钙敏感受体的研究及临床应用进展

钙敏感受体的研究及临床应用进展
曾敬雅;孙轶华
【摘要】目前,关于治疗受体蛋白异常疾病的研究不断深入,研究的主要靶点之一是G-蛋白偶联受体(GPCRs).GPCRs是受体蛋白中的一类大家族,GPCRs结构的特殊性为疾病的诊疗开辟了新的思路.钙敏感受体(CaSR),作为GPCRs中的一员,自1993年首次发现以来,已经在很多组织器官中进行了研究,发现其表达量的改变与某些疾病的发生发展相关联.另外,针对CaSR的相关试剂已在一些疾病中进行了初步尝试.本文就CaSR与疾病的关系及其在疾病诊疗中的潜力进行了综合叙述.【期刊名称】《标记免疫分析与临床》
【年(卷),期】2015(022)002
【总页数】5页(P145-148,151)
【关键词】G-蛋白偶联受体;钙敏感受体;受体疾病
【作者】曾敬雅;孙轶华
【作者单位】哈尔滨医科大学附属第二医院检验科,黑龙江哈尔滨150086;哈尔滨医科大学附属第二医院检验科,黑龙江哈尔滨150086
【正文语种】中文
1 G-蛋白偶联受体(GPCRs)
G-蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors，GPCRs)是7次跨膜受体，是迄今为止发现的最大的、最多样化的细胞膜受体超家族，介导了多种细胞内信号分子
的转导过程。

这些受体拥有相似的埋藏在细胞膜内的跨膜区域，但是暴露在细胞内外的部分千差万别。

GPCRs家族的发现及研究大大提高了人类对细胞信号转导途
径的认识，一方面拓展了人们对许多生命现象的理解，另一方面也为疾病的治疗提供了新的药物靶点。

很多人类疾病与GPCRs相关，因此它是制药行业重点研究的对象。

据统计，在所有现代药物中，有50%以上是以GPCRs作为靶点的［1］。

作用于GPCRs的药物对疼痛认知障碍、高血压、胃溃疡、鼻炎、哮喘等各类疾病均具有良好的治疗作用，深入研究GPCRs的特性，可以进一步研发出更好的新药。

以GPCRs为靶点的著名药物包括卡维地洛、雷尼替丁、奥氮平、替加色罗、盐酸西那卡塞、氯雷他定等等。

2 G-蛋白偶联受体家族成员CaSR
钙敏感受体(calcium-sensing receptor，CaSR)是GPCRs超家族的一员，自1993年，Brown等［2］从牛甲状旁腺细胞首次克隆出以来，其在生物体中的作
用越来越受到人们的重视。

研究表明，CaSR具有维持和调节细胞内Ca2+和其他
矿物离子体内平衡的作用，同时也参与细胞分泌、增殖、分化、趋化、凋亡、基因表达、维持膜电位、离子通道开关、衰老等过程的调控［3-5］。

CaSR除广泛分
布于调节细胞内钙稳态的组织中，如甲状腺、甲状旁腺、肾脏、胃肠道、骨组织等，在其他器官组织如血管平滑肌、神经系统、胰腺、骨髓、脑垂体及乳腺等中也有表达［6-9］。

近年来，在鼠单核/巨噬细胞系、外周血前体细胞、血小板［10］以
及人类T淋巴细胞上都发现有 CaSR的表达［11］。

人类的CaSR基因位于3号
染色体长臂上，由1078个氨基酸组成，包括3个结构域:① 由612个氨基酸组成的氨基胞外区(NH2-terminal extracellular domain，ECD)，呈亲水性，形成二
聚体与 Ca2+、Gd3+、Mg2+、精胺、庆大霉素等多价阳离子配体结合，大多数
受体的激活和失活突变都在此区域发生;②由250个氨基酸组成的7次跨膜区(trans-menmbrane domains，TMD)，形成3个细胞外环和3个细胞内环，此
为GPCRs所特有的结构，传递细胞外结构域和G蛋白之间的信号;③ 由217个氨基酸组成的胞内羧基端尾部(COOH)，此处与G-蛋白偶联，通过一系列信号转导
通路，如:PLCIP3、MAPK、NF-kB，影响细胞的病理生理功能。

3 CaSR与疾病的关系
3.1 家族性低钙尿性高钙血症
家族性低钙尿性高钙血症(FHH)是一种常染色体显性遗传性疾病，是由于CaSR基因的杂合灭活突变所导致，细胞外的Ca2+浓度变化不能通过CaSR调节甲状旁腺激素(PTH)的合成和分泌，呈现出终生轻至中度高钙血症、PTH浓度轻度升高和低尿钙症［12］。

FHH外显率很高，但缺乏特异的临床症状和体征，肌无力和易疲
劳为其典型的症状，少数患者合并有肾结石、消化性溃疡、急性胰腺炎等疾病，影响人们的正常生产与生活。

FHH常与甲状旁腺功能亢进症相混淆，但由于该病不
是甲状旁腺功能亢进所导致，所以切除甲状旁腺对FHH所导致的血钙过高没有帮助。

基因组学研究表明，CaSR在FHH的突变几乎可以发生在受体编码的任何一
个区域，尤其集中在编码CaSR细胞外氨基端一半的区域和7次跨膜的信号转导
区域［13］，常表现为单点错义突变。

如果能够通过基因测序的方法找到CaSR
点突变的部位，利用基因工程的方法将突变位点修饰成正常的基因位点，或许可以根治FHH。

3.2 甲状旁腺功能亢进
原发性甲状旁腺功能亢进(PHPT)的特点是甲状旁腺没有节制的分泌PTH，导致患
者血钙过高。

肾结石是PHPT最常见的临床表现，长期的血钙过高导致的骨钙缺
乏使骨折的发生率大大提高。

其他的临床症状包括疲劳、肌肉疼痛和软弱、上腹部疼痛、抑郁和焦虑等［14］。

PHPT患者Ca2+调节PTH分泌的负反馈机制明显
减弱，血Ca2+水平与PTH分泌量间的反比关系浓度-反应曲线右移，“钙调定点”增高。

研究表明，CaSR在PHTP的发病机制中发挥核心作用，PHTP患者甲状旁
腺细胞CaSR的mRNA和蛋白质的表达量均明显下降。

CaSR激动剂盐酸西那卡塞(Cinacalcet)［15］以别构调节的方式刺激CaSR的表达，现在已经应用于临床PHTP的治疗。

此类药物主要通过与CaSR的跨膜区结合而发挥作用，在数分钟内即可抑制PTH的分泌，使PHTP患者甲状旁腺细胞的浓度-反应曲线左移，而不影响PTH分泌的最大值。

其效应与药物浓度及立体构象有关，在一定范围内呈剂量依赖性。

此类药物并不影响膜上其他与G-蛋白相偶联的受体对胞浆内Ca2+的作用，因此选择性较好［16］。

研究表明，在继发性甲状旁腺功能亢进症的治疗过程中，盐酸西那卡塞同样发挥了很好的疗效。

新生儿严重的甲状旁腺功能亢进(NSHTP)，是CaSR基因发生纯合灭活突变导致的疾病，表现为极端高钙血症的症状，包括新生儿肌张力减退、便秘、呕吐、多尿症、呼吸窘迫综合症，影响患儿的生长发育［17-18］。

目前，一般采用甲状旁腺全切或次全切的方法治疗本病，但是手术的方式只能暂时缓解甲状旁腺功能亢进的症状，不能很好的控制CaSR基因纯合灭活突变所引起的长久影响，所以根治NSHTP还是要利用基因工程的方法，找到突变位点，以修补灭活的位点。

3.3 骨质疏松
在不同类型和分化时期的成骨细胞和破骨细胞中都有CaSR的表达，CaSR的活化还能够促进骨组织的代谢。

成骨细胞与破骨细胞之间的动态平衡对于维持正常的骨质成分至关重要，当破骨细胞的作用大于成骨细胞时，骨骼中的钙离子流失，长期就会导致骨质疏松。

Yamaguchi等［19］发现，在骨组织微环境中，CaSR能够促进成骨细胞的分裂与增值，促进骨重建。

Mentaverri等［20］采用 CaSR敲除小鼠(CaSR-/-)与正常小鼠(CaSR+/+)相比较发现，CaSR具有促进破骨细胞凋亡的作用。

CaSR激动剂雷诺酸锶(strontium ranelate)利用CaSR这一特性，使骨磷灰石晶体的量得以保持，已经成为临床上治疗骨质疏松的一线药物［21］。

CaSR已逐渐成为临床诊疗疾病的新靶点。

随着基因工程技术的快速发展，在不久
的将来，会找到因CaSR基因突变产生的疾病的根治途径。

3.4 心脏疾病
3.4.1 CaSR在心肌组织中的发现
近年来，研究人员在大鼠心脏组织中发现CaSR有表达，CaSR在心脏疾病中的作用已逐渐被发现。

21世纪心血管疾病已经成为威胁人类生命健康的第一杀手，GPCRs家族中的卡维地洛等已成为治疗心血管疾病的一线药物。

心血管疾病的很多发病机制与Ca2+的失衡有关，那么我们设想CaSR或许可以为诊疗心脏疾病带来新的突破。

2003年，Wang等［22］首次证实在大鼠心肌组织中有CaSR的表达，细胞外钙(extracellular calcium，［Ca2+］)增加及其它 CaSR 激动剂(Gd3、Spermine 等)可通过G-蛋白-PLC-IP3信号转导途径，引起肌浆网内Ca2+释放增加，导致细胞内游离Ca2+增加;阻断Na+-Ca2+交换和L-型钙通道，情况亦然。

这说明CaSR介导了细胞内钙的升高，参与了心肌兴奋-收缩偶联的调控，是细胞钙超载的机制。

孙［23］等发现不同鼠龄大鼠心肌组织中CaSR的表达规律，证实了CaSR可以诱导缺氧-再灌注心肌细胞的凋亡。

3.4.2 CaSR 与心脏疾病
Guo等［24］通过给大鼠注射维生素D3和喂食高脂肪的饮食建立了大鼠动脉粥样硬化(AS)模型，腹腔注射异丙肾上腺素(ISO)诱导心肌梗死(AMI)的发生。

实验结果表明，CaSR参与了AS的发生发展过程，同时CaSR增加了在AS的基础上发生AMI的敏感性，并且CaSR 通过 MAPKs(p38、JNK、ERK)-细胞色素C-Caspase3通路及Fas受体死亡通路诱导AS、AMI大鼠心肌细胞的凋亡。

Bai等［25］通过高脂高糖饮食和低剂量腹腔注射streptozotocin(STZ，30
mg/kg)成功的建立了大鼠Ⅱ型-糖尿病性心肌病模型。

实验结果表明，CaSR在大鼠Ⅱ型-糖尿病性心肌病中的表达量减低，导致钙内稳态不平衡，从而诱发心脏收
缩和舒张功能不全。

因此，采用钙敏感受体的特异性激动剂来提高心肌细胞CaSR 表达量和恢复钙内稳态平衡可能成为治疗Ⅱ型-糖尿病性心肌病的新方法。

Qi等［26］通过给大鼠腹腔注射40 mg/kg SZT的方法成功建立了大鼠Ⅰ型-糖尿病性心肌病模型。

研究发现，CaSR在Ⅰ型-糖尿病性心肌病中对心肌细胞各项指标的
影响与在大鼠Ⅱ型-糖尿病性心肌病中截然相反。

CaSR的表达及增加，加重了Ⅰ
型-糖尿病性心肌病心肌细胞的损伤程度，利用siRNA技术沉默CaSR基因能够抑制Ⅰ型-糖尿病性心肌病的心肌损伤。

该法能否成为临床治疗Ⅰ型-糖尿病性心肌病的方法，有待于深入的临床实验研究。

研究表明，CaSR还可以同其他因子一起影响心肌细胞的损伤。

心肌抑制是Lipopolysaccharide(LPS)诱导的脓毒素血症的并发症之一，Wang等［27］，用LPS培养乳鼠心肌细胞，实验结果表明，在脓毒血症的心肌抑制过程中，LPS可以诱导CaSR表达增强，并且LPS通过CaSR进一步诱导心肌细胞的损伤。

Guo等［28］在用ox-LDL诱导培养的乳鼠心肌细胞动脉粥样硬化性模型中发现:ox-LDL 以时间—剂量依赖性的方式诱导心肌细胞CaSR的表达量增加，GdCl3(CaSR激动剂)加强这种作用，NPS-2390(CaSR抑制剂)减弱这种作用，并且通过Cyt-c-Caspase3-线粒体途径增强乳鼠缺血再灌注后的心肌细胞的凋亡率。

Yan等［29］发现，肝细胞生长因子(HGF)可以通过抑制CaSR的表达激活 PI3K通路，使 Bcl-
2表达量增多，抑制Caspase-3通路，从而降低乳鼠缺血再灌注的心肌细胞的凋
亡率。

Guo等［30］在特发性肺动脉高血压的病人和模拟肺动脉高压的实验动物
的肺动脉平滑肌细胞上发现CaSR的表达量增多，并且增加细胞内钙离子的浓度。

他们分别用给大鼠和小鼠注射野百合碱(MCT)和慢性低氧的方法成功的建立了实验动物肺动脉高压模型，将建模的实验动物分成2组，一组在14～24天每天腹腔注射NPS-2143(CaSR特异性抑制剂)，一组不注射。

几周后，观察到注射NPS-2143组与不注射组右心室收缩压、右心肥大、右心纤维化的情况几乎被逆转到正
常心肌细胞的水平，研究表明CaSR在肺动脉高压中起到了至关重要的作用。

特异性的CaSR抑制剂是否能够成为临床治疗肺动脉高压的有效治疗药物，有待进行大量病例的临床治疗评估。

由上可见，CaSR在不同的心脏疾病中所发挥的作用不同，CaSR表达量增加或是
减少都会引起相应的心脏疾病。

CaSR在大鼠心血管疾病实验模型上的发现，为我们研究人体心血管疾病中的CaSR打下了实验性基础，为人体开展实验性研究起到指向性的作用。

心肌细胞不可再生，所以对于心脏疾病治疗的关键即是抑制其凋亡、坏死的发生。

心脏病已经成为全球第一大死亡疾病，所以我们迫切需要找到治疗各种心脏疾病的有效方法。

3.5 其他疾病
Li等［31］发现，在乳腺癌细胞中CaSR表达量明显减少，并且CaSR可以作为
一个独立的指标预测乳腺癌的预后。

在肾细胞癌的转移性骨肿瘤中，细胞外Ca2+促进肿瘤细胞的转移和增殖的作用，是通过CaSR的高表达及其下游通路实现的［32］。

在发生骨转移的前列腺癌细胞系(PC-3 and C4-2B)中，其CaSR的表达
量明显高于没有发生骨转移的前列腺癌细胞［33］。

4 总结
GPCRs在制药领域的突出地位，会带动CaSR在疾病诊疗过程中的研究。

绝大多
数的GPCRs包括孤儿受体，均有可能表现出一定程度的固有活性，即在缺乏配体结合的情况下，GPCRs具有自发性激活的能力。

受体的基因突变、单核苷酸多态性、剪接变体和受体自身抗体均与受体的固有活性相关。

因此，CaSR的固有活性将为新药的研发提供新的视点:CaSR激动剂/反相激动剂、基因敲除/敲入治疗技术、固有激活受体技术是根据GPCRs固有活性进行新药研发的三个重要方面。

医学科研领域的进步，会将基因工程技术进一步推广到疾病的诊疗过程中。

我们可以在基因水平对CaSR加以修饰，对其基因灭活突变、表达量增加/减少等导致的疾病都
可以从源头上找到治疗的方法。

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