网腔钙结合蛋白的研究

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《生理科学进展杂志》2015年第六期

摘要

网腔钙结合蛋白(calumenin)在内质网中具有分子伴侣作用，和心肌细胞内质网钙泵、兰尼碱受体共同调节内质网钙稳态。此外，Calumenin蛋白可以作为一种分泌蛋白，分泌至细胞外调控着血管钙化、血栓形成、细胞迁移和细胞凋亡的病理生理过程。本文对Calumenin蛋白和钙循环、血管钙化、血栓形成、细胞迁移以及细胞凋亡的关系作一综述，为疾病的临床诊治提供新的思路。

关键词

Calumenin蛋白;钙循环;血管钙化;血栓形成;细胞迁移;细胞凋亡

网腔钙结合蛋白(calumenin)是新近发现的一种位于哺乳动物体内的低亲和力钙结合蛋白，具有多重EF-hand结构，属于CREC家族。CREC家族由RCN1;RCN2;RCN3;SDF4和CALU五类基因编码，在内质网和高尔基体中表达［1］，包括内质网钙结合蛋白(reticulocalbin)ERC-55(ERCa2+-bindingproteinof55kD)、reticulocalbin-3、Cab45(Ca2+-bind-ingproteinof45kD)和Calumenin蛋白［2］。最近研究指出，Calumenin蛋白在内质网中具有分子伴侣作用，在钙循环、血管钙化、血栓形成、细胞迁移以及细胞凋亡的发展过程中起着重要作用。本文对Cal-umenin蛋白和钙循环、血管钙化、血栓形成、细胞迁移以及细胞凋亡的关系作一综述。

一、Calumenin蛋白的生物学特性

人类Calumenin蛋白是7q32染色体的CALU基因编码的［3～5］。相对分子质量37000。CALU基因选择性的剪接体为Calumenin-1和Calumenin-2［6］，都具有315个氨基酸［7］。Calumenin-1和Calume-nin-2包含一个N端序列(19个氨基酸)、7个可以和钙离子结合的EF-hand结构和存在于羧基末端的4个独特的内质网滞留信号氨基酸序列HDEF［2］。Calumenin蛋白在心脏、胎盘和骨骼肌中含量最高，在肺脏、肾脏和胰脏中比较低，在大脑和肝脏中最少［8］。在细胞水平，主要存在于内质网和高尔基体中。兔Calumenin蛋白有Calumenin-1和Calumenin-2，基因型分别是SY225335和AY225336，都包括19个N-端序列、6个EF-hand结构和一个C端序列。两者普遍存在于心脏和骨骼肌组织，但是Calume-nin-2主要存在于骨骼肌组织。EF-hand结构是Cal-umenin-2结合兰尼碱受体-1(ryanodinereceptor1，RyR1)的重要结构［7］。小鼠Calumenin蛋白基因位于6号染色体，由6个外显子和5个内含子组成。Calumenin-1和Calumenin-2变异剪接体的氨基酸序列具有92%的一致性和95%同源性，变异发生在第1和第2个EF-hand结构［9，10］。

二、Calumenin蛋白和钙循环

内质网是人体Ca2+中转站，是钙离子循环的重要调节中心。内质网通过调节心肌细胞内游离钙离子的浓度控制心肌的收缩和舒张。心肌细胞膜上的L型Ca2+通道开放，形成内向Ca2+流激活内质网Ca2+释放通道，使得大量Ca2+进入细胞质。当细胞质Ca2+浓度达10～5mmol/L时，肌钙蛋白被激活，肌球蛋白和肌动蛋白相互接触，引起心肌收缩。心肌收缩后，内质网钙泵又重新将游离的Ca2+泵入内质网储存。当细胞质Ca2+浓度下降到10～7mmol/L时，肌球蛋白和肌动蛋白解离，引起心肌舒张。这样就形成一个完整的心肌收缩-舒张过程。在内质网中，调节钙离子浓度的主要有内质网钙泵和兰尼碱受体。Sahoo等［11］研究指出，Calume-nin蛋白和兰尼碱受体、钙泵相互作用，共同调节内质网钙稳态。Calumenin蛋白能抑制肌浆网SER-CA2和钙释放通道RyR2活性，从而调节心肌细胞内钙浓度。在Ca2+浓度为毫摩尔水平时，Calume-nin-2即可与RyR2结合，直接调控钙释放。Calume-nin蛋白也是心肌细胞SERCA2的重要调节因子，可通过抑制SERCA2活性抑制钙循环。在心肌细胞中，封闭钙腔蛋白基因可以增加SERCA2的活性，改变SERCA2对钙的亲和力，提高大鼠心肌细胞钙瞬变幅度、缩短Ca2+达峰值时间和减少舒张期Ca2+降低50%时程。在兔心脏内质网，Calumenin蛋白和钙泵同样可以相互作用，对Calumenin蛋白沉默不会引起HL-1细胞内钙离子含量，但是可以增加钙泵的活性，引起钙瞬变。这种作用可以被毒胡萝卜素、钒酸盐和ATP抑制［12］。Calumenin蛋白在心肌中过表达，则可减少去极化诱导的内质网Ca2+释放和钙含量增加［13］。兔Calumenin蛋白EF-hand结构是Calumenin-2结合兰尼碱受体1(ryanodinerecep-tor1，RyR1)的重要结构．Jung等(2006)研究指出腺病毒重组Calumenin-2，可以引起兰尼碱受体的磷酸化，导致Ca2+的释放。Cho等(2009)研究指出在新杆状线虫，Calumenin-1和三磷酸肌醇受体共同调节Ca2+循环。

三、Calumenin蛋白和血栓形成、钙化

血小板活化是动脉粥样硬化发生和血栓形成的重要发病机制之一。血小板活化后可释放其胞质中的Calumenin蛋白参与粥样硬化斑块和血栓的形成。Calumenin蛋白也可以通过自分泌和旁分泌方式参与病理过程。在人类有动脉粥样硬化斑块的血管壁可检测到Calumenin蛋白存在，正常血管段则未发现Calumenin蛋白的表达［14］。Hansen等(2009)研究发现，在钙离子诱导下，动脉粥样硬化斑块中的Calumenin蛋白作为一种分泌蛋白，可与血小板反应蛋白(thrombospondin-1，TSP1)组成复合物，形成纤维凝块，导致血栓的形成。Calumenin蛋白、VKOR(vitaminKepoxidere-ductase)和γ羧基化系统共表达于肝细胞内质网。无活性的氧化型维生素K必须经VKOR还原，才能生成有活性的还原型维生素K。还原型维生素K是维生素K依赖性凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹγ羧基化的必需辅助因子。凝血因子必须经γ羧基化后才具有生物活性，进而在Ca2+参与下，发生级联血液凝固反应。基质Gla蛋白是维生素K依赖性蛋白，主要由血管平滑肌细胞、巨噬细胞和内皮细胞合成，能阻止骨形成蛋白-2介导的血管平滑肌细胞向成骨细胞的转化。因此，基质Gla蛋白是软骨内骨形成和血管内异位钙化的重要调节因子，能够保护血管免于钙化。Calumenin蛋白是VKOR的调控蛋白，通过减少γ-羧基化，抑制基质Gla蛋白的活化，促进血管的钙化。Kruger等［15］研究指出，华法林能诱导血管钙化的发生，Calumenin蛋白和华法林作用位点均定位于VKOR。可见动脉硬化斑块中的Calume-nin蛋白可通过阻滞维生素K依赖性γ-羧基化，即基质Gla蛋白活性，促进血管的钙化。Jover等［16］研究发现Calumenin蛋白基因多态性CALU-A29809G可以抑制亚麻酸的γ羧化作用，阻止骨形成蛋白-2介导的血管钙化。

四、Calumenin蛋白和细胞迁移

王玉珍等(2006)将细胞迁移分为四个步骤:(1)细胞伸出片状伪足。片状伪足的形成是细胞迁移的开始;(2)片状伪足通过黏着斑与细胞外基质发生黏着，为细胞迁移的提供锚定力;(3)肌动蛋白和肌球蛋白调节细胞的收缩。肌球蛋白磷酸酶在Rho激酶的作用下发生磷酸化失去活性。失活的肌球蛋白磷酸酶不能使肌球蛋白轻链脱磷酸化，导致磷酸化的肌球蛋白轻链水平升高，使肌动和肌球蛋白的交联增加，从而使细胞收缩;(4)尾部和细胞外基质的解离。Zheng等［17］指出，细胞外的Calumenin蛋白调控细胞迁移可以通过以下途径:(1)熊玮等(2012)研究指出，miRNA146a可通过细胞核转录因子途径促进血管平滑肌细胞增殖和迁移。Calumenin蛋白能直接作用于内质网钙泵。沉默Calumenin蛋白导致细胞内钙离子浓度升高，通过钙离子依赖性活化T细胞核转录因子，促进细胞迁移和增殖;(2)Calu-menin蛋白能促进细胞因子GDF-15的表达，调控细胞的迁移;(3)整合蛋白是普遍存在于胞中的一种跨膜糖蛋白，主要介导细胞的增殖、迁移、黏附和分化等过程。Calumenin蛋白能和fibulin-1相互作用，使fibulin-1在基质金属蛋白酶-13作用下不发生退化，之后和纤维连接蛋白结合，通过整合蛋白调控细胞的迁移;(4)Calumenin蛋白能和血小板反应蛋白-1共同介导细胞的迁移。但是内质网和高尔基体中，Calumenin蛋白是否也具有调控细胞迁移的能力，还尚未阐明。

五、Calumenin蛋白和细胞凋亡

内质网是存在于真核细胞内的细胞器，具有重要的生理功能。内质网应激是指由于某些原因使细胞内质网生理功能发生紊乱的一种亚细胞器病理状态。内质网应激发生后，细胞将启动相应的保护反应处理错误折叠或未折叠蛋白来恢复内质网稳态，称为未折叠蛋白反(unfoldedproteinresponse，UPR)．当应激过强或持续时间过久时，保护机制不能与损伤机制抗衡，从而诱导细胞凋亡。在兔心室心肌细胞，Calumenin蛋白和内质网伴侣蛋白GRP(glucoseregulatedprotein78kD、94kD)在衣霉素诱导内质网应激时显著增高。在腺病毒重组Calumenin蛋白，GRP78、蛋白激酶样内质网激酶(PKR-likeERkinase，PERK)、真核细胞翻译起始因子(eukaryotictranslationinitiationfactor2α，eIF2α)、增强子结合蛋白同源蛋白(C/EBPhomologouspro-tein，CHOP)和氨基末端激酶(c-JunNH2-terminalki-nase，JNK)水平是减少的，但是Bcl-2(B-celllympho-ma2)是升高的。Calumenin过表达可以抑制内质网应激诱导的凋亡［18］。本课题组研究发现Calume-nin蛋白对阿霉素诱导的细胞凋亡同样具有抑制作用［19］。因此，Calumenin蛋白对内质网应激诱导的细胞凋亡有抑制作用，可能对内质网应激介导细胞凋亡的相关疾病起到一定的防治作用。

六、结语和展望

Calumenin蛋白在内质网中具有分子伴侣作用，和内质网钙泵、兰尼碱受体共同参与细胞内Ca2+稳态调控;另外，Calumenin蛋白可作为分泌蛋白在细胞外参与血管钙化、血栓形成、细胞迁移和细胞凋亡的的发展进程。并且Calumenin蛋白对内质网应激介导的细胞凋亡有抑制作用，可能对内质网应激介导的细胞凋亡相关疾病起到一定的防治作用。Cal-umenin蛋白对于心脏疾病作用的研究处于起步阶段。相信对Calumenin蛋白的进一步研究，其将来可能作为心血管疾病病理生理机制新的靶点，为心血管疾病的防治提供新的思路。

作者：黄侠 邱祥春 赵明 单位：内蒙古民族大学附属医院心血管内科