CaMKⅡ在細胞代謝中作用的研究進展

齊 超，王珺楠，宋顯晶，楊東輝，武軍鐸

(吉林大學第二醫院 心內科，吉林 長春130041)

CaMKⅡ(鈣調蛋白激酶Ⅱ)是一種功能多樣的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在體內廣泛存在，可以介導多種具有重要生理功能蛋白質的磷酸化。CaMKⅡ具有五種亞型，分別為CaMKⅡα,CaMKⅡβ,CaMKⅡγ,CaMKⅡδ，其中CaMKⅡγ和 δ是存在于心肌細胞中的主要亞型[1]。現有研究表明，CaMKⅡ在拮抗Fas/FasL(Fas/Fas配體)介導的細胞凋亡通路及影響肌細胞興奮收縮偶聯等生理過程中發揮重要作用。改變靶細胞內CaMKⅡ的表達或活性可能達到抑制心肌重塑過程，抑制腫瘤生長，增強記憶等作用。

1 CaMKⅡ的結構及活化方式

CaMKⅡ是由多個(通常是十二個)低聚物組成的多個Ca2+敏感蛋白結構域圍繞一個核心區域構成的結構。Kemp[2]等人首先證明：Ca2+敏感蛋白結構域有羧基末端自抑制區，它在某些方面類似于酶的底物，但缺乏典型的磷酸化位點。因為這些羧基末端自抑制區相對于活性位點局部濃度較高，它們結合到活性位點，并阻止底物與活性位點結合，所以CaMKⅡ單體是不具有催化活性的。相鄰羧基末端自抑制區或者跨過它的位點，是Ca2+/CaM(鈣/鈣調蛋白)或旁系同源物的識別位點，當Ca2+水平升高，Ca2+/CaM復合物與CaMKⅡ羧基末端自抑制區結合并置換它，從而激活CaMKⅡ。Gary A.Wayman[3]等認為，由鈣/鈣調素介導的CaMKⅡ分子內自磷酸化位點包括Thr286，Thr305和Thr306。CaMKⅡ分子內Thr286的自身磷酸化使CaMKⅡ獲得與Ca2+無關的自發活性，即與鈣/鈣調素解離后CaMKⅡ仍然存在催化活性。這允許即使是短暫的Ca2+升高也能促進持久的CaMKⅡ的活化。

2 CaMKⅡ對肌細胞內Ca2+循環的作用

CaMKⅡ可以調節多種調控鈣離子的蛋白質，例如RyR(2型蘭尼堿受體)、PLB(肌漿網磷酸受納蛋白)及L-型鈣通道[4]。以心肌細胞為例，細胞內Ca2+與CaM結合，形成Ca2+/CaM復合物，該復合物可以與CaMKⅡ的活化區域結合，使CaMKⅡ活化。CaMKⅡ活化后，一方面可以使肌質網Ca2+ATP酶活化，引起Ca2+從細胞質內流入肌質網內[5]，導致心肌舒張；另一方面使RyR2磷酸化[6]，促進肌質網內Ca2+外流至細胞質，Ca2+與肌鈣蛋白結合，導致心肌收縮。CaMKⅡ通過調節Ca2+的細胞內濃度參與心臟的興奮-收縮偶聯。另外，Wright[7]等人的研究表明，CaMKⅡ介導的細胞質內Ca2+濃度升高，可以激活肌細胞葡萄糖轉運系統，進而增加細胞收縮力。因此，CaMKⅡ可能是治療心力衰竭，增強心肌收縮力的重要藥物作用靶點。但是，Maier[8]等人使小鼠心肌過度表達CaMKⅡ后發現，小鼠出現心力衰竭。這可能是過度表達CaMKⅡ使正常心肌細胞內Ca2+超載所致。

3 CaMKⅡ對細胞凋亡過程的影響

目前眾多研究表明，Fas與FasL或sFas(游離型Fas)結合后可以調控細胞凋亡過程。Fas是I型跨膜蛋白，具有在細胞外結構域的多個富含半胱氨酸的重復序列和胞內的基序稱為死亡結構域(DD)。Fas的細胞外結構域與FasL蛋白結合后，Fas的胞內結構域發生三聚化，Fas細胞內的三聚化結構域可以募集FADD(Fas相關的死亡結構域)[9-10]。 FADD具有羧基末端DD和氨基端死亡效應域(DED)。通過DED，FADD募集含DED的蛋白，激動caspase-8[11-12]和caspase-10[13-14]，從而執行細胞凋亡。研究認為哺乳動物細胞中的c-FLIP(細胞型Fas相關的死亡結構域樣抑制蛋白)，可以被募集到Fas介導的DISC(死亡誘導信號受體)來抑制半胱天冬酶-8裂解，從而抑制細胞凋亡[15-16]。Yang等[17]的研究表明CaMKⅡ能夠促進c-FLIP的表達和磷酸化，進而影響細胞凋亡過程。

另外，Peng[18]等的研究亦表明CaMKⅡ可以通過介導熱休克因子1(HSF1)磷酸化和誘導熱休克蛋白70(HSP70)表達調節細胞凋亡過程。在培養的乳鼠心肌細胞中，CaMKⅡδB的表達升高誘導HSF1的磷酸化，進而調節HSP70家族成員的表達，包括誘導型HSP70及其同源物(Hst70) ，由此引起抗凋亡信號傳導。保護心肌細胞免受氧化應激，缺氧和血管緊張素II誘導的細胞凋亡。而CaMKⅡδC的過量表達促進細胞凋亡。

因此，CaMKⅡ被認為是抑制細胞凋亡通路的重要因子。抑制腫瘤細胞CaMKⅡ的作用可能成為新的抗腫瘤藥物作用的靶點。

4 CaMKⅡ的其他作用

4.1在膠原合成方面CaMKⅡ作為重要的 PDGF(血小板源性生長因子)細胞內信號轉導分子，促進Ⅰ型膠原的合成與分泌，并通過抑制 MMP-2，促進 TIMP-1 (Ⅰ型金屬蛋白酶抑制因子)的表達而抑制膠原的降解，在肝纖維化過程中發揮著重要的作用[19]。

4.2對神經細胞的影響Ca2+-CaM- CaMKⅡα信號途徑對維持神經細胞內環磷酸腺苷/環磷酸鳥苷的平衡有重要的作用[20]。當CaMKⅡ缺乏時可引起環磷酸腺苷/環磷酸鳥苷平衡失調，造成海馬神經元損傷，影響長時程增強效應(LTP效應)，從而影響學習及記憶功能。所以，CaMKⅡ是神經細胞的保護因子，并在學習及記憶功能方面發揮重要作用。

4.3對胰腺β細胞的影響Rochlitz[21]初步證明CaMKⅡβ在胰腺β細胞中高表達，并參與葡萄糖的氧化，調節丙酮酸脫氫酶的活性。CaMKⅡβ在人糖尿病發生機制中可能發揮重要作用。

5 展望

CaMKⅡ是細胞內重要的細胞信號轉導分子及調節蛋白。CaMKⅡ對細胞Ca2+循環、膠原合成、葡萄糖攝取及細胞凋亡等方面的有著重要影響，但機制尚不明確。這可能是研究心力衰竭、糖尿病、腫瘤等疾病發生機制及治療的重要方向。

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