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《生理科學進展雜志》2015年第六期

摘要

網腔鈣結合蛋白(calumenin)在內質網中具有分子伴侶作用，和心肌細胞內質網鈣泵、蘭尼堿受體共同調節內質網鈣穩態。此外，Calumenin蛋白可以作為一種分泌蛋白，分泌至細胞外調控著血管鈣化、血栓形成、細胞遷移和細胞凋亡的病理生理過程。本文對Calumenin蛋白和鈣循環、血管鈣化、血栓形成、細胞遷移以及細胞凋亡的關系作一綜述，為疾病的臨床診治提供新的思路。

關鍵詞

Calumenin蛋白;鈣循環;血管鈣化;血栓形成;細胞遷移;細胞凋亡

網腔鈣結合蛋白(calumenin)是新近發現的一種位于哺乳動物體內的低親和力鈣結合蛋白，具有多重EF-hand結構，屬于CREC家族。CREC家族由RCN1;RCN2;RCN3;SDF4和CALU五類基因編碼，在內質網和高爾基體中表達［1］，包括內質網鈣結合蛋白(reticulocalbin)ERC-55(ERCa2+-bindingproteinof55kD)、reticulocalbin-3、Cab45(Ca2+-bind-ingproteinof45kD)和Calumenin蛋白［2］。最近研究指出，Calumenin蛋白在內質網中具有分子伴侶作用，在鈣循環、血管鈣化、血栓形成、細胞遷移以及細胞凋亡的發展過程中起著重要作用。本文對Cal-umenin蛋白和鈣循環、血管鈣化、血栓形成、細胞遷移以及細胞凋亡的關系作一綜述。

一、Calumenin蛋白的生物學特性

人類Calumenin蛋白是7q32染色體的CALU基因編碼的［3～5］。相對分子質量37000。CALU基因選擇性的剪接體為Calumenin-1和Calumenin-2［6］，都具有315個氨基酸［7］。Calumenin-1和Calume-nin-2包含一個N端序列(19個氨基酸)、7個可以和鈣離子結合的EF-hand結構和存在于羧基末端的4個獨特的內質網滯留信號氨基酸序列HDEF［2］。Calumenin蛋白在心臟、胎盤和骨骼肌中含量最高，在肺臟、腎臟和胰臟中比較低，在大腦和肝臟中最少［8］。在細胞水平，主要存在于內質網和高爾基體中。兔Calumenin蛋白有Calumenin-1和Calumenin-2，基因型分別是SY225335和AY225336，都包括19個N-端序列、6個EF-hand結構和一個C端序列。兩者普遍存在于心臟和骨骼肌組織，但是Calume-nin-2主要存在于骨骼肌組織。EF-hand結構是Cal-umenin-2結合蘭尼堿受體-1(ryanodinereceptor1，RyR1)的重要結構［7］。小鼠Calumenin蛋白基因位于6號染色體，由6個外顯子和5個內含子組成。Calumenin-1和Calumenin-2變異剪接體的氨基酸序列具有92%的一致性和95%同源性，變異發生在第1和第2個EF-hand結構［9，10］。

二、Calumenin蛋白和鈣循環

內質網是人體Ca2+中轉站，是鈣離子循環的重要調節中心。內質網通過調節心肌細胞內游離鈣離子的濃度控制心肌的收縮和舒張。心肌細胞膜上的L型Ca2+通道開放，形成內向Ca2+流激活內質網Ca2+釋放通道，使得大量Ca2+進入細胞質。當細胞質Ca2+濃度達10～5mmol/L時，肌鈣蛋白被激活，肌球蛋白和肌動蛋白相互接觸，引起心肌收縮。心肌收縮后，內質網鈣泵又重新將游離的Ca2+泵入內質網儲存。當細胞質Ca2+濃度下降到10～7mmol/L時，肌球蛋白和肌動蛋白解離，引起心肌舒張。這樣就形成一個完整的心肌收縮-舒張過程。在內質網中，調節鈣離子濃度的主要有內質網鈣泵和蘭尼堿受體。Sahoo等［11］研究指出，Calume-nin蛋白和蘭尼堿受體、鈣泵相互作用，共同調節內質網鈣穩態。Calumenin蛋白能抑制肌漿網SER-CA2和鈣釋放通道RyR2活性，從而調節心肌細胞內鈣濃度。在Ca2+濃度為毫摩爾水平時，Calume-nin-2即可與RyR2結合，直接調控鈣釋放。Calume-nin蛋白也是心肌細胞SERCA2的重要調節因子，可通過抑制SERCA2活性抑制鈣循環。在心肌細胞中，封閉鈣腔蛋白基因可以增加SERCA2的活性，改變SERCA2對鈣的親和力，提高大鼠心肌細胞鈣瞬變幅度、縮短Ca2+達峰值時間和減少舒張期Ca2+降低50%時程。在兔心臟內質網，Calumenin蛋白和鈣泵同樣可以相互作用，對Calumenin蛋白沉默不會引起HL-1細胞內鈣離子含量，但是可以增加鈣泵的活性，引起鈣瞬變。這種作用可以被毒胡蘿卜素、釩酸鹽和ATP抑制［12］。Calumenin蛋白在心肌中過表達，則可減少去極化誘導的內質網Ca2+釋放和鈣含量增加［13］。兔Calumenin蛋白EF-hand結構是Calumenin-2結合蘭尼堿受體1(ryanodinerecep-tor1，RyR1)的重要結構．Jung等(2006)研究指出腺病毒重組Calumenin-2，可以引起蘭尼堿受體的磷酸化，導致Ca2+的釋放。Cho等(2009)研究指出在新桿狀線蟲，Calumenin-1和三磷酸肌醇受體共同調節Ca2+循環。

三、Calumenin蛋白和血栓形成、鈣化

血小板活化是動脈粥樣硬化發生和血栓形成的重要發病機制之一。血小板活化后可釋放其胞質中的Calumenin蛋白參與粥樣硬化斑塊和血栓的形成。Calumenin蛋白也可以通過自分泌和旁分泌方式參與病理過程。在人類有動脈粥樣硬化斑塊的血管壁可檢測到Calumenin蛋白存在，正常血管段則未發現Calumenin蛋白的表達［14］。Hansen等(2009)研究發現，在鈣離子誘導下，動脈粥樣硬化斑塊中的Calumenin蛋白作為一種分泌蛋白，可與血小板反應蛋白(thrombospondin-1，TSP1)組成復合物，形成纖維凝塊，導致血栓的形成。Calumenin蛋白、VKOR(vitaminKepoxidere-ductase)和γ羧基化系統共表達于肝細胞內質網。無活性的氧化型維生素K必須經VKOR還原，才能生成有活性的還原型維生素K。還原型維生素K是維生素K依賴性凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹγ羧基化的必需輔助因子。凝血因子必須經γ羧基化后才具有生物活性，進而在Ca2+參與下，發生級聯血液凝固反應。基質Gla蛋白是維生素K依賴性蛋白，主要由血管平滑肌細胞、巨噬細胞和內皮細胞合成，能阻止骨形成蛋白-2介導的血管平滑肌細胞向成骨細胞的轉化。因此，基質Gla蛋白是軟骨內骨形成和血管內異位鈣化的重要調節因子，能夠保護血管免于鈣化。Calumenin蛋白是VKOR的調控蛋白，通過減少γ-羧基化，抑制基質Gla蛋白的活化，促進血管的鈣化。Kruger等［15］研究指出，華法林能誘導血管鈣化的發生，Calumenin蛋白和華法林作用位點均定位于VKOR。可見動脈硬化斑塊中的Calume-nin蛋白可通過阻滯維生素K依賴性γ-羧基化，即基質Gla蛋白活性，促進血管的鈣化。Jover等［16］研究發現Calumenin蛋白基因多態性CALU-A29809G可以抑制亞麻酸的γ羧化作用，阻止骨形成蛋白-2介導的血管鈣化。

四、Calumenin蛋白和細胞遷移

王玉珍等(2006)將細胞遷移分為四個步驟:(1)細胞伸出片狀偽足。片狀偽足的形成是細胞遷移的開始;(2)片狀偽足通過黏著斑與細胞外基質發生黏著，為細胞遷移的提供錨定力;(3)肌動蛋白和肌球蛋白調節細胞的收縮。肌球蛋白磷酸酶在Rho激酶的作用下發生磷酸化失去活性。失活的肌球蛋白磷酸酶不能使肌球蛋白輕鏈脫磷酸化，導致磷酸化的肌球蛋白輕鏈水平升高，使肌動和肌球蛋白的交聯增加，從而使細胞收縮;(4)尾部和細胞外基質的解離。Zheng等［17］指出，細胞外的Calumenin蛋白調控細胞遷移可以通過以下途徑:(1)熊瑋等(2012)研究指出，miRNA146a可通過細胞核轉錄因子途徑促進血管平滑肌細胞增殖和遷移。Calumenin蛋白能直接作用于內質網鈣泵。沉默Calumenin蛋白導致細胞內鈣離子濃度升高，通過鈣離子依賴性活化T細胞核轉錄因子，促進細胞遷移和增殖;(2)Calu-menin蛋白能促進細胞因子GDF-15的表達，調控細胞的遷移;(3)整合蛋白是普遍存在于胞中的一種跨膜糖蛋白，主要介導細胞的增殖、遷移、黏附和分化等過程。Calumenin蛋白能和fibulin-1相互作用，使fibulin-1在基質金屬蛋白酶-13作用下不發生退化，之后和纖維連接蛋白結合，通過整合蛋白調控細胞的遷移;(4)Calumenin蛋白能和血小板反應蛋白-1共同介導細胞的遷移。但是內質網和高爾基體中，Calumenin蛋白是否也具有調控細胞遷移的能力，還尚未闡明。

五、Calumenin蛋白和細胞凋亡

內質網是存在于真核細胞內的細胞器，具有重要的生理功能。內質網應激是指由于某些原因使細胞內質網生理功能發生紊亂的一種亞細胞器病理狀態。內質網應激發生后，細胞將啟動相應的保護反應處理錯誤折疊或未折疊蛋白來恢復內質網穩態，稱為未折疊蛋白反(unfoldedproteinresponse，UPR)．當應激過強或持續時間過久時，保護機制不能與損傷機制抗衡，從而誘導細胞凋亡。在兔心室心肌細胞，Calumenin蛋白和內質網伴侶蛋白GRP(glucoseregulatedprotein78kD、94kD)在衣霉素誘導內質網應激時顯著增高。在腺病毒重組Calumenin蛋白，GRP78、蛋白激酶樣內質網激酶(PKR-likeERkinase，PERK)、真核細胞翻譯起始因子(eukaryotictranslationinitiationfactor2α，eIF2α)、增強子結合蛋白同源蛋白(C/EBPhomologouspro-tein，CHOP)和氨基末端激酶(c-JunNH2-terminalki-nase，JNK)水平是減少的，但是Bcl-2(B-celllympho-ma2)是升高的。Calumenin過表達可以抑制內質網應激誘導的凋亡［18］。本課題組研究發現Calume-nin蛋白對阿霉素誘導的細胞凋亡同樣具有抑制作用［19］。因此，Calumenin蛋白對內質網應激誘導的細胞凋亡有抑制作用，可能對內質網應激介導細胞凋亡的相關疾病起到一定的防治作用。

六、結語和展望

Calumenin蛋白在內質網中具有分子伴侶作用，和內質網鈣泵、蘭尼堿受體共同參與細胞內Ca2+穩態調控;另外，Calumenin蛋白可作為分泌蛋白在細胞外參與血管鈣化、血栓形成、細胞遷移和細胞凋亡的的發展進程。并且Calumenin蛋白對內質網應激介導的細胞凋亡有抑制作用，可能對內質網應激介導的細胞凋亡相關疾病起到一定的防治作用。Cal-umenin蛋白對于心臟疾病作用的研究處于起步階段。相信對Calumenin蛋白的進一步研究，其將來可能作為心血管疾病病理生理機制新的靶點，為心血管疾病的防治提供新的思路。

作者：黃俠 邱祥春 趙明 單位：內蒙古民族大學附屬醫院心血管內科