Pin1通過抑制Wnt/β-catenin信號參與CKD-MBD的發(fā)?、?/h1>
2018-08-01 00:58:36綜述王文赟審校
中國免疫學(xué)雜志 2018年7期
趙 玉 綜述 王文赟 王 靜 審校
(西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000)
肽酰脯氨酰胺同分異構(gòu)酶(Peptidyl-prolyl cis/trans isomerase NIMA-interacting 1,Pin1)歸屬于多肽基脯氨酰順反同分異構(gòu)酶家族的Pin1型亞家族，是通過酵母雜交確定的對酵母和人類細(xì)胞分裂均有作用的功能蛋白，具有高度保守性和特異性。Pin1能夠特異性地催化磷酸化的絲/蘇-脯氨基酸(Ser/Thr-Pro)基序發(fā)生異構(gòu)，使其底物蛋白構(gòu)象改變而影響其相關(guān)的功能。本文旨在探討Pin1通過抑制Wnt/β-catenin信號參與慢性腎臟病-礦物質(zhì)和骨異常(Chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)的發(fā)病。
1 Pin1的結(jié)構(gòu)和功能
Pin1功能的特異性主要依賴于其結(jié)構(gòu)的特殊性。Pin1包括兩個(gè)重要的功能區(qū)，即氨基末端(N末端)的色氨酸-色氨酸中心(WW)結(jié)構(gòu)域和羧基末端(C末端)的肽基脯氨酰異構(gòu)酶(PPIase)結(jié)構(gòu)域。N末端的WW 區(qū)，由39個(gè)氨基酸殘基組成，以兩個(gè)恒定的色氨酸為特征，形成獨(dú)特的兜狀結(jié)構(gòu)，是一個(gè)特異性的磷酸化的Ser/Thr基序的鏈接區(qū)，介導(dǎo)Pin1與底物中磷酸化的蛋白質(zhì)結(jié)合；C末端的PPIase活化區(qū)，由120個(gè)氨基酸殘基組成，此區(qū)為Pin1的活化位點(diǎn)，具有RNA聚合酶的功能，WW區(qū)與PPIase區(qū)由一可變性序列連接共同構(gòu)成一個(gè)雙監(jiān)測機(jī)制[1]。當(dāng)Pin1的底物磷酸化后，WW區(qū)與磷酸化的Ser/Thr-Pro基序發(fā)生特異性結(jié)合，結(jié)合后PPIase區(qū)便可催化磷酸化的Ser/Thr基序發(fā)生構(gòu)象改變，由順式變?yōu)榉词交蛴煞词阶優(yōu)轫樖?，從而改變底物蛋白質(zhì)的構(gòu)象，調(diào)節(jié)靶蛋白的活性[2]。因此，Pin1參與涉及蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化的多種信號通路的調(diào)節(jié)[3]，其作用的蛋白質(zhì)序列中pSer/Thr-Pro基序的磷酸化是細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制[4]。
2 Wnt/β-catenin信號通路與CKD-MBD
KDIGO指南定義CKD-MBD是指慢性腎臟疾病(Chronic kidney disease,CKD)患者出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室檢查異常(Ca、P、iPTH、維生素D)、骨骼異常(骨轉(zhuǎn)運(yùn)、骨礦化、骨骼生長、骨骼力量)及心血管損害和軟組織鈣化三方面的改變。近年的臨床實(shí)踐及基礎(chǔ)研究均表明，骨代謝異常在CKD早期即已出現(xiàn)，其是CKD-MBD發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，加重心血管疾病，造成CKD骨-腎臟-心臟相互間的損害呈惡性循環(huán)發(fā)展，加速CKD進(jìn)展[5]。
Wnt信號在生物進(jìn)化中極為保守，Wnt族基因及其產(chǎn)物與多種基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物構(gòu)成一條極為復(fù)雜的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，控制著生物的胚胎發(fā)育、細(xì)胞命運(yùn)及組織器官形態(tài)的發(fā)生，在生物生長、發(fā)育、功能和死亡中具有重要作用。Wnt/β-catenin信號是Wnt信號的經(jīng)典途徑，在調(diào)節(jié)骨和軟骨代謝中有重要作用，如刺激干細(xì)胞復(fù)制、促進(jìn)軟骨細(xì)胞成熟、誘導(dǎo)成骨細(xì)胞發(fā)生、阻礙成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞凋亡等[6-8]。而在CKD-MBD的發(fā)病機(jī)理中，β-catenin信號的改變是一個(gè)早期事件。Sabbagh等[9]研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者早期既已出現(xiàn)骨骼的合成代謝降低，其體細(xì)胞核內(nèi)的β-catenin減少。與正常人骨骼相比，在早期伴有低轉(zhuǎn)化型(LTO)或高轉(zhuǎn)化型(HTO)骨病的CKD及HD患者中，其骨活檢組織中骨細(xì)胞表達(dá)磷酸化的Ser33/37-β-catenin 數(shù)量增多，而作為此信號通路抑制劑的硬化蛋白(Sclerostin，SOST)水平也增高，提示W(wǎng)nt/β-catenin信號途徑在CKD早期既已被抑制[9]。最近研究發(fā)現(xiàn)，與非CKD患者相比，CKD患者血清中SOST和Dickkopft-1 (DKK1)的水平明顯升高，進(jìn)一步證明了Wnt/β-catenin信號通路在CKD早期被抑制[10]。在多囊腎疾病和Alport腎病的早期CKD動(dòng)物模型中，研究者也發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞核內(nèi)β-catenin降低，SOST水平增高[11,12]。Sabbagh等[9]用免疫組化方法發(fā)現(xiàn)，jck鼠與野生型小鼠相比，其骨細(xì)胞表達(dá)磷酸化Ser 33/37-β-catenin 的數(shù)量顯著增多，這一變化貫穿于整個(gè)疾病的過程；jck鼠骨細(xì)胞表達(dá)SOST的數(shù)量也明顯增加，證實(shí)了在CKD-MBD的發(fā)病過程中，Wnt/β-catenin信號通路失活。Wnt/β-catenin信號通路被抑制，導(dǎo)致β-catenin所靶向的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞相關(guān)基因的異常，造成破骨細(xì)胞活化，成骨細(xì)胞功能障礙，骨相關(guān)細(xì)胞之間的協(xié)調(diào)作用失常，最終促進(jìn)了CKD-MBD骨代謝異常的持續(xù)進(jìn)展。
3 Pin1依賴的絲/蘇-脯氨基酸基序磷酸化及異構(gòu)是調(diào)控Wnt/β-catenin信號的重要途徑
Pin1增加細(xì)胞內(nèi)β-catenin的穩(wěn)定性。在乳腺癌組織中Pin1與β-catenin均高水平表達(dá)，但在Pin1缺陷小鼠組織中β-catenin水平急劇下降[13]。Pin1通過阻止β-catenin與APC相互作用，避免其在細(xì)胞質(zhì)降解，穩(wěn)定β-catenin，使其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，啟動(dòng)β-catenin/TGF信號，通過TGF位點(diǎn)激活其下游靶向基因[14]。Pin1過表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)β-catenin的穩(wěn)定性明顯增加，β-catenin蛋白水平增高，而Pin1低下則造成β-catenin降解增多，β-catenin蛋白水平下降。Pin1與β-catenin的表達(dá)密切相關(guān)。
β-catenin包含3個(gè)絲-脯氨基酸基序，是Pin1的重要底物之一。體外對Hela細(xì)胞共轉(zhuǎn)染Pin 1和β-catenin，采用GST-Pull down實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C實(shí)Pin1與β-catenin之間的相互作用關(guān)系。體內(nèi)免疫共沉淀方法也能證明Pin1與β-catenin結(jié)合。對蟾蜍提取物孵育后進(jìn)行的GST-Pull down試驗(yàn)表明Pin1結(jié)合依賴于β-catenin的磷酸化，其作用部位位于β-catenin磷酸化的絲氨酸246-脯氨酸(Ser 246-Pro)序列，該位點(diǎn)與β-catenin結(jié)合APC的部位非常接近(圖1)，APC在控制β-catenin從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的定位輸出方面具有重要作用。Pin1特異性地結(jié)合β-catenin，則破壞了β-catenin與APC的結(jié)合，導(dǎo)致β-catenin在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)積聚，促使其入核，誘導(dǎo)β-catenin靶向的下游基因轉(zhuǎn)錄[15]。經(jīng)典的Wnt信號通路β-catenin核定位是關(guān)鍵步驟[16]，Pin1與磷酸化蛋白結(jié)合及對磷酸化區(qū)域進(jìn)行異構(gòu)是活化β-catenin所必需的過程，Pin1依賴的絲/蘇-脯氨基酸基序的磷酸化及異構(gòu)是調(diào)控Wnt/β-catenin信號的重要途徑。Pin1的調(diào)節(jié)異常能夠改變Wnt/β-catenin信號的作用[15,17]，最終使得骨細(xì)胞特異性Wnt/β-catenin信號的異常造成CKD骨代謝紊亂的發(fā)生[9]。
圖1 β-catenin結(jié)構(gòu)及其與APC和Pin1的結(jié)合位點(diǎn)[15]Fig.1 β-catenin structure and its binding sites for APC and Pin1[15]
4 Pin1對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)控異常成為骨代謝障礙等多種疾病發(fā)生和發(fā)展的重要機(jī)制
Pin1的調(diào)控異?？梢娪诠切纬刹涣肌⒛[瘤、阿爾茨海默爾病等多種疾病[18]。體內(nèi)和體外研究均表明β-catenin與Pin1之間的相互作用是骨形成的關(guān)鍵因素，Pin1的調(diào)控是成骨細(xì)胞骨形成的重要條件[16,19]。與野生型小鼠相比，Pin1基因敲除小鼠呈現(xiàn)了年齡相關(guān)的全身骨量和股骨骨量的丟失，表現(xiàn)出骨代謝障礙[20]。Pin1還通過特異性地維持Runx2的穩(wěn)定性、成纖維生長因子2(FGF2)的活性等途徑，維持骨正常的生長及塑化[21]。在鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中，Pin1通過調(diào)節(jié)β-catenin與APC之間的相互作用，激活Wnt/β-catenin途徑。Pin1與細(xì)胞核內(nèi)β-catenin的增加和細(xì)胞質(zhì)APC的減少有明顯的相關(guān)性，而且Pin1及核內(nèi)β-catenin的水平與腫瘤的分期和腫瘤的大小具有正相關(guān)性[17]。可見，Pin1對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)控異常是骨代謝障礙等多種疾病發(fā)生和發(fā)展的重要機(jī)制。
5 CKD背景下Pin1出現(xiàn)了異常的改變
研究表明，Pin1與PTH的表達(dá)有關(guān)。Pin1是穩(wěn)定PTH mRNA的關(guān)鍵調(diào)節(jié)子，抑制Pin1的活性或敲除PIN1基因，PTH mRNA編碼增加、降解抑制；而PIN1基因過度表達(dá)時(shí)，PTH mRNA降解增強(qiáng)、編碼減弱[22]。 Pin1對PTH mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)是通過PTH mRNA 3′-UTR ARE和mRNA衰變因子K同源剪接調(diào)控蛋白(K-homology splicing regulatory protein,KSRP)的相互作用實(shí)現(xiàn)的。順反異構(gòu)化的脯氨酸黏附于KSRP導(dǎo)致其構(gòu)象發(fā)生改變，使其磷酸化的S181位點(diǎn)暴露，Pin1與其相互作用導(dǎo)致KSRP去磷酸化，激活KSRP。活化的KSRP與PTH mRNA相互作用使其降解增加、編碼減弱。Pin1低下是SHPT的重要原因，低活性的Pin1使KSRP脫磷酸化作用減弱，活化的KSRP減少，導(dǎo)致KSRP與PTH mRNA的作用減弱，抑制了PTH mRNA的降解，從而增加了PTH mRNA的穩(wěn)定性，使PTH表達(dá)增多[23]。
CKD-MBD的特征性表現(xiàn)之一為繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)(Secondary hyperparathyroidism，SHPT)。國內(nèi)外對Pin1與CKD-SHPT研究少見，CKD背景下出現(xiàn)的SHPT是否是Pin1異常作用的結(jié)果，Pin1是否還參與了CKD-MBD骨代謝及心血管損害的過程，目前仍不明了。我們通過研究Pin1與中國西北漢族人CKD-SHPT的關(guān)系發(fā)現(xiàn)[24]，CKD-SHPT患者Pin1水平明顯低下，且與甲狀旁腺激素水平呈顯著負(fù)相關(guān)，而且我國漢族人群PIN1基因-667C > T多態(tài)性可能與CKD SHPT易感性相關(guān)。-667T變異基因型(CT+TT)可能是CKD SHPT的危險(xiǎn)因素[24]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)終末期腎臟病小鼠中Pin1酶活性降低[23]。上述結(jié)果均表明，Pin1的作用在CKD中表現(xiàn)異常。
綜上所述，骨代謝異常是CKD-MBD中心的致病環(huán)節(jié)，Wnt/β-catenin信號通路被抑制是CKD-MBD骨代謝障礙的重要原因，由于Pin1依賴的磷酸化絲/蘇-脯氨基酸基序異構(gòu)是調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路的重要途徑，且Pin1在CKD中表現(xiàn)異常。我們推測CKD背景下，正是由于Pin1低下，致使Wnt/β-catenin信號通路被抑制，β-catenin所靶向的下游基因，尤其是骨代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄減少，導(dǎo)致骨生長和塑性過程障礙，出現(xiàn)鈣、磷、PTH、FGF-23、Sclerostin、Dkk1、OPG等因子紊亂，加重了心血管及腎臟損害，造成CKD-MBD的持續(xù)損傷及快速進(jìn)展。糾正Pin1的異常穩(wěn)定Wnt/β-catenin信號可望成為防治CKD-MBD新的手段。
目前，國內(nèi)外對CKD背景下Pin1的研究尚欠缺。CKD-MBD中心致病環(huán)節(jié)為骨代謝異常，Wnt/β-catenin信號通路失常是其發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制，β-catenin作為Pin1重要的底物之一，通過其作用穩(wěn)定β-catenin，促使其入核進(jìn)行其下游靶向基因的轉(zhuǎn)錄。以往的研究及我們的工作均證明了，CKD背景下Pin1存在異常，而Pin1的調(diào)節(jié)又是維持骨代謝正常進(jìn)行的重要機(jī)制，Pin1在CKD-MBD進(jìn)展中的作用如何？在CKD背景下，Pin1是否對Wnt/β-catenin信號途徑的調(diào)節(jié)作用出現(xiàn)異常改變，通過造成骨代謝障礙，繼而引起心血管損害并加重腎功能損傷進(jìn)展，造成了CKD-MBD骨-心臟-腎臟之間的持續(xù)損傷，推動(dòng)CKD-MBD進(jìn)展 ？而對這些問題的詮釋，不僅能夠進(jìn)一步深入對CKD-MBD發(fā)病機(jī)制的了解，同時(shí)為其防治提供了新的思路和手段，因此，對于Pin1是否基于對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)節(jié)異常參與了CKD-MBD的進(jìn)展的研究，值得期待。
猜你喜歡
機(jī)械應(yīng)力下骨細(xì)胞行為變化的研究進(jìn)展中國骨質(zhì)疏松雜志(2024年2期)2024-03-19 09:30:14 EPIYA 基序與幽門螺桿菌感染相關(guān)胃病關(guān)系的研究進(jìn)展新醫(yī)學(xué)(2023年10期)2023-12-09 15:04:51 帶TRS基序突變的新型冠狀病毒威脅更大南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(2022年3期)2022-04-13 01:51:26 調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能的相關(guān)信號分子的研究進(jìn)展中國骨質(zhì)疏松雜志(2021年9期)2021-10-08 10:07:40 芥藍(lán)Aux/IAA家族基因生物信息學(xué)與表達(dá)分析浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)(2021年3期)2021-07-10 07:07:36 骨細(xì)胞在正畸牙移動(dòng)骨重塑中作用的研究進(jìn)展中國臨床醫(yī)學(xué)(2019年3期)2019-01-04 09:12:32 淫羊藿次苷Ⅱ通過p38MAPK調(diào)控成骨細(xì)胞護(hù)骨素表達(dá)的體外研究安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(2016年12期)2017-01-15 14:21:53 土家傳統(tǒng)藥刺老苞總皂苷對2O2誘導(dǎo)的MC3T3-E1成骨細(xì)胞損傷改善中國民族醫(yī)藥雜志(2016年6期)2016-05-09 08:52:52 Bim在激素誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡中的表達(dá)及意義中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(2015年10期)2015-03-01 02:09:58 機(jī)械力對骨細(xì)胞誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化作用的影響中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)(2012年3期)2012-03-25 13:58:48
- 中國免疫學(xué)雜志的其它文章
- 腎移植術(shù)后乳腺癌研究進(jìn)展①
- 臨床醫(yī)學(xué)本科留學(xué)生《醫(yī)學(xué)免疫學(xué)》教學(xué)探索
- IL-38通過上調(diào)CXCL1及IL-8募集中性粒細(xì)胞促進(jìn)轉(zhuǎn)移病灶的形成研究
- Bcl-2-caspase-9凋亡通路在哮喘小鼠睪丸組織中的相關(guān)表達(dá)
- 母嬰ABO合并Rh-ccdee/ccDEe血型不合HDN實(shí)驗(yàn)診斷與鑒別診斷的研究
- ABCG2基因rs3114018單核苷酸多態(tài)性與武陵山地區(qū)痛風(fēng)及高尿酸血癥的相關(guān)性研究①
趙 玉 綜述 王文赟 王 靜 審校
(西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000)
肽酰脯氨酰胺同分異構(gòu)酶(Peptidyl-prolyl cis/trans isomerase NIMA-interacting 1,Pin1)歸屬于多肽基脯氨酰順反同分異構(gòu)酶家族的Pin1型亞家族，是通過酵母雜交確定的對酵母和人類細(xì)胞分裂均有作用的功能蛋白，具有高度保守性和特異性。Pin1能夠特異性地催化磷酸化的絲/蘇-脯氨基酸(Ser/Thr-Pro)基序發(fā)生異構(gòu)，使其底物蛋白構(gòu)象改變而影響其相關(guān)的功能。本文旨在探討Pin1通過抑制Wnt/β-catenin信號參與慢性腎臟病-礦物質(zhì)和骨異常(Chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)的發(fā)病。
1 Pin1的結(jié)構(gòu)和功能
Pin1功能的特異性主要依賴于其結(jié)構(gòu)的特殊性。Pin1包括兩個(gè)重要的功能區(qū)，即氨基末端(N末端)的色氨酸-色氨酸中心(WW)結(jié)構(gòu)域和羧基末端(C末端)的肽基脯氨酰異構(gòu)酶(PPIase)結(jié)構(gòu)域。N末端的WW 區(qū)，由39個(gè)氨基酸殘基組成，以兩個(gè)恒定的色氨酸為特征，形成獨(dú)特的兜狀結(jié)構(gòu)，是一個(gè)特異性的磷酸化的Ser/Thr基序的鏈接區(qū)，介導(dǎo)Pin1與底物中磷酸化的蛋白質(zhì)結(jié)合；C末端的PPIase活化區(qū)，由120個(gè)氨基酸殘基組成，此區(qū)為Pin1的活化位點(diǎn)，具有RNA聚合酶的功能，WW區(qū)與PPIase區(qū)由一可變性序列連接共同構(gòu)成一個(gè)雙監(jiān)測機(jī)制[1]。當(dāng)Pin1的底物磷酸化后，WW區(qū)與磷酸化的Ser/Thr-Pro基序發(fā)生特異性結(jié)合，結(jié)合后PPIase區(qū)便可催化磷酸化的Ser/Thr基序發(fā)生構(gòu)象改變，由順式變?yōu)榉词交蛴煞词阶優(yōu)轫樖?，從而改變底物蛋白質(zhì)的構(gòu)象，調(diào)節(jié)靶蛋白的活性[2]。因此，Pin1參與涉及蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化的多種信號通路的調(diào)節(jié)[3]，其作用的蛋白質(zhì)序列中pSer/Thr-Pro基序的磷酸化是細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制[4]。
2 Wnt/β-catenin信號通路與CKD-MBD
KDIGO指南定義CKD-MBD是指慢性腎臟疾病(Chronic kidney disease,CKD)患者出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室檢查異常(Ca、P、iPTH、維生素D)、骨骼異常(骨轉(zhuǎn)運(yùn)、骨礦化、骨骼生長、骨骼力量)及心血管損害和軟組織鈣化三方面的改變。近年的臨床實(shí)踐及基礎(chǔ)研究均表明，骨代謝異常在CKD早期即已出現(xiàn)，其是CKD-MBD發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，加重心血管疾病，造成CKD骨-腎臟-心臟相互間的損害呈惡性循環(huán)發(fā)展，加速CKD進(jìn)展[5]。
Wnt信號在生物進(jìn)化中極為保守，Wnt族基因及其產(chǎn)物與多種基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物構(gòu)成一條極為復(fù)雜的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，控制著生物的胚胎發(fā)育、細(xì)胞命運(yùn)及組織器官形態(tài)的發(fā)生，在生物生長、發(fā)育、功能和死亡中具有重要作用。Wnt/β-catenin信號是Wnt信號的經(jīng)典途徑，在調(diào)節(jié)骨和軟骨代謝中有重要作用，如刺激干細(xì)胞復(fù)制、促進(jìn)軟骨細(xì)胞成熟、誘導(dǎo)成骨細(xì)胞發(fā)生、阻礙成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞凋亡等[6-8]。而在CKD-MBD的發(fā)病機(jī)理中，β-catenin信號的改變是一個(gè)早期事件。Sabbagh等[9]研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者早期既已出現(xiàn)骨骼的合成代謝降低，其體細(xì)胞核內(nèi)的β-catenin減少。與正常人骨骼相比，在早期伴有低轉(zhuǎn)化型(LTO)或高轉(zhuǎn)化型(HTO)骨病的CKD及HD患者中，其骨活檢組織中骨細(xì)胞表達(dá)磷酸化的Ser33/37-β-catenin 數(shù)量增多，而作為此信號通路抑制劑的硬化蛋白(Sclerostin，SOST)水平也增高，提示W(wǎng)nt/β-catenin信號途徑在CKD早期既已被抑制[9]。最近研究發(fā)現(xiàn)，與非CKD患者相比，CKD患者血清中SOST和Dickkopft-1 (DKK1)的水平明顯升高，進(jìn)一步證明了Wnt/β-catenin信號通路在CKD早期被抑制[10]。在多囊腎疾病和Alport腎病的早期CKD動(dòng)物模型中，研究者也發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞核內(nèi)β-catenin降低，SOST水平增高[11,12]。Sabbagh等[9]用免疫組化方法發(fā)現(xiàn)，jck鼠與野生型小鼠相比，其骨細(xì)胞表達(dá)磷酸化Ser 33/37-β-catenin 的數(shù)量顯著增多，這一變化貫穿于整個(gè)疾病的過程；jck鼠骨細(xì)胞表達(dá)SOST的數(shù)量也明顯增加，證實(shí)了在CKD-MBD的發(fā)病過程中，Wnt/β-catenin信號通路失活。Wnt/β-catenin信號通路被抑制，導(dǎo)致β-catenin所靶向的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞相關(guān)基因的異常，造成破骨細(xì)胞活化，成骨細(xì)胞功能障礙，骨相關(guān)細(xì)胞之間的協(xié)調(diào)作用失常，最終促進(jìn)了CKD-MBD骨代謝異常的持續(xù)進(jìn)展。
3 Pin1依賴的絲/蘇-脯氨基酸基序磷酸化及異構(gòu)是調(diào)控Wnt/β-catenin信號的重要途徑
Pin1增加細(xì)胞內(nèi)β-catenin的穩(wěn)定性。在乳腺癌組織中Pin1與β-catenin均高水平表達(dá)，但在Pin1缺陷小鼠組織中β-catenin水平急劇下降[13]。Pin1通過阻止β-catenin與APC相互作用，避免其在細(xì)胞質(zhì)降解，穩(wěn)定β-catenin，使其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，啟動(dòng)β-catenin/TGF信號，通過TGF位點(diǎn)激活其下游靶向基因[14]。Pin1過表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)β-catenin的穩(wěn)定性明顯增加，β-catenin蛋白水平增高，而Pin1低下則造成β-catenin降解增多，β-catenin蛋白水平下降。Pin1與β-catenin的表達(dá)密切相關(guān)。
β-catenin包含3個(gè)絲-脯氨基酸基序，是Pin1的重要底物之一。體外對Hela細(xì)胞共轉(zhuǎn)染Pin 1和β-catenin，采用GST-Pull down實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C實(shí)Pin1與β-catenin之間的相互作用關(guān)系。體內(nèi)免疫共沉淀方法也能證明Pin1與β-catenin結(jié)合。對蟾蜍提取物孵育后進(jìn)行的GST-Pull down試驗(yàn)表明Pin1結(jié)合依賴于β-catenin的磷酸化，其作用部位位于β-catenin磷酸化的絲氨酸246-脯氨酸(Ser 246-Pro)序列，該位點(diǎn)與β-catenin結(jié)合APC的部位非常接近(圖1)，APC在控制β-catenin從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的定位輸出方面具有重要作用。Pin1特異性地結(jié)合β-catenin，則破壞了β-catenin與APC的結(jié)合，導(dǎo)致β-catenin在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)積聚，促使其入核，誘導(dǎo)β-catenin靶向的下游基因轉(zhuǎn)錄[15]。經(jīng)典的Wnt信號通路β-catenin核定位是關(guān)鍵步驟[16]，Pin1與磷酸化蛋白結(jié)合及對磷酸化區(qū)域進(jìn)行異構(gòu)是活化β-catenin所必需的過程，Pin1依賴的絲/蘇-脯氨基酸基序的磷酸化及異構(gòu)是調(diào)控Wnt/β-catenin信號的重要途徑。Pin1的調(diào)節(jié)異常能夠改變Wnt/β-catenin信號的作用[15,17]，最終使得骨細(xì)胞特異性Wnt/β-catenin信號的異常造成CKD骨代謝紊亂的發(fā)生[9]。
圖1 β-catenin結(jié)構(gòu)及其與APC和Pin1的結(jié)合位點(diǎn)[15]Fig.1 β-catenin structure and its binding sites for APC and Pin1[15]
4 Pin1對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)控異常成為骨代謝障礙等多種疾病發(fā)生和發(fā)展的重要機(jī)制
Pin1的調(diào)控異?？梢娪诠切纬刹涣肌⒛[瘤、阿爾茨海默爾病等多種疾病[18]。體內(nèi)和體外研究均表明β-catenin與Pin1之間的相互作用是骨形成的關(guān)鍵因素，Pin1的調(diào)控是成骨細(xì)胞骨形成的重要條件[16,19]。與野生型小鼠相比，Pin1基因敲除小鼠呈現(xiàn)了年齡相關(guān)的全身骨量和股骨骨量的丟失，表現(xiàn)出骨代謝障礙[20]。Pin1還通過特異性地維持Runx2的穩(wěn)定性、成纖維生長因子2(FGF2)的活性等途徑，維持骨正常的生長及塑化[21]。在鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中，Pin1通過調(diào)節(jié)β-catenin與APC之間的相互作用，激活Wnt/β-catenin途徑。Pin1與細(xì)胞核內(nèi)β-catenin的增加和細(xì)胞質(zhì)APC的減少有明顯的相關(guān)性，而且Pin1及核內(nèi)β-catenin的水平與腫瘤的分期和腫瘤的大小具有正相關(guān)性[17]。可見，Pin1對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)控異常是骨代謝障礙等多種疾病發(fā)生和發(fā)展的重要機(jī)制。
5 CKD背景下Pin1出現(xiàn)了異常的改變
研究表明，Pin1與PTH的表達(dá)有關(guān)。Pin1是穩(wěn)定PTH mRNA的關(guān)鍵調(diào)節(jié)子，抑制Pin1的活性或敲除PIN1基因，PTH mRNA編碼增加、降解抑制；而PIN1基因過度表達(dá)時(shí)，PTH mRNA降解增強(qiáng)、編碼減弱[22]。 Pin1對PTH mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)是通過PTH mRNA 3′-UTR ARE和mRNA衰變因子K同源剪接調(diào)控蛋白(K-homology splicing regulatory protein,KSRP)的相互作用實(shí)現(xiàn)的。順反異構(gòu)化的脯氨酸黏附于KSRP導(dǎo)致其構(gòu)象發(fā)生改變，使其磷酸化的S181位點(diǎn)暴露，Pin1與其相互作用導(dǎo)致KSRP去磷酸化，激活KSRP。活化的KSRP與PTH mRNA相互作用使其降解增加、編碼減弱。Pin1低下是SHPT的重要原因，低活性的Pin1使KSRP脫磷酸化作用減弱，活化的KSRP減少，導(dǎo)致KSRP與PTH mRNA的作用減弱，抑制了PTH mRNA的降解，從而增加了PTH mRNA的穩(wěn)定性，使PTH表達(dá)增多[23]。
CKD-MBD的特征性表現(xiàn)之一為繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)(Secondary hyperparathyroidism，SHPT)。國內(nèi)外對Pin1與CKD-SHPT研究少見，CKD背景下出現(xiàn)的SHPT是否是Pin1異常作用的結(jié)果，Pin1是否還參與了CKD-MBD骨代謝及心血管損害的過程，目前仍不明了。我們通過研究Pin1與中國西北漢族人CKD-SHPT的關(guān)系發(fā)現(xiàn)[24]，CKD-SHPT患者Pin1水平明顯低下，且與甲狀旁腺激素水平呈顯著負(fù)相關(guān)，而且我國漢族人群PIN1基因-667C > T多態(tài)性可能與CKD SHPT易感性相關(guān)。-667T變異基因型(CT+TT)可能是CKD SHPT的危險(xiǎn)因素[24]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)終末期腎臟病小鼠中Pin1酶活性降低[23]。上述結(jié)果均表明，Pin1的作用在CKD中表現(xiàn)異常。
綜上所述，骨代謝異常是CKD-MBD中心的致病環(huán)節(jié)，Wnt/β-catenin信號通路被抑制是CKD-MBD骨代謝障礙的重要原因，由于Pin1依賴的磷酸化絲/蘇-脯氨基酸基序異構(gòu)是調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路的重要途徑，且Pin1在CKD中表現(xiàn)異常。我們推測CKD背景下，正是由于Pin1低下，致使Wnt/β-catenin信號通路被抑制，β-catenin所靶向的下游基因，尤其是骨代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄減少，導(dǎo)致骨生長和塑性過程障礙，出現(xiàn)鈣、磷、PTH、FGF-23、Sclerostin、Dkk1、OPG等因子紊亂，加重了心血管及腎臟損害，造成CKD-MBD的持續(xù)損傷及快速進(jìn)展。糾正Pin1的異常穩(wěn)定Wnt/β-catenin信號可望成為防治CKD-MBD新的手段。
目前，國內(nèi)外對CKD背景下Pin1的研究尚欠缺。CKD-MBD中心致病環(huán)節(jié)為骨代謝異常，Wnt/β-catenin信號通路失常是其發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制，β-catenin作為Pin1重要的底物之一，通過其作用穩(wěn)定β-catenin，促使其入核進(jìn)行其下游靶向基因的轉(zhuǎn)錄。以往的研究及我們的工作均證明了，CKD背景下Pin1存在異常，而Pin1的調(diào)節(jié)又是維持骨代謝正常進(jìn)行的重要機(jī)制，Pin1在CKD-MBD進(jìn)展中的作用如何？在CKD背景下，Pin1是否對Wnt/β-catenin信號途徑的調(diào)節(jié)作用出現(xiàn)異常改變，通過造成骨代謝障礙，繼而引起心血管損害并加重腎功能損傷進(jìn)展，造成了CKD-MBD骨-心臟-腎臟之間的持續(xù)損傷，推動(dòng)CKD-MBD進(jìn)展 ？而對這些問題的詮釋，不僅能夠進(jìn)一步深入對CKD-MBD發(fā)病機(jī)制的了解，同時(shí)為其防治提供了新的思路和手段，因此，對于Pin1是否基于對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)節(jié)異常參與了CKD-MBD的進(jìn)展的研究，值得期待。
猜你喜歡
中國骨質(zhì)疏松雜志(2024年2期)2024-03-19 09:30:14
新醫(yī)學(xué)(2023年10期)2023-12-09 15:04:51
南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(2022年3期)2022-04-13 01:51:26
中國骨質(zhì)疏松雜志(2021年9期)2021-10-08 10:07:40
浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)(2021年3期)2021-07-10 07:07:36
中國臨床醫(yī)學(xué)(2019年3期)2019-01-04 09:12:32
安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(2016年12期)2017-01-15 14:21:53
中國民族醫(yī)藥雜志(2016年6期)2016-05-09 08:52:52
中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(2015年10期)2015-03-01 02:09:58
中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)(2012年3期)2012-03-25 13:58:48
- 中國免疫學(xué)雜志的其它文章
- 腎移植術(shù)后乳腺癌研究進(jìn)展①
- 臨床醫(yī)學(xué)本科留學(xué)生《醫(yī)學(xué)免疫學(xué)》教學(xué)探索
- IL-38通過上調(diào)CXCL1及IL-8募集中性粒細(xì)胞促進(jìn)轉(zhuǎn)移病灶的形成研究
- Bcl-2-caspase-9凋亡通路在哮喘小鼠睪丸組織中的相關(guān)表達(dá)
- 母嬰ABO合并Rh-ccdee/ccDEe血型不合HDN實(shí)驗(yàn)診斷與鑒別診斷的研究
- ABCG2基因rs3114018單核苷酸多態(tài)性與武陵山地區(qū)痛風(fēng)及高尿酸血癥的相關(guān)性研究①