1、概述

1.1CaN发现

钙调神经磷酸酶\\(CalcinurinCaN\\)也称依赖钙调蛋白的磷酸酯酶、神经贮钙蛋白、蛋白磷酸酶2B\\(PP2B\\),首次由张槐耀教授、王学荆教授在猪脑中提纯成功,后由Klee将其命名为Calcinurin,汉译为钙调神经磷酸酶,是目前所发现的唯一受Ca2+和钙调素\\(CaM\\)调节的丝/苏氨酸蛋白磷酸酶。

1.2CaN分布、编码基因及组成

CaN在真核生物中具有高度保守性,广泛存在于各组织脏器中,动物脑内含量最高,提示CaN可能是参与多种细胞功能调节的多功能信号酶,与疾病的发生有关。CaN是由一个催化亚单位\\(CnA\\)和一个调节亚单位\\(CnB\\)组成的异源二聚体。其中CNA和CNA分别位于4号、10号\\(10q21y7q22\\)染色体上,CaNB位于2号\\(p16yp15\\)染色体上,其复杂的同工酶形式是通过选择性剪接产生的。A亚基\\(CNA\\)是全酶的活性中心,分子量61kD,包括5个不同结构域,其中最为重要的是:催化区、CnB结合区、CaM结合区及自动抑制区,后者与钙调素结合域缺失后会导致CaN持续激活,而当CaM结合域向后弯曲,形成螺旋状封闭酶的底物结合区域起到了抑制磷酸酶活性的作用。

1.3CaN调节机制及酶学特性

Ca2+是CaN的上游信号分子,具体过程如下:结合2个Ca2+的CaM可以与CaN形成复合物,但无活力,只有再结合上1-2个Ca2+后才有活性,这样Ca2+浓度持续升高才是激活CaN过程的限速步骤,而不是CaM与CaN的结合,持续激活的CaN又可负反馈调节细胞内游离Ca2+浓度。CaN内还含有一个双核的金属中心,分别是Zn2+和Fe3+,Wang等发现,Zn2+和Fe3+位点的氧化损伤引起酶的失活,除此之外,CaN还可以被Mn2+、Ni2+等活化。内源性抑制剂,如丝/苏氨酸蛋白磷酸酶是自身特异的抑制剂,外源性抑制剂如环孢素A\\(cyclosporin,CsA\\)、FK-506对CaN的活性有负性调节作用。CaN能催化多种Ser/Thr残基已磷酸化的蛋白去磷酸化,催化底物包括两大类:蛋白底物和非蛋白底物,蛋白底物有酪蛋白、组蛋白、鱼精蛋白等,非蛋白底物有硝基苯磷酸\\(PNPP\\)。

2、CaN信号转导机制

2.1丝裂原激活蛋白激酶\\(MAPK\\)通路

Ca2+浓度持续升高活化依赖Ca2+/钙调蛋白\\(CaM\\)的CaN,活化T细胞核因子\\(NuclearFactorofActivatedTCells,NF-AT\\),随后激活多条细胞内信号转导通路,如MAPK通路,MAPK是胞外信号转导至胞内重要的通路,包括P38MAPK通路、ERK通路等,机制可能是:通过CaN对底物蛋白去磷酸化,使p38MAPK磷酸化程度增加从而使凋亡信号向下游传递,参与细胞死亡过程。MAPK和CaN-NFAT是调节心肌肥厚信号网络的中枢调节因子,但交叉对话机制有待进一步深入研究。

2.2NO/PKG信号通路

PKG是NO的下游底物,能够负反馈调节Ca2+水平。Fiedler等发现PKG激活后可以抑制Ca2+从L型钙通道进入胞质,可以抑制CaN-NAFT信号通路。PKG是在出现细胞肥大现象后通过阻碍NFAT向核内转移来对抗细胞肥大的,因此,此通路是CaN的上游或者下游有待进一步证实。

2.3MCIP通路

调节反应蛋白\\(modulatorycalcineyrin-interactingproteins,MCIP\\)可以与CaN的CnA催化亚基的CaM结合域结合抑制CaN的作用。NFAT可以通过与MCIP1基因启动子上面的NFAT结合位点结合诱发MCIP1的表达,Sanna等证实缺少MCIP细胞中NFAT的活性受影响。

2.4Wnt信号通路

Wnt是半胱氨酸的糖基化蛋白与Ca2+密切相关,Wnt5a激活通过增加细胞内Ca2+浓度激活PKC、PLC和NFAT,并且证实Wnt信号通路与PKC信号通路和CaN下游的NFAT之间有一定的关系,NFAT激活后调节造血干细胞的基因转录。

2.5ASK-1通路

细胞凋亡信号调节激酶-1\\(apoptosissignalregulatingkinase-1,ASK-1\\)位于MAPK信号通路的上游,Liu的研究表明ASK-1和Can-NFAT构成了一个反馈的调节通路,CaN使ASK-1的丝氨酸去磷酸而活化ASK-1,增加心肌细胞的凋亡,此外证明,增加细胞凋亡通路还有Bad的去磷酸化等。

3、CaN与疾病相关性研究

3.1循环系统中的作用

在心肌肥大过程中,MAPK、PKC、CaN这三条通路起着关键的作用。如MAPK在信号调节的级联放大反应使蛋白合成增加导致心肌细胞的肥大,并且Molkentin已经证实MAPK与CaN增长平行。在心肌凋亡中,p38MAPK参与了CaN促进心肌细胞凋亡的信号转导过程,为临床预防和治疗心肌缺血/再灌注损伤提供新思路。CaN/NFAT信号参与了破骨细胞发生,参与调节血管钙化。

3.2呼吸系统中的作用

在支气管哮喘中过程几乎都是通过蛋白磷酸化和去磷酸化调节,哮喘患者外周血单个核细胞中NFAT/AP-1复合体协同作用并促进IL-5的表达,在哮喘的过程中起重要作用。

3.3神经系统中的作用

神经元蛋白磷酸化状态的改变与学习记忆有关,CaN对tau蛋白磷酸化起着重要的调节作用,CaN含量下降可以作为神经细胞不可逆性损伤的标志,提高CaN表达可以达到治疗阿尔茨海默病。此外已经证实CaN还与多种肿瘤及自身免疫性疾病有关,如肺癌、乳腺癌、直肠癌、系统性红斑狼疮。

4、治疗进展

苏菲菲研究示:辛伐他汀可减少CaN的表达来对抗心肌细胞的肥厚。人钙调磷酸酶B亚基\\(RecombinanthumancalcineurinBsubuni,trhCNB\\)是开发中的基因工程创新抗肿瘤药物,增强NK细胞的杀伤活性,为肿瘤在治疗上提供了新的角度。

CaN特异性的生理抑制剂K506,通过影响细胞线粒体正常氧化磷酸化从而抑制细胞凋亡。另一种CaN特异性抑制剂CsA是一种免疫抑制剂,通过与其免疫亲核素胞内受体环孢亲核素A结合成复合物后阻断T细胞的活化,用于自身免疫性疾病的抑制治疗,如器官移植。给予外源性的CaN激活剂在一定程度上可以抑制AD的进一步进展。

综上所述,CaN机制的研究为疾病在治疗上提供了一个新的启示和思路。

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