CaN信号转导机制及其与疾病相关性研究现状,病理学论文

CaN信号转导机制及其与疾病相关性研究现在状况,病理学论文1、概述1.1CaN发现钙调神经磷酸酶(CalcinurinCaN)也称依靠钙调蛋白的磷酸酯酶、神经贮钙蛋白、蛋白磷酸酶2B(PP2B)，初次由张槐耀教授、王学荆教授在猪脑中提纯成功，后由Klee将其命名为Calcinurin，汉译为钙调神经磷酸酶，是当前所发现的唯一受Ca2+和钙调素(CaM)调节的丝/苏氨酸蛋白磷酸酶。1.2CaN分布、编码基因及组成CaN在真核生物中具有高度保守性，广泛存在于各组织脏器中，动物脑内含量最高，提示CaN可能是介入多种细胞功能调节的多功能信号酶，与疾病的发生有关。CaN是由一个催化亚单位(CnA)和一个调节亚单位(CnB)组成的异源二聚体。华而不实CNA和CNA分别位于4号、10号(10q21y7q22)染色体上，CaNB位于2号(p16yp15)染色体上，其复杂的同工酶形式是通过选择性剪接产生的。A亚基(CNA)是全酶的活性中心，分子量61kD，包括5个不同构造域，华而不实最为重要的是:催化区、CnB结合区、CaM结合区及自动抑制区，后者与钙调素结合域缺失后会导致CaN持续激活，而当CaM结合域向后弯曲，构成螺旋状封闭酶的底物结合区域起到了抑制磷酸酶活性的作用。1.3CaN调节机制及酶学特性Ca2+是CaN的上游信号分子，详细经过如下:结合2个Ca2+的CaM能够与CaN构成复合物，但无活力，只要再结合上1-2个Ca2+后才有活性，这样Ca2+浓度持续升高才是激活CaN经过的限速步骤，而不是CaM与CaN的结合，持续激活的CaN又可负反应调节细胞内游离Ca2+浓度。CaN内还含有一个双核的金属中心，分别是Zn2+和Fe3+，Wang等发现，Zn2+和Fe3+位点的氧化损伤引起酶的失活,除此之外,CaN还能够被Mn2+、Ni2+等活化。内源性抑制剂，如丝/苏氨酸蛋白磷酸酶是本身特异的抑制剂，外源性抑制剂如环孢素A(cyclosporin，CsA)、FK-506对CaN的活性有负性调节作用。CaN能催化多种Ser/Thr残基已磷酸化的蛋白去磷酸化，催化底物包括两大类:蛋白底物和非蛋白底物，蛋白底物有酪蛋白、组蛋白、鱼精蛋白等，非蛋白底物有硝基苯磷酸(PNPP)。2、CaN信号转导机制2.1丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)通路Ca2+浓度持续升高活化依靠Ca2+/钙调蛋白(CaM)的CaN，活化T细胞核因子(NuclearFactorofActivatedTCells，NF-AT)，随后激活多条细胞内信号转导通路，如MAPK通路，MAPK是胞外信号转导至胞内重要的通路，包括P38MAPK通路、ERK通路等，机制可能是:通过CaN对底物蛋白去磷酸化，使p38MAPK磷酸化程度增加进而使凋亡信号向下游传递，介入细胞死亡经过。MAPK和CaN-NFAT是调节心肌肥厚信号网络的中枢调节因子，但穿插对话机制有待进一步深切进入研究。2.2NO/PKG信号通路PKG是NO的下游底物，能够负反应调节Ca2+水平。Fiedler等发现PKG激活后能够抑制Ca2+从L型钙通道进入胞质，能够抑制CaN-NAFT信号通路。PKG是在出现细胞肥大现象后通过阻碍NFAT向核内转移来对抗细胞肥大的，因而，此通路是CaN的上游或者下游有待进一步证实。2.3MCIP通路调节反响蛋白(modulatorycalcineyrin-interactingproteins，MCIP)能够与CaN的CnA催化亚基的CaM结合域结合抑制CaN的作用。NFAT能够通过与MCIP1基因启动子上面的NFAT结合位点结合诱发MCIP1的表示出，Sanna等证实缺少MCIP细胞中NFAT的活性受影响。2.4Wnt信号通路Wnt是半胱氨酸的糖基化蛋白与Ca2+密切相关，Wnt5a激活通过增加细胞内Ca2+浓度激活PKC、PLC和NFAT，并且证实Wnt信号通路与PKC信号通路和CaN下游的NFAT之间有一定的关系，NFAT激活后调节造血干细胞的基因转录。2.5ASK-1通路细胞凋亡信号调节激酶-1(apoptosissignalregulatingkinase-1，ASK-1)位于MAPK信号通路的上游，Liu的研究表示清楚ASK-1和Can-NFAT构成了一个反应的调节通路，CaN使ASK-1的丝氨酸去磷酸而活化ASK-1，增加心肌细胞的凋亡，除此之外证明，增加细胞凋亡通路还有Bad的去磷酸化等。3、CaN与疾病相关性研究3.1循环系统中的作用在心肌肥大经过中，MAPK、PKC、CaN这三条通路起着关键的作用。如MAPK在信号调节的级联放大反响使蛋白合成增加导致心肌细胞的肥大，并且Molkentin已经证实MAPK与CaN增长平行。在心肌凋亡中，p38MAPK介入了CaN促进心肌细胞凋亡的信号转导经过,为临床预防和治疗心肌缺血/再灌注损伤提供新思路。CaN/NFAT信号介入了破骨细胞发生,介入调节血管钙化。3.2呼吸系统中的作用在支气管哮喘中经过几乎都是通过蛋白磷酸化和去磷酸化调节，哮喘患者外周血单个核细胞中NFAT/AP-1复合体协同作用并促进IL-5的表示出，在哮喘的经过中起重要作用。3.3神经系统中的作用神经元蛋白磷酸化状态的改变与学习记忆有关，CaN对tau蛋白磷酸化起着重要的调节作用，CaN含量下降能够作为神经细胞不可逆性损伤的标志，提高CaN表示出能够到达治疗阿尔茨海默病。除此之外已经证实CaN还与多种肿瘤及本身免疫性疾病有关，如肺癌、乳腺癌、直肠癌、系统性红斑狼疮。4、治疗进展苏菲菲研究示:辛伐他汀可减少CaN的表示出来对抗心肌细胞的肥厚。人钙调磷酸酶B亚基(RecombinanthumancalcineurinBsubuni，trhCNB)是开发中的基因工程创新抗肿瘤药物，加强NK细胞的杀伤活性，为肿瘤在治疗上提供了新的角度。CaN特异性的生理抑制剂K506，通过影响细胞线粒体正常氧化磷酸化进而抑制细胞凋亡。另一种CaN特异性抑制剂CsA是一种免疫抑制剂，通过与其免疫亲核素胞内受体环孢亲核素A结合成复合物后阻断T细胞的活化，用于本身免疫性疾病的抑制治疗，如器官移植。给予外源性的CaN激活剂在一定程度上能够抑制AD的进一步进展。综上所述，CaN机制的研究为疾病在治疗上提供了一个新的启示和思路。以下为参考文献：[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]覃东红,徐小红.钙调神经磷酸酶对心肌凋亡作用研究进展[J].疑难病杂志,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]陈雯,谢晓华,常连庆,等.环孢素A抑制肾性高血压大鼠重要脏器高挑神经磷酸酶活化[J].心脏杂志,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.GeneexpressionprofileofquiescentandactivatedrathepaticstellatecellsimplicatesWntsignalingpathwayinactivation[J].Hepatol,2006,45:401-409.[12]LiuQ,WilkinsBJ,LeeYJ,etal.DirectinteractionandreciprocalregulationbetweenASK1andcalcineurin-NFATcontrolcardiomyocytedeathandgrowth[J].MolCellBiol,2006,26(10):3785-3797.[13]DeWindtLJ,LimHW,MolkentinJD,etal.CalcineurinpromotesproteinkinaseCandc-junNH2-terminalkinaseactivationintheheart,Cross-talkbetweencardiachypertrophicsignalingpathways[J].JBiolChem,2000,275(18):13571-13591.[14]沈小梅,张巨艳,成蓓.钙调磷酸酶A基因过表示出在缺血/再灌注和肾上腺素能受体介导的心肌凋亡中的作用[J].南方医科大学报,2006.26(11)1633-1636.[15]SunL,BlairHC,PengY,etal.Calcineurinregulatesboneformationbytheosteoblast[J].PNAS,2005,102:17130-17135.[16]OgawaK,KaminumaO,OkudairaH,etal.Trans