鈣敏感受體與泌尿系疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

崔慶鵬 羅云 熊磊 范世成 朱元全 李同海 羅鈺輝

鈣敏感受體(calcium-sensing receptor,CaSR)是一個(gè)C族G蛋白偶聯(lián)受體，自從1993年首次被發(fā)現(xiàn)后，就受到了人們的重視[1]。目前，很多研究闡述了CaSR與心血管疾病[2]、腫瘤[3]及缺氧損傷[4]等的關(guān)系，但CaSR與泌尿系疾病的關(guān)系還未有系統(tǒng)的闡述。CaSR廣泛表達(dá)于腎臟組織[5,6]，與許多泌尿系疾病有著密不可分的聯(lián)系。泌尿系結(jié)石作為一種全球性疾病，其發(fā)病率呈上升趨勢(shì)[7]，研究表明CaSR的過(guò)度激活可能是高鈣尿癥產(chǎn)生從而導(dǎo)致泌尿系結(jié)石形成的原因之一[8]；美國(guó)最新的癌癥統(tǒng)計(jì)表明前列腺癌是男性發(fā)病率最高(占所有癌癥的20%)死亡率第二(占所有癌癥死亡人數(shù)的10%)的腫瘤[9]，因而引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視。已有研究表明，CaSR的高表達(dá)可能與前列腺癌的發(fā)生及轉(zhuǎn)移有關(guān)[10]；腎癌為泌尿系發(fā)病率第三的腫瘤[11],現(xiàn)有的研究表明，CaSR高表達(dá)可能與腎癌的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[12]，腎纖維化是所有腎臟疾病的終末期表現(xiàn)，延緩及逆轉(zhuǎn)腎纖維化的進(jìn)展是慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)的關(guān)鍵，相關(guān)研究表明CaSR激活可能起到延緩腎臟纖維化的作用[13]。但目前關(guān)于CaSR在泌尿系各個(gè)疾病中作用機(jī)制的研究還不明確，也缺乏系統(tǒng)的闡述，本文就CaSR的基本結(jié)構(gòu)及其功能以及其與泌尿系疾病關(guān)系的研究進(jìn)展作一文獻(xiàn)綜述，為以CaSR為靶點(diǎn)的藥物治療提供一些理論基礎(chǔ)。

1 鈣敏感受體(CaSR)的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 CaSR的結(jié)構(gòu) 鈣敏感受體(CaSR)自1933年被Brown等[1]首次在牛甲狀旁腺細(xì)胞發(fā)現(xiàn)后，越來(lái)越受到了人們的重視。人的CaSR基因位于3號(hào)染色體(3q21～24,chr3q13.3～21),由1 078個(gè)氨基酸殘基組成。有7個(gè)外顯子，2個(gè)啟動(dòng)子。兩個(gè)啟動(dòng)子都受到了維生素D反應(yīng)元件的調(diào)節(jié)[14]，維生素D3可促進(jìn)其表達(dá)。Tennakoon等[15]研究發(fā)現(xiàn)CaSR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由三部分組成:(1) 胞外區(qū)氨基結(jié)構(gòu)域(extracellular N terminal domain，ECD)，由612個(gè)氨基酸組成，呈親水性，形成二聚體，是受體與激動(dòng)劑互相結(jié)合的位點(diǎn);(2) 跨膜結(jié)構(gòu)域(transmembrane domain，TMD)，由 250個(gè)氨基酸殘基組成的7次跨膜區(qū)域，為 G 蛋白偶聯(lián)受體家族的特征性結(jié)構(gòu)，形成3個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)和3個(gè)細(xì)胞外環(huán)，功能是進(jìn)行細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);(3)胞內(nèi)羧基結(jié)構(gòu)域(intercellular domain，ICD)，由 217 個(gè)氨基酸組成，與G蛋白進(jìn)行偶聯(lián)，含有蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)和蛋白激酶 A(protein kinase A，PKA) 的磷酸化位點(diǎn)。通過(guò)一系列的信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)影響細(xì)胞功能。CaSR廣泛表達(dá)于甲狀旁腺、腎臟、骨等組織，對(duì)體內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)起到了重要作用[16,17]。

1.2 CaSR的功能及其介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 CaSR的主要作用是調(diào)節(jié)與維持細(xì)胞內(nèi)外Ca2+的平衡與穩(wěn)定，同時(shí)參與調(diào)控細(xì)胞的分泌、增殖、分化、趨化、凋亡等活動(dòng)，并且在基因表達(dá)、維持膜電位、離子通道開(kāi)關(guān)、衰老等過(guò)程中也起到一定作用[18-20]。

當(dāng)血清鈣離子升高時(shí)，CaSR被激活，抑制甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)分泌和1,25(OH)2D3的合成，并刺激降鈣素(calcitonin，CT)的分泌，使血鈣降低；反之，當(dāng)Ca2+濃度過(guò)低時(shí)，CaSR活性下調(diào)，抑制降鈣素(calcitonin)釋放，促進(jìn)PTH釋放[21]，血鈣升高。

在細(xì)胞中，當(dāng)Ca2+、Mg2+、Be2+等配體與CaSR胞外區(qū)氨基結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，使CaSR構(gòu)象發(fā)生改變，激活G蛋白，活化的G蛋白可以激活磷脂酶C(phospholipase C，PLC)，并催化磷酯酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositalbiphosphate，PIP2)產(chǎn)生三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-triphosphate，IP3)和甘油二酯(diacylglycerol，DAG)，IP3和DAG分別促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上IP3受體激活，鈣離子通道開(kāi)放，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度上升[22](GaSR等G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)簡(jiǎn)單過(guò)程見(jiàn)圖1)。作為一個(gè)重要的第二信使，胞質(zhì)中Ca2+濃度升高后，結(jié)合鈣調(diào)蛋白傳遞信號(hào)，激活鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性激酶，激活各種效應(yīng)蛋白，在收縮和運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)代謝、神經(jīng)遞質(zhì)的合成、細(xì)胞分泌和分裂、細(xì)胞凋亡等等眾多生理過(guò)程中起到了重要作用[23]。

2 CaSR與泌尿系疾病

2.1 CaSR與泌尿結(jié)石 泌尿系結(jié)石是一種全球性疾病，近年來(lái)發(fā)病率在全世界范圍內(nèi)明顯升高[7]。目前研究表明CaSR在泌尿系結(jié)石的形成中具有重要作用。泌尿系結(jié)石中80%以上為含鈣的結(jié)石，且泌尿系結(jié)石患者中有40%存在著特發(fā)性高鈣尿癥[24]。腎臟中表達(dá)的CaSR在鈣的重吸收中取到了重要作用。

圖1 鈣敏感受體作用示意圖

在近端小管(proximal tubule，PT)，表達(dá)于近端小管刷狀緣頂端膜上的CaSR通過(guò)調(diào)控1，25-(OH)2D3及抑制非甲狀旁腺素依賴(lài)的1，25-(OH)2D3對(duì)鈣的重吸收產(chǎn)生影響[25,26]。CaSR 一方面通過(guò)降低甲狀旁腺素磷酸化增加近端小管對(duì)磷的重吸收; 另一方面通過(guò)抑制1，25-(OH)2D3的作用進(jìn)而抑制鈣的重吸[27]。

在髓攀升支粗段(thick ascending limb，TAL)，大約一半的鈣的重吸收通過(guò)經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)行，CaSR通過(guò)抑制甲狀旁腺素減少這一途徑鈣的重吸收；另一半的鈣則通過(guò)細(xì)胞旁途徑進(jìn)行重吸收，CaSR 可增加緊密連接蛋白14(The tight junction protein claudin-14，CLDN14/Claudin14)的表達(dá)水平而減少鈣的重吸收[28]。

在遠(yuǎn)曲小管(distal convoluted tubule，DCT)，CaSR激活可減少瞬時(shí)感受電位通道(Transient receptor potential cation channel subfamily V member 5，TRPV5)的表達(dá)，從而減少鈣的重吸收[29]。

在集合管(ollecting tube，CT)，CaSR 通過(guò)減少水通道蛋白2(quaponn-2，APQ2)的表達(dá)及增加質(zhì)子泵的活性起到稀釋、酸化尿液降低尿中鈣的溶解性的作用[30]。因此腎臟組織表達(dá)的CaSR在維持腎臟中鈣離子的穩(wěn)定起到了重要作用。

王少剛等[8]研究發(fā)現(xiàn)遺傳性高鈣尿結(jié)石大鼠腎臟組織CaSR mRNA表達(dá)高于正常野生型大鼠，他們認(rèn)為腎組織CaSR mRNA高表達(dá)及其第7外顯子Glu1024Lys替換可能是特發(fā)性高鈣尿癥發(fā)病的分子機(jī)制之一。祝家興等[31]研究表明含鈣腎結(jié)石患者腎臟CaSR mRNA及蛋白表達(dá)均低于正常人。關(guān)于CaSR基因多態(tài)性與泌尿系結(jié)石的關(guān)系，目前的研究結(jié)果也不一致。Vezzoli等[32]認(rèn)為CaSR基因突變并不會(huì)增加泌尿系結(jié)石形成的風(fēng)險(xiǎn)。謝坤等[33]研究也表明CaSR基因第7外顯子第986、990多態(tài)性位點(diǎn)與泌尿系結(jié)石的形成無(wú)直接相關(guān)性。

國(guó)外一項(xiàng)薈萃分析表明,CaSR基因A986S多態(tài)性的SS基因型是亞洲人和PHPT患者尿石癥的危險(xiǎn)因素，卻是白種人的保護(hù)因素[34]。R990多態(tài)性的GG基因型與尿石癥的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，特別是在白種人和健康人群中。關(guān)于尿鈣濃度關(guān)聯(lián)，具有G等位基因的個(gè)體具有比非攜帶者更高水平的尿鈣。Shakhssalim等[35]研究也表明CaSR的第7個(gè)外顯子中3個(gè)SNP (986S、990G、1011Q) 可以增加含鈣結(jié)石的形成的風(fēng)險(xiǎn)。因此，目前關(guān)于CaSR的表達(dá)在泌尿系結(jié)石的形成中起促進(jìn)作用或者是抑制作用還未有明確的結(jié)論。進(jìn)一步的研究對(duì)闡明結(jié)石的病因及預(yù)防治療可能有重要作用。

2.2 CaSR與前列腺癌 在西方國(guó)家，前列腺(Prostate,Pca)癌是男性患者腫瘤中發(fā)病率第一，死亡率第二的惡性腫瘤[8]，嚴(yán)重威脅著老年男性的健康。我國(guó)前列腺癌的發(fā)病率雖然低于發(fā)達(dá)國(guó)家，但近年來(lái)呈上升趨勢(shì)[36]。目前認(rèn)為，前列腺癌的發(fā)展及骨轉(zhuǎn)移與CaSR及Ca2+關(guān)系密切。其作用機(jī)制(圖1)是配體與CaSR結(jié)合后，G蛋白結(jié)構(gòu)域別構(gòu)激活，引起PLC的激活，并催化PIP 2 產(chǎn)生IP 3 和DAG，DAG 誘導(dǎo)激活PKC，再激活Ras蛋白，進(jìn)一步激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[37]；同時(shí)，CaSR也能激活MAPK途徑的多種信號(hào)蛋白，例如氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,c-Jun)、MAPK、p38(一種蛋白激酶)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)；最后，CaSR還可以通過(guò)激活核轉(zhuǎn)錄因子кB信號(hào)通路、激活物蛋白-1的表達(dá)，從而影響細(xì)胞的多種生理活動(dòng)。

有學(xué)者認(rèn)為前列腺癌的發(fā)生發(fā)展可能是由Ca2+介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)增強(qiáng)導(dǎo)致的，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明CaSR拮抗劑NPS2143和Calhex 231可抑制人前列腺癌細(xì)胞(PC-3細(xì)胞)增殖和遷移，并且使CaSR表達(dá)下調(diào)[10]。這表明CaSR抑制劑作為前列腺癌新型藥物治療的潛力。前列腺癌與鈣離子通道阻滯劑已成為人們研究的熱點(diǎn)之一。

鈣通道阻滯劑可能通過(guò)減少前列腺細(xì)胞鈣運(yùn)輸和增加鈣的釋放來(lái)抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)，從而使前列腺癌細(xì)胞凋亡[38,39]。Bernichtein等[40]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中研究表明高鈣飲食通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞增殖，微侵襲，組織炎癥和前列腺癌標(biāo)志物的表達(dá)從而加速前列腺上皮內(nèi)瘤變形成的進(jìn)展。引人注目的是，膳食中的維生素D可以防止這些鈣引發(fā)的致瘤作用。表達(dá)譜分析和體外機(jī)制研究表明，用細(xì)胞外Ca2+刺激PC-3細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞增殖，人瞬時(shí)陽(yáng)離子受體通道6(transient receptor potential protein family-6，TRPC6)和CaSR表達(dá)的增加。而給予活性維生素D代謝物鈣三醇逆轉(zhuǎn)了所有這些效果，且可以在鈣刺激的PC3細(xì)胞中沉默CaSR和TRPC6表達(dá)，降低癌細(xì)胞的增殖。Huang等[41]研究表明細(xì)胞外Ca2+促進(jìn)雄激素受體缺陷和高轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)胞系(DU145和PC-3)的遷移，并且還表明細(xì)胞外Ca2+通過(guò)CaSR介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)細(xì)胞蛋白A裂解并促進(jìn)AR缺陷和高轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)胞中的遷移。Ahearn等[42]研究表明CaSR在前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移中起重要作用，且CaSR表達(dá)與致死性前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，特別是在具有低維生素D受體(VDR)表達(dá)的腫瘤中。Feng等[43]發(fā)現(xiàn)從骨中獲得的轉(zhuǎn)移性前列腺癌組織具有比原發(fā)性前列腺癌更高的CaSR表達(dá)(P<0.05)。癌癥組織中CaSR的表達(dá)與癌癥分化的階段或狀態(tài)無(wú)關(guān)。這些結(jié)果表明CaSR可能在促進(jìn)前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移中起作用，因此提高了用基于CaSR的療法降低這種轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)的可能性。在基因多態(tài)性方面，研究顯示，rs1725122與前列腺癌及乳腺癌有明顯的相關(guān)性，攜帶純合子變體會(huì)顯著增加乳腺癌和前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)[43]。而另一項(xiàng)薈萃研究則表明在所有遺傳模型中，CASR rs1801725，rs1042636，rs12485716，rs4678174，rs1801726，rs17251221，rs10934578和rs2270916多態(tài)性與癌癥風(fēng)險(xiǎn)之間無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)[44]。

2.3 CaSR與腎細(xì)胞癌 在我國(guó),腎細(xì)胞癌(renal cell carcinoma，RCC)是泌尿系中發(fā)病率僅次于膀胱癌和前列腺癌腫瘤，在多種成人惡性腫瘤中所占比例約為2%～3%,近些年在全世界的發(fā)病率有上升的趨勢(shì)[11]。CaSR與Ca2+在RCC的發(fā)生發(fā)展中的作用與CaSR介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)(詳見(jiàn)圖1)。Znaor等[45]研究發(fā)現(xiàn)包括CaSR在內(nèi)的10個(gè)基因在腎細(xì)胞癌的發(fā)生和增殖中起著至關(guān)重要的作用，它們與免疫反應(yīng)，代謝過(guò)程，細(xì)胞周期調(diào)節(jié)，血管生成和離子轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。

骨組織是腎細(xì)胞癌(RCC)轉(zhuǎn)移的主要部位之一。在骨組織中，鈣離子的濃度非常高。細(xì)胞通過(guò)鈣敏感受體(CaSR)識(shí)別細(xì)胞外鈣。Yuan等[46]在腎切除術(shù)后5年內(nèi)沒(méi)有轉(zhuǎn)移或發(fā)生骨或肺轉(zhuǎn)移的患者的腫瘤組織和原發(fā)腫瘤細(xì)胞中定量CaSR。發(fā)現(xiàn)在發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的患者的組織樣本和原代細(xì)胞中，CaSR表達(dá)明顯增強(qiáng)。在功能上，分析顯示骨轉(zhuǎn)移細(xì)胞對(duì)增殖和趨化性遷移的敏感性更高。這些效應(yīng)是由CaSR的下游靶標(biāo)AKT(PKA與PKC的相關(guān)激酶，related to the A and C kinase,RAC-PK)，PLCg，JNK(c-Jun氨基末端激酶，c-Jun N-terminal kinase)和p38(一種應(yīng)激激活的蛋白激酶)的活性增強(qiáng)引起的。Joeckel等[47]研究結(jié)果表明CaSR的表達(dá)在骨轉(zhuǎn)移患者的標(biāo)本和細(xì)胞中最高。細(xì)胞外鈣通過(guò)高表達(dá)的CaSR及其下游信號(hào)通路促進(jìn)骨轉(zhuǎn)移RCC細(xì)胞的細(xì)胞遷移和增殖。他們認(rèn)為CaSR可被視為預(yù)測(cè)RCC骨轉(zhuǎn)移的新預(yù)后標(biāo)志物。Huang等[48]研究表明CaSR介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子CREB影響細(xì)胞骨架基因表達(dá)。添加NPS2390(特異性CaSR拮抗劑)可以對(duì)抗這一效果。

2.4 CaSR與腎纖維化 腎纖維化(renal fibrosis)是腎實(shí)質(zhì)逐漸瘢痕化,腎功能逐漸喪失的病理過(guò)程，是各種不同病因的腎性疾病發(fā)展致終末期腎衰竭的共同病理表現(xiàn)。因此,延緩及逆轉(zhuǎn)腎纖維化的進(jìn)展是慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)的關(guān)鍵。

Abdullah等[49]研究表明在 mTAL 細(xì)胞上，CaSR通過(guò)Gi蛋白偶聯(lián)機(jī)制激活鈣調(diào)蛋白(calmodulin;CaM)和活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)，通過(guò)PKC依賴(lài)的方式增加腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)基因的轉(zhuǎn)錄，增加了TNF-α的分泌水平。TNF-α可以上調(diào)單核細(xì)胞化學(xué)誘導(dǎo)蛋白(monocyte chemoattractnt protein-1，MCP-1)、血管細(xì)胞黏附分子-1(vacular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和細(xì)胞間黏附分子-1(inter cellular adhe-sion molecule-1，ICAM-1)的表達(dá)，導(dǎo)致大量的單核/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等炎性細(xì)胞趨化聚集至受損腎間質(zhì)并被激活，釋放IL-1、IL-6等更多的炎性因子，一方面進(jìn)一步加強(qiáng)炎性反應(yīng)，產(chǎn)生“級(jí)聯(lián)放大”作用，另一方面使腎小管上皮細(xì)胞、血管及其周?chē)M織的損傷進(jìn)一步加重。損傷和再生的腎小管上皮細(xì)胞則可以產(chǎn)生更多的腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)，而 TNF-α可刺激成纖維細(xì)胞的增殖，介導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，合成大量膠原等細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular Matrix,ECM)，加速腎臟纖維化進(jìn)程[50]。

腎臟纖維化是以細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的異常沉積為特征的。Wu等[13]研究發(fā)現(xiàn)CaSR激動(dòng)劑cinacalcet使Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型膠原的ECM組分表達(dá)降低0.25%。此外，CaSR激動(dòng)劑西那卡塞可部分地消除了由TGF-β1誘導(dǎo)的膠原蛋白的上調(diào)，從而起到降低腎纖維化的作用。該研究提供了腎纖維化中CaSR活化對(duì)腎小管上皮保護(hù)作用的證據(jù)，這一作用可能通過(guò)抑制腎小管上皮細(xì)胞中的膠原蛋白表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其作用機(jī)制可能與TGF-β/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制有關(guān)。同時(shí)他的研究還表明CaSR介導(dǎo)小鼠集合管細(xì)胞中白細(xì)胞介素(interleukin，IL-1β)誘導(dǎo)的膠原蛋白表達(dá)，選擇性CaSR抑制劑(Calhex231或NPS2143)或CaSR的小干擾RNA(Small interfering RNA;siRNA，siRNA)可以減弱Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的增強(qiáng)表達(dá)。這些結(jié)果表明IL-1β誘導(dǎo)的集合管細(xì)胞中的膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ的表達(dá)可能部分由CaSR介導(dǎo)[51]。但目前關(guān)于CaSR與腎纖維化的相關(guān)研究較少，具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

在不同的疾病中，CaSR作用機(jī)制并不相同。尚需進(jìn)一步研究來(lái)了解CaSR在這些疾病發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制，為CaSR成為臨床治療的靶點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。我們可以利用CaSR的激動(dòng)劑或拮抗劑來(lái)治療上述相關(guān)疾??；我們還可以在基因水平對(duì)CaSR加以修飾，有針對(duì)性地上調(diào)或者下調(diào)CaSR的表達(dá)，來(lái)治療上述疾病或是抑制上述疾病(特別是前列腺癌和腎癌)的進(jìn)展，為泌尿系疾病的治療提供新方法。