CASR和VDR基因相关信号通路与尿石症发病机制的研究进展

李静玲，王振丞，何超勇，秦德强，李 颢

(昆明医科大学第一附属医院泌尿外科，云南昆明 650032)

尿石症是泌尿外科最常见的疾病之一，其发病机制仍然不确切，一般认为与性别、年龄、种族、职业、地理环境、气候、体质量、糖尿病和代谢综合征、心血管疾病、水的摄入量、形成结石盐的饱和状态、尿液中晶体的生长和聚集(草酸钙盐、磷酸钙盐)、结石形成的抑制物和促进物、结石的非结晶成分(黏蛋白、蛋白质、糖类及尿液中抑制物)等多种因素有关[1-3]。近些年，随着关于尿石症发病机制相关信号通路研究的深入，发现钙敏受体-维生素D受体(calcium sensitive receptor-vitamin D receptor, CASR-VDR)信号通路可能参与尿石症的发生。

1 CASR和VDR基因相关信号通路概述

CASR在钙的处理中起到非常重要的作用，血清钙通过刺激CASR增加闭合蛋白-14的表达，阻断闭合蛋白16/19复合物形成的钙通道，从而减少细胞旁路中钙的重吸收[4-5]。CASR和VDR相关信号可以被不同的刺激因素激活或抑制，形成各自相关的信号通路，激活或抑制不同的转录因子、底物蛋白，介导不同的生物学功能效应。TFELT-HANSEN等[6]发现了CASR在H500细胞中 激活PKC、ERK1/2、JNK、p38 MAPK、JNK通路及ATF的磷酸化(下游转录因子)等一系列CASR相关信号通路来调控甲状旁腺素的释放，从而参与代谢性疾病氟骨症的形成。在肿瘤性疾病方面有研究证实CASR可通过2条信号通路途径调控胃癌的发生发展，一方面CASR可通过Gaq/11、磷脂酞肌醇磷脂酶C(PI-PLC)、1,4,5一三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DAG)、PKC、RAC、MAPK、cAMP、ERK1/2等一系列信号通路代谢途径参与胃癌细胞的增值[7-8]；另一方面CASR可介导TRPV4、AKT和β-catenin信号通路促进胃癌细胞的增殖、迁移，并增强其侵袭能力[9]。甚至在乳腺癌发病机制的研究中也有能证明CASR可依赖通过PLC/PKC途径发生的磷酸化及激活ERK1/2的研究。

VDR的活性形式1,25-二羟维生素D3能介导跨细胞钙吸收，能增加肠上皮细胞刷状缘的通透性[10]。VDR的代谢物1,25-dihydroxyvitamin-D3和其类似物可以拮抗肠癌细胞中的Wnt信号通路[11]，而β-catenin是Wnt信号通路中的关键，Wnt/β-catenin 通路可调节参与前列腺癌发生发展的机制[12]。VDR可以与维生素D结合直接通过β-catenin途径阻止TCF-4/LEF-1转录因子的结合从而下调其表达[13]。其次VDR可以依靠于配体结合调节靶基因的转录水平，JOHNSON等[14]用肿瘤老鼠模型证实了VDR依赖性蛋白Dickkopf-1可下调β-catenin的水平从而抑制Wnt信号传导。CASR和VDR已经被证实与肿瘤性疾病钙磷代谢等密切相关，而尿结石的形成与钙离子代谢之间又存在着必然的联系，所以我们希望通过对CASR、VDR相关信号通路的研究，分析尿石症与肿瘤性疾病之间的关系及其临床意义，从而进一步探索尿石症的发病机制。

2 CASR、VDR基因在尿石症中的作用

结石由晶体和非晶体(基质)构成，其中晶体构成了结石的大部分，根据晶体的不同，可将泌尿系结石分为含钙结石(最常见)、尿酸结石、感染性结石(磷酸铵镁结石)和胱氨酸结石。其中以草酸钙、磷酸钙结石较为常见，尿石症的危险因素包括高钙尿、高草酸尿、高磷酸尿、高尿酸尿、高胱氨酸尿、高柠檬酸尿、低枸橼酸尿、低尿量、缺乏抑制结石形成的物质、结石形成促进物的过表达等[15]。CASR主要分布于肾小管及甲状旁腺，可通过血钙浓度波动调节体内钙稳态[16]。当血钙升高时，高钙血症对钙的转运抑制作用大于髓袢对钠钙吸收的抑制作用，导致尿钙增加[17]，降钙素释放，甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)分泌受到抑制，而PTH可调控磷酸钠盐的转运，升高的钙及减少的PTH可抑制远端小管重吸收钙离子最终导致肾脏对钙离子的排泄增加形成高钙尿[18]。CASR能够耦合TRPC3介导肾近端小管中钙离子的转运，减轻Henle环中磷酸钙晶体的形成从而导致尿石症的发生[13]。CASR亦被证实能够通过络合钙抑制肾近端小管中二羧酸盐和柠檬酸盐的转运，从而降低含钙肾结石的发生发展过程，而尿液中羧酸盐和柠檬酸盐水平升高会增加尿草酸钙的饱和度，从而形成草酸钙结石[19]。

VDR在肠道、肾脏、骨组织细胞上均有表达[20]。其中肠道内的VDR生物学功能主要表现为调控小肠增加钙、磷的吸收。肾脏内的VDR生物学功能主要表现为调控肾近端小管增加钙、磷的重吸收。骨组织的VDR生物学功能主要表现为抑制破骨细胞的增殖，促进破骨细胞钙磷的释放。有研究证实有活性的1,25-dihydroxyvitamin-D3在与肾脏、肠、骨的一系列反应中会降解为无活性的24，25(OH)D，而VDR可以与之结合调节基因转录水平及矿物质离子代谢的稳态。VDR可以通过调控尿钙排泄间接影响枸橼酸盐的排泄[21]，而枸橼酸是泌尿系结石主要成分，是草酸钙和磷酸钙晶体的强效抑制剂[22]。VDR影响NaDC1的转运活性，导致肾近曲小管对枸橼酸的重吸收增加，进而导致高钙尿的发生，参与代谢性疾病尿石症的形成[23]。

3 CASR和VDR基因相关信号通路与尿石症

WALKER等[19]的研究发现CASR可通过CASR-Gq-PKC信号传导途径作用于肾小管来调节尿柠檬酸盐的转运，降低尿钙抑制结石的形成。HOU等[24]的研究表明CASR被细胞外钙诱导激活后，抑制microRNA(miR-9和miR-374)的转录表达，进而增加CLDN14的水平，从而抑制了CLDN16和CLDN19组成的钙离子通道的通透性，并以此调控尿石症的发生。

LI等[25]研究发现氯化扎可激活HK-2细胞或者老鼠的CASR，引起ERK、c-JNK、p38-MAPK的上调，而NPS2390刚好能够抑制这一反应过程。p38-MAPK信号通路作为肾上皮细胞中DNA合成的关键信号通路，可以被草酸盐和草酸钙通过氧化应激反应激活，引起肾脏中晶体沉积、聚集参与结石的形成[26-29]，而VDR基因目前已经在绝大多数基因水平研究中证实与尿石症的发生密切相关，但是通过哪种具体的信号途径影响肾结石的发生发展我们知之甚少。

近年来，研究发现CASR-VDR信号转导在尿石症患者中高表达，相关信号通路机制图如图1所示。MAITI等[30]于2008年构建了CASR诱导人肾近端HK-2G细胞模型。当肾近端小管的血钙离子水平降低时，PTH会降低VDR水平， 且在体外HG-2K细胞实验中证实了CASR激活可诱导VDR的表达。表明了CASR主要利用Gq/11信号通路偶联，激活PLC和P38-MAPK途径及p38磷酸化，而不是ERK1/2进而激活ATF2调控VDR的表达，但没有确切的依据证实ATF2调控VDR的表达。HOWLES等[7]于2019年的研究中指出CYP24A1基因预计会影响VDR代谢，其SNP位点与血清钙密切相关，提出了CASR与配体钙结合后一方面可通过Gαi/o的G蛋白信赖性途径直接激活MAPK和下调cAMP;另一方面可通过Gaq/11途径，调控IP3和DAG释放信号，DAG激活PKC和Ras后刺激MAPK和下调cAMP进而经过一系列代谢途径参与肾结石的形成，但对CASR、VDR基因通过哪种确切的信号通路调控肾结石的形成没有提供确切的依据。CASR能激活MAPK、ERK1/2、PTH、PKA、FGF相关蛋白，而FGF-23(一种肾磷酸盐消耗罕见疾病相关蛋白)通过磷酸化作用会抑制1α,25-dihydroxyvitamin-D的合成，减少肠道对磷酸盐的吸收，进而降低体内磷酸钠盐水平，磷酸盐代谢与钙离子代谢密切相关，从而参与尿石症的发生[31-33]。PTHrp(甲状旁腺激素相关肽)是一种血管纤维生成和上皮再生的多功能因子，Erk1/2信号通路决定了其体外直接作用，PTH在肾脏中可结合PTH1R增加钙的重吸收并降低肾小管对磷的重吸收，同时也可刺激1,25-二羟维生素D3的合成，增加肠道对钙磷的重吸收[34]。

4 总结与展望

CASR和VDR相关信号通路与尿石症发生的机制的研究中涉及的各种酶、上下游底物蛋白、激活物及抑制物、配体、中间代谢产物、作用元件、结合位点为进一步研究尿石症提供了理论借鉴和线索依据，但是CASR、VDR基因所涉及的其他相关信号通路互相交错、错综复杂，相互作用有待进一步探索研究，估计在不久的将来，随着CASR和VDR相关信号通路在不同类型疾病领域当中作用越来越深入的研究，CASR和VDR代谢途径极有可能成为尿石症病因学研究的热点之一。