Kalirin研究進展

王玲琳，李雪萍

(西安醫(yī)學(xué)院：A.教務(wù)處；B.研究生處，陜西 西安 710021)

Kalirin發(fā)現(xiàn)于1996年，是一種興奮性突觸神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)的蛋白分子[1]，因其能夠與多種神經(jīng)蛋白相互作用，故用印度多手女神kali來命名，中文也稱“千手蛋白”。近年研究表明Kalirin作為神經(jīng)保護因子，可為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的退行性疾病提供新的治療線索。本文就Kalirin 的研究進展做一綜述。

1 Kalirin功能

Kalirin作為一種鳥苷酸交換因子(GEF)，通過促進GDP/GTP交換而增強小G蛋白Rho-GTP酶的活性，Rho-GTP酶能夠調(diào)節(jié)多種細胞過程，如將胞外刺激信號通過信號傳導(dǎo)通路傳進胞內(nèi)，從而發(fā)揮一系列生物功能。其生物功能主要有激發(fā)神經(jīng)元突起的生長、提高樹突棘的數(shù)量，在協(xié)調(diào)內(nèi)分泌、神經(jīng)軸突的生長、突觸的發(fā)育、大腦的成熟等過程中發(fā)揮重要作用[2]。

2 Kalirin分子亞型

小鼠Kalirin包含有65個外顯子，跨越分子量大于650 kb 的染色體組。因為存在多種啟動子和轉(zhuǎn)錄起始點，可以產(chǎn)生具有不同功能的多種亞型，但每種亞型的分子骨架是相同的。因其外顯子3不同而主要存在三種亞型，Kalirin-7，-9和-12[3]。各亞型的共同特征是含有9個血影蛋白樣重復(fù)單位, GEF1 區(qū)和Sec14p區(qū)，Sec14p區(qū)可促進脂類相互作用及細胞內(nèi)分子的定位。9個血影蛋白樣重復(fù)單位能和多種蛋白相互作用，包括精神分裂癥易斷裂基因l(DISC1)[4]，肽基甘氨酸酰胺單氧酶 (PAM)[1]，一氧化氮合酶(iNOS)[11]，亨廷頓相關(guān)蛋白1 (HAP1)[14]和ADP核糖基化因子6(Arf6)[3]。 Kalirin-12 是分子最長的一種亞型，包含有另一個GEF2區(qū)，一個免疫球蛋白Ig樣區(qū)，一個纖連蛋白 III區(qū) (FnIII)，一個絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶區(qū)和其下游一個獨特的羥基尾。Kalirin-12 主要在未成熟的神經(jīng)元生長錐中分布，其功能可能和軸索分枝及突觸可塑性有關(guān)。纖連蛋白 III區(qū)很獨特，在調(diào)節(jié)細胞骨架組織方面發(fā)揮了重要作用。內(nèi)源性Kalirin-9分布在神經(jīng)突和生長錐，其功能有待闡明。

Kalirin-7是成年鼠類大腦中含量最豐富的亞型，興奮性神經(jīng)元突觸后是其唯一的分布區(qū)域。Kalirin-7 分子可謂多才多藝，可以和很多分子相互作用 ，和磷脂酰肌醇3磷酸鹽結(jié)合調(diào)節(jié)神經(jīng)棘的形態(tài)發(fā)生，和突觸PDZ蛋白如 PSD-95, AF-6, spinophilin和谷氨酸NMDA受體結(jié)合調(diào)節(jié)神經(jīng)元突觸可塑性，在突觸形成中發(fā)揮重要作用。人的 Kalirin-7也稱Duo蛋白，和大鼠的Kalirin-7核酸序列有91%同源性，和蛋白序列有98%同源性，在第7血影蛋白重復(fù)區(qū)域有27個氨基酸不同[3]。

3 Kalirin的表達

Kalirin表達范圍廣泛，包括神經(jīng)元、內(nèi)分泌細胞、肝臟、肌肉和心臟[3]。Kalirin-7主要表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在出生時表達水平很低，隨著生長發(fā)育而增加，在突觸發(fā)生最多時表達水平也達最高。成年鼠Kalirin與PAM的表達區(qū)域相同。促腎上腺皮質(zhì)激素腫瘤細胞如果同時轉(zhuǎn)染Kalirin和PAM，與未轉(zhuǎn)染的細胞或單獨轉(zhuǎn)染PAM的細胞相比，能表達持續(xù)時間更長、分支更多的神經(jīng)突觸，表明Kalirin可獨立履行功能或者跟PAM相互作用發(fā)揮功能。

免疫組化染色研究表明，體外培養(yǎng)大腦皮質(zhì)、海馬神經(jīng)元的Kalirin-7總是和興奮性神經(jīng)元標志物谷氨酸轉(zhuǎn)運體1(Vglut1) 同在，而且其陽性染色顆粒的分布區(qū)域也和樹突棘、樹突軸部位的PSD95、谷氨酸受體NMDA 的亞單位NR1，NR2B，或 AMPA受體亞單位 GluR1、GluR2分布區(qū)域重疊。相反，Kalirin-7從不和抑制性神經(jīng)元標志物GAD65，或GABA受體染色發(fā)生重疊，表明Kalirin-7幾乎全部分布在興奮性神經(jīng)元突觸后胞漿中。增加Kalirin-7表達水平可引起樹突棘密度、尺寸、數(shù)量增加，同時減少內(nèi)源性的Kalirin-7表達水平可導(dǎo)致棘密度、尺寸、數(shù)量降低。有趣的是，體外實驗發(fā)現(xiàn)，過度表達Kalirin-7可使原來沒有樹突棘的海馬中間神經(jīng)元長出神經(jīng)棘來[6]。

4 Kalirin表達下降與疾病

4.1 精神分裂癥

在精神分裂癥中解剖發(fā)現(xiàn)腦皮層內(nèi)錐形神經(jīng)元上的樹突棘數(shù)量減少，尤其背外側(cè)前額葉皮質(zhì)3層[4]。精神分裂癥易感基因產(chǎn)生的幾個蛋白，也是突觸可塑性和皮層網(wǎng)絡(luò)發(fā)育和調(diào)節(jié)的重要決定因子[5]，提示調(diào)節(jié)樹突棘形態(tài)可能是一個重要的治療靶點，但其分子病理機制研究仍然處于初級階段。Lewis等[4]發(fā)現(xiàn)，在未治療的精神分裂癥個體中，Kalirin-7mRNA表達水平減低，且樹突棘密度與Kalirin-7的表達水平有明顯聯(lián)系[6]。酵母菌雙雜交篩選試驗發(fā)現(xiàn)，Kalirin-7與精神分裂癥易斷裂基因l (DISC1)存在相互作用，DISC1是重要的精神分裂癥易感基因。谷氨酸機制是目前研究精神分裂癥病理過程以及進行藥物治療的核心[7]，而Kalirin-7對谷氨酸受體信號傳輸非常重要， Kalirin-7的缺陷有可能導(dǎo)致了谷氨酸信號通路障礙。精神分裂癥患者的大腦中谷氨酸受體、PSD-95脊親和蛋白受體表達量減少，因為這些蛋白與Kalirin-7存在相互作用，也進一步支持Kalirin-7缺陷可導(dǎo)致棘形態(tài)改變。Kalirin-7對中間神經(jīng)元樹突和突觸的形態(tài)維護、正常功能維持起重要作用，精神分裂癥存在中間抑制性神經(jīng)元氨基丁酸(GABA)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)障礙， Kalirin-7可能也通過影響GABA神經(jīng)元的發(fā)育和功能而影響了精神分裂癥[4]?？傊?，非正常Kalirin-7信號傳輸能促進突觸病理與精神分裂癥的聯(lián)系，可能是通過干擾樹突棘的形成、維護或突觸可塑性，進而引起樹突棘密度和數(shù)量的減少，這可能是精神分裂癥相關(guān)認知功能喪失的基礎(chǔ)。

4.2 阿爾茲海默病

β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積是阿爾茲海默病(AD)病人腦內(nèi)神經(jīng)元變性和死亡的主要原因。研究表明，樹突棘喪失和功能退化發(fā)生在Aβ沉積之前，且和AD病人逐步發(fā)展的認知障礙有很強的關(guān)聯(lián)[8]。雖然AD發(fā)生的突觸病理分子機制仍不清楚，但最近的一些研究顯示， Kalirin-7在AD病理過程中可能扮演了重要的角色。對AD病人腦組織分析發(fā)現(xiàn)，海馬內(nèi)的Kalirin-7的mRNA和蛋白表達水平較低，大腦皮層也受到影響，而小腦組織較少波及[10]。一氧化氮(NO)是一種神經(jīng)遞質(zhì)，由一氧化氮合酶iNOS催化產(chǎn)生，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥時出現(xiàn)過量的NO可對神經(jīng)元產(chǎn)生毒性而影響神經(jīng)傳導(dǎo)和激素產(chǎn)生，最終可引起神經(jīng)元死亡。在體外培養(yǎng)的神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)Kalirin-7可與一氧化氮合酶iNOS相互作用，并通過淀粉β1-42相關(guān)肽和脂多糖(LPS)顯著減少iNOS的表達[9]，因而Kalirin-7可能扮演神經(jīng)保護角色。AD中還存在一些促進病理過程的蛋白分子如PAK，PSD-95和GluR1[10]。在AD病人腦組織中PAK1和3的表達水平和活性都有減少，而活化的PAK可用來防止Aβ寡聚物引起的毒性，反之抑制PAK會引起AD樣病理變化。而這些蛋白分子能夠與Kalirin-7相互作用，若設(shè)法逆轉(zhuǎn)Kalirin-7/PAK等幾個信號通路的功能障礙，有可能調(diào)節(jié)AD的樹突棘病理過程，為AD治療提供一個新思路。

4.3 抑郁癥

人類與控制心境相關(guān)的中樞在大腦海馬區(qū)域。突觸可塑性改變可能在抑郁癥病理機制和治療中有重要作用。抑郁癥病人和動物模型中，海馬的Kalirin表達水平降低、錐體神經(jīng)元萎縮、神經(jīng)膠質(zhì)密度減低、前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元體積減小。另一方面，電休克是有效治療重型抑郁癥的方法之一，對病人和動物模型通過反復(fù)有效的電休克治療，Kalirin表達水平升高，前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元樹突棘密度、海馬錐體神經(jīng)元數(shù)目也得以增加。海馬內(nèi)kalirin減少可能是產(chǎn)生抑郁癥的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)[11-12]。

5 Kalirin表達升高與疾病

5.1 癲癇

在癲癇病人和動物模型中，海馬區(qū)CA1錐狀細胞的樹突形態(tài)改變、棘數(shù)目減少、形態(tài)異常。癲癇實驗動物模型顯示海馬區(qū)Kalirin 表達顯著升高[13]。

5.2 亨廷頓病

亨廷頓病(HD)的特征性病理改變是中腦紋狀體的中等大小棘細胞缺失、棘密度減少、樹突棘的形態(tài)發(fā)生變化[14]，而亨廷頓蛋白相關(guān)蛋白(HAP1) 功能障礙在HD發(fā)病中起重要作用，分子病理研究發(fā)現(xiàn)Kalirin-7 與HAP1存在相互作用。有學(xué)者在紋狀體薄片上模擬體內(nèi)條件過表達Kalirin-7，結(jié)果引起了中等大小神經(jīng)元樹突棘數(shù)目減少，樹突復(fù)雜性下降，表明Kalirin-7在HD病理中可能扮演了重要角色。

5.3 其他

Kalirin-7在海馬區(qū)也參與了雌激素介導(dǎo)的棘/突觸形成,雌激素對Kalirin-7具有調(diào)節(jié)作用，提示Kalirin-7在卵巢激素相關(guān)的功能性疾病和更年期綜合征發(fā)病中也有作用[15]。

6 結(jié)語

最近一些研究揭示了Kalirin-7在幾種退行性神經(jīng)病和精神障礙、雌激素相關(guān)疾病中的潛在作用，以及其信號傳輸和相互作用分子。突觸功能和結(jié)構(gòu)的緊密關(guān)系提示，在這些疾病中神經(jīng)棘發(fā)育不全和易感基因中的多個蛋白編碼紊亂，導(dǎo)致蛋白信號通路異常。進一步研究突觸疾病中信號整合分子Kalirin-7的作用，有可能為醫(yī)學(xué)界提供一些治療這些疾病的新思路。

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