CaN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制及其與疾病相關(guān)性研究現(xiàn)狀,病理學(xué)論文

CaN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制及其與疾病相關(guān)性研究現(xiàn)在狀況,病理學(xué)論文1、概述1.1CaN發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(CalcinurinCaN)也稱依靠鈣調(diào)蛋白的磷酸酯酶、神經(jīng)貯鈣蛋白、蛋白磷酸酶2B(PP2B)，初次由張槐耀教授、王學(xué)荊教授在豬腦中提純成功，后由Klee將其命名為Calcinurin，漢譯為鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶，是當(dāng)前所發(fā)現(xiàn)的唯一受Ca2+和鈣調(diào)素(CaM)調(diào)節(jié)的絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶。1.2CaN分布、編碼基因及組成CaN在真核生物中具有高度保守性，廣泛存在于各組織臟器中，動物腦內(nèi)含量最高，提示CaN可能是介入多種細胞功能調(diào)節(jié)的多功能信號酶，與疾病的發(fā)生有關(guān)。CaN是由一個催化亞單位(CnA)和一個調(diào)節(jié)亞單位(CnB)組成的異源二聚體。華而不實CNA和CNA分別位于4號、10號(10q21y7q22)染色體上，CaNB位于2號(p16yp15)染色體上，其復(fù)雜的同工酶形式是通過選擇性剪接產(chǎn)生的。A亞基(CNA)是全酶的活性中心，分子量61kD，包括5個不同構(gòu)造域，華而不實最為重要的是:催化區(qū)、CnB結(jié)合區(qū)、CaM結(jié)合區(qū)及自動抑制區(qū)，后者與鈣調(diào)素結(jié)合域缺失后會導(dǎo)致CaN持續(xù)激活，而當(dāng)CaM結(jié)合域向后彎曲，構(gòu)成螺旋狀封閉酶的底物結(jié)合區(qū)域起到了抑制磷酸酶活性的作用。1.3CaN調(diào)節(jié)機制及酶學(xué)特性Ca2+是CaN的上游信號分子，詳細經(jīng)過如下:結(jié)合2個Ca2+的CaM能夠與CaN構(gòu)成復(fù)合物，但無活力，只要再結(jié)合上1-2個Ca2+后才有活性，這樣Ca2+濃度持續(xù)升高才是激活CaN經(jīng)過的限速步驟，而不是CaM與CaN的結(jié)合，持續(xù)激活的CaN又可負反應(yīng)調(diào)節(jié)細胞內(nèi)游離Ca2+濃度。CaN內(nèi)還含有一個雙核的金屬中心，分別是Zn2+和Fe3+，Wang等發(fā)現(xiàn)，Zn2+和Fe3+位點的氧化損傷引起酶的失活,除此之外,CaN還能夠被Mn2+、Ni2+等活化。內(nèi)源性抑制劑，如絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶是本身特異的抑制劑，外源性抑制劑如環(huán)孢素A(cyclosporin，CsA)、FK-506對CaN的活性有負性調(diào)節(jié)作用。CaN能催化多種Ser/Thr殘基已磷酸化的蛋白去磷酸化，催化底物包括兩大類:蛋白底物和非蛋白底物，蛋白底物有酪蛋白、組蛋白、魚精蛋白等，非蛋白底物有硝基苯磷酸(PNPP)。2、CaN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制2.1絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)通路Ca2+濃度持續(xù)升高活化依靠Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)的CaN，活化T細胞核因子(NuclearFactorofActivatedTCells，NF-AT)，隨后激活多條細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如MAPK通路，MAPK是胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至胞內(nèi)重要的通路，包括P38MAPK通路、ERK通路等，機制可能是:通過CaN對底物蛋白去磷酸化，使p38MAPK磷酸化程度增加進而使凋亡信號向下游傳遞，介入細胞死亡經(jīng)過。MAPK和CaN-NFAT是調(diào)節(jié)心肌肥厚信號網(wǎng)絡(luò)的中樞調(diào)節(jié)因子，但穿插對話機制有待進一步深切進入研究。2.2NO/PKG信號通路PKG是NO的下游底物，能夠負反應(yīng)調(diào)節(jié)Ca2+水平。Fiedler等發(fā)現(xiàn)PKG激活后能夠抑制Ca2+從L型鈣通道進入胞質(zhì)，能夠抑制CaN-NAFT信號通路。PKG是在出現(xiàn)細胞肥大現(xiàn)象后通過阻礙NFAT向核內(nèi)轉(zhuǎn)移來對抗細胞肥大的，因而，此通路是CaN的上游或者下游有待進一步證實。2.3MCIP通路調(diào)節(jié)反響蛋白(modulatorycalcineyrin-interactingproteins，MCIP)能夠與CaN的CnA催化亞基的CaM結(jié)合域結(jié)合抑制CaN的作用。NFAT能夠通過與MCIP1基因啟動子上面的NFAT結(jié)合位點結(jié)合誘發(fā)MCIP1的表示出，Sanna等證實缺少MCIP細胞中NFAT的活性受影響。2.4Wnt信號通路Wnt是半胱氨酸的糖基化蛋白與Ca2+密切相關(guān)，Wnt5a激活通過增加細胞內(nèi)Ca2+濃度激活PKC、PLC和NFAT，并且證實Wnt信號通路與PKC信號通路和CaN下游的NFAT之間有一定的關(guān)系，NFAT激活后調(diào)節(jié)造血干細胞的基因轉(zhuǎn)錄。2.5ASK-1通路細胞凋亡信號調(diào)節(jié)激酶-1(apoptosissignalregulatingkinase-1，ASK-1)位于MAPK信號通路的上游，Liu的研究表示清楚ASK-1和Can-NFAT構(gòu)成了一個反應(yīng)的調(diào)節(jié)通路，CaN使ASK-1的絲氨酸去磷酸而活化ASK-1，增加心肌細胞的凋亡，除此之外證明，增加細胞凋亡通路還有Bad的去磷酸化等。3、CaN與疾病相關(guān)性研究3.1循環(huán)系統(tǒng)中的作用在心肌肥大經(jīng)過中，MAPK、PKC、CaN這三條通路起著關(guān)鍵的作用。如MAPK在信號調(diào)節(jié)的級聯(lián)放大反響使蛋白合成增加導(dǎo)致心肌細胞的肥大，并且Molkentin已經(jīng)證實MAPK與CaN增長平行。在心肌凋亡中，p38MAPK介入了CaN促進心肌細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)經(jīng)過,為臨床預(yù)防和治療心肌缺血/再灌注損傷提供新思路。CaN/NFAT信號介入了破骨細胞發(fā)生,介入調(diào)節(jié)血管鈣化。3.2呼吸系統(tǒng)中的作用在支氣管哮喘中經(jīng)過幾乎都是通過蛋白磷酸化和去磷酸化調(diào)節(jié)，哮喘患者外周血單個核細胞中NFAT/AP-1復(fù)合體協(xié)同作用并促進IL-5的表示出，在哮喘的經(jīng)過中起重要作用。3.3神經(jīng)系統(tǒng)中的作用神經(jīng)元蛋白磷酸化狀態(tài)的改變與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)，CaN對tau蛋白磷酸化起著重要的調(diào)節(jié)作用，CaN含量下降能夠作為神經(jīng)細胞不可逆性損傷的標(biāo)志，提高CaN表示出能夠到達治療阿爾茨海默病。除此之外已經(jīng)證實CaN還與多種腫瘤及本身免疫性疾病有關(guān)，如肺癌、乳腺癌、直腸癌、系統(tǒng)性紅斑狼瘡。4、治療進展蘇菲菲研究示:辛伐他汀可減少CaN的表示出來對抗心肌細胞的肥厚。人鈣調(diào)磷酸酶B亞基(RecombinanthumancalcineurinBsubuni，trhCNB)是開發(fā)中的基因工程創(chuàng)新抗腫瘤藥物，加強NK細胞的殺傷活性，為腫瘤在治療上提供了新的角度。CaN特異性的生理抑制劑K506，通過影響細胞線粒體正常氧化磷酸化進而抑制細胞凋亡。另一種CaN特異性抑制劑CsA是一種免疫抑制劑，通過與其免疫親核素胞內(nèi)受體環(huán)孢親核素A結(jié)合成復(fù)合物后阻斷T細胞的活化，用于本身免疫性疾病的抑制治療，如器官移植。給予外源性的CaN激活劑在一定程度上能夠抑制AD的進一步進展。綜上所述，CaN機制的研究為疾病在治療上提供了一個新的啟示和思路。以下為參考文獻：[1]KleeCB,RenH,WangX.Regulationofthecalmodulin-stimulatedproteinphosphatase,calcineurin[J].JBiolChem,1998,273(22):13367-13370.[2]WangM,YiH,CueriniD,etal.CalcineurinAA,CalcineurinABandCalcineurinBarelocatedonhumanchromosomes4,10q21-q22and2p16-p15respectively[J].CytogeneCellGene,1996,72(2P3):236-241.[3]DodgeKL,ScottJD.Calcineurinanchoringandcellsignaling[J].BiochemBiophysResCommun,2003,311:1111-1115.[4]覃東紅,徐小紅.鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶對心肌凋亡作用研究進展[J].疑難病雜志,2006,5(1):70-72.[5]AfrozeT,YangLL,WangC,etal.Calcineurin-independentregulationofplasmamembraneCa2+ATPase4inthevascularsmoothmusclecellcycle[J].AmJPhysiolCellPhysiol,2003,285:C88-95.[6]WuHY,TomizawaK,OdaY,etal.Criticalroleofcalpain-mediatedcleavageofcalcineurinexcitotoxicneurodegeneration[J].JBiolChem,2004,279(6):4929-4940.[7]陳雯,謝曉華,常連慶,等.環(huán)孢素A抑制腎性高血壓大鼠重要臟器高挑神經(jīng)磷酸酶活化[J].心臟雜志,2006,18(1):39-42.[8]FiedlerB,LohmannSM,SmolenskiA.Inhibitionofcalcineurin-NFAThypertrophysignalingbycGMP-dependentproteinkinasetypeIincardiacmyocytes[J].PNAS,2002,99(17):363-368.[9]RothermelBA,McKinseyTA,VegaRB,etal.Myocyte-enrichedcalcineurin-interactingprotein,MCIP1,inhibitscardiachypertrophyinvivo[J].ProcNatlAcadSciUSA,2001,98(6):3328-3333.[10]SannaB,BuenoOF,DaiYS,etal.Directandindirectinteractionsbetweencalcineurin-NFATandMEK1-extracellularsigna-lregulatedkinase1/2signalingpathwaysregulatecardiacgeneexpressionandcellulargrowth[J].MolCellBiol,2005,25(3):865-878.[11]JiangF,ParsonsCJ,StefanovicB.Geneexpressionprofileofquiescentandactivatedrathepaticstellatecellsimplic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