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1、1CALHM1 与阿尔茨海默病作者：孙素霞 李文军 邹飞【关键词】 CALHM1；阿尔茨海默病；钙浓度阿尔茨海默病（Alzheimers disease，AD）作为老年性痴呆的主要类型，是老年人常见的中枢神经系统退行性疾病，临床表现为持续性、进行性的记忆、认知障碍。显著的病理特征是以 淀粉样蛋白（amyloid ，A）为核心成分的老年斑（senile plaques， SP）和以异常过度磷酸化的 tau 蛋白为核心成分的神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs） 1 ，2 。AD 的病因复杂，涉及遗传、环境、代谢、病毒感染等多种因素，其中遗传因素是主要原因之一。目
2、前已确定与 AD 相关的基因有 4 种，分别是淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)基因、早老素1(presenilin 1，PS1) 基因、早老素 2(presenilin 2，PS2) 基因和载脂蛋白 E(apolipoprotein E,ApoE)基因。基于分子生物学及遗传学的研究表明，上述 4 种基因只能解释 AD 中 50%与其相关，提示还有其他与 AD 相关的基因3，4 。最近发现一种新的基因 钙平衡调节基因 1(calcium homeostasis modulator 1，CALHM1)，该基因可通过调控细胞内 Ca2+浓度来调节 A 的生
3、成，从而促进 AD的发生5 。本文主要阐述 CALHM1 基因的特性及其与 AD 发生2之间的关系。1 CALHM1 特性DresesWerringloer 等利用 TissueInfo 方法筛选到位于海马区、与 AD 发生相关的基因 FAM26C，并为其命名为CALHM1。 CALHM1 基因定位于 10 号染色体 q24.33 位点，编码一个开放阅读框架（open reading frame，ORF ） 、包含四个疏水区和两个 N 端糖基化（分别位于 N74 和 N140 位点）序列。CALHM1 基因表达的糖基化蛋白主要表达于成人脑组织中，其他组织器官表达量非常低或未检出。免疫荧光检测结
4、果显示 CALHM1蛋白主要定位于内质网膜和细胞膜5 。CALHM1 蛋白单体不能构成功能性的离子通道，但可在细胞内以非还原状态形成二聚体和三聚体，进而构成离子通道的孔径。CALHM1 蛋白与 N甲基 D门冬氨酸（NmethyDaspatrate,NMDA ）受体非常相似，通过比较他们的序列，发现二者都包含一个高度保守的、位于 C 端第二个疏水区的 N72 位点，该位点发生突变后，CALHM1 蛋白形成的通道对Ca2+的通透性将会被抑制。在爪蟾卵母细胞中发现 CALHM1 蛋白形成的通道可渗透 Na+，在中国仓鼠卵巢细胞（CHO）中发现，CALHM1 蛋白形成一种构成性的 Ca2+选择性阳离子
5、通道，这些结3果表明 CALHM1 是一种与其他 Ca2+通道不同的、新型的 Ca2+通道5 。2 CALHM1 可调控胞质中 Ca2+浓度在结构上 CALHM1 与 NMDA 受体存在许多相似性，二者都包含三次跨膜区和一个回流环，这些结构可帮助他们形成离子通道的孔径。因为部分 NMDA 受体是一种膜蛋白，可介导 Ca2+通过细胞膜，调节胞内 Ca2+浓度，所以推测 CALHM1 也可能形成细胞质膜和内质网膜上的 Ca2+通道，控制胞质中 Ca2+的水平，Dreses Werringloer 等研究的结果证明该假设存在5 。过表达胞内CALHM1 蛋白可促进胞外 Ca2+流入胞内，通过使用相关
6、通道工具药的研究结果显示，通过 CALHM1 的胞外 Ca2+内流不能被已知的钙通道的阻断剂（如：Nifedipine ，SNX482 ，DTL 等）所阻断，但能被非特异性的钙通道阻断剂（Co2+ ，Ni2+）所阻断；证明CALHM1 可在细胞膜上形成离子通道介导 Ca2+内流，而且CALHM1 所形成的离子通道有别于以前所知的电压门控钙离子通道（voltage gated Ca2+ channel，VGCC）和钙池调控钙离子进入（storeoperated Ca2+ entry，SOCE ） 5，6 。3 细胞内 Ca2+浓度与 AD 发生之间的关系4早在 1987 年，就有研究认为细胞内
7、Ca2+稳态失衡与 AD 发生之间存在一定关系7 。随着研究的深入，多数学者认为细胞内Ca2+稳态失衡主要通过两个方面促进 AD 的发生，一方面 Ca2+稳态失衡可影响与 AD 发生密切相关的 A 的产生和代谢，另一方面Ca2+稳态失衡可影响 tau 蛋白的产生和代谢；反之，这些与 AD 发生相关的病理蛋白的过度积聚又可促进细胞内 Ca2+稳态的进一步失衡，进而促进神经元功能的进一步紊乱和神经元的退行性疾病，诱导 AD 的发生。随后研究进一步证实了该假设，如 PS1/PS2 基因的突变可影响内质网中 Ca2+的释放和胞外 Ca2+通过钙池操纵性钙通道（storeoperated channel
8、s，SOC）进入细胞内，从而诱导家族性 AD（ familial AD，FAD ）的发生8 。尽管缺乏 AD 病人脑细胞中确实存在 Ca2+稳态失衡的直接证据，但病人尸体的检验结果证明脑细胞中钙依赖的蛋白酶含量显著增加9 。4 CALHM1 与胞内 Ca2+浓度及 AD 发生之间的关系随着 AD 病因的研究，细胞内 Ca2+稳态失衡诱导 A 增加的假说得到了越来越多的证据，该假说认为，AD 是一种由于基因缺陷直接或间接改变 APP 基因表达或其酶解过程从而影响 A 聚集稳定性的病理综合征，A 产生与清除之间的平衡逐渐改变，聚集态的A 积累形成 SP 和过度磷酸化 tau 蛋白为核心的 NFTs
9、10 。在已发现的 4 个 AD 基因中，APP 、PS1 、PS2 的变异都导致 A 生成增5加11，12 ，载脂蛋白(Apo)E4 则影响 A 的沉积。细胞中 Ca2+浓度也可显著影响 APP 的加工过程，促进 A 的生成13 。在N2a 细胞中过表达 CALHM1 可显著抑制细胞外 A 的产生，同时增加 sAPP 的含量，但不影响 APP。对晚发型 AD(LOAD)病人和正常人的基因多态性研究发现5 ，CALHM1 基因的单核苷酸序列存在两个非同义突变rs2986017(+394 C/T；P86L) 和 rs17853566(+927 C/A；H264N)，其中 rs17853566 多
10、态性是指氨基酸序列中的第 86 位点的脯氨酸被亮氨酸所取代，导致 CALHM1 蛋白功能丢失，减少细胞膜对Ca2+的渗透性，胞内 Ca2+浓度下降，进而影响 APP 的加工过程，促进 A 的产生和聚集，最终诱导 AD 的发生。病例对照研究结果显示，若有一个 CALHM1 副本可使 AD 的发病率由 20%增加到 44%，若是有两个 CALHM1 副本则发生 AD 的可能性增加为 77%。其中rs17853566 多态性在 AD 病人与对照组间差异没有显著性。相对于细胞外和内质网等钙库，胞质中 Ca2+浓度相对较低，胞质中 Ca2+浓度的稳定受控于胞膜上的 VGCC、SOCE、CALHM1和 C
11、aATP 酶通道和内质网膜上的钙泵（SERCA） 、兰尼定受体(RyR)、三磷酸肌醇受体（IP3R）介导的受体调控的钙通道（receptor operated calcium channel，ROC）和 CALHM1；PS6蛋白发生突变后可增加 IP3R 和 RyR 介导的内质网中 Ca2+释放，并抑制 SERCA 将胞质中 Ca2+泵入内质网，从而升高胞质中 Ca2+浓度；CALHM1 基因发生突变后功能丢失，引起内质网中 Ca2+的被动释放，同样升高胞质中 Ca2+浓度。胞质中 Ca2+浓度的升高可促进 淀粉酶和 淀粉酶对 APP 的剪切过程，从而增加 A 的生成。反之，若 CALHM1
12、基因为发生突变，Ca2+可正常通过CALHM1 通道，从而促进 淀粉酶对 APP 的剪切过程，减少 A的生成。因此，细胞内 Ca2+稳态失衡可影响 A 的产生和代谢，提示细胞内 Ca2+稳态失衡可能是 AD 的病因之一13(图 1 所示)。但也有文献报道，CALHM1 基因的多态性与 AD 发生之间不存在相互关系1416 。5 结 语CALHM1 是表达于成人脑组织细胞膜和内质网膜、分子特性尚未完全清楚、构成性的 Ca2+选择性阳离子通道。与 NMDA 受体具有许多相似性，可调节胞质中 Ca2+浓度，但与 VGCC 和 SOCE 等通道明显不同。CALHM1 发生突变（P86L）后可通过改变胞
13、内Ca2+浓度调节 A 的产生和聚集，从而增加 AD 发生的危险性。这些结果为脑神经系统中 Ca2+稳态失衡和 APP 代谢异常参与 AD 的病理生理过程提供更多的证据，也提示 CALHM1 是否可作为一种潜在的、诊断和治疗 AD 的分子靶点。7【参考文献】1 Mattson MP.Pathways towards and away from Alzheimers diseaseJ. Nature，2004;430（7000）：6319.2 Hardy J，Selkoe D J.The amyloid hypothesis of Alzheimers disease：progress and
14、problems on the road to therapeuticsJ.Science，2002 ；297 （5800）:3536.3 Serretti A，Olgiati P，De Ronchi D.Genetics of Alzheimers disease.A rapidly evolving fieldJ.J Alzheimers Dis， 2007;12(1):7392.4 Cacabelos R，FernandezNovoa L，Lombardi V,et al.Molecular genetics of Alzheimers disease and agingJ.Method
15、s Find Exp Clin Pharmacol，2005(Suppl A)；27:1573.5 DresesWerringloer U,Lambert JC,Vingtdeux V,et al.A Polymorphism in cALHM1 influences Ca2+ Homeostasis，A Levels，and alzheimers disease riskJ.Cell，2008;133(27):114961.86 Tanzi RE，Bertram L.Alzheimers disease：the latest suspectJ. Nature，2008；454(7205) ：
16、7068.7 Khachaturian ZS.Hypothesis on the regulation of cytosol calcium concentration and the aging brainJ.Neurobiol Aging，1987;8(4):3456.8 LaFerla FM.Calcium dyshomeostasis and intracellular signalling in Alzheimers diseaseJ.Nat Rev Neurosci，2002;3(11):86272.9 Green KN，Smith IF，Laferla FM.Role of calcium in the pathogenesis of Alzheimers disease
