2019年㊀5月整合营销策划
第39卷㊀第5期融资租赁行业
基础医学与临床
Basic&ClinicalMedicine
May2019
Vol.39㊀No.5
收稿日期:2018 ̄11 ̄05㊀㊀修回日期:2019 ̄01 ̄28
∗
通信作者(correspondingauthor):tonganli@hotmail.com
文章编号:1001 ̄6325(2019)05 ̄0755 ̄04
短篇综述㊀
钙信号在醛固酮合成中的作用及其调控机制
王㊀芬ꎬ童安莉∗ꎬ李玉秀
(中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院内分泌科国家卫生健康委员会内分泌重点实验室ꎬ北京100730)
摘要:血管紧张素Ⅱ㊁促肾上腺皮质激素和钾是刺激醛固酮分泌的重要生理因素ꎬ这3种物质均可激活肾上腺皮质细胞膜
上电压门控Ca2+通道ꎬ引起Ca2+内流ꎬ是生理性刺激醛固酮分泌的共同途径ꎮ在醛固酮瘤中ꎬATP1A1㊁ATP2B3㊁CACNA1D和KCNJ5突变均会导致细胞内Ca2+增加ꎮ细胞内钙信号将通过Ca2+ ̄CaM ̄CaMK途径促进醛固酮合成ꎮ
关键词:钙信号ꎻ醛固酮合成ꎻ醛固酮瘤
中图分类号:R586 9㊀㊀文献标志码:A
Roleofcalciumsignalinthesynthesisofaldosteroneanditsregulationmechanism
WANGFenꎬTONGAn ̄li∗ꎬLIYu ̄xiu
(DepartmentofEndocrinologyꎬNationalHealthCommissionKeyLaboratoryofEndocrinologyꎬPekingUnionMedicalCollegeHospitalꎬ
CAMS&PUMCꎬBeijing100730ꎬChina)
Abstract:AngiotensinⅡꎬadrenocorticotrophichormoneandpotassiumarethemainphysiologicalstimulusthatpromotealdosteronesecretion.Allofthethreekindsofstimuluscouldactivatevoltage ̄gatedcalciumchannelinadrenalcorticalcells.Calciuminfluxthroughvoltage ̄gatedcalciumchannelisthecommonpathinthesynthesisof
aldosterone.CalciumconcentrationinATP1A1ꎬATP2B3ꎬCACNA1DandKCNJ5mutatedaldosterone ̄producingadenomasarealsoelevated.Calciumsignalmaypro
motealdosteronesecretionthoughCa2+ ̄CaM ̄CaMKpathway.Keywords:calciumsignalingꎻsynthesisofaldosteroneꎻaldosterone ̄producingadenoma㊀㊀原发性醛固酮增多症(primaryhyperaldosteron ̄ismꎬ简称原醛)是一种由肾上腺皮质分泌醛固酮增多㊁以高血压伴或不伴低钾血症为特点的疾病ꎬ是最
常的继发性高血压[1]ꎮ特发性醛固酮增多症(idio ̄pathichyperaldosteronismꎬIHA)和醛固酮瘤(aldoste ̄rone ̄producingadenomaꎬAPA)为其最常见的亚型ꎬ较少见的亚型包括原发性肾上腺皮质增生㊁家族性醛固酮增多症(familialhyperaldosteronismꎬ简称家族性原醛)㊁分泌醛固酮的肾上腺皮质癌和异位醛固酮分泌瘤[2]ꎮ与原发性高血压患者比较ꎬ原醛患者的心血管并发症更显著㊁病死率更高㊁尿白蛋白排泄
广州的特色美食率增加和新发糖尿病增加[3 ̄5]ꎬ手术治疗或盐皮质激素受体拮抗剂能降低原醛患者的心血管风险㊁尿白蛋白排泄和新发糖尿病风险[5]ꎮ
在生理或是在原醛病理状态下ꎬ胞内钙信号对
醛固酮合成均非常重要ꎮ在生理情况下ꎬ醛固酮的合成主要受促肾上腺皮质激素(adrenocor
ticotrophi ̄chormoneꎬACTH)㊁血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡꎬATⅡ)和血钾调节ꎮ这3种因素在调节醛固酮分泌的过程中ꎬ均有钙信号参与ꎮ病理情况下ꎬ在原醛腺瘤的发病机制中ꎬ钙信号的激活是刺激醛固酮合成分泌的关键环节ꎮ
基础医学与临床㊀㊀Basic&ClinicalMedicine2019 39(5)
1㊀钙信号在生理性醛固酮分泌过程中的作用大学生计算机基础
韦贤妃㊀㊀醛固酮由肾上腺球状带细胞分泌ꎮ球状带细胞以胆固醇为底物ꎬ经过一系列酶的催化ꎬ最终在醛固酮合成酶(alsoteronesynthaseꎬCYP11B2)催化下合成醛固酮ꎮ影响球状带细胞分泌醛固酮的主要因素包括ACTH㊁ATⅡ和血钾ꎮATⅡ与血管紧张素Ⅱ1型受体(angiotensinⅡreceptortype1ꎬAT1R)结合后ꎬ通过多条信号通路刺激醛固酮的合成ꎬ包括:1)激活磷脂酶C(phospholipaseCꎬPLC)ꎬPLC水解磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositol4ꎬ5 ̄bisphos ̄phateꎬPIP2)成三磷酸肌醇(inositol1ꎬ4ꎬ5 ̄triphos ̄phateꎬIP3)和二酰甘油ꎬIP3与内质网上的IP3受体结合后使内质网钙池释放钙离子(Ca2+)ꎬ导致细胞内Ca2+浓度增加ꎬ引起钙调素(calmodulinꎬCaM)构象和活性的变化ꎬ进一步激活含CaM结合位点的靶蛋白 Ca2+/CaM依赖性蛋白激酶(Ca2+/calmodulin ̄dependentprote
inkinaseꎬCaMK)ꎬ磷酸化下游底物ꎬ最后使醛固酮合成增加ꎻ另外ꎬ二酰甘油激活蛋白激酶(proteinkinaseCꎬPKC)ꎬPKC再激活磷脂酶D(phospholipaseDꎬPLD)ꎬ促进醛固酮合成ꎻ2)改变细胞膜电位ꎮ阻断K+外漏以及Na+/K+ATP酶ꎬ导致细胞膜去极化ꎬ激活电压门控Ca2+通道ꎬ引起Ca2+内流ꎮ血钾对醛固酮分泌的调控途径如下:细胞外高钾能使细胞膜去极化ꎬ激活细胞膜上电压门控Ca2+通道ꎬ导致细胞外Ca2+内流ꎬ促进醛固酮合成ꎮACTH刺激醛固酮合成通路如下:ACTH与受体结合后激活蛋白激酶A(proteinkinaseAꎬPKA)ꎬPKA刺激电压门控Ca2+通道开放ꎬ导致细胞外Ca2+内流ꎬ促进醛固酮合成ꎮ由此可见ꎬ虽然上述不同的生理性刺激醛固酮的物质所激活的细胞内信号通路有差异ꎬ但激活电压门控的Ca2+通道ꎬ引起Ca2+内流是共同的途径ꎮ因此ꎬ钙信号在醛固酮合成调控中起至关重要的作用[6 ̄7]ꎮ
2㊀钙信号在病理性醛固酮分泌过程中的作用
㊀㊀病理情况下ꎬ细胞内钙信号激活也是原醛的重要发病机制ꎮ随着2011发现第一个醛固酮瘤的致病基因KCNJ5以来ꎬ陆续又有4个致病基因发现ꎮ分别是醛固酮瘤的体系致病基因ATP1A1㊁ATP2B3和CACNA1Dꎻ家族性原醛的胚系致病基因KCNJ5㊁CACNA1D和CACNA1H[8 ̄9]ꎮ
KCNJ5编码G蛋白偶联的内向整流K+通道4(Gprotein ̄activatedinwardrectifierpotassiumchannel4ꎬGIRK4)ꎮ静息状态下ꎬGIRK4处于开放状态ꎬK+外流ꎬ维持膜电位处于超极化的状态ꎻ当KCNJ5发生突变后ꎬGIRK4对K+的选择性丧失ꎬ对Na+通透性增强ꎬNa+内流导致膜去极化ꎬ激活细胞膜上电压门控Ca2+通道ꎬ导致细胞外Ca2+内流ꎬ从而激活钙信号ꎬ刺激醛固酮合成[10 ̄11]ꎮ在HAC15细胞中转染突变型KCNJ5较转染野生型KCNJ5相比ꎬ醛固酮分泌明显增加[12]ꎮ
ATP1A1编码细胞膜上Na+/K+ATP酶的a1亚单位ꎮNa+/K+ATP酶在肾上腺球状带中高表达ꎮ该酶每水解1个ATP分子可使3个Na+排出细胞外和2个K+进入细胞内ꎬ使细胞膜超极化ꎮATP1A1突变后ATP酶活性下降ꎬ减少与Na+和K+的结合ꎬK+内流减少㊁Na+内流增加㊁细胞膜去极化㊁电压门控Ca2+通道开放㊁Ca2+内流增加和醛固酮产生增加[10ꎬ13]ꎮ
ATP2B3编码细胞膜钙泵(Ca2+ ̄ATPaseꎬplasmamembranecalciumtransportATPase3ꎬPMCA3)ꎬ参与细胞内Ca2+的清除ꎬ有利于维持细胞内钙稳态ꎮATP2B3突变后能影响其编码的钙泵与Ca2+的结合ꎬ造成细胞内Ca2+清除下降ꎬ胞内Ca2+水平增高ꎬ使醛固酮产生增加[14]ꎮ
CACNA1D编码细胞膜上L型电压门控Ca2+通道的α1亚单位ꎬ即Cav1 3ꎮ突变后L型电压门控Ca2+通道开放ꎬCa2+内流增加ꎬ醛固酮合成增加[15]ꎮCACNA1H编码细胞膜上T型电压门控Ca2+通道的α1H亚单位ꎬ即Cav3 2ꎮ突变后T型电压门控Ca2+通道开放ꎬCa2+内流增加ꎬ醛固酮合成增加[16]ꎮ可见ꎬ在KCNJ5与ATP1A1突变的情况下ꎬ细胞膜电位去极化ꎬ开放细胞膜上电压依赖性Ca2+通道ꎬCa2+内流激活下游信号通路ꎬ刺激醛固酮合成ꎮ在ATP2B3㊁CACNA1D和CACNA1H突变的情况下ꎬ细胞内Ca2+浓度升高ꎬ激活下游信号通路ꎬ刺激醛固酮合成ꎮ钙信号的激活也是这些基因突变导致的原醛合成醛固酮的重要途径ꎮ
文庆鲤657
王芬㊀钙信号在醛固酮合成中的作用及其调控机制
3㊀钙信号促进醛固酮的合成
细胞内钙信号主要通过Ca2+ ̄CaM ̄CaMK途径发挥作用ꎮAPA中ꎬCaM以CaM2表达为主ꎬCaMK亚型中以CaMKI㊁CaMKⅣ表达为主ꎮ用CaMK的抑制剂或CaM的抑制剂ꎬ均能显著降低高钾及ATⅡ刺激的H295R细胞的CYP11B2mRNA的表达[17]ꎮ
Ca2+ ̄CaM ̄CaMK可以通过以下几个途径刺激醛固酮的合成:1)增加胆固醇酯水解酶的活性ꎬ使胆固醇去酯化并释放入胞质ꎻ并促进胆固醇至线粒体外膜的转运ꎻ2)增加线粒体氧化代谢及醛固酮合成酶(CYP11B2)活性所需的辅酶因子的生成ꎻ3)CaMK可激活多种转录因子ꎬ如孤儿核受体相关因子1(NURR1)㊁神经生长因子诱导克隆B(NGFIB)和转录激活因子1(SF1)ꎬ促进活化转录因子(ATF)和环腺苷酸反应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化ꎮNURR1和NGFIB结合NGFIB反应元件(NBRE ̄1)和Ad5元件ꎬ并使之活化ꎮATF和CREB结合CYP11B2环腺苷酸反应元件即Ad1/CREꎮ这些顺式反应元件如NBRE ̄1㊁Ad5和Ad1/CRE的激活均促进醛固酮的合成[18]ꎮ
4㊀细胞内钙信号的调控
细胞外Ca2+浓度约1mmol/Lꎬ内质网的Ca2+浓度约100μmol/Lꎬ而细胞内Ca2+浓度约100nmol/Lꎬ线粒体和细胞核内Ca2+浓度与胞质相当ꎮ维持细胞内极低的Ca2+浓度ꎬ需要一套精细的机制来调控细胞内钙离子浓度的升高和降低ꎮ通常情况下ꎬ调节细胞内Ca2+浓度升高的途径有:1)细胞外Ca2+内流ꎬ即细胞外Ca2+通过开放的电压依赖性钙通道进入细胞内ꎻ2)胞内钙库(calciumpool)的调节ꎬ在不同的细胞调控机制不完全一致ꎮ如内质网钙库释放的机制有两种:在心肌细胞中为钙触发钙释放ꎬ胞质内Ca2+浓度升高后ꎬ结合内质网上理阿诺碱受体(ryanodineꎬRyR)2的Ca2+结合位点ꎬ促进内质网释放钙ꎬ形成正反馈ꎮ另一种
是三磷酸肌醇(inositol1ꎬ4ꎬ5 ̄triphosphateꎬIP3)受体系统介导ꎮ如在肾上腺皮质细胞中ꎬATⅡ促进细胞内磷脂酶C(phospho ̄lipaseCꎬPLC)活化产生IP3ꎬIP3与内质网上的IP3受体结合后引起内质网钙池内Ca2+释放到细胞质ꎮ调节胞内Ca2+降低的途径有:细胞膜钙泵(Ca2+ ̄ATP酶ꎬPMCA)和Na+/Ca2+交换蛋白(Na+/Ca2+ex ̄changerꎬNCX)将Ca2+排出细胞ꎻ内质网钙泵(Ca2+ ̄ATP酶ꎬsarco/endoplasmicreticulumCa2+ ̄ATP酶ꎬSERCA)将胞质内的Ca2+泵入内质网ꎻ线粒体单向转运体(mitochondrialcalciumuniporterꎬMCU)将Ca2+运送到线粒体[19 ̄20]ꎮ
在肾上腺皮质细胞中ꎬL型钙通道和T型钙通道是细胞外Ca2+流入细胞内的重要通道ꎮ家族性原醛IV和V型是由于编码T型钙通道(CACNA1H)和L型钙通道(CACNA1D)基因突变ꎬ导致细胞内Ca2+增加ꎮ既往研究发现用L型钙通道阻滞剂能阻断Ca2+内流ꎬ减少醛固酮合成[21]ꎮ在降低细胞内Ca2+的途径中ꎬSERCA㊁PMCA㊁NCX和MCU均发挥了重要的作用ꎮSERCA有3种亚型ꎮAPA与附近的正常肾上腺球状带相比ꎬ有更高的SERCA3表达[22]ꎬ但SERCA3的功能并不清楚ꎮPMCA有4个亚型ꎬ有报道人肾上腺组织以PMCA4表达为主[23]ꎮ
5㊀问题与展望
人体内钙信号调控机制复杂ꎬ不同组织钙信号的调节有差异ꎬ不同细胞内Ca2+ ̄CaM ̄CaMK途径也有差异ꎮ目前并不清楚是T型钙通道还是L型钙通道对醛固酮的分泌占主要的作用ꎬ也不清楚细胞内Ca2+浓度有哪些亚型的酶调控ꎬCaMK激活与醛固酮分泌之间的信号通路也不是十分清楚ꎬ钙信号激活后是否还有其他的信号通路参与醛固酮的合成也有待进一步探索ꎮ但是细胞内Ca2+浓度的升高在醛固酮合成过程中有重要作用ꎮ抑制细胞内Ca2+的浓度能抑制醛固酮的合成[24 ̄25]ꎬ提示抑制细胞内钙信号有望成为原醛的重要治疗手段之一ꎮ
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