烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸_Ca_2_释放的调控物质_邵森垚

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生理科学进展 2012 年第 43 卷第 4 期
烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸 -Ca 释放的调控物质
邵森垚
1
2+
潘春水
2
毛小伟
3
韩晶岩
2, 3, △
( 北京大学医学部 1 基础医学院临床医学 07 级四班; 2 天士力微循环研究中心 ; 3 中西医结合教研室, 北京 100191 )
NAADP ) 是于 1987 烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸 ( nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate, 2+ 年发现的, 存在于无脊柱动物海胆卵和哺乳动物的肌肉、 神经、 腺体等组织细胞中的, 与 Ca 释放 摘要 有关的物质。NAADP 可作用于细胞内溶酶体和溶酶体样的酸性小泡的双孔通道 , 引起小泡内 Ca2 + 的释放, , 也可作用于细胞内质网膜上的三磷酸肌醇和环二磷酸腺苷核糖受体 引起细胞质网的 2+ Ca2 + 释放, 具有 Ca 第二信使样作用。本文简述 NAADP 的生成、 分布、 生理作用、 受体、 引起细胞 内 Ca
2+
( Graeff 等. 1998 ) 。 Rah 等 ( 2010 ) 的 研 究 表 明, cGMP 和 cAMP 均 可 引 起 LAK 合 成 NAADP, 且 cAMP 介导了由 cADPR 引起的 NAADP 合成过程。 3. 其它因素对碱基转换作用的影响: 在海胆的 精子头部表面也存在着可催化 NADP 与烟酸进行碱
ideadenine dinucleotide phosphate,NADP) 和烟酸腺 嘌呤二核苷酸 ( nicotinic acid adenine dinucleotide, NAAD + ) 的结构相似, 可以理解为将 NADP 的烟酰 胺基上的 NH2 换成 OH 而成。 尽管目前尚不清楚 其体内的生成途径, 但是, 体外研究的结果提示其生 成至少可能有三种途径
[1 , 2 ]
, 即 NADP 和烟酸在特
+
定酶催化下进行碱基转换而成, 内源性 NAAD 在烟
图2
+
NAADP 合成途径
A: NADP 和 烟 酸 在 CD38 催 化 作 用 下 发 生 碱 基 转 换 生 成 NAADP; B: NADP 发 生 非 氧 化 脱 氨 作 用 下 生 成 NAADP; C: 及 NAAD 在 NAD 激酶作用下发生磷酸化生成 NAADP ( 修改自 Soares 等. 2007 )
( caveolae ) 中 的 ET1 受 体 B ( endothelin1 receptor 2+ B ,ETB) , 将信号传导至 NAADP, 引起 Ca 释放和 平滑肌收缩。Soares 等( 2007 ) 的研究表明在子宫平 滑 肌 细 胞 中 也 存 在 着 NAADP, 组胺信号通过 NAADP 引起子宫平滑肌细胞内 Ca2 + 释放。 Tiffany 1 和去 甲 肾 上 腺 素 ( norepineph等( 2007 ) 证实 ETrine,NE ) 作 用 于 肾 小 球 入 球 小 动 脉, 可通过 NAADP 引起 Ca2 + 释放。 Bak 等 ( 2001 ) 的研究证实 了在心肌细胞的微粒体上也存在着经由 NAADP 动 员的 Ca 释放。β 肾上腺素作用于心肌细胞, 可引 2+ 起由 NAADP 介导的肌质网的 Ca 释放。 Hohenegger 等( 2001 ) 证实了 NAADP 可以直接引起骨骼肌 2+ 内质网的 Ca 释放。 ( 二) 神经组织 Ca2 + 可以影响神经细胞内基 因的表达、 神经递质的释放、 细胞的基本功能状态和 重塑, 在神经元的兴奋、 兴奋传导和突触间传递的过
2+
释放的可能机制。
2+
烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸; Ca 中图分类号 R34 关键词
; 酸性小泡; 双孔通道
烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸 ( nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate, NAADP ) 是于 1987 年发 现的, 存在于无脊柱动物海胆卵和哺乳动物的肌肉 、 神经、 腺体等组织细胞中, 具有诱导 Ca Ca2 + 释放的可能机制如下。 NAADP 的生成 一、 ( 一) NAADP 的 结 构 和 生 成 ( 图 1)
2+ 极化, 位于膜上的电压依赖性 L型 Ca 通道打开, 2+ 2+ 细胞外的 Ca 内流。 内流的 Ca 作用于肌质网上
的斯里兰卡肉桂碱敏感型受体 ( ryanodine receptors, 2+ [4 , 5 ] RyRs) , 。 诱发肌质网释放 Ca , 引起肌肉收缩 近年的研究表明肌肉收缩时的信号传导过程并不完 全 依 赖 以 上 途 径, 多种细胞外信号分子通过
图1
NAADP 的结构[1]

通讯作者
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( 二) 影响 NAADP 生成的可能因素 环二磷酸 cADPR ) 的 合 成 酶 腺苷 核 糖 ( cyclic ADP ribose, CD38 、 cAMP 可能影响 NAADP 的生成过程。 1. CD38 对 NAADP 的 碱 基 转 换 的 影 响: CD38 是 cADPR 的合成酶, 其可能影响 NADP 碱基转换, 进而影响 NAADP 的生成 。 Chini 等 证实敲除 CD38 基因的大鼠脑、 肝、 心肌、 脾和肺的提取物不能 催化 NADP 碱基转换, 因而, 不能生成 NAADP。 该 结果提示 CD38 可能是参与 NAADP 生成的关键酶。 Soares 等 ( 2007 ) 用组胺刺激后的大鼠子宫平 然而, 滑肌提取物催化 NADP 碱基转换的研究却得到了另 外的结果, 敲除 CD38 基因的大鼠在组胺刺激后, 子 宫平 滑 肌 内 NAADP 浓 度 显 著 地 高 于 正 常 大 鼠。 Kim 等 ( 2008 ) 用胰岛 β 细胞的研究, 证明了 CD38 是溶酶体等酸性细胞器生成 NAADP 的关键酶, 但 CD38 对 NAADP 在胰岛 β 细胞的其它细胞器, 是, 的生成并没有影响。 在淋巴因子激活的杀伤细胞 ( lymphokineactivated killer,LAK) 中, 8 ( in白介素terleukin8 ,IL8 ) 通过激活 cAMP / Epac / PKA / Rap1 信号 通 路, 使 CD38 催 化 生 成 NAADP。 此 外, 用 cADPR 直接刺激 LAK 可以促进 NAADP 的合成, 但 NAADP 却不 能 引 起 cADPR 的 合 成, NAADP 而 且, 是继 cADPR 合成之后生成的 ( Rah 等. 2010 ) 。 上 述结果提示不同的组织中 NAADP 的生成途径可能 不尽相同。 CD38 在 NAADP 的生成过程中起着重 要作用。 2. 环 磷 酸 腺 苷 调 节 NADP 碱 基 转 换 生 成 NAADP 的途径: 环磷酸腺苷 ( cyclic adenosine monophosphate,cAMP) 是已知的调节细胞内 Ca2 + 的第二 信 使。 新 近 的 研 究 发 现 cAMP 可 促 进 由 含 有 NAADP 合成酶的海胆卵组织匀浆、 NADP + 和烟 β酸生成 NAADP 的过程, 该作用在酸性环境下更加
2+ NAADP, 也可以诱发细胞内的 Ca 释放, 引起肌肉
1 ( endo收缩。Kinnear 等 ( 2004 ) 研究发现内皮素thelin1 ,ET1) 可 作 用 于 肺 动 脉 平 滑 肌 细 胞 内 的 NAADP, 诱导的细胞内溶酶体样小泡内和内质网内
2+ 的 Ca 释放, 引起肌肉收缩。 Gambara 等 ( 2008 ) 发 1 可通过肾小管周围平滑肌细胞上脂膜微囊 现 ET-
2+ 基转换, 影响 NAADP 合成的酶。 该酶具有 Ca 浓 2+ 度的依赖性, 酶的活性与 Ca 浓度之间呈“钟形曲
线” 关系( Vasudevan 等. 2008 ) 。 NAADP 的分布 二、 NAADP 最 早 从 无 脊 椎 动 物 海 胆 的 卵 中 发 现
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程中起着重要的作用。NAADP 参与了神经细胞内 2+ 的 Ca 调控。 Bak 等 ( 1999 ) 发现用 NAADP 刺激
2+ 大鼠脑的微粒体, 可以引起微粒体内的 Ca 释放。 Pandey 等 ( 2009 ) 证实了谷氨酸能够引起大鼠海马
ML1 为 一 价 离 子 通 道, 与 溶 酶 体 的 pH 相 示 TRP2+ , Ca 。 Dong 等 ( 2009 ) 的 的转运 但是, 关 不参与于 2+ ML1 是 Ca 和 Fe2 + / Mn2 + 的复 研究结果提示 TRP合通 道。 Zhang 等 ( 2007 ) 用 纯 化 的 肝 溶 酶 体, Zhang 等( 2009 ) 用大鼠的主动脉平滑肌细胞的溶酶 体进行研究的结果都证实了 NAADP 可作用于溶酶 2+ ML1 , 体上的 TRP引起 Ca 的释放。 Calcraft 等 ( 2006 ) 的研究证实 NAADP 的受体 pore channels,TPC ) 。 TPC 是存在 为双孔通道( two于溶酶体膜上的二价离子通道, 由 12 个跨膜片段的 蛋白质( 图 3 ) , 其中每六个跨膜片段为一个结构域 , 每个结构域的第 5 和第 6 个跨膜片段之间有一个孔 袢。在两个结构域之间有一个比较大的孔袢, 这个 。 构成 TPC 的四个结构域 其 上 有 NAADP 结 合 的 部 位 围成一个孔样结构, ( 图 4) 。 孔袢伸向细胞浆一侧
[11 ]
神经元和胶质细胞内由 NAADP 介导的酸性小泡的 Ca2 + 释放。Dickinson 等 ( 2010 ) 证实了组蛋白酶 B 和 L 的抑制剂 Z苯丙胺酰丙氨酸重氮甲基酮 ( ZPheAladiazomethylketone,ZPAD) 可促进大鼠海马 神经元 和 PC12 细 胞 内 的 溶 酶 体 增 生, 同时伴有 2+ NAADP 介 导 的 Ca 释 放。ZPAD 可 以 使 细 胞 内 NAADP 敏感的 Ca 库的量显著增加。 用 NAADP 的 2+ 类似物也可以引起细胞内 Ca 的释放。 上述研究
[1 ] 2+
酰胺腺嘌呤二核苷酸 ( nicotinamide adenine dinucleotide, NAD) 激酶作用下磷酸化而成, 或 NADP 的非 氧化性脱氨而成( 图 2 ) 。
释放作用
的物质, 其生成、 分布、 生理作用、 受体、 引起细胞内
百度文库
NAADP 的 结 构
与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 ( nicotinam-
[3 ] 明显 , 而环磷酸鸟苷 ( cyclic guanosine monophosphate,cGMP) 对上述生成 NAADP 的途径没有影响 + [2 ] [2 ]
( Clapper 等. 1987 ) , 此后, 在多种动植物及人体细胞 。 Cancela ( 等 1999 ) 发现 NAADP 存在 内均有发现 于哺乳动物体内, 其研究结果显示大鼠胰腺腺泡细 2+ 出现细胞内 Ca 的释放活 胞在 NAADP 的刺激下, 并且, 细胞的膜成份还可催化 NAADP 的碱基转 动, 2001 ) 、Cheng 等 换 过 程。 此 后,Bak 等 ( 1999 , ( 2001 ) 、 Hohenegger 等 ( 2002 ) 在哺乳动物的脑、 肝、 肾、 心肌、 平滑肌和骨骼肌等组织细胞内均证实了 NAADP 的存在。Navazio 等 ( 2000 ) 提取了红甜菜 和甘蓝的菜花尖部组织的微粒体, 发现 NAADP 可 2+ 以引起微粒体内的 Ca 释放。 菜花的膜成份还可 催化碱基转换过程, 合成 NAADP。该结果提示菜花 的细胞也内存在 NAADP。 NAADP 的生理作用 三、 ( 一) 肌 肉 组 织 肌 质 网 是 肌 细 胞 内 最 大 的 Ca2 + 库。以往的研究表明, 刺激信号使细胞质膜去
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