哺乳动物斯钙素-1STC-1研究进展

主要内容

前言

STC-1概述

STC-1的功能

STC-1的表达和活性调控结语和展望第一页，共54页。

1、前言第二页，共54页。斯钙素（Stanniocalcin，STC）是一种糖蛋白激素，最早在硬骨鱼体内发现，是由鱼类特有的腺体―位于肾脏的斯坦氏小体（corpuscleofStannius）中的I型分泌细胞所分泌。（Stannius，1839）

最初的研究表明，鱼类斯钙素对海生和淡水鱼体内钙和磷酸盐的稳态起重要的调节作用。（Fontaine，1964；So和Fenwick，1979；Lafeber和Perry，1988）第三页，共54页。

随后发现，在人、大鼠、小鼠、牛、羊、犬等哺乳动物体内也存在一种鱼类斯钙素的同系物。

最近，已发现在哺乳动物体内还存在另外一种斯钙素，且两者的结构和功能有较大差异。

Chang等1995，1996；Olsen等1996；Chang等，1998；Sheikh-Hamad等2000；Paciga等2004；Luo等，2005；Song等2006

STC-1STC-2第四页，共54页。

2、STC-1概述第五页，共54页。

人斯钙素-1（hSTC-1）的基因由4个外显子组成，定位于染色体的8p11.2～p21带上，长度约为12kb。四个外显子分别由长度为1.9kb、0.68kb和6.1kb的三个内含子隔开，5’端还富含CAG重复序列。

小鼠的斯钙素-1基因也由4个外显子组成，但内含子长度分别为1.83、0.6和6.35kb。在编码区两者85%的核苷酸序列是相同的。

Chang等，1998Varghese等，19982.1STC-1的基因第六页，共54页。

人和小鼠STC-1基因均可编码出

一个由247个氨基酸残基组成的蛋白

质单体，其中有238个残基完全相同。

Varghese等，19982.2STC-1的蛋白质结构第七页，共54页。图1、人和小鼠STC-1氨基酸序列比较图Shin等，2006第八页，共54页。Verbost等，1993,1995；Yoshiko等，1996；Chang等，1995，1998；Olsen等，1996；

Niu等，1998；

Zhang等，1998b；Wagner和Dimattia，2006半胱氨酸残基为奇数（11个）天然状态50～60KDa还原状态27～30KDaSTC-1分子是由两条相同的多肽链通过链间二硫键连接而成的同型二聚体

多肽链的62～64位残基上存在糖基化序列极易与刀豆球蛋白A结合

STC-1与糖基通过N-联接第九页，共54页。Varghese等，1998图2、小鼠一些组织中STC-1的mRNA含量卵巢前列腺精囊睾丸膀胱肾脏肾上腺骨骼肌胃子宫脑垂体脑胸腺脾脏肺心脏2.3STC-1的组织分布第十页，共54页。3、STC-1的功能第十一页，共54页。图3、同窝的野生型（WT）和转基因小鼠（STC）的生长折线比较图骨骼肌中STC-1平均浓度：23.48±0.78vs0.47±0.02ng/mlFilvaroff等，20023.1对生长的影响可能原因第十二页，共54页。图4、同窝的野生型（WT）和转基因小鼠（STC）的X射线摄影分析比较图

Filvaroff等，2002影响骨发育第十三页，共54页。表型动物种类骨生长板股骨（％）胫骨（％）椎骨数量脊柱平均长度（cm）转基因小鼠1d时正常，35d更窄100100正常5.4野生型小鼠同龄正常174194正常6.1同体重正常178197转基因小鼠与野生型小鼠长骨组织学检测结果Filvaroff等，2002

第十四页，共54页。

在骨发育过程中，STC-1在骨原细胞、软骨细胞和成骨细胞中存在。（Yoshiko等，1996；Filvaroff等，2002）

成骨细胞（Varghese等，2002）和破骨细胞活力被过表达的STC-1所抑制，但骨原细胞不受影响。（Lafeber等，1989；Yoshiko等，1996；Filvaroff等，2002）第十五页，共54页。

Varghese等（2002）采用培育出的三个hSTC-1转基因遗传系中两个具有高水平激素表达的株系（1A系和2系）进行繁育。WT♂×WT♀→WT♀WT幼鼠

1A♂×WT♀→STC-1♀STC-1幼鼠

母体影响第十六页，共54页。图5、由WT小鼠哺育的WT和STC-1幼鼠的体重比较*：转基因与野生型小鼠之间体重差异极显著；＋：1A系和2系之间差异极显著，P<0.01

第十七页，共54页。图6、分别由WT和1A系母鼠哺育的WT或1A系幼鼠增重比较*P<0.01第十八页，共54页。图7、被动免疫和对照组小鼠血清中STC-1的水平***P<0.005Zaidi等，2006图8、被动免疫母鼠与对照组母鼠所哺育幼鼠的增重比较*P<0.05

采用STC-1抗血清进行被动免疫母鼠，可降低所哺育小鼠的增重。0.550.8第十九页，共54页。小结

过表达的STC-1可通过降低成骨细胞活性抑制骨发育，也可作用于母鼠而实现对幼鼠生长的影响，但后者具体的作用机理尚不清楚。另一方面，被动免疫母鼠也会造成所哺育小鼠增重降低。

转基因和野生型小鼠的GH、IGF-1水平没有差异。第二十页，共54页。

STC-1在卵巢中的表达特点暗示其对卵巢的可能作用。

STC-1在卵巢中表达水平最高，而且在新生动物的卵巢中就有所表达。在妊娠期，STC-1的表达，为平时的15倍，分娩时，但在哺乳期又。

3.2对生殖的影响第二十一页，共54页。图9、FSH和FSH+STC-1处理的颗粒细胞中LH受体的相对表达量（*P<0.05)Luo等，2004图10、分别用FSH和FSH+STC-1处理颗粒细胞2d后，对其hCG受体含量的影响(*P<0.05)第二十二页，共54页。图11、STC-1（10nM）对培养的未成熟卵巢颗粒细胞孕酮（A）和雌二醇（B）的影响*P<0.05

Luo等，2004FSHFSHFSH+STC-1FSH+STC-1第二十三页，共54页。图12、STC-1（10nM）对培养的成熟颗粒细胞产生孕酮和雌二醇的影响*P<0.05

Luo等，2004hCGhCG+STC-1hCG+STC-1hCG第二十四页，共54页。图13、STC-1抗血清被动免疫小鼠后乳腺腺泡发育情况的组织学分析（A：抗血清处理组；B：正常血清组）Zaidi等，2006

在哺乳期，乳腺也是STC-1的靶器官之一第二十五页，共54页。图14、

STC-1抗血清被动免疫小鼠后乳腺腺泡区域的形态测定结果***P<0.001腹股沟和腹部的乳腺重量、乳成分没有差异Zaidi等，2006第二十六页，共54页。正常血清组STC-1抗血清组细胞膜Kd1.35±0.283.46±0.73*细胞膜Bmax10.61±0.8814.63±1.65*细胞核Kd0.70±0.191.5±0.28*细胞核Bmax15.49±1.4518.61±1.39线粒体Kd1.59±0.481.99±0.61线粒体Bmax10.5±1.314.2±1.8Kd：受体亲和力（nM）；Bmax：受体最大结合率（pmol/mg)对乳腺亚细胞成分的STC-1受体结合性研究

受体的上调表达，很可能是配体靶向性降低的结果。由此可推断，STC-1对乳腺发育可能具有促进作用。第二十七页，共54页。STC-1基因在大鼠妊娠过程中的子宫内胚胎的植入位点和蜕膜后细胞中表达STC-1mRNA在羊妊娠16d后的子宫内膜中急剧增加。STC-1对哺乳动物的胚胎植入可能具有重要作用Song等，2006

Xiao等，2006第二十八页，共54页。STC-1-LH和hCG受体含量FSH和hCG诱导的孕酮的生成小结卵巢颗粒细胞黄体化STC-1靶向性降低-乳腺发育STC-1对乳腺发育可能具有促进作用STC-1对胚胎植入可能具有重要作用第二十九页，共54页。

图15、STC-1对猪（上）和大鼠（下）十二指肠粘膜-浆膜（Jm→s）和浆膜-粘膜（Js→m）钙流量的影响*P<0.05Madsen等，19983.3对钙磷代谢的影响钙流量第三十页，共54页。图16、STC-1对大鼠十二指肠磷酸盐流量的影响Madsen等，1998图17、STC-1对大鼠肾脏磷酸盐排泄的抑制作用Olsen等，1996磷酸盐排泄量磷酸盐流量第三十一页，共54页。可能机制

Lu等（1994）指出，STC-1能通过cAMP途径直接促进肾脏磷酸盐的重吸收。

Wagner等（1997）指出，STC-1很可能是通过增强近曲小管Na+/PO43-协同转运载体的活性而实现这种作用的。第三十二页，共54页。小结

STC-1可降低大鼠和猪肠道对Ca2+的净吸收量，并与增加肠道磷酸盐的净吸收量相偶联。此外，STC-1还可促进肾脏对磷酸盐的重吸收。第三十三页，共54页。

肝细胞神经元细胞肾单位细胞

线粒体膜和基质具有高亲和力的STC-1受体STC-1是可以线粒体为靶器官的激素McCudden等，2002

Ellard等，20073.4解偶联作用

与野生型相比，转基因小鼠采食量大、耗氧量高、体脂含量低及线粒体肥大。（Filvaroff等，2002）

第三十四页，共54页。分离出大鼠肌肉和肝脏完整线粒体不同浓度重组hSTC-1500nMhSTC-1使得两种线粒体第Ⅲ态呼吸的耗氧量显著增加。ADP/O比例显著降低

+↓有效ATP含量STC-1可解偶联线粒体中的氧化磷酸化过程Ellard等，2007STC-1增加动物的能量消耗第三十五页，共54页。※防止心衰※调节免疫/炎症应答※可能与脂肪的代谢及类固醇生成有关

※参与正常和病变的血管发生※是对肝细胞生长因子诱导的上皮细胞迁移和形态发生的选择性抑制剂5.5其他可能作用Madsen等，1998；Zlot等，2003；Sheikh-Hamad等，2003；Kanellis等，2004；Paciga等，2003，2005；Yoshiko等，2004第三十六页，共54页。4、STC-1的表达和活性调控第三十七页，共54页。AB图20、介质中Ca2+对体外培养的犬肾细胞STC-1mRNA丰度的影响Sheikh-Hamad等，2000

4.1Ca2+第三十八页，共54页。腹膜灌注1,25-(OH)2D3的天数图21、大鼠腹膜灌注1,25-(OH)2D3对STC-1mRNA丰度的影响Honda等，1999VD3代谢活性物+Ca2+↑STC-1+与Yahata等（2003）给小鼠皮下注射1,25-(OH)2D3的结果一致。第三十九页，共54页。小结较高浓度的Ca2+可提高STC-1mRNA的丰度，从而提高体内STC-1的水平。第四十页，共54页。4.2cAMP/PKASTC-1cAMP/PKA发挥功能可影响该途径的物质？第四十一页，共54页。对照组1,9-二脱氧福斯高林福斯高林图22、cAMP激动剂福斯高林对牛卵泡膜-间质细胞STC-1生成的影响*P<0.05Paciga等，2002第四十二页，共54页。图23、H-89和hCG共同处理对牛的卵泡膜-间质细胞STC-1分泌的影响Paciga等，2002第四十三页，共54页。图24、双丁酰环腺苷酸对小鼠成神经瘤细胞STC-1mRNA丰度的影响Wong等，2002

第四十四页，共54页。促进cAMP生成的物质，如hCG、福斯高林等作为cAMP类似物，如dbcAMP和8Br-cAMP抑制cAMP生成或PKA活性的物质，如H-89STC-1++-小结第四十五页，共54页。4.3其他因素

一些激素（如孕酮、GH、PL、17β-雌二醇和雄烯二酮）以及哺乳时幼鼠的吮吸刺激等也可调控STC-1的分泌。

Luo等，2004Paciga等，2004

Song等，2006第四十六页，共54页。5、结语和展望第四十七页，共54页。STC-1的过表达和被动免疫都可影响动物的生长。STC-1可通过作用于卵巢和乳腺而影响动物的生殖。STC-1可调控钙磷的吸收，并以肾脏和肠道为靶器官。STC-1能解偶联线粒体的氧化磷酸化从而造成能量的浪费。结语第四十八页，共54页。1）在自然状态下的动物体内，该激素对动物的这些生理过程的影响如何？2）STC-1到底是作用于与G蛋白相关或无关的受体，而且受体的结构如何？3）STC-1与一些体内的重要激素，如降钙素、甲状旁腺素等的互作如何？4）需要对一些经济动物进行类似于一些激素的系统研究。有待研究的问题第四十九页，共54页。ChangA.C.-M,JanosiJ.,HulsbeekM.,etal.1995.AnovelhumancDNAhighlyhomologoustothefishhormonestanniocalcin.MolCellEndocrinol.112:241-247ChangA.C.-M.,DunhamM.A.,JeffreyK.J.,etal.1996.MolecularcloningandcharacterizationofmousestanniocalcincDNA.Mol.CellEndocrinol.124:185-187ChangA.C.-M.,ChaJ.,KoentgenF.,etalDeNiuP.,RadmanD.P.,JaworskiE.M.,etal.2000.Developmentofahumanstanniocalcinradioimmunoassay:serumandtissuehormonelevelsandpharmacokineticsintherat.MolCellEndocrinol162:131-144.Deol,H.K.,VargheseR.,WagnerG.F.,etal.2000.DynamicregulationofmouseovarianStanniocalcinexpressionduringgestationandlactation.Endocrinology.141:3412-3421EllardJ.P.,McCuddenC.R.,TanegaC.,etal.2007.Therespiratoryeffectsofstanniocalcin-1(STC-1)onintactmitochondriaandcells:STC-1uncouplesoxidativephosphorylationanditsactionsaremodulatedbynucleotidetriphosphates.MolCellEndocrinol264:90-101FilvaroffE.H.,GuilletS.,ZlotC.,etal.2002.Stanniocalcin1altersmuscleandbonestructureandfunctionintransgenicmice.Endocrinology143:3681-3690Fontaine,M.,1964.CorpusclesdeStanniusetregulationionique(Ca,K,Na)dumilieuinterieurdel’Anguille(AnguillaAnguillaL.).C.R.Acad.Sc.ParisSerieD259:875-878LafeberF.P.,Herrmann-ErleeM.P.,FlikG.,etal.1989.RainbowtrouthypocalcinstimulatesboneresorptioninembryonicmousecalvariainvitroinaPTH-likefashion.JExpBiol143:165–175主要参考文献：第五十页，共54页。LuM.,WagnerG.F.,andRenfroJ.L.1994.Stanniocalcinstimulatesphosphatereabsorptionbyflounderrenalproximaltubuleinprimaryculture.AmJPhysiolRegulInergrCompPhysiol.267:R1356-1362LuoC-W.,KawamuraK.,KleinC.,etal.2004.DifferentiationbyStanniocalcin(STC)1:MediationthroughspecificSTC1receptors.MolecularEndocrinology18:2085-2096.LuoC-W.,MargaretaD.Pisarska,etal.2005.IdentificationofaStanniocalcinparalog,Stanniocalcin-2,infishandtheparacrineactionsofStanniocalcin-2inthemammalianovary.Endocrinology146:469-476MadsenK.L.,TaverniniM.M.,YachimecC.,etal.1998.Stanniocalcin:anovelproteinregulatingcalciumandphosphateacrossmammalianintestine.AmJPhysiol274:G96-G102McCuddenCR,JamesKA,HasiloC,etal.2002Characterizationofmammalianstanniocalcinreceptors.Mitochondrialtargetingofligandandreceptorforregulationofcellularmetabolism.JBiolChem277:45249–45258MiuraW.,MizunashiK.,KimuraN.,etal.2000.Expressionofstanniocalcininzonaglomerulosaandmudullaofnormalhumanadrenalglands,andsomeadrenaltumorsandcelllines.APMIS108:367-372HondaS.,KashiwagiM.,OokataK.,etal.1999.Regulationby1α,25-dihydroxyvitaminD3ofexpressionofstanniocalcinmessagesintheratkidneyandovary.FEBSLetters459:119-122.Kanellis,John,RogerBick,etal.2004.Stanniocalcin-1,aninhibitorofmacrophasechemotaxisandchemokinesis.AmJPhysiolRenalPhysiol286:F356-F362.第五十一页，共54页。OlsenH.S.,CepedaM.A.,ZhangQ.Q.,etal.1996.Humanstanniocalcin:apossiblehormonalregulatorofmineralmetabolism.ProcNatlAcadSciUSA.93:1792-1976PacigaM.,WatsonA.J.,DimattiaG.E.,etal.2002.Ovarianstanniocalcinisstructurallyuniqueinmammalsanditsproductionandreleaseareregulatedthroughtheluteinizinghormonereceptor.Endocrinology143:3925-3934.PacigaM.,HirviE.R.,JamesK.,etal.2005.Characterizationofbigstanniocalcinvariantsinmammalianadipocytesandadrenocorticalcells.AmJPhysiolEndocrinolMetab289:E197-E205SerlachiusM.,Alitalo,R.,Olsen,H.S.,etal.2002.Expressionofstanniocalcin-1inmegakaryocytesandplatelets.BritishJournalofHaematology.119:359-363Sheikh-HamadD.,BickR.,WuG.Y.,etal.2003.Stanniocalcin-1isanaturallyoccurringL-channelinhibitorincardiomyocytes:relevancetohumanheartfailure.AmJPhysiolHeartCircPhysiol285:H442-448ShinJ.,OhD.,SohnY.C.2006.Molecularcharacterizationandexpressionanalysisofstanniocalcin-1inturbot(Scophthalmusmaximus)Generalandcomparativeendocrinology147:214-221SongG.,BazerF.W.,WagnerG.F.,etal.2006.Stanniocalcin(STC)intheendometrialglandsoftheovineuterus:regulationbyprogesteroneandplacentalhormones.Biologyofreproduction74:913-922SoY.P.,andFenwickJ.C.,1979.InvivoandinvitroeffectsofStanniuscorpuscleextractonthebranchialuptakeof45CainstanniectomizedNorthAmericaneels(Anguillarostrata).Gen.Comp.Endorinol.37:143-149第五十二页，共54页。StanniusH.1839.ǗberNebennieredeiKnochenfischen.ArchivesofAnatatomicalPhysiology.6:97-101VargheseR.,WongC.K.C.,DeolH.,etal.1998.ComparativeanalysisofmammalianStanniocalcingenes.Endocrinology139:4714-4725VargheseR.,GagliardiA.D.,BialekP.E.,etal.2002.OverexpressionofhumanstanniocalcinaffectsgrowthandreproductionintransgenicMice.Endocrinology.143:868-876VerbostP.M.,andFenwickJ.C.1995.N-terminalandC-terminalfragmentsofthehormonestanniocalcinshowdifferentialeffectsineels.GenCompEndocrinol98:185-192WagnerG.F.,GuiraudonCC,MillikenC,etal.1995.Immunologicalandbiologicalevidenceforastanniocalcin-likehormaoneinhumankidney.ProcNatlAcadSciUSA.92:1871-1875WagnerG.F.,VozzoloB.L.,JaworskiE.,etal.1997.Humanstanniocalcininhibitsrenalphosphateexcretionintherat.JournalofBoneandMineralResearch12:165-171WagnerG.F.,andDimattiaG.E.2006.Thestanniocalcinfamilyofproteins.JournalofExperimentalZoology305A:769-780.WongC.K.C.,YeungH.Y.,MakN.K.,etal.2002.EffectsofdibutyrylcAMPonstanniocalcinandstanniocalcin-relatedproteinmRNAexpressioninneuroblastomacells.JournalofEndocrinology173:199-209.XiaoL.-J,Jin-XiangYuan,Xin-XinSong,etal.2006.Expressionandregulationofstanniocalcin1and2inratuterusduringembryoimplantationanddecidualization.Reproduction131:1137-1179.第五十三页，共54页。YahataK.,MoriK.,MukoyamaM.,etal.2003.Regulationofstanniocalcin1and2expressionin