鈣調神經磷酸酶是具有臨牀多效性的一種酶，在心血管重塑中發揮着重要作用，下面是小編爲大家蒐集整理的一篇關於鈣調神經磷酸酶生理學特徵探究的論文範文，歡迎閱讀參考。
鈣調神經磷酸酶 ( calcineurin，CaN) 是在 20 世紀 70 年代末至 80 年代由王學荊教授、美國 Klee 教授及張槐耀教授首次在豬大腦中發現的，並將其純化成功，因爲其在動物神經元中廣泛存在並結合鈣調素 ( CaM) 發揮作用，故命名爲鈣調神經磷酸酶。CaN 受 Ca2 +信號調控而發揮多種生物功能，而CaN 自身不但是多條信號傳導通路的中心環節，而且還可以透過去磷酸化作用使 Ca2 +信號和其他調節機制偶聯起來，進而對其他信號通路進行調節，發揮其生物學調節作用，是細胞在信號調控與信號傳遞中的效應酶和調節酶。CaN 分佈廣泛，在多系統中發揮着生物學效應，如心血管系統、神經系統、運動系統及腫瘤等。CaN 介導的信號通路在心血管系統中的作用研究比較成熟，本文就 CaN 的生物學特徵及其在心血管重塑中的作用做一綜述。
1、CaN 的分子結構
CaN 屬絲 / 蘇氨酸蛋白磷酸酶家族成員 ( 又稱蛋白磷酸酶2B，PP2B) ，受 Ca2 +/ CaM 的調節，其在體內廣泛存在，含量最高的爲 T 淋巴細胞和神經組織，其次爲骨骼肌和心肌，在肝、肺、脾、胰、腎及子宮平滑肌均存在。CaN 由一個催化亞基 ( CnA，59 -62 KDa) 和一個調節亞基 ( CnB，19 KDa) 組成，其中 CnA 亞基由521 個氨基酸組成，CnB 亞基由168 個氨基酸組成。CnA 亞基包含有催化域、CnB 結合域、CaM 結合域、N - 末端區及自身抑制區。CnB 亞基有 4 個 Ca2 +結合位點，只有當 Ca2 +與 CnB 亞基結合在一起時才能激活其磷酸酶活性。從 CaN 的晶體結構中可以看到，當 CaM 結合域向後彎曲時，其催化域被自身抑制區封閉，從而使其磷酸酶活性被抑制; 當 Ca2 +與 CaM 結合時，自身抑制區移位，暴露催化域的活性位點，從而活化 CaN。目前 CaN 的 3 種基因已被發現，CnA 亞基由 2 種基因表達，即 α 和 β 基因，分別位於人第 4、10 號染色體; CnB 亞基由 1 種基因表達，位於人第 2 號染色體。CnA 亞基分爲 CnAα、CnAβ、CnAγ 3 種亞型。心肌重構主要由 CnAβ 參與，根據 C 末端的不同又可分爲 CnAβ1和CnAβ2。
2、CaN 的酶學特徵
CaN 具有相對比較專一的酶作用底物，其生理性底物中比較重要的有活化 T 細胞核因子家族 ( NF - ATs) ，三磷酸肌醇( IP3) 受體，經由 多巴 胺及 cAMP 活 化調 節 的磷酸蛋白( DARPP -32) ，N - 甲基 - D - 天冬氨酸受體 ( NMDA) 等。
CaN 的底物專一性可能透過與錨着蛋白結合而定位在特定的區域來實現。單獨的催化亞基的活性非常低，只有 CnA 和 CnB兩個亞基緊密結合後才能發揮 CaN 高效特異的催化活性。
Ca2 +透過與 CaM、CnB 亞基的結合來實現對 CaN 活性的調節。
Ca2 +與 CaM 結合可形成 Ca2 +- CaM 複合物，可導致 CaM 的構象發生變化，進而與 CaN 結合形成複合物。如果與 CaN 形成複合物的 CaM 只結合了 2 個 Ca2 +，那麼該複合物並沒有活性，只有當該複合物再結合 1 ～ 2 個 Ca2 +後纔會具有活性。因此，Ca2 +/ CaM 激活 CaN 的過程中，限速步驟不是 Ca2 +與 CaM 結合，也不是 Ca2 +- CaM 複合物與 CaN 結合，而是細胞中持續較高濃度的 Ca2 +的存在。CaM 對 CaN 的主要作用表現爲增加反應的 Vmax，但不影響 CaN 與底物的親和性。Ca2 +與 CnB 亞基結合可增加 CaN 與底物的親和力，但不改變 Vmax，但同時也是 CaN 活化所必需的，這樣就保證了 CaN 活性對 Ca2 +濃度瞬變的依賴性。有學者認爲，H+可能和 Ca2 +一樣參與了 CaN活性的調節，但作用機制不同: H+透過暴露 CaN 上的 CaM 結合域而調節 CaN 活性。金屬離子也是 CaN 活化所必需的，CaN 的催化功能受多種金屬離子的調節。體外實驗表明，不同的金屬離子對 CaN 的激活能力不同，同時還受 pH 和金屬離子濃度的影響。CaN 有特異的抑制劑，如環孢黴素 A ( CsA) 和他克莫司 ( FK506) ，生理性抑制劑如 Cain 蛋白 ( 神經組織中純化得到) 和 regucalcin 蛋白 ( 肝細胞中獲得) 。此外，CaN也受蛋白激酶調節，蛋白激酶磷酸化 CaN 後可使其活性降低。
3、CaN 在心肌肥厚中的作用
心肌肥厚是心臟在各種體內外刺激因素作用下發生的一種代償性反應，主要表現爲細胞增大、間質細胞增生、胞外基質重構及胚胎基因的再表達，這也是心室重塑的`過程。肥大的心肌細胞體積增大、合成蛋白增加、肌節數量增多，在機械牽張、壓力 負 荷、缺 血、缺 氧、活 性 氧 及 炎 性 因 子 等 刺 激下，透過多種複雜的途徑導致心肌肥厚的發生和發展。研究發現，高血壓、肥厚性心肌病、冠心病、擴張型心肌病、缺血性心臟病、瓣膜性心臟病引起的心室重構心力衰竭患者，其血清或心肌中 CaN 活性均增高。各種體內外刺激因素透過不同方式與作用機制改變細胞內 Ca2 +濃度，進而導致 Ca2 +結合 CaM 激活效應酶———鈣調素激酶 ( CaMK) 、CaN，啓動信號通路，產生生物學效應。活化 T 細胞核因子 ( NFAT) 是一種多功能因子，由 T 細胞受抗原刺激後產生，目前研究認爲NF - ATs 共有 5 種蛋白 ( NFAT 1 ～ 5 ) ，哺乳動物的心臟以NFAT3 爲主，活化的 NFAT3 在心肌肥厚的發生中扮演着重要角色，同時其還可以與其他因子結合而參與調節心肌肌球蛋白重鏈 ( MHC) 和心房利鈉因子 ( ANF) 等基因的表達，從而影響心肌功能。NFAT 是 CaN 重要的下游靶點，CaN 去磷酸化 NFAT3 暴露其核定位信號，轉位進入細胞核，核內 CaN、NFAT3、鋅指轉錄因子 ( GATA4) 形成複合物，共同激活下游基因，引起心鈉肽、腦鈉肽、α - MHC、β - MHC 特異表達。正常情況下，MHC 以 α - MHC 表達爲主，而肥大心肌的MHC 則以 β - MHC 爲主，從而影響了心肌纖維的收縮力，導致心力衰竭的發生。此外，心臟成纖維細胞轉移生長因子 β( TGF - β) 合成增加可以誘導心肌細胞原癌基因表達，如c - fos、c - myc、c - jun 等，進而使心肌胚胎化、蛋白核酸合成增加，導致心肌肥大。在慢性缺氧誘導的右心室心肌肥厚大鼠中發現，右心室心肌 CaN 活性、CnAβ mRNA 及 NFAT3明顯增高，利用 CaN 抑制劑 CsA 降低 CnAβ mRNA 的表達及CaN 活性後，大鼠心肌肥厚程度減輕，證實 CnAβ / NFAT3 通路在慢性缺氧所致右心室心肌肥厚中發揮着重要作用。但 CsA是一種免疫抑制劑，有較大不良反應，故而不宜在臨牀上長時間應用。不少傳統中藥治療心肌肥厚的作用機制也可能透過 CaN 通路，研究表明，高濃度丹蔘酮能夠明顯減低壓力負荷所致心肌肥厚大鼠心肌 CaN 的表達，從而抑制心肌肥厚，且這一作用與纈沙坦相當。當然，其他信號通路也可能參與了心肌肥厚的發生和發展過程，不同信號通路間可能存在交互作用。
4、CaN 在血管平滑肌增殖中的作用
血管平滑肌細胞 ( VSMC) 增殖是動脈粥樣硬化、經皮冠狀動脈介入治療 ( PCI) 後再狹窄的一個重要病理改變。基礎研究表明，細胞內 Ca2 +濃度在細胞增殖、凋亡、基因表達等方面發揮着至關重要的作用。VSMC 膜上的 L 型 Ca2 +通道是Ca2 +進出細胞的主要通道，由兩種負反饋機制負責調控，其一爲 CaN 介導的去磷化過程，其二爲細胞內 Ca2 +與膜蛋白上相關部位的相互作用。CaN 透過去磷酸化調節 VSMC 膜上的 L 型鈣離子通道的活性而影響胞內 Ca2 +濃度，進而啓動信號通路，調節 VSMC 增殖等。研究發現，NFAT 蛋白在 VSMC 中表達，不同刺激物可以信號傳遞的方式激活細胞內 NFAT，導致VSMC 核內相關基因轉錄，引起細胞增殖，CaN 特異性抑制劑CsA 能 夠 阻 斷 CaN 對 NFAT 的 激 活， 進 而 抑 制 VSMC 增殖。有體外實驗採用雷尼丁刺激大鼠 VSMC 內 Ca2 +的釋放，結果顯示細胞蛋白、核酸合成明顯增高，CaN 抑制劑 CsA及鈣道阻滯劑維拉帕米能夠抑制雷尼丁介導的血管平滑肌蛋白、核酸合成增高，並且抑制 CaN 的活性。有在體實驗對大鼠腹主動脈進行球囊損傷而引起管腔狹窄，CsA 能夠抑制增生、減輕血管損傷後的狹窄，並抑制 CaN 及 NFAT3 的表達，從而證實 CaN 通路參與了血管平滑肌的增殖與遷移，爲臨牀治療 PCI 後再狹窄提供了新思路。其他的信號通路如 JAK- STAT 通路、MAPK 通路等也可能共同參與了 VSMC 的增殖。
5、CaN 與心房纖顫 ( AF) 、心房肌肥大及心房電重構的關係
AF 是常見的心律失常，可增加腦卒中等血栓栓塞事件發生率。研究證實，AF 可引起心房肌細胞組織學及電生理學的顯着變化，且這些變化與細胞內 Ca2 +超載相關，細胞膜上的 L型 Ca2 +通道在 Ca2 +超載過程中起主要作用。肥大的心房肌細胞影響了腔室的幾何學、機械性能及各向異性傳導，易導致心律失常的發生。Bukowska 等研究表明，在房性快速型心律失常患者心房肌細胞重構的作用機制中，Ca2 +依賴的 NFAT4通路發揮着重要作用，心房肌細胞肥大使 AF 持續存在並繼續發展。研究表明，左心房直徑與 NFAT3 的表達呈正相關，這一結果支援腔室的幾何學及組織結構變化是 CaN 依賴性的，而腔室結構變化引起的血流變化則增加了血栓栓塞事件的發生率。研究表明，小劑量 FK506 與自由基清道夫藥物 Egb( 761) 聯合應用具有抗心律失常作用，提示透過抑制 CaN 信號通路能夠抑制心房重構，進而抑制 AF 的發生和發展，但FK506 作爲免疫抑制劑，其在慢性 AF 患者長期治療中的應用同樣受到了限制。此外，心房快速起搏也可以改變心房肌細胞的電生理特性，縮短動作電位有效不應期 ( ERP) ，降低 ERP的頻率適應性，導致心房電重構及 AF 的發生和維持。顏偉等研究表明，採用 CsA 對持續心房起搏犬心房電生理特性進行干預，能夠抑制心房快速起搏導致的心房 ERP 的縮短，但實驗的最終結果並沒有改變 AF 的誘發與維持，提示 AF 的發生還可能與其他通路作用有關，單純阻斷某一通路可能並不能達到滿意的治療效果。
綜上所述 ，CaN 是具有臨牀多效性的一種酶，在心血管重塑中發揮着重要作用，有可能成爲臨牀治療心血管重塑的新靶點。在心血管重塑發生和發展過程中，CaN/NFAT 信號通路與其他信號通路可能存在交互作用，但其具體作用機制還有待於進一步研究。
參考文獻
Sakuma K，Yamaguchi A. The functional role of calcineurin in hypertro-phy，regeneration，and disorders of skeletal muscle [J]. J BiomedBiotechnol，2010，2010: 721219.
符民桂，唐朝樞 . 鈣調神經磷酸酶的研究進展 [J]. 生物化學與生物物理進展，2000，27 ( 2) : 157 -161.
Karatas A，Hegner B，de Windt LJ，et al. Deoxycorticosterone acetate- salt mice exhibit blood pressure - independent sexual dimorphism[J]. Hypertension，2008，51 ( 4) : 1177 -1183.
Yamazaki T，Komuro I，Yazaki Y. Signalling pathways for cardiac hy-pertrophy [J]. Cell Signal，1998，10 ( 10) : 693 - 698.