CaSR基因的研究进展

何林波 张丽 刘妍妍 金鑫 倪言 伊丽达娜·迪力木拉提 曹忻

CaSR基因的研究进展

何林波①张丽①刘妍妍①金鑫①倪言①伊丽达娜·迪力木拉提①曹忻②*

（①西北民族大学生命科学与工程学院 甘肃 兰州 730030 ②西北民族大学实验教学部 甘肃 兰州）

钙敏感受体(Calcium sensing receptor,CaSR)在调节机体Ca2+浓度、细胞增殖、分化和凋亡过程中发挥着及其重要的作用。钙敏感受体基因在不同组织中的表达差异和突变会影响CaSR的活性，从而改变机体各组织器官的正常功能，引发相关疾病。本文从CaSR的结构和功能、在不同组织器官中的表达差异以及与肿瘤发生的关系等方面进行了综述。

游离的Ca2+是一种普遍存在动物机体内的信号分子，不仅参与细胞内的重要代谢调节，而且对机体内的大多数生理生化过程都有影响。Ca2+作为信号分子参与转导依赖于细胞膜或者是细胞里面的Ca2+受体，因为Ca2+受体能感受Ca2+浓度的微弱变化，继而将信息传递给相应的细胞，促使细胞调整它们的功能。在胚胎发育、细胞分化，基因转录和酶的调控等过程中，Ca2+都是细胞内必不可少的调节因子[1, 2]。CaSR属于G蛋白偶联受体家族的成员之一，近几年来，关于CaSR在维持机体Ca2+稳态以及对其他细胞、组织、器官中作用的研究越来越多。

1 CaSR的结构特点

CaSR由3255bp的ORF基因编码，共编码1085个氨基酸残基，具有3个结构域，1个7次跨膜结构域，1个胞外亲水性氨基末端和1个胞内的疏水性羧基末端(Nemeth 2004 )[3]。N端结构域由613个具有亲水性氨基酸残基组成，位于细胞膜外，分布有9个N连接糖基化位点，该结构域是CaSR与Ca2+等激动剂结合的部位，对二价的阳离子(比如Gd2+、Mg2+)、抗生素(新霉素)、氨基酸和多胺类敏感，大多数情况下，CaSR在此形成二聚体[4]。跨膜部分是约250个氨基酸组成的疏水区，由包含蛋白激酶A(PKA)和蛋白激酶C(PKC)结合位点的7个跨膜片段构成。细胞膜内的C端大约由222个氨基酸残基所构成。

2 CaSR主要生理功能

在机体正常情况下，血清中Ca2+浓度具有一定范围，当细胞处于“静息期”时，细胞溶质中Ca2+的浓度维持在较低的水平；当细胞处于“动作期”时，胞外的Ca2+浓度将处于较高水平，这种稳态的维持主要依赖于甲状旁腺细胞表面的CaSR。CaSR通过感应血钙浓度的微弱变化控制甲状旁腺激素的释放，以此调节Ca2+进出细胞，达到维持Ca2+稳态的目的[5]。卢玉姗等人对CaSR+/+与CaSR-/-新生小鼠脑室管膜下带，来源的神经干细胞(neural stem cells, NSCs)进行体外培养，应用Hoechst 33342和TUNEL试剂盒标记凋亡细胞，观察CaSR对NSCs凋亡的影响。结果表明，在[Ca2+]0的生理范围内(1-3 mM)，随着[Ca2+]0升高，CaSR抑制NSCs凋亡，对NSCs起保护作用。当[Ca2+]0超过生理范围时，CaSR抑制NSCs凋亡的作用减弱，凋亡增加。观察CaSR基因缺失对NSCs分化能力的影响，结果显示CaSR基因缺失延迟NSCs向神经元、星型胶质细胞以及少突胶质细胞的增殖及分化，并抑制神经元和少突胶质细胞突起的生长[6]。有研究证实，在心肌细胞中由于钙敏感受体激活以后促进Ca2+从钙离子心肌肌浆网到线粒体的释放，从而引起心肌细胞的凋亡。这种凋亡是由CaSR调节促使的细胞内局部钙离子浓度过高所引起的[7]。

3 CaSR在不同组织器官中的表达及作用

3.1 CaSR在骨组织 CaSR的本质是一种糖蛋白，CaSR激活可以影响骨组织的代谢。有研究证实，CaSR在成骨细胞和破骨细胞都有表达，两者之间的动态平衡与骨质结构和正常功能密切相关[8]。CaSR可以通过成骨细胞中丝裂原活化蛋白激酶途径调节成骨细胞的生长，以此促进骨的形成，存在于破骨细胞中的CaSR可能通过核激活因子受体配体以及巨噬细胞集落刺激因子信号通路使破骨细胞凋亡[9]。Mentaverri等研究报道，与正常小鼠(CaR+/+)相比，CaR-/-小鼠中骨髓前体细胞分化为成熟破骨细胞的比例减少了70%。再者，正常小鼠机体(CaR+/+)中，破骨细胞的凋亡也与钙离子的高浓度密切相关，然而CaR-/-小鼠却没有该现象，证明CaSR基因的表达与破骨细胞的分化和凋亡有关[10]。

3.2 CaSR在脏器组织 2003年，Wang等[11]通过RT-PCR和免疫组织化学技术首次证实在大鼠整个心脏组织和培养的心室肌细胞中都存在CaSR的表达。细胞外Ca2+浓度增加以及其他CaSR激动剂可以通过G蛋白─磷脂酶C-三磷酸肌醇信号转导通路引起肌浆网Ca2+释放增加，Ca2+数量增加可引起心脏收缩，CaSR表达降低，引起肌浆网中Ca2+减少，心肌细胞兴奋─收缩藕联障碍，促使心肌收缩功能降低。CaSR在肾单位中也有表达，包括集合管两侧、远曲小管、皮质升支粗段、髓袢升支粗段、近直小管、近曲小管、肾小球部位。在近曲小管管腔内侧高表达，但在肾单位节段之间CaSR表达模式有所不同[12]。PTH对肾脏中Ca2+的代谢有着调控作用，Ca2+又可抑制PTH诱导的3，5环磷酸腺苷在近曲小管以及髓袢升支粗段的沉积，表明了Ca2+还可调节肾脏PTH的活性，抑制甲状旁腺分泌PTH。

3.3 CaSR在胃肠道 （1）胃肠道是动物主要的消化器官，其参与机体水盐平衡的调节。人和大鼠胃泌素分泌细胞(G细胞)中表达的CaSR通过PLC信号路径调控胃泌素的分泌，当CaSR受其激活剂激活时，它可促使细胞内钙浓度升高[13]。CaSR通过激活G细胞基底膜侧的壁细胞受体，从而活化顶端的H+-K+-ATP酶，导致酸分泌增加，壁细胞受体受到抑制后，使得酸分泌减少[14]。L-氨基酸是CaSR的变构激动剂，用不同浓度的L-氨基酸刺激胃腺时，得到了类似结论，即增加这些氨基酸的浓度导致胃酸分泌增加而不依赖胃泌素[15]。（2）CaSR在不同羊品种小肠中的表达存在差异，有研究报道，在湖羊十二指肠中，CaSR的表达水平明显高于在徐淮山羊中，而在徐淮山羊的回肠中表达水平高于湖羊，CaSR基因在盲肠和结肠中的表达量较低[16]。小肠上皮细胞中表达的CaSR影响着肠道的蠕动和肠内的液体分泌，从而调节营养物质的消化吸收[17]。有研究证明，日粮中蛋白含量的减少可降低猪小肠中CaSR的表达，从而影响胃肠激素的分泌[18]。人体大肠中，CaSR的表达主要在隐窝和绒毛上皮细胞顶膜以及基底外侧膜中[19]。CaSR基因的表达可以促进隐窝顶部细胞以及结肠成肌纤维细胞的增殖和分化[20]。

4 CaSR与肿瘤的研究

（1）据报道，CaSR在促进细胞增殖和分化以及增强细胞抗药性等方面具有重要作用，因而影响肿瘤的发生[21]。CaSR的表达水平增高时，导致某些肿瘤细胞增殖加快，诱导了肿瘤向骨转移的发生。在乳腺癌细胞中发现趋化因子和细胞生长因子的产生都与CaSR表达有关，并对溶骨性骨转移具有重要的作用[22]。在肾癌中，CaSR可促进30%-40%的肾部肿瘤发生骨转移，与未发生骨转移的患者相比，发生骨转移的患者CaSR表达量明显升高[23]。在前列腺癌患者中，发生骨转移的患者机体中CaSR表达量远远高于未发生骨转移的患者[24]。CaSR在肿瘤中的作用可能与细胞外高浓度Ca2+有关，因为Ca2+是影响肿瘤骨转移的其中一个因素，而且，有研究证明，饮食中钙含量较高时，CaSR表达水平上调，从而使前列腺肿瘤细胞具有更强的转移能力[25]。（2）CaSR也参与细胞的凋亡，抑制某些肿瘤细胞的增殖及分化，因而其表达能抑制某些肿瘤细胞的进一步癌变。有研究报道，在神经母细胞瘤中，CaSR在ERK1/2所介导的神经细胞凋亡的过程中发挥重要作用[26]。在胃癌的发生过程中，CaSR表达水平的降低，可以通过多个信号途径抑制胃癌细胞的增殖。在胰腺癌中，CaSR可以在NCX1的介导下使细胞外的Ca2+大量进入细胞，激活的CaSR通过抑制wnt/β-catenin信号路径从而抑制胰腺癌细胞的增殖[27]。大量研究表明，直肠中CaSR同样可以通过影响细胞中Ca2+的水平抑制直肠癌细胞的增殖[28]。

5 展望

目前对于CaSR基因的表达以及生理功能等方面的研究虽然较多，但许多功能实现的作用机制还不是十分清楚，有待于进一步研究发现。但可以肯定的是，CaSR与钙离子稳态以及相关疾病的发生有着密切的关系，未来可以通过对CaSR的作用机理进一步研究，有望为许多与此相关疾病提供预防和治疗的依据。

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（2019–05–21）

西北民族大学本科教学建设项目（2017XJJG-11）；西北民族大学实验室开放项目（SYSKF-2019190）；西北民族大学本科生科研创新项目（Y18076）

S813.1

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1007-1733(2019)08-0093-03