CASR和VDR基因相關(guān)信號通路與尿石癥發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

李靜玲，王振丞，何超勇，秦德強(qiáng)，李 顥

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，云南昆明 650032)

尿石癥是泌尿外科最常見的疾病之一，其發(fā)病機(jī)制仍然不確切，一般認(rèn)為與性別、年齡、種族、職業(yè)、地理環(huán)境、氣候、體質(zhì)量、糖尿病和代謝綜合征、心血管疾病、水的攝入量、形成結(jié)石鹽的飽和狀態(tài)、尿液中晶體的生長和聚集(草酸鈣鹽、磷酸鈣鹽)、結(jié)石形成的抑制物和促進(jìn)物、結(jié)石的非結(jié)晶成分(黏蛋白、蛋白質(zhì)、糖類及尿液中抑制物)等多種因素有關(guān)[1-3]。近些年，隨著關(guān)于尿石癥發(fā)病機(jī)制相關(guān)信號通路研究的深入，發(fā)現(xiàn)鈣敏受體-維生素D受體(calcium sensitive receptor-vitamin D receptor, CASR-VDR)信號通路可能參與尿石癥的發(fā)生。

1 CASR和VDR基因相關(guān)信號通路概述

CASR在鈣的處理中起到非常重要的作用，血清鈣通過刺激CASR增加閉合蛋白-14的表達(dá)，阻斷閉合蛋白16/19復(fù)合物形成的鈣通道，從而減少細(xì)胞旁路中鈣的重吸收[4-5]。CASR和VDR相關(guān)信號可以被不同的刺激因素激活或抑制，形成各自相關(guān)的信號通路，激活或抑制不同的轉(zhuǎn)錄因子、底物蛋白，介導(dǎo)不同的生物學(xué)功能效應(yīng)。TFELT-HANSEN等[6]發(fā)現(xiàn)了CASR在H500細(xì)胞中 激活PKC、ERK1/2、JNK、p38 MAPK、JNK通路及ATF的磷酸化(下游轉(zhuǎn)錄因子)等一系列CASR相關(guān)信號通路來調(diào)控甲狀旁腺素的釋放，從而參與代謝性疾病氟骨癥的形成。在腫瘤性疾病方面有研究證實(shí)CASR可通過2條信號通路途徑調(diào)控胃癌的發(fā)生發(fā)展，一方面CASR可通過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等一系列信號通路代謝途徑參與胃癌細(xì)胞的增值[7-8]；另一方面CASR可介導(dǎo)TRPV4、AKT和β-catenin信號通路促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖、遷移，并增強(qiáng)其侵襲能力[9]。甚至在乳腺癌發(fā)病機(jī)制的研究中也有能證明CASR可依賴通過PLC/PKC途徑發(fā)生的磷酸化及激活ERK1/2的研究。

VDR的活性形式1,25-二羥維生素D3能介導(dǎo)跨細(xì)胞鈣吸收，能增加腸上皮細(xì)胞刷狀緣的通透性[10]。VDR的代謝物1,25-dihydroxyvitamin-D3和其類似物可以拮抗腸癌細(xì)胞中的Wnt信號通路[11]，而β-catenin是Wnt信號通路中的關(guān)鍵，Wnt/β-catenin 通路可調(diào)節(jié)參與前列腺癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制[12]。VDR可以與維生素D結(jié)合直接通過β-catenin途徑阻止TCF-4/LEF-1轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合從而下調(diào)其表達(dá)[13]。其次VDR可以依靠于配體結(jié)合調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄水平，JOHNSON等[14]用腫瘤老鼠模型證實(shí)了VDR依賴性蛋白Dickkopf-1可下調(diào)β-catenin的水平從而抑制Wnt信號傳導(dǎo)。CASR和VDR已經(jīng)被證實(shí)與腫瘤性疾病鈣磷代謝等密切相關(guān)，而尿結(jié)石的形成與鈣離子代謝之間又存在著必然的聯(lián)系，所以我們希望通過對CASR、VDR相關(guān)信號通路的研究，分析尿石癥與腫瘤性疾病之間的關(guān)系及其臨床意義，從而進(jìn)一步探索尿石癥的發(fā)病機(jī)制。

2 CASR、VDR基因在尿石癥中的作用

結(jié)石由晶體和非晶體(基質(zhì))構(gòu)成，其中晶體構(gòu)成了結(jié)石的大部分，根據(jù)晶體的不同，可將泌尿系結(jié)石分為含鈣結(jié)石(最常見)、尿酸結(jié)石、感染性結(jié)石(磷酸銨鎂結(jié)石)和胱氨酸結(jié)石。其中以草酸鈣、磷酸鈣結(jié)石較為常見，尿石癥的危險(xiǎn)因素包括高鈣尿、高草酸尿、高磷酸尿、高尿酸尿、高胱氨酸尿、高檸檬酸尿、低枸櫞酸尿、低尿量、缺乏抑制結(jié)石形成的物質(zhì)、結(jié)石形成促進(jìn)物的過表達(dá)等[15]。CASR主要分布于腎小管及甲狀旁腺，可通過血鈣濃度波動調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)[16]。當(dāng)血鈣升高時(shí)，高鈣血癥對鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)抑制作用大于髓袢對鈉鈣吸收的抑制作用，導(dǎo)致尿鈣增加[17]，降鈣素釋放，甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)分泌受到抑制，而PTH可調(diào)控磷酸鈉鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)，升高的鈣及減少的PTH可抑制遠(yuǎn)端小管重吸收鈣離子最終導(dǎo)致腎臟對鈣離子的排泄增加形成高鈣尿[18]。CASR能夠耦合TRPC3介導(dǎo)腎近端小管中鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，減輕Henle環(huán)中磷酸鈣晶體的形成從而導(dǎo)致尿石癥的發(fā)生[13]。CASR亦被證實(shí)能夠通過絡(luò)合鈣抑制腎近端小管中二羧酸鹽和檸檬酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而降低含鈣腎結(jié)石的發(fā)生發(fā)展過程，而尿液中羧酸鹽和檸檬酸鹽水平升高會增加尿草酸鈣的飽和度，從而形成草酸鈣結(jié)石[19]。

VDR在腸道、腎臟、骨組織細(xì)胞上均有表達(dá)[20]。其中腸道內(nèi)的VDR生物學(xué)功能主要表現(xiàn)為調(diào)控小腸增加鈣、磷的吸收。腎臟內(nèi)的VDR生物學(xué)功能主要表現(xiàn)為調(diào)控腎近端小管增加鈣、磷的重吸收。骨組織的VDR生物學(xué)功能主要表現(xiàn)為抑制破骨細(xì)胞的增殖，促進(jìn)破骨細(xì)胞鈣磷的釋放。有研究證實(shí)有活性的1,25-dihydroxyvitamin-D3在與腎臟、腸、骨的一系列反應(yīng)中會降解為無活性的24，25(OH)D，而VDR可以與之結(jié)合調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄水平及礦物質(zhì)離子代謝的穩(wěn)態(tài)。VDR可以通過調(diào)控尿鈣排泄間接影響枸櫞酸鹽的排泄[21]，而枸櫞酸是泌尿系結(jié)石主要成分，是草酸鈣和磷酸鈣晶體的強(qiáng)效抑制劑[22]。VDR影響NaDC1的轉(zhuǎn)運(yùn)活性，導(dǎo)致腎近曲小管對枸櫞酸的重吸收增加，進(jìn)而導(dǎo)致高鈣尿的發(fā)生，參與代謝性疾病尿石癥的形成[23]。

3 CASR和VDR基因相關(guān)信號通路與尿石癥

WALKER等[19]的研究發(fā)現(xiàn)CASR可通過CASR-Gq-PKC信號傳導(dǎo)途徑作用于腎小管來調(diào)節(jié)尿檸檬酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)，降低尿鈣抑制結(jié)石的形成。HOU等[24]的研究表明CASR被細(xì)胞外鈣誘導(dǎo)激活后，抑制microRNA(miR-9和miR-374)的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，進(jìn)而增加CLDN14的水平，從而抑制了CLDN16和CLDN19組成的鈣離子通道的通透性，并以此調(diào)控尿石癥的發(fā)生。

LI等[25]研究發(fā)現(xiàn)氯化扎可激活HK-2細(xì)胞或者老鼠的CASR，引起ERK、c-JNK、p38-MAPK的上調(diào)，而NPS2390剛好能夠抑制這一反應(yīng)過程。p38-MAPK信號通路作為腎上皮細(xì)胞中DNA合成的關(guān)鍵信號通路，可以被草酸鹽和草酸鈣通過氧化應(yīng)激反應(yīng)激活，引起腎臟中晶體沉積、聚集參與結(jié)石的形成[26-29]，而VDR基因目前已經(jīng)在絕大多數(shù)基因水平研究中證實(shí)與尿石癥的發(fā)生密切相關(guān)，但是通過哪種具體的信號途徑影響腎結(jié)石的發(fā)生發(fā)展我們知之甚少。

近年來，研究發(fā)現(xiàn)CASR-VDR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在尿石癥患者中高表達(dá)，相關(guān)信號通路機(jī)制圖如圖1所示。MAITI等[30]于2008年構(gòu)建了CASR誘導(dǎo)人腎近端HK-2G細(xì)胞模型。當(dāng)腎近端小管的血鈣離子水平降低時(shí)，PTH會降低VDR水平， 且在體外HG-2K細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了CASR激活可誘導(dǎo)VDR的表達(dá)。表明了CASR主要利用Gq/11信號通路偶聯(lián)，激活PLC和P38-MAPK途徑及p38磷酸化，而不是ERK1/2進(jìn)而激活A(yù)TF2調(diào)控VDR的表達(dá)，但沒有確切的依據(jù)證實(shí)ATF2調(diào)控VDR的表達(dá)。HOWLES等[7]于2019年的研究中指出CYP24A1基因預(yù)計(jì)會影響VDR代謝，其SNP位點(diǎn)與血清鈣密切相關(guān)，提出了CASR與配體鈣結(jié)合后一方面可通過Gαi/o的G蛋白信賴性途徑直接激活MAPK和下調(diào)cAMP;另一方面可通過Gaq/11途徑，調(diào)控IP3和DAG釋放信號，DAG激活PKC和Ras后刺激MAPK和下調(diào)cAMP進(jìn)而經(jīng)過一系列代謝途徑參與腎結(jié)石的形成，但對CASR、VDR基因通過哪種確切的信號通路調(diào)控腎結(jié)石的形成沒有提供確切的依據(jù)。CASR能激活MAPK、ERK1/2、PTH、PKA、FGF相關(guān)蛋白，而FGF-23(一種腎磷酸鹽消耗罕見疾病相關(guān)蛋白)通過磷酸化作用會抑制1α,25-dihydroxyvitamin-D的合成，減少腸道對磷酸鹽的吸收，進(jìn)而降低體內(nèi)磷酸鈉鹽水平，磷酸鹽代謝與鈣離子代謝密切相關(guān)，從而參與尿石癥的發(fā)生[31-33]。PTHrp(甲狀旁腺激素相關(guān)肽)是一種血管纖維生成和上皮再生的多功能因子，Erk1/2信號通路決定了其體外直接作用，PTH在腎臟中可結(jié)合PTH1R增加鈣的重吸收并降低腎小管對磷的重吸收，同時(shí)也可刺激1,25-二羥維生素D3的合成，增加腸道對鈣磷的重吸收[34]。

4 總結(jié)與展望

CASR和VDR相關(guān)信號通路與尿石癥發(fā)生的機(jī)制的研究中涉及的各種酶、上下游底物蛋白、激活物及抑制物、配體、中間代謝產(chǎn)物、作用元件、結(jié)合位點(diǎn)為進(jìn)一步研究尿石癥提供了理論借鑒和線索依據(jù)，但是CASR、VDR基因所涉及的其他相關(guān)信號通路互相交錯(cuò)、錯(cuò)綜復(fù)雜，相互作用有待進(jìn)一步探索研究，估計(jì)在不久的將來，隨著CASR和VDR相關(guān)信號通路在不同類型疾病領(lǐng)域當(dāng)中作用越來越深入的研究，CASR和VDR代謝途徑極有可能成為尿石癥病因?qū)W研究的熱點(diǎn)之一。