・409・
[文章编号]1000—4718(2010)02一0409—05
心血管系统钙敏感受体的研究进展术
徐长庆△,
张伟华
(哈尔滨医科大学病理生理教研室,黑龙江生物医药工程重点实验室,黑龙江哈尔滨150086)
InvestigationprogressofCaSRincardiovascularsystem
XUChang—qing,ZHANGWei—hua
(DepartmentofPathophysiology,HarbinMedicalUniversity,Bio-pharmaceuticalKeyLaboratoryofHeilongjiang
Province,Harbin150086,China.E—mail:xucq45@126.COIn)
【ABSTRACT】Calciumsensingreceptors(CaSR)is
a
memberofsuper—familyofG—proteincouplingreceptors.
Thisreviewfirstintroducedtheconcept,constructionfeatures,distribution,functions,decisionmethods,moderators,ge-
neticlocusofCaSRanditsrelationshipwithsomediseasesconcisely.ThenthisarticledescribedtheinvestigationprogressofCaSRincardiovascularsystemintensively,includingtheexpressionpattern,roleandsignalpathwaysofCaSRinocardiuminnormal,ischemia—reperfusioncalciumhomostasisregulationof
rat
rat
my・
injury,apoptosisandcardiachypertrophy;therole
andmechanismofCaSRin
myocardium,endoplasmicreticulum(ER)stressandcardiacischemicpreconditioning
significanceandpathologicalactionofpolyamineincardiaccells;
rat
andpostconditioning.Themetabolismrule,physiologicalthe
increaseofCaSRexpressionincardiactissueofartherosclerosic
anditseffect
on
sensitivity
toacute
myocardialin—
farctionarealsodiscussed.Intheend,theresearchperspectiveofCaSRincardiovascularsystemWasanticipated.
[关键词]钙敏感受体;心血管系统;再灌注损伤;内质网应激;心肌肥大[KEYWORDS]
Calciumsensing
receptor;Cardiovascularsystem;Reperfusioninjury;Endoplasmicreticulum
stress;Myocardialhypertrophy
【中图分类号]
R363
[文献标识码]
A
1概述
钙敏感受体(calcium—sensingreceptor,CaSR)是G蛋白偶联受体C家族成员,该家族成员还包括mGluR、GABAB受体和信息素受体。CaSR在哺乳动物、鸟、两栖动物、爬虫动物和鱼类均有分布…。1993年,Brown等心。从牛甲状旁腺首次克隆出
CaSR。1.1
1.2检测组织CasR的方法采用功能性检验证
实:(1)细胞外钙([Ca2+]。)增加可引起细胞内钙([ca2+];)增加;(2)[ca2+]i的增加源于细胞钙库的动员;(3)[ca“]。内流是经非电压依赖性钙通道;(4)Gd¨和Ca“为CaSR的激动剂;(5)采用分子生物学技术证实有CaSRmRNA和蛋白的表达H1。
CaSR激活引起[Ca2+];增加的主要机制是内质网(endoplasmicreticulum,ER)或肌浆网(sarcoplas.
mic
CaSR的结构特点(1)约600个氨基酸组成
的氨基端胞外区(ECD):含多个糖基化位点,Ca2+或其它配体在此区与CaSR结合,CaSR激活和失活突变多发生在该区;(2)约250个氨基酸组成的跨膜区(TMD):含有G蛋白偶联受体特有的7个跨膜螺旋和3个细胞内环;(3)约200个氨基酸组成的胞内羧基端尾部(COOH)。在细胞内环和COOH尾部,有PKC和PKA的磷酸化位点¨’3j,见图l。
[收稿日期】2009—04—07
[修回日期]2009—08—24
reticulum,SR)中Ca2+释放。绝大多数情况下,
CaSR的激活通过G蛋白介导的第2信使系统(例如,激活PLC—IP,通路,促使钙库内钙释放;DAG激活PKC,通过钙库操纵性钙通道,促使细胞外钙内流),导致[ca2+]i迅速升高…,见图1。近年来,丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和酪氨酸激酶在CaSR信号转导中的作用开始受到人们重视‘5]。
・[基金项目】国家自然科学基金资助项目(No.30370577;No.30470688;No.30700288;No.30770878;No.30871012);教育部高校博士点基金资助项目(No.20070226012)
△通讯作者Tel:0451—86674548:E—mail:xueq45@126.corn
万方数据
・410・
Figure1.Schematic
structure
ofthecalcium—sensing
receptor
(CaSR)andmechanismforincreaseofintraeellular
calciuminducedbyCaSRactivation.SOCC:Stone—operatedcalciumchannel;SERCA:calciumpump
on
sarcopla.smicreticulum;IP3R:IP3receptor;out:ex—tracellularspace;in:intracelluar
space.
图1钙敏感受体的结构及其激活导致细胞内钙增加的机制
1.3
CaSR的分布除分布在参与机体钙稳态调节
的甲状旁腺、肾脏、甲状腺c细胞、肠道上皮细胞、成骨细胞和破骨细胞外,CasR也r“泛表达在神经系统、胃、食道、肝、胰腺、脑垂体、骨髓、外蒯血、乳腺和动脉平滑肌细胞等’1,4’6。8j。
1.4
CaSR的功能主要参与ca“和其它金属离子
稳态的维持,同时参与细胞分泌、增殖、分化、趋化、凋亡、基因表达、维持膜电位、离子通道开关、衰老等过程的调控’1’9’10J。Kitsou—Mylona等H11采用shR.NA介导的CaSR敲出技术证明胰岛内B一细胞间的通讯需要CaSR的参与。Phillips等一2。发现,CaSR的激活町抑制突触传递。
1.5
CaSR的激动剂和调节剂CaSR可检测
[Ca2+]。微小波动,对其它阳离子也发生反应,其功能如同应答多种细胞刺激的整合器。is]。CaSR激动剂分为2型。I型激动剂(直接激动):敏感性依次为La3+>Gd3+>Be2+>Ca“=Ba2+>Sr2+>M92+:Ⅱ型激动剂(通过变构效应改变受体对ca2+的敏感性):多为带有芳香族侧链的氨基酸。其中能增加CaSR对Ca2+敏感性的称为拟钙剂(calcimimetics),呈负性变构调节的则称为溶钙剂(calcilytics)¨’14J,见图1。
1.6
CaSR的基因位点具有种属特异性和保守性。例如,人的CaSR基闪位于第3对染色体的长臂上(3q21一q24,3q13.3—21),而大鼠、小鼠、牛、家
万方数据
兔的CaSR基冈分别位于第11对、第16对、第l对和第14对染色体。人的CaSR基网至少含有7个外显子,其中6个编码受体的ECD和/或它的上游非翻译区,另1个编码受体的TMDs和COOH末端川。小鼠与人类CaSR的同源性超过90%。
1.7
CaSR与疾病的关系
CaSR基冈的激活突变,
可引起家族性低钙尿性高钙血症(FHH)和新生儿严重甲状旁腺机能亢进(NSHPT);失活突变则可见于常染色体显性甲状旁腺功能减退症(ADHH)和家族性低血钙症一1。本研究小组证明,CaSR参与了心肌缺血一再灌注损伤、细胞捌亡和心肌肥大的发生发展Ⅲ-17]。最近,Saidak等¨引发现,CaSR的激活可促进乳腺癌细胞迁移。CaSR已成为治疗因CaSR活
性过强或低下所致疾病的新靶点。
目前,有关CaSR的研究已成为国际上的热点,国内则起步不久。本课题组主要开展心血管系统CaSR的系列研究,其它小组多集中CaSR在慢性肾衰和甲状旁腺中的作用及基因多态性变化。19,2/1]。2心血管系统CaSR的研究进展
心血管系统CaSR的研究,开展较晚。在著名期刊“CardiovascularResearch”最近有篇综述,题目为“Ca2+通过CaSR在心血管系统发挥第一信使作用”¨4|。由此,不难看出CaSR在心血管系统中的重要作用。
2.1
CaSR在心肌组织的表达2003年,Wang
等幢¨采用RT—PCR、免疫组化等技术,首次证实成年大鼠心肌存在CaSRmRNA和蛋白的表达;并采用
激光共聚焦技术观察到:[ca2+]。及其它CaR激动
剂(如Gd¨、精胺等)浓度增加,可引起大鼠心肌[ca“]i增加,在阻断Na+一ca“交换和L一型钙通道的情况下亦然。但是,U73122(磷脂酶C抑制剂)和thapsigargin(SR钙泵抑制剂)则可明显降低或取消之。此后,国外一些研究小组也相继开展了心血管系统CaSR的研究。
2006年,Tfelt—Hansen等1221发现,在培养的新生大鼠心窜肌细胞也有CaSR功能性表达。增加[ca“]。和“拟钙剂”可引起IP3积聚,减少DNA合成,促进ERKI/2磷酸化。可见,特异性心肌细胞CaSR在调节心肌发育、功能和稳态中发挥作用。同年,孙轶华等一孔揭示了大鼠不同鼠龄CaSRmRNA
的表达规律。
2.2
CaSR在心肌缺血一再灌注时的表达规律、作
用和信号转导途径本课题组在大鼠冠脉结扎的在体模型、离体心脏灌流模型、酶解心肌细胞模型和心
肌细胞原代培养模型中,观察到CaSR的表达规律十
分相似:急性缺血(缺氧)时大鼠心肌CaSR的表达增加;再灌注早期(1—2h),CaSR表达进一步增加;再灌注晚期(3—4h后),CaSR表达则减少(可能与膜损伤有关)。心肌CaSR的表达增加往往与心肌缺血一再灌注损伤的程度呈正相关。给予GdCI,(CaSR激动剂)进行干预,在引起心肌CaSR表达增加的同时,心肌损伤的程度加重(表现为心肌标志酶释放增加、心功能降低、心电变化和超微结构损伤等),表明CaSR在心肌缺血一再灌注损伤发挥关键作用。我们的研究还证实了CaSR通过激活MAPKs(包括p38MAPK、JNK和ERK)一细胞色素c—caspase一3通路及Fas受体死亡通路,诱导心肌细胞凋亡‘15J6’灿川。最近,国内孙婷婷等‘283观察了CaSR在缺氧复氧大鼠心肌细胞凋亡中的作用,进一步证实了我们的结论。
2.3
CaSR在心肌钙稳态调节中作用和机制
2003
年,Wang等口¨采用激光共聚焦等技术首次证实CaSR激动剂一钙、精胺和钆呈剂量依赖性引起大鼠心肌[Ca2+]i增加,即便阻断了电压依赖性钙通道和Na+一Ca2+交换体,并证实G蛋白一磷脂酶C—In为其信号转导途径。研究证实CaSR激动剂(GdCI,)能增加[Ca2+]i进而诱导新生乳鼠心肌细胞凋亡和促进大鼠心肌细胞缺血一再灌注损伤¨毛坫搿J。;可见,CaSR激活通过G蛋白一PLC—IP,通路引起细胞内钙增加,参与心肌兴奋一收缩偶联的调控,是细胞钙超载的机制。
2.4
CaSR在心肌内质网应激和缺血预(后)适应中
的作用和机制本课题组以乳鼠原代培养心肌细胞等为观察对象,采用Hoechst33342、TUNEL染色、流式细胞仪、Westernblotting及激光扫描共聚焦等技术观察到:在缺氧一复氧组和CaSR激动剂组,活性CaSR、caspase一12、calpain、caspase一3激活形式明显增加,Grp78表达增加,细胞凋亡率和胞浆CytC也明显升高。这说明心肌缺氧一复氧过程中CaSR表达增多,破坏了细胞内钙稳态,诱发过度内质网应激,导致心肌细胞凋亡陋瑚]。此外,我们还观察到:缺血预适应、缺血后适应和CaSR激动剂(GdCl,)预处理均能使PKCe转位到心肌细胞膜并与CaSR互相作用,这表明PKCe通过CasR活性变化的负反馈机制介导细胞内钙减少,参与心肌保护作用旧1。
2.5
CaSR在心肌肥大的作用和机制Wang等…1
采用异丙肾上腺素腹腔注射复制大鼠在体心肌肥大模型,采用血管紧张素II(AngII)处理原代培养的新生大鼠心肌细胞复制心肌肥大细胞模型,以CaSR激动剂GdCI,为干预因素,采用CsA(CaN通路阻断
万方数据
・41l・
剂)、R0318220(PKC通路阻断剂)和PD98059(ERK通路阻断剂)作为工具药,研究发现:在上述心肌肥大模型中,CaSR表达增加的同时[Ca2+];也增加。CaSR促进心肌肥大的信号转导涉及神经钙调磷酸酶(CaN)、PKC通路,且在CaN、PKC和ERK信号途径存在着交互作用。
2.6心肌的多胺代谢及其生理病理意义
多胺是
CaSR激动剂,其在心肌缺血一再灌注时的变化规律不详。赵雅君和韩丽萍等利用大鼠心脏离体灌流模型、冠脉结扎在体模型、酶解心肌细胞模型观察到:心肌缺血一再灌注(缺氧一复氧)时出现以内源性精胺浓度降低为主要特点的多胺代谢障碍,后者与心肌缺血一再灌注损伤及细胞凋亡密切相关。从机能、代谢和形态学多个角度,作者证实低浓度外源性精胺(100“mol/L一1mmol/L)对心肌缺血一再灌注损伤和细胞凋亡具有保护作用;若给予高浓度外源性精胺(5—10mmoL/L)可导致心肌细胞发生凋亡或坏死。可见,细胞内的多胺稳态,对于正常的生命过程至关重要。作为一把双刃剑,精胺浓度过高和过低均可导致心肌细胞损伤,有望成为疾病防治的新靶点‘孔-33]。
2.7
CasR在动脉粥样硬化心肌的表达及其对急性
心肌梗死的影响郭津等采用高脂饮食和注射VD,的方法,复制大鼠高脂血症和动脉粥样硬化模型,并采用大剂量异丙肾上腺素皮下注射制备大鼠心肌梗死模型。结果显示:动脉粥样硬化大鼠心肌CaSR的表达增加导致对心肌梗死的敏感性增加,其机制与氧化应激损伤和细胞凋亡进一步加重有关Ⅲ一引。
2.8
CaSR在动脉血管平滑肌和内皮细胞的表达和
功能近年来,其它实验小组提供了一些证据,表明CaSR在动脉内皮细胞和血管平滑肌有功能性表达。例如,Ziegelstein等㈣1在培养的人主动脉内皮细胞(HAEC),运用RT—PCR技术获得了相应于CaSR的预期555bp产物,通过荧光免疫染色和Westernblotting证实CaSR蛋白的存在。CaSR激动剂精胺可刺激细胞内钙增加。HAEC转染特异性靶向CasR的siRNA,[Ca2+]i和NO产生均降低或缺失。Ohanian等【37]证实,大鼠皮下动脉存在CaSR的功能表达,后者参与肌张力调节,进而参与外周血管阻力的调节。我们也观察到,外源性精胺(CaSR激动剂)对大鼠离体胸主动脉环具有收缩作用。
最近,Molostvov等旧副发现,CaSR在慢性肾脏疾病患者发生的血管钙化中发挥关键作用。他们采用
300
tLmol/L新霉素(CaSR激动剂)、10
I山mol/L
PD98059(MEKl抑制剂)、5
I山moVL
U73122(PLC
・412・
抑制剂)和转染CaSRsiRNA等证实,刺激CaSR可导致MEKl/ERKI,2和PLC通路激活和细胞增殖上调。CaSR介导的PLC活化对于平滑肌细胞的生存和保护免于细胞凋亡是重要的。
2008年,Smajilovic等【39】在一篇综述中对CaSR在血压调节中发挥重要生理作用进行了归纳总结。细胞外钙激活CaSR而产生降血压作用的可能机制:通过抑制肾脏肾素一血管紧张素系统的激活,减少甲状旁腺分泌甲状旁腺高血压因子,促使血管周围神经产生神经源性超极化血管舒张因子一大麻素,激活内皮细胞钙依赖性钾通道使血管平滑肌细胞产生内皮依赖性超极化而发生血管舒张。3心血管系统CaSR的研究前景
目前,心血管系统CaSR的研究已成为围内外的研究热点。最近研究表明,拟钙剂通过降低TGF—B和胶原I及III的表达,增加ERK一1/2的活化,使p38和JNK信号通路恢复正常及预防氧化应激,可有效改善尿毒症大鼠的心脏间质纤维化和微血管病病变㈣o。越来越多的证据表明,CaSR的调节剂有望成为治疗心血管疾病的潜在治疗药物。
为了深入揭示心血管系统CaSR的生理功能及其在心血管疾病中作用,需采用转基因、基因沉默以及microRNA等技术,进一步深入开展相关研究。
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