鈣敏感受體與泌尿系疾病關系的研究進展

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C族G蛋白偶聯受體，自從1993年首次被發現后，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]等的關系，但CaSR與泌尿系疾病的關系還未有系統的闡述。CaSR廣泛表達于腎臟組織[5,6]，與許多泌尿系疾病有著密不可分的聯系。泌尿系結石作為一種全球性疾病，其發病率呈上升趨勢[7]，研究表明CaSR的過度激活可能是高鈣尿癥產生從而導致泌尿系結石形成的原因之一[8]；美國最新的癌癥統計表明前列腺癌是男性發病率最高(占所有癌癥的20%)死亡率第二(占所有癌癥死亡人數的10%)的腫瘤[9]，因而引起了人們越來越多的重視。已有研究表明，CaSR的高表達可能與前列腺癌的發生及轉移有關[10]；腎癌為泌尿系發病率第三的腫瘤[11],現有的研究表明，CaSR高表達可能與腎癌的發生、發展有關[12]，腎纖維化是所有腎臟疾病的終末期表現，延緩及逆轉腎纖維化的進展是慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)的關鍵，相關研究表明CaSR激活可能起到延緩腎臟纖維化的作用[13]。但目前關于CaSR在泌尿系各個疾病中作用機制的研究還不明確，也缺乏系統的闡述，本文就CaSR的基本結構及其功能以及其與泌尿系疾病關系的研究進展作一文獻綜述，為以CaSR為靶點的藥物治療提供一些理論基礎。

1 鈣敏感受體(CaSR)的結構與功能

1.1 CaSR的結構 鈣敏感受體(CaSR)自1933年被Brown等[1]首次在牛甲狀旁腺細胞發現后，越來越受到了人們的重視。人的CaSR基因位于3號染色體(3q21～24,chr3q13.3～21),由1 078個氨基酸殘基組成。有7個外顯子，2個啟動子。兩個啟動子都受到了維生素D反應元件的調節[14]，維生素D3可促進其表達。Tennakoon等[15]研究發現CaSR的拓撲結構由三部分組成:(1) 胞外區氨基結構域(extracellular N terminal domain，ECD)，由612個氨基酸組成，呈親水性，形成二聚體，是受體與激動劑互相結合的位點;(2) 跨膜結構域(transmembrane domain，TMD)，由 250個氨基酸殘基組成的7次跨膜區域，為 G 蛋白偶聯受體家族的特征性結構，形成3個細胞內環和3個細胞外環，功能是進行細胞間的信號轉導;(3)胞內羧基結構域(intercellular domain，ICD)，由 217 個氨基酸組成，與G蛋白進行偶聯，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。通過一系列的信號通路轉導影響細胞功能。CaSR廣泛表達于甲狀旁腺、腎臟、骨等組織，對體內鈣穩態的調節起到了重要作用[16,17]。

1.2 CaSR的功能及其介導的信號轉導通路 CaSR的主要作用是調節與維持細胞內外Ca2+的平衡與穩定，同時參與調控細胞的分泌、增殖、分化、趨化、凋亡等活動，并且在基因表達、維持膜電位、離子通道開關、衰老等過程中也起到一定作用[18-20]。

當血清鈣離子升高時，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Ca2+濃度過低時，CaSR活性下調，抑制降鈣素(calcitonin)釋放，促進PTH釋放[21]，血鈣升高。

在細胞中，當Ca2+、Mg2+、Be2+等配體與CaSR胞外區氨基結構域結合后，使CaSR構象發生改變，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分別促使內質網上IP3受體激活，鈣離子通道開放，細胞內鈣離子濃度上升[22](GaSR等G蛋白偶聯受體介導的信號轉導簡單過程見圖1)。作為一個重要的第二信使，胞質中Ca2+濃度升高后，結合鈣調蛋白傳遞信號，激活鈣調蛋白依賴性激酶，激活各種效應蛋白，在收縮和運動、物質代謝、神經遞質的合成、細胞分泌和分裂、細胞凋亡等等眾多生理過程中起到了重要作用[23]。

2 CaSR與泌尿系疾病

2.1 CaSR與泌尿結石 泌尿系結石是一種全球性疾病，近年來發病率在全世界范圍內明顯升高[7]。目前研究表明CaSR在泌尿系結石的形成中具有重要作用。泌尿系結石中80%以上為含鈣的結石，且泌尿系結石患者中有40%存在著特發性高鈣尿癥[24]。腎臟中表達的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)，表達于近端小管刷狀緣頂端膜上的CaSR通過調控1，25-(OH)2D3及抑制非甲狀旁腺素依賴的1，25-(OH)2D3對鈣的重吸收產生影響[25,26]。CaSR 一方面通過降低甲狀旁腺素磷酸化增加近端小管對磷的重吸收; 另一方面通過抑制1，25-(OH)2D3的作用進而抑制鈣的重吸[27]。

在髓攀升支粗段(thick ascending limb，TAL)，大約一半的鈣的重吸收通過經細胞轉運途徑進行，CaSR通過抑制甲狀旁腺素減少這一途徑鈣的重吸收；另一半的鈣則通過細胞旁途徑進行重吸收，CaSR 可增加緊密連接蛋白14(The tight junction protein claudin-14，CLDN14/Claudin14)的表達水平而減少鈣的重吸收[28]。

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

在集合管(ollecting tube，CT)，CaSR 通過減少水通道蛋白2(quaponn-2，APQ2)的表達及增加質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]。因此腎臟組織表達的CaSR在維持腎臟中鈣離子的穩定起到了重要作用。

王少剛等[8]研究發現遺傳性高鈣尿結石大鼠腎臟組織CaSR mRNA表達高于正常野生型大鼠，他們認為腎組織CaSR mRNA高表達及其第7外顯子Glu1024Lys替換可能是特發性高鈣尿癥發病的分子機制之一。祝家興等[31]研究表明含鈣腎結石患者腎臟CaSR mRNA及蛋白表達均低于正常人。關于CaSR基因多態性與泌尿系結石的關系，目前的研究結果也不一致。Vezzoli等[32]認為CaSR基因突變并不會增加泌尿系結石形成的風險。謝坤等[33]研究也表明CaSR基因第7外顯子第986、990多態性位點與泌尿系結石的形成無直接相關性。

國外一項薈萃分析表明,CaSR基因A986S多態性的SS基因型是亞洲人和PHPT患者尿石癥的危險因素，卻是白種人的保護因素[34]。R990多態性的GG基因型與尿石癥的風險增加有關，特別是在白種人和健康人群中。關于尿鈣濃度關聯，具有G等位基因的個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個外顯子中3個SNP (986S、990G、1011Q) 可以增加含鈣結石的形成的風險。因此，目前關于CaSR的表達在泌尿系結石的形成中起促進作用或者是抑制作用還未有明確的結論。進一步的研究對闡明結石的病因及預防治療可能有重要作用。

2.2 CaSR與前列腺癌 在西方國家，前列腺(Prostate,Pca)癌是男性患者腫瘤中發病率第一，死亡率第二的惡性腫瘤[8]，嚴重威脅著老年男性的健康。我國前列腺癌的發病率雖然低于發達國家，但近年來呈上升趨勢[36]。目前認為，前列腺癌的發展及骨轉移與CaSR及Ca2+關系密切。其作用機制(圖1)是配體與CaSR結合后，G蛋白結構域別構激活，引起PLC的激活，并催化PIP 2 產生IP 3 和DAG，DAG 誘導激活PKC，再激活Ras蛋白，進一步激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號轉導途徑[37]；同時，CaSR也能激活MAPK途徑的多種信號蛋白，例如氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,c-Jun)、MAPK、p38(一種蛋白激酶)和細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)；最后，CaSR還可以通過激活核轉錄因子кB信號通路、激活物蛋白-1的表達，從而影響細胞的多種生理活動。

有學者認為前列腺癌的發生發展可能是由Ca2+介導的信號傳導增強導致的，細胞實驗證明CaSR拮抗劑NPS2143和Calhex 231可抑制人前列腺癌細胞(PC-3細胞)增殖和遷移，并且使CaSR表達下調[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之一。

鈣通道阻滯劑可能通過減少前列腺細胞鈣運輸和增加鈣的釋放來抑制血管內皮生長因子的表達，從而使前列腺癌細胞凋亡[38,39]。Bernichtein等[40]在動物實驗中研究表明高鈣飲食通過促進細胞增殖，微侵襲，組織炎癥和前列腺癌標志物的表達從而加速前列腺上皮內瘤變形成的進展。引人注目的是，膳食中的維生素D可以防止這些鈣引發的致瘤作用。表達譜分析和體外機制研究表明，用細胞外Ca2+刺激PC-3細胞導致細胞增殖，人瞬時陽離子受體通道6(transient receptor potential protein family-6，TRPC6)和CaSR表達的增加。而給予活性維生素D代謝物鈣三醇逆轉了所有這些效果，且可以在鈣刺激的PC3細胞中沉默CaSR和TRPC6表達，降低癌細胞的增殖。Huang等[41]研究表明細胞外Ca2+促進雄激素受體缺陷和高轉移性前列腺癌細胞系(DU145和PC-3)的遷移，并且還表明細胞外Ca2+通過CaSR介導的信號傳導誘導細胞蛋白A裂解并促進AR缺陷和高轉移性前列腺癌細胞中的遷移。Ahearn等[42]研究表明CaSR在前列腺癌的骨轉移中起重要作用，且CaSR表達與致死性前列腺癌的風險增加相關，特別是在具有低維生素D受體(VDR)表達的腫瘤中。Feng等[43]發現從骨中獲得的轉移性前列腺癌組織具有比原發性前列腺癌更高的CaSR表達(P<0.05)。癌癥組織中CaSR的表達與癌癥分化的階段或狀態無關。這些結果表明CaSR可能在促進前列腺癌的骨轉移中起作用，因此提高了用基于CaSR的療法降低這種轉移的風險的可能性。在基因多態性方面，研究顯示，rs1725122與前列腺癌及乳腺癌有明顯的相關性，攜帶純合子變體會顯著增加乳腺癌和前列腺癌的風險[43]。而另一項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多態性與癌癥風險之間無顯著相關性(P>0.05)[44]。

2.3 CaSR與腎細胞癌 在我國,腎細胞癌(renal cell carcinoma，RCC)是泌尿系中發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病率有上升的趨勢[11]。CaSR與Ca2+在RCC的發生發展中的作用與CaSR介導的信號轉導相關(詳見圖1)。Znaor等[45]研究發現包括CaSR在內的10個基因在腎細胞癌的發生和增殖中起著至關重要的作用，它們與免疫反應，代謝過程，細胞周期調節，血管生成和離子轉運有關。

骨組織是腎細胞癌(RCC)轉移的主要部位之一。在骨組織中，鈣離子的濃度非常高。細胞通過鈣敏感受體(CaSR)識別細胞外鈣。Yuan等[46]在腎切除術后5年內沒有轉移或發生骨或肺轉移的患者的腫瘤組織和原發腫瘤細胞中定量CaSR。發現在發生骨轉移的患者的組織樣本和原代細胞中，CaSR表達明顯增強。在功能上，分析顯示骨轉移細胞對增殖和趨化性遷移的敏感性更高。這些效應是由CaSR的下游靶標AKT(PKA與PKC的相關激酶，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(一種應激激活的蛋白激酶)的活性增強引起的。Joeckel等[47]研究結果表明CaSR的表達在骨轉移患者的標本和細胞中最高。細胞外鈣通過高表達的CaSR及其下游信號通路促進骨轉移RCC細胞的細胞遷移和增殖。他們認為CaSR可被視為預測RCC骨轉移的新預后標志物。Huang等[48]研究表明CaSR介導的細胞內Ca2+增加通過轉錄因子CREB影響細胞骨架基因表達。添加NPS2390(特異性CaSR拮抗劑)可以對抗這一效果。

2.4 CaSR與腎纖維化 腎纖維化(renal fibrosis)是腎實質逐漸瘢痕化,腎功能逐漸喪失的病理過程，是各種不同病因的腎性疾病發展致終末期腎衰竭的共同病理表現。因此,延緩及逆轉腎纖維化的進展是慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)的關鍵。

Abdullah等[49]研究表明在 mTAL 細胞上，CaSR通過Gi蛋白偶聯機制激活鈣調蛋白(calmodulin;CaM)和活化T細胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)，通過PKC依賴的方式增加腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)基因的轉錄，增加了TNF-α的分泌水平。TNF-α可以上調單核細胞化學誘導蛋白(monocyte chemoattractnt protein-1，MCP-1)、血管細胞黏附分子-1(vacular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和細胞間黏附分子-1(inter cellular adhe-sion molecule-1，ICAM-1)的表達，導致大量的單核/巨噬細胞、中性粒細胞、淋巴細胞等炎性細胞趨化聚集至受損腎間質并被激活，釋放IL-1、IL-6等更多的炎性因子，一方面進一步加強炎性反應，產生“級聯放大”作用，另一方面使腎小管上皮細胞、血管及其周圍組織的損傷進一步加重。損傷和再生的腎小管上皮細胞則可以產生更多的腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)，而 TNF-α可刺激成纖維細胞的增殖，介導腎小管上皮細胞轉分化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，合成大量膠原等細胞外基質(extracellular Matrix,ECM)，加速腎臟纖維化進程[50]。

腎臟纖維化是以細胞外基質(extracellular matrix,ECM)的異常沉積為特征的。Wu等[13]研究發現CaSR激動劑cinacalcet使Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型膠原的ECM組分表達降低0.25%。此外，CaSR激動劑西那卡塞可部分地消除了由TGF-β1誘導的膠原蛋白的上調，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活化對腎小管上皮保護作用的證據，這一作用可能通過抑制腎小管上皮細胞中的膠原蛋白表達來實現的。其作用機制可能與TGF-β/Smad信號轉導機制有關。同時他的研究還表明CaSR介導小鼠集合管細胞中白細胞介素(interleukin，IL-1β)誘導的膠原蛋白表達，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型膠原蛋白的增強表達。這些結果表明IL-1β誘導的集合管細胞中的膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ的表達可能部分由CaSR介導[51]。但目前關于CaSR與腎纖維化的相關研究較少，具體機制還需進一步研究。

在不同的疾病中，CaSR作用機制并不相同。尚需進一步研究來了解CaSR在這些疾病發生、發展的分子機制，為CaSR成為臨床治療的靶點奠定基礎。我們可以利用CaSR的激動劑或拮抗劑來治療上述相關疾病；我們還可以在基因水平對CaSR加以修飾，有針對性地上調或者下調CaSR的表達，來治療上述疾病或是抑制上述疾病(特別是前列腺癌和腎癌)的進展，為泌尿系疾病的治療提供新方法。