張 俊，宋必衛(wèi)，章方珺

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院，浙江杭州310005；2.浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州310014；3.杭州市臨安區(qū)人民醫(yī)院，浙江 杭州311300）

基質(zhì)相互作用分子（stromal interaction molecule，STIM）是一種由600～700個(gè)氨基酸殘基組成的廣泛分布于人體細(xì)胞中的單次跨膜蛋白［1］。最早在研究與前體結(jié)合的基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)物中被發(fā)現(xiàn)，因其能介導(dǎo)基質(zhì)與造血細(xì)胞之間的相互作用，而被命名為STIM［2］。人源STIM 家族蛋白主要包括STIM1和STIM2 兩種亞型，目前研究發(fā)現(xiàn)，兩者雖在主體序列部分同源性較高（具有61%序列一致），但在功能上卻大相徑庭［3］。STIM1 在人體的大部分組織中的表達(dá)和功能均較STIM2 強(qiáng)，提示STIM1 在人體生理功能中起主要作用，因此，現(xiàn)階段大部分的研究主要集中于STIM1。

STIM1 最早由Roos 等［1］于2005 年發(fā)現(xiàn)。該研究團(tuán)隊(duì)利用核醣核酸干擾（RNA interference，RNAi）技術(shù)來(lái)尋找基因與鈣池調(diào)控鈣離子通道（store-operated calcium channel）的相關(guān)性。在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選了170 種基因后，最終發(fā)現(xiàn)了STIM，并且在隨后的研究中進(jìn)一步確定了STIM1 是鈣池操縱鈣內(nèi)流（store-operated calcium entry，SOCE）這一過(guò)程的重要參與者。SOCE 為非興奮性細(xì)胞鈣離子內(nèi)流的主要方式，而STIM1作為SOCE的鈣離子感受器，參與機(jī)體多種生理和病理過(guò)程，具有廣泛的生物學(xué)功能和極其重要的病理學(xué)意義。因近些年來(lái)不斷有研究發(fā)現(xiàn)STIM1 與多種疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，與其相關(guān)研究的熱度不斷攀升。

1 STIM1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

STIM1 是一個(gè)由685 個(gè)氨基酸組成的Ⅰ型跨膜蛋白，其編碼基因位于人的第11 號(hào)染色體短臂第1 區(qū)第5 帶第5 亞帶上（11p15.5），堿基長(zhǎng)度為4380 bp［4-5］。STIM1相對(duì)分子量為75 ku，由1個(gè)約22 ku位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌漿網(wǎng)內(nèi)的N端、1個(gè)單跨膜片段和1 個(gè)約51 ku 游離于胞漿中的C 端所構(gòu)成［3，6］。其中N 端又可進(jìn)一步細(xì)分為EF-hand 結(jié)構(gòu)域和無(wú)菌α 基序（sterile alpha motif，SAM）結(jié)構(gòu)域，位于STIM1 蛋白的65-96 氨基酸位點(diǎn)的EF-hand 結(jié)構(gòu)域是1個(gè)帶負(fù)電荷殘基lelix環(huán)螺旋（lelix-loop-helix）的基序，中間是12 個(gè)氨基酸圍成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，為Ca2+的結(jié)合位點(diǎn)；C 端可分為2 個(gè)卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域即埃茲蛋白/根蛋白/膜突蛋白區(qū)（ezrin/radixin/moesin，ERM）、絲氨酸/脯氨酸富集（serine/prolinerich，S/P）區(qū)和Ploy-K 結(jié)構(gòu)域尾巴，主要用于維持靜 息 狀 態(tài) 時(shí)STIM1 的 結(jié) 構(gòu)。Yuan 等［7］確 定 了STIM1中能夠與Orai1蛋白通道發(fā)生相互作用并激活的最小片段，并將這個(gè)片段命名為STIM1-Orai1激活區(qū)（STIM1-Orai1 activated region，SOAR）。Yang 等［5］利用X 射線晶體學(xué)方法對(duì)其三維晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析。人源SOAR 的整個(gè)結(jié)構(gòu)類似于大寫字母“R”，它共有4個(gè)α-螺旋，在N和C端區(qū)域具有2 個(gè)長(zhǎng)的α-螺旋并在中間有2 個(gè)短的α-螺旋。SOAR所形成的“V”型二聚體是激活Orai1通道所必需的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，二聚體的2 個(gè)頂端存在著正電荷聚集區(qū)，此區(qū)域經(jīng)破壞后會(huì)失去激活Orai1通道的能力。

2 STIM1的作用機(jī)制與功能

目前研究認(rèn)為，STIM1的作用機(jī)制為［8-11］：細(xì)胞靜息時(shí)，STIM1主要以二聚體形式散在分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上［12］。當(dāng)細(xì)胞受到刺激后，細(xì)胞外信號(hào)分子與細(xì)胞膜上相應(yīng)的受體結(jié)合，激活與受體偶聯(lián)的磷脂酶C（phospholipase C，PLC），PLC 通過(guò)水解磷脂酰肌醇二磷酸（phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate，PIP2）產(chǎn)生第二受體三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3），引起IP3 受體激活，經(jīng)過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)后使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣庫(kù)中的鈣離子釋放入細(xì)胞胞漿中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣池出現(xiàn)鈣離子損耗或耗竭，鈣離子排出后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)IP3 受體構(gòu)象改變，IP3 受體通過(guò)蛋白質(zhì)相互作用傳送至質(zhì)膜鈣離子通道并與SOCE 發(fā)生結(jié)構(gòu)性交互作用，鈣離子感受蛋白STIM被激活，其EF-SAM 區(qū)域構(gòu)象改變導(dǎo)致其低聚化，并重新移位到質(zhì)膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)連接處，形成淚孔，進(jìn)而與質(zhì)膜中相對(duì)應(yīng)的Orai1 相互作用，進(jìn)而激活鈣池操控鈣離子通道，引起細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流。

STIM1分布廣泛，表達(dá)STIM1的細(xì)胞類型亦多種多樣，包括興奮性細(xì)胞（如神經(jīng)細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞等）和非興奮性細(xì)胞（上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞等）。研究表明，STIM1 是調(diào)控非興奮性細(xì)胞鈣離子流入細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵蛋白，是細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)的鈣離子濃度感受器，它與位于細(xì)胞膜上的Orai1共同構(gòu)成了SOCE，通過(guò)調(diào)節(jié)SOCE通道的開(kāi)放與關(guān)閉，影響第二信使鈣離子的濃度變化進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的分泌、增殖、基因轉(zhuǎn)錄、分化、凋亡、遷移和黏附等一系列細(xì)胞生理功能。Jeon等［13］研究發(fā)現(xiàn)，P21-激活激酶1可能通過(guò)與STIM1相互作用影響細(xì)胞黏附。郭瑞威等［14］在通過(guò)基因敲除技術(shù)敲除血管平滑肌細(xì)胞的STIM1基因后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度明顯下降，細(xì)胞增殖被顯著抑制。Chen等［15］報(bào)道，STIM1 可激活在礦化組織中的成骨細(xì)胞和成牙本質(zhì)細(xì)胞的分化。He等［16］發(fā)現(xiàn)，抑制STIM1可以降低H9C2 細(xì)胞內(nèi)的鈣離子水平，并抑制缺氧后復(fù)氧導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡。

3 STIM1與疾病

3.1 STIM1和腫瘤

STIM1 的發(fā)現(xiàn)最早源于對(duì)于惡性腫瘤的研究［17］。隨著對(duì)STIM1 的研究逐步深入，發(fā)現(xiàn)其在膠質(zhì)瘤、肝癌、乳腺癌、宮頸癌和肺癌等多種腫瘤細(xì)胞中均存在著異常表達(dá)的情況。這提示其與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移等惡性行為存在著關(guān)聯(lián)。Ho 等［18］發(fā)現(xiàn)，與人星形膠質(zhì)細(xì)胞相比，膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的STIM1表達(dá)水平更高，并認(rèn)為其增強(qiáng)了膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酚能夠減少腫瘤侵襲性是由于上調(diào)了miR-4725-3p 水平，miR-4725-3p通過(guò)直接靶向結(jié)合STIM1基因的3′-非翻譯區(qū)抑制STIM1蛋白的表達(dá)。Yang等［19］在結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116 和SW1116 中使用慢病毒介導(dǎo)的短發(fā)夾RNAi技術(shù)特異性地敲低STIM1的表達(dá)，隨后通過(guò)MTT 實(shí)驗(yàn)和集落形成實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖能力被顯著抑制。李艷東等［20］對(duì)80 例結(jié)腸腺癌和50 例正常結(jié)腸黏膜中Orai1 和STIM1 的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸腺癌組織中STIM1 表達(dá)水平均顯著高于正常結(jié)腸黏膜，且與結(jié)腸腺癌患者預(yù)后相關(guān)，STIM1高表達(dá)組較低表達(dá)組預(yù)后更差。另有國(guó)內(nèi)學(xué)者鄧程偉等［21］研究了STIM1對(duì)乳腺癌細(xì)胞存活與增殖的影響，發(fā)現(xiàn)在下調(diào)其表達(dá)后能夠通過(guò)抑制增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)從而抑制細(xì)胞活力；下調(diào)Bcl-2、上調(diào)Bax 和胱天蛋白酶3 表達(dá)，誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡；降低炎癥因子白細(xì)胞介素6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）表達(dá)，提高免疫及下調(diào)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3信號(hào)。冶娟等［22］在人喉癌細(xì)胞Hep-2 中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。此外，在對(duì)于胰腺癌SW1990 細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，沉默STIM1可阻滯細(xì)胞于G2/M 期［23］。林丹苗等［24］發(fā)現(xiàn)，人肺腺癌A549細(xì)胞在經(jīng)姜黃素處理后，Orai1和STIM1 mRNA 的表達(dá)水平下降引起細(xì)胞凋亡。

綜上可以預(yù)見(jiàn)，隨著研究的不斷深入，STIM1與腫瘤細(xì)胞之間的相互作用及機(jī)制將越來(lái)越清晰，這預(yù)示著其可能為腫瘤治療提供新的檢測(cè)標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)。

3.2 STIM1和免疫系統(tǒng)疾病

STIM1 作為免疫細(xì)胞中重要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子感受器，對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)的激活起著重要作用。在機(jī)體對(duì)抗病原體過(guò)程中，STIM1能夠感受到細(xì)胞內(nèi)的鈣離子變化，促使SOCE 通道的開(kāi)放，鈣離子能持續(xù)地流入免疫細(xì)胞，從而激活細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)，促使免疫細(xì)胞大量增殖，啟動(dòng)機(jī)體免疫細(xì)胞的開(kāi)關(guān)［8］。STIM1 與T 細(xì)胞的成熟和功能密切相關(guān)，缺少STIM1基因的T細(xì)胞表現(xiàn)出IL-23受體表達(dá)的減少，而這是Th17細(xì)胞穩(wěn)態(tài)所需的，同時(shí)趨化因子依賴的T細(xì)胞遷移受損［25-26］。在免疫缺陷病及免疫失調(diào)的研究中，F(xiàn)uchs 等［27］發(fā)現(xiàn)，在STIM1 基因發(fā)生純合Arg-429-Cys 點(diǎn)位突變的患者中，由于STIM1 表達(dá)缺陷，雖然機(jī)體能夠產(chǎn)生T 細(xì)胞，但患者對(duì)慢性巨細(xì)胞病毒和愛(ài)潑斯坦巴爾病毒病毒感染表現(xiàn)出抗病毒免疫能力的不足。進(jìn)一步研究證實(shí)，STIM1缺陷造成的自身免疫疾病可能由于調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞細(xì)胞數(shù)量的減少，自然殺傷細(xì)胞功能的受損以及T 細(xì)胞的數(shù)量缺失。Zhang 等［28］研究表明，中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥和宿主防御中STIM1 是激活吞噬細(xì)胞氧化酶所必需的。隨后Clemens 等［29］亦研究表明，STIM1和STIM2共同參與調(diào)控小鼠中性粒細(xì)胞因子的產(chǎn)生。

3.3 STIM1和心腦血管疾病

在多種心腦血管疾病的病程進(jìn)展過(guò)程中，STIM1 扮演著極其重要的角色。STIM1 在心血管細(xì)胞中表達(dá)的增加或STIM1 的缺失都會(huì)引發(fā)各種心血管疾病，如在內(nèi)皮細(xì)胞中STIM1的缺失會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙［30］。

血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）是構(gòu)成血管壁的主要細(xì)胞類型之一。Kassan 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，在VSMC 中敲除STIM1 基因不會(huì)影響血管內(nèi)皮的功能但會(huì)引起對(duì)苯腎上腺素引發(fā)的血管收縮性反應(yīng)的降低。Mali 等［32］研究發(fā)現(xiàn)，STIM1SMC-/-小鼠能夠通過(guò)減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，從而減小心肌梗死灶面積。朱金行等［33］研究發(fā)現(xiàn)，衰老可導(dǎo)致大鼠頸總動(dòng)脈VSMC 中Orai1和STIM1蛋白表達(dá)降低，從而引起血管收縮功能下降。

高血壓是心腦血管病最主要的危險(xiǎn)因素，與導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、卒中和缺血性心臟病等疾病密切相關(guān)。姜婉等［34］通過(guò)建立高鹽誘導(dǎo)大鼠高血壓模型發(fā)現(xiàn)，高鹽能夠引起高血壓大鼠基底動(dòng)脈平滑肌的收縮顯著增強(qiáng)，認(rèn)為與多囊蛋白和STIM1表達(dá)增加有關(guān)。日本學(xué)者Nishimoto 等［35］發(fā)現(xiàn)，STIM1 基因敲除小鼠的血壓水平顯著升高（尤其是在夜間）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，STIM1能夠通過(guò)調(diào)控一氧化氮的產(chǎn)生影響血管功能，從而發(fā)揮血壓調(diào)節(jié)作用。

3.4 STIM1和肝損傷

Li 等［36］通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示了在肝缺血再灌注損傷模型中，STIM1不管是在基因還是蛋白水平的表達(dá)都要比正常小鼠肝組織中高，并且在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中也得到了相同結(jié)果。隨后又用STIM1-/-小鼠與野生型（WT）小鼠驗(yàn)證STIM1 在肝損傷中的作用發(fā)現(xiàn)，與WT 小鼠相比，STIM1-/-小鼠的肝損傷程度明顯減輕，血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性降低，肝組織中的超氧化物歧化酶活性升高，丙二醛含量和活性氧簇水平降低，促炎細(xì)胞因子TNF-α，IL-6 和IL-1β 顯著減少，且NFAT1、Orai1 和活化的胱天蛋白酶3 等蛋白的表達(dá)水平也都下調(diào)。這些結(jié)果表明，敲除STIM1 能夠抑制炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，從而減輕肝損傷。

Cui 等［37］研究表明，STIM1 在乙醇性肝損傷中扮演了重要的角色。抑制STIM1表達(dá)，能夠減輕肝損傷的機(jī)制和其抑制細(xì)胞內(nèi)鈣超載，降低活性氧簇和脂質(zhì)過(guò)氧化物水平，減少炎癥相關(guān)蛋白NF-κB和TNF-α的表達(dá)相關(guān)。

肝作為人體最大的解毒器官，極易受到損傷，進(jìn)一步探討STIM1 與肝損傷的關(guān)系對(duì)于重要臟器的保護(hù)具有重要意義。

3.5 STIM1和其他疾病

STIM1 還和其他多種疾病密切相關(guān)。印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究者發(fā)現(xiàn)［38］，2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes，T2D）患者、鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病模型小鼠的胰島和用促炎性細(xì)胞因子及棕櫚酸酯處理的大鼠胰島素瘤細(xì)胞系1 中STIM1 的mRNA 和蛋白水平表達(dá)都呈現(xiàn)特異性的降低；通過(guò)增強(qiáng)STIM1蛋白的功能能夠在促炎條件下提高胰島β細(xì)胞的生存率，并改善T2D 患者胰島素分泌功能。Bojarski 等［39］發(fā)現(xiàn)，家族性阿爾茨海默病存在著STIM1 的表達(dá)異常和SOCE 的功能失調(diào)。盧敏等［40］則通過(guò)研究認(rèn)為，STIM1在腦皮質(zhì)組織中的過(guò)表達(dá)與癲癇的發(fā)生有關(guān)。STIM1 能夠激活SOCE通道介導(dǎo)鈣離子快速內(nèi)流，引起一系列去極化過(guò)程，導(dǎo)致興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的過(guò)度釋放，興奮性系統(tǒng)處于優(yōu)勢(shì)，誘發(fā)癲癇。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著對(duì)STIM1研究的不斷深入，其研究領(lǐng)域已經(jīng)涉及腫瘤、免疫系統(tǒng)疾病和心血管疾病等多個(gè)方面。但目前的研究仍然十分局限，有關(guān)STIM1在上述疾病中的確切機(jī)制仍不清楚，尚存在許多亟待解決的問(wèn)題。在今后的研究中，應(yīng)充分利用現(xiàn)代生物信息學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及分子生物學(xué)等技術(shù)手段深入研究STIM1在疾病發(fā)病機(jī)制中的作用，明確相關(guān)分子相互作用關(guān)系，揭示相關(guān)生物信號(hào)傳導(dǎo)途徑。相信隨著對(duì)STIM1 新功能的不斷發(fā)現(xiàn)和機(jī)制的闡明，以其為靶點(diǎn)的相關(guān)藥物研發(fā)必將進(jìn)入高潮。