池 卓,陳丹娜,王雨欣,雷卓凡,鄒顏璐,宋泉江,宋厚輝,姜 勝

(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院 動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,浙江 杭州 311300;2.浙江省畜禽綠色生態(tài)健康養(yǎng)殖應(yīng)用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

1 鈣敏感受體概述

鈣敏感受體(calcium-sensing receptor,CaSR)是C族G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)家族的一員,其主要生理作用是通過調(diào)節(jié)甲狀旁腺激素(PTH)的合成和分泌來維持鈣穩(wěn)態(tài)。CaSR在甲狀旁腺、腎臟、心臟、乳腺和肝臟等大多數(shù)器官中都有廣泛表達(dá),并對(duì)激素分泌、離子通道活性、基因表達(dá)、炎癥調(diào)節(jié)、增值、分化和凋亡等多種病理和生理過程進(jìn)行調(diào)控,發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 在消化系統(tǒng)中CaSR可以感知胃腸黏膜管腔內(nèi)的Ca2+和芳香族氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),參與并調(diào)控胃酸、胰島素的分泌。CaSR還可以作為營(yíng)養(yǎng)傳感器,促進(jìn)腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,調(diào)節(jié)腸神經(jīng)的活動(dòng)性,并促進(jìn)腸道中激素的釋放。在維持腸道菌群平衡和免疫穩(wěn)態(tài)過程中CaSR也起著重要作用。而有研究表明CaSR基因發(fā)生突變后可誘發(fā)胰腺炎及胃腸癌癥等疾病,因此了解CaSR功能變化對(duì)消化道疾病防治有十分重要的指導(dǎo)作用。

2 鈣敏感受體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

CaSR主要以同源二聚體的形式存在,其單體由N端胞外結(jié)構(gòu)域(ECD)、7次跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)和胞內(nèi)C末端結(jié)構(gòu)域(C-tail)三個(gè)部分構(gòu)成。ECD由612個(gè)氨基酸組成,包含捕蠅夾結(jié)構(gòu)域(VFT)和半胱氨酸富集區(qū)(CRD)兩個(gè)部分;VFT是CaSR與配體結(jié)合的主要區(qū)域,能夠結(jié)合Ca2+、Mg2+、Gd3+等陽(yáng)離子,精胺和L-氨基酸等多種配體,VFT中還包含多個(gè)對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)起重要作用的N-連接糖基化位點(diǎn)。CaSR的自發(fā)突變大多發(fā)生在VFT區(qū)。CaSR跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)含有250個(gè)氨基酸,由7個(gè)疏水螺旋域組成,由3個(gè)細(xì)胞外環(huán)和3個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)連接。CaSR N端胞外結(jié)構(gòu)域(ECD)可與CaSR激動(dòng)劑結(jié)合,引起ECD構(gòu)象發(fā)生改變,繼而引起7TM構(gòu)象的變化,這種連鎖反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致胞內(nèi)袢環(huán)和C-tail的構(gòu)象發(fā)生改變,從而激活下游信號(hào)通路。CaSR的胞內(nèi)C末端結(jié)構(gòu)域(C-tail)包括216個(gè)氨基酸殘基,內(nèi)含多個(gè)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn),它主要參與CaSR信號(hào)調(diào)控,調(diào)節(jié)細(xì)胞表面受體轉(zhuǎn)運(yùn),表達(dá),脫敏以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3 鈣敏感受體的生理功能

3.1CaSR在消化系統(tǒng)中的生理功能

3.1.1CaSR促進(jìn)膽汁流動(dòng) 在肝臟中CaSR廣泛存在,整個(gè)肝腺泡中都有CaSR表達(dá)。CaSR可以活化IP3敏感存儲(chǔ)器中的Ca21i,其可以調(diào)節(jié)膽汁和脂蛋白的分泌、膽汁淤積、肝臟解毒和抗損傷功能,肝臟細(xì)胞再生和增殖,新陳代謝等多種肝臟病理和生理活動(dòng)。在對(duì)調(diào)節(jié)膽汁分泌的研究中發(fā)現(xiàn),GdCl3和精胺激活CaSR后可促進(jìn)缺鈣所致膽汁淤積時(shí)期肝臟灌流液中膽汁流量的恢復(fù),由此證明CaSR可能在膽汁分泌中起重要作用。

3.1.2CaSR在胰腺中的生理作用 CaSR在胰島細(xì)胞、導(dǎo)管細(xì)胞、腺泡細(xì)胞,以及胰內(nèi)神經(jīng)和血管等各種非外分泌組織中均有表達(dá),而CaSR在胰腺不同的位置表達(dá)其功能也不盡相同。體內(nèi)血糖濃度的變化是促進(jìn)胰島素釋放的主要因素,葡萄糖代謝可以通過關(guān)閉ATP依賴性鉀通道,打開電壓門控性Ca2+通道(VGCC),介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的變化,低濃度Ca2+可通過激活CaSR及其下游MAPK信號(hào)通路,誘導(dǎo)胰島素進(jìn)行短暫分泌,因此,胰腺內(nèi)分泌組織中的CaSR參與了胰島素分泌調(diào)節(jié)過程。

3.1.3CaSR在胃中的生理作用 胃組織細(xì)胞中CaSR具有調(diào)節(jié)胃泌素和胃酸的分泌功能。食物中苯丙氨酸,色氨酸等芳香族氨基酸成分能夠激活胃中的CaSR,從而活化下游的PLC-PIP2+IP3R-Ca2+途徑,產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng),促使PIP2分解為IP3,IP3作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)引起鈣庫(kù)內(nèi)Ca2+釋放以及胞外Ca2+內(nèi)流增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,進(jìn)而激活壁細(xì)胞H+-K+-ATP酶的活性,從而增強(qiáng)胃泌素和胃酸的分泌。

3.1.4CaSR在腸道中的生理作用 CaSR在小腸絨毛細(xì)胞的頂膜和基底外側(cè)膜,以及嚙齒類動(dòng)物和人類結(jié)腸的表面和隱窩上皮細(xì)胞上以及潛在的Meissner和Auerbach神經(jīng)叢中都有表達(dá)。CaSR能夠感受機(jī)械和化學(xué)刺激,參與平滑肌收縮和腸蠕動(dòng),抑制Cl-分泌,刺激小腸和結(jié)腸對(duì)Na+吸收的功能,有助于維持水鹽平衡。

3.2CaSR在其他組織中的生理作用 CaSR在神經(jīng)元中不僅參與神經(jīng)元的生長(zhǎng)和遷移,還參與多種功能,包括突觸可塑性和神經(jīng)傳導(dǎo),在少突膠質(zhì)細(xì)胞中,CaSR參與髓鞘的形成和中樞神經(jīng)系統(tǒng)離子微環(huán)境的調(diào)節(jié)。CaSR廣泛分布于心血管系統(tǒng)中的血管內(nèi)皮細(xì)胞,血管平滑肌細(xì)胞,以及血管周圍神經(jīng)等等多種細(xì)胞中,并發(fā)揮重要的生理和病理作用。在生理作用方面,CaSR在心血管系統(tǒng)中參與血壓及血管張力的調(diào)節(jié),雖有研究表明CaSR激活后具有降壓作用,但具體作用機(jī)制仍不明確,有待進(jìn)一步研究。在病理方面,CaSR也可能參與血管鈣化這一嚴(yán)重影響心血管系統(tǒng)功能的病理過程。而在對(duì)擬鈣劑的體外治療可降低VSMC的鈣化作用的研究結(jié)果則進(jìn)一步證實(shí)了CaSR在血管鈣化中的作用。此外,腎臟中CaSR還具有參與調(diào)控鈣磷代謝平衡,陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)及酸化濃縮尿液等功能。

4 鈣敏感受體與消化系統(tǒng)疾病

4.1胃癌 CaSR具有促進(jìn)胃癌發(fā)展的作用,CaSR通過膜上鈣通道介導(dǎo)了胃癌細(xì)胞內(nèi)鈣的増加,進(jìn)而激活下游的PI3K/AKP和β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號(hào)通路促進(jìn)胃癌細(xì)胞的増殖、遷移及侵襲能力。CaSR在胃癌中表達(dá)含量與腫瘤大小、分化、分期與及預(yù)后相關(guān)。CaSR在中期分化的胃癌組織中表達(dá)最高,這可能提示CaSR主要是參與胃癌的早中期階段。鈣可能增強(qiáng)CaSR的表達(dá)和功能,從而潛在地促進(jìn)胃癌的發(fā)生。這對(duì)臨床上胃癌病人的營(yíng)養(yǎng)支持治療具有重要的指導(dǎo)意義,治療中要嚴(yán)格控制Ca2+的攝入。CaSR可能成為胃癌治療及預(yù)后判斷的新指標(biāo),研發(fā)CaSR的抑制劑能有效干預(yù)腫瘤的増殖及遷移,抑制胃癌發(fā)生發(fā)展,也許未來針對(duì)CaSR及離子通道為靶點(diǎn)的抗癌藥物會(huì)為胃癌的臨床治療帶來新的曙光。CaSR激活通過TRPV4通道和下游AKT /β-catenin途徑觸發(fā)Ca2+進(jìn)入,從而促進(jìn)胃癌的生長(zhǎng)。

4.2腸道的炎癥與癌癥 CaSR缺失會(huì)導(dǎo)致結(jié)腸炎。在葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘發(fā)結(jié)腸炎的研究中發(fā)現(xiàn),敲除腸上皮中CaSR的小鼠與同齡野生小鼠相比,表現(xiàn)出更嚴(yán)重的結(jié)腸炎,并且恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng),且DSS后第13天結(jié)腸的總體形態(tài)和組織病理學(xué)結(jié)果顯示,野生型小鼠預(yù)后良好,CaSR敲除小鼠仍然表現(xiàn)出嚴(yán)重的結(jié)腸炎癥和黏膜損傷,表明CaSR在維護(hù)腸道黏膜屏障和腸道免疫力方面具有重要作用。因此,CaSR可作為炎癥性腸道疾病的治療靶標(biāo)。

CaSR具有抑制結(jié)腸腫瘤的作用,CaSR在正常結(jié)腸黏膜中大量表達(dá),而在高分化的結(jié)腸癌中CaSR表達(dá)較弱,在低分化癌中則檢測(cè)不到CaSR表達(dá)。在結(jié)腸癌,激活的CaSR通過抑制細(xì)胞內(nèi)β-catenin,調(diào)控細(xì)胞周期關(guān)鍵蛋白,抑制癌細(xì)胞的增殖。

4.3胰腺炎癥及胰腺癌 CaSR可以通過觸發(fā)導(dǎo)管電解質(zhì)和液體分泌來監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)胰液中的Ca2+濃度,從而減少導(dǎo)管腔內(nèi)Ca2+鹽的沉淀,降低碳酸鹽結(jié)石形成和胰腺炎的風(fēng)險(xiǎn)。此外,CaSR在NCX1的調(diào)解下,促使細(xì)胞外的鈣離子大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),激活的CaSR可以抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路,抑制胰腺癌細(xì)胞的增殖。

5 展望

近年來,CaSR在消化系統(tǒng)中的作用已成為一個(gè)新的研究方向。CaSR作為治療消化系統(tǒng)疾病的新靶點(diǎn)具有廣泛的臨床意義。