作用。

5.1 鈣-DCK 信號系統(tǒng)與肌肉干細(xì)胞的分化命運(yùn)

在成肌細(xì)胞（C2C12）體外培養(yǎng)體系中，Pax3 和Pax7都可以激活大量與肌肉干細(xì)胞功能相關(guān)的基因是近期重要的發(fā)現(xiàn)。在C2C12 中過表達(dá)Pax3 或Pax7 后，發(fā)現(xiàn)Zac1 和GPR39 均被Pax7 上調(diào)，但Pax3 表達(dá)不變。由于Zac1 可以直接與Pax7 相互作用，Pax 7 則可以通過激活Zac1 來調(diào)節(jié)GPR39 的表達(dá)活Zac1/GPR39，介導(dǎo)了DCK-II 的磷酸化，導(dǎo)致p-ERK1/2 去磷酸化和β-連環(huán)蛋白抑制，使II 型肌纖維最后進(jìn)行分化形成；缺乏Zac1/GPR39 系統(tǒng)的細(xì)胞在誘導(dǎo)分化后傾向于保持干燥并形成I 型肌纖維。肌纖維的轉(zhuǎn)化主要受骨骼肌內(nèi)鈣離子的濃度及其代謝物變化的調(diào)控，激活RyR和IP3R 介導(dǎo)CICR 分子信號通路，引起肌纖維的轉(zhuǎn)化。

5.2 以骨骼肌參與為主的運(yùn)動(dòng)

以骨骼肌參與為主的運(yùn)動(dòng)可以激活或強(qiáng)化鈣協(xié)調(diào)蛋白依賴蛋白激酶（DCKII），有效地促進(jìn)與II 型糖尿病和肥胖癥相關(guān)的膜脂成分的穩(wěn)定，從而控制了脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)向改善II 型糖尿病和肥胖相關(guān)癥狀的方向發(fā)展。運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的DCKII活化增加了大鼠骨骼肌中CPT-1 的表達(dá)，降低了ACC-1 的表達(dá)。研究人員在運(yùn)動(dòng)大鼠中注射DCKII 抑制劑KN93 時(shí)，觀察到通過運(yùn)動(dòng)激活DCKII 的增加都被中止。這一研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)可以激活DCKII 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。

骨骼肌可以通過轉(zhuǎn)換肌纖維類型來應(yīng)答外界環(huán)境的改變轉(zhuǎn)換，Ca2+作為重要的細(xì)胞內(nèi)信使，使得鈣協(xié)調(diào)神經(jīng)磷酸酶和鈣協(xié)調(diào)蛋白激酶（DCK）在Ca2+調(diào)控下游，參加運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致肌纖維重建或強(qiáng)化的2 條重要途徑。

6 鈣-DCK 信號可能是介導(dǎo)基因與環(huán)境的重要介質(zhì)

基因與環(huán)境這兩種因素的互作存在很大的差異性：在560 種疾病中，關(guān)節(jié)炎等結(jié)締組織疾病與DNA 的相關(guān)性最低；80%的認(rèn)知障礙與遺傳最為密切；生殖障礙受環(huán)境影響最小；大多數(shù)眼疾（42 種眼疾中有27 種）源于環(huán)境因素；社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位是肥胖的強(qiáng)有力預(yù)測指標(biāo)；溫度變化影響著100 多種疾病的風(fēng)險(xiǎn)。然而對6 000 多種遺傳性疾病來說，基因“出錯(cuò)”是主要因素。

最新研究表明，社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位影響了145 種不同的疾病，特別是肥胖。2018-02 某期刊曾發(fā)文證實(shí)環(huán)境（包括飲食和生活方式等）是塑造腸道菌群結(jié)構(gòu)的最主要因素；相反，內(nèi)因在約2%微生物組成上發(fā)揮著較小的作用，只有一小部分腸道微生物的寄生宿主可遺傳這些腸道微生物。2018-03 某期刊也曾發(fā)文表明，環(huán)境是免疫系統(tǒng)衰老的主要原因，包括飲食、睡眠、運(yùn)動(dòng)、感染、工作以及生理、心理壓力等，這些外因會(huì)引發(fā)表觀遺傳學(xué)差異。2018 年，某期刊上一篇論文著重分析了環(huán)境污染對于疾病的影響，結(jié)果顯示，與基因影響疾病一樣，環(huán)境對疾病也有重要的影響。2017年某期刊也曾發(fā)文表示，29%的致癌突變與環(huán)境因素或者生活方式有關(guān)。基因這一遺傳因素是不易可控的因子，而環(huán)境因素在不少疾病中都占著很大的影響比例，這是可以調(diào)控的因素。所以，維持健康的體重、避免接觸已知的致癌物質(zhì)、盡量規(guī)避環(huán)境污染、保持合理均衡的飲食都是預(yù)防疾病的關(guān)鍵。

7 結(jié)論與展望

根據(jù)最近的文獻(xiàn)綜述研究表明，癌癥都與血液鈣和細(xì)胞鈣平衡密切相關(guān)，以上分析表明DCK 是肌肉細(xì)胞等行使正常生理功能必須的重要調(diào)節(jié)因子，因此，外界環(huán)境影響基因表型的重要介質(zhì)有較大可能是通過DCK 來部分實(shí)現(xiàn)的。