哺乳動物斯鈣素-1STC-1研究進(jìn)展

主要內(nèi)容

前言

STC-1概述

STC-1的功能

STC-1的表達(dá)和活性調(diào)控結(jié)語和展望第一頁，共54頁。

1、前言第二頁，共54頁。斯鈣素（Stanniocalcin，STC）是一種糖蛋白激素，最早在硬骨魚體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，是由魚類特有的腺體―位于腎臟的斯坦氏小體（corpuscleofStannius）中的I型分泌細(xì)胞所分泌。（Stannius，1839）

最初的研究表明，魚類斯鈣素對海生和淡水魚體內(nèi)鈣和磷酸鹽的穩(wěn)態(tài)起重要的調(diào)節(jié)作用。（Fontaine，1964；So和Fenwick，1979；Lafeber和Perry，1988）第三頁，共54頁。

隨后發(fā)現(xiàn)，在人、大鼠、小鼠、牛、羊、犬等哺乳動物體內(nèi)也存在一種魚類斯鈣素的同系物。

最近，已發(fā)現(xiàn)在哺乳動物體內(nèi)還存在另外一種斯鈣素，且兩者的結(jié)構(gòu)和功能有較大差異。

Chang等1995，1996；Olsen等1996；Chang等，1998；Sheikh-Hamad等2000；Paciga等2004；Luo等，2005；Song等2006

STC-1STC-2第四頁，共54頁。

2、STC-1概述第五頁，共54頁。

人斯鈣素-1（hSTC-1）的基因由4個外顯子組成，定位于染色體的8p11.2～p21帶上，長度約為12kb。四個外顯子分別由長度為1.9kb、0.68kb和6.1kb的三個內(nèi)含子隔開，5’端還富含CAG重復(fù)序列。

小鼠的斯鈣素-1基因也由4個外顯子組成，但內(nèi)含子長度分別為1.83、0.6和6.35kb。在編碼區(qū)兩者85%的核苷酸序列是相同的。

Chang等，1998Varghese等，19982.1STC-1的基因第六頁，共54頁。

人和小鼠STC-1基因均可編碼出

一個由247個氨基酸殘基組成的蛋白

質(zhì)單體，其中有238個殘基完全相同。

Varghese等，19982.2STC-1的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)第七頁，共54頁。圖1、人和小鼠STC-1氨基酸序列比較圖Shin等，2006第八頁，共54頁。Verbost等，1993,1995；Yoshiko等，1996；Chang等，1995，1998；Olsen等，1996；

Niu等，1998；

Zhang等，1998b；Wagner和Dimattia，2006半胱氨酸殘基為奇數(shù)（11個）天然狀態(tài)50～60KDa還原狀態(tài)27～30KDaSTC-1分子是由兩條相同的多肽鏈通過鏈間二硫鍵連接而成的同型二聚體

多肽鏈的62～64位殘基上存在糖基化序列極易與刀豆球蛋白A結(jié)合

STC-1與糖基通過N-聯(lián)接第九頁，共54頁。Varghese等，1998圖2、小鼠一些組織中STC-1的mRNA含量卵巢前列腺精囊睪丸膀胱腎臟腎上腺骨骼肌胃子宮腦垂體腦胸腺脾臟肺心臟2.3STC-1的組織分布第十頁，共54頁。3、STC-1的功能第十一頁，共54頁。圖3、同窩的野生型（WT）和轉(zhuǎn)基因小鼠（STC）的生長折線比較圖骨骼肌中STC-1平均濃度：23.48±0.78vs0.47±0.02ng/mlFilvaroff等，20023.1對生長的影響可能原因第十二頁，共54頁。圖4、同窩的野生型（WT）和轉(zhuǎn)基因小鼠（STC）的X射線攝影分析比較圖

Filvaroff等，2002影響骨發(fā)育第十三頁，共54頁。表型動物種類骨生長板股骨（％）脛骨（％）椎骨數(shù)量脊柱平均長度（cm）轉(zhuǎn)基因小鼠1d時正常，35d更窄100100正常5.4野生型小鼠同齡正常174194正常6.1同體重正常178197轉(zhuǎn)基因小鼠與野生型小鼠長骨組織學(xué)檢測結(jié)果Filvaroff等，2002

第十四頁，共54頁。

在骨發(fā)育過程中，STC-1在骨原細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞中存在。（Yoshiko等，1996；Filvaroff等，2002）

成骨細(xì)胞（Varghese等，2002）和破骨細(xì)胞活力被過表達(dá)的STC-1所抑制，但骨原細(xì)胞不受影響。（Lafeber等，1989；Yoshiko等，1996；Filvaroff等，2002）第十五頁，共54頁。

Varghese等（2002）采用培育出的三個hSTC-1轉(zhuǎn)基因遺傳系中兩個具有高水平激素表達(dá)的株系（1A系和2系）進(jìn)行繁育。WT♂×WT♀→WT♀WT幼鼠

1A♂×WT♀→STC-1♀STC-1幼鼠

母體影響第十六頁，共54頁。圖5、由WT小鼠哺育的WT和STC-1幼鼠的體重比較*：轉(zhuǎn)基因與野生型小鼠之間體重差異極顯著；＋：1A系和2系之間差異極顯著，P<0.01

第十七頁，共54頁。圖6、分別由WT和1A系母鼠哺育的WT或1A系幼鼠增重比較*P<0.01第十八頁，共54頁。圖7、被動免疫和對照組小鼠血清中STC-1的水平***P<0.005Zaidi等，2006圖8、被動免疫母鼠與對照組母鼠所哺育幼鼠的增重比較*P<0.05

采用STC-1抗血清進(jìn)行被動免疫母鼠，可降低所哺育小鼠的增重。0.550.8第十九頁，共54頁。小結(jié)

過表達(dá)的STC-1可通過降低成骨細(xì)胞活性抑制骨發(fā)育，也可作用于母鼠而實(shí)現(xiàn)對幼鼠生長的影響，但后者具體的作用機(jī)理尚不清楚。另一方面，被動免疫母鼠也會造成所哺育小鼠增重降低。

轉(zhuǎn)基因和野生型小鼠的GH、IGF-1水平?jīng)]有差異。第二十頁，共54頁。

STC-1在卵巢中的表達(dá)特點(diǎn)暗示其對卵巢的可能作用。

STC-1在卵巢中表達(dá)水平最高，而且在新生動物的卵巢中就有所表達(dá)。在妊娠期，STC-1的表達(dá)，為平時的15倍，分娩時，但在哺乳期又。

3.2對生殖的影響第二十一頁，共54頁。圖9、FSH和FSH+STC-1處理的顆粒細(xì)胞中LH受體的相對表達(dá)量（*P<0.05)Luo等，2004圖10、分別用FSH和FSH+STC-1處理顆粒細(xì)胞2d后，對其hCG受體含量的影響(*P<0.05)第二十二頁，共54頁。圖11、STC-1（10nM）對培養(yǎng)的未成熟卵巢顆粒細(xì)胞孕酮（A）和雌二醇（B）的影響*P<0.05

Luo等，2004FSHFSHFSH+STC-1FSH+STC-1第二十三頁，共54頁。圖12、STC-1（10nM）對培養(yǎng)的成熟顆粒細(xì)胞產(chǎn)生孕酮和雌二醇的影響*P<0.05

Luo等，2004hCGhCG+STC-1hCG+STC-1hCG第二十四頁，共54頁。圖13、STC-1抗血清被動免疫小鼠后乳腺腺泡發(fā)育情況的組織學(xué)分析（A：抗血清處理組；B：正常血清組）Zaidi等，2006

在哺乳期，乳腺也是STC-1的靶器官之一第二十五頁，共54頁。圖14、

STC-1抗血清被動免疫小鼠后乳腺腺泡區(qū)域的形態(tài)測定結(jié)果***P<0.001腹股溝和腹部的乳腺重量、乳成分沒有差異Zaidi等，2006第二十六頁，共54頁。正常血清組STC-1抗血清組細(xì)胞膜Kd1.35±0.283.46±0.73*細(xì)胞膜Bmax10.61±0.8814.63±1.65*細(xì)胞核Kd0.70±0.191.5±0.28*細(xì)胞核Bmax15.49±1.4518.61±1.39線粒體Kd1.59±0.481.99±0.61線粒體Bmax10.5±1.314.2±1.8Kd：受體親和力（nM）；Bmax：受體最大結(jié)合率（pmol/mg)對乳腺亞細(xì)胞成分的STC-1受體結(jié)合性研究

受體的上調(diào)表達(dá)，很可能是配體靶向性降低的結(jié)果。由此可推斷，STC-1對乳腺發(fā)育可能具有促進(jìn)作用。第二十七頁，共54頁。STC-1基因在大鼠妊娠過程中的子宮內(nèi)胚胎的植入位點(diǎn)和蛻膜后細(xì)胞中表達(dá)STC-1mRNA在羊妊娠16d后的子宮內(nèi)膜中急劇增加。STC-1對哺乳動物的胚胎植入可能具有重要作用Song等，2006

Xiao等，2006第二十八頁，共54頁。STC-1-LH和hCG受體含量FSH和hCG誘導(dǎo)的孕酮的生成小結(jié)卵巢顆粒細(xì)胞黃體化STC-1靶向性降低-乳腺發(fā)育STC-1對乳腺發(fā)育可能具有促進(jìn)作用STC-1對胚胎植入可能具有重要作用第二十九頁，共54頁。

圖15、STC-1對豬（上）和大鼠（下）十二指腸粘膜-漿膜（Jm→s）和漿膜-粘膜（Js→m）鈣流量的影響*P<0.05Madsen等，19983.3對鈣磷代謝的影響鈣流量第三十頁，共54頁。圖16、STC-1對大鼠十二指腸磷酸鹽流量的影響Madsen等，1998圖17、STC-1對大鼠腎臟磷酸鹽排泄的抑制作用Olsen等，1996磷酸鹽排泄量磷酸鹽流量第三十一頁，共54頁?？赡軝C(jī)制

Lu等（1994）指出，STC-1能通過cAMP途徑直接促進(jìn)腎臟磷酸鹽的重吸收。

Wagner等（1997）指出，STC-1很可能是通過增強(qiáng)近曲小管Na+/PO43-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)載體的活性而實(shí)現(xiàn)這種作用的。第三十二頁，共54頁。小結(jié)

STC-1可降低大鼠和豬腸道對Ca2+的凈吸收量，并與增加腸道磷酸鹽的凈吸收量相偶聯(lián)。此外，STC-1還可促進(jìn)腎臟對磷酸鹽的重吸收。第三十三頁，共54頁。

肝細(xì)胞神經(jīng)元細(xì)胞腎單位細(xì)胞

線粒體膜和基質(zhì)具有高親和力的STC-1受體STC-1是可以線粒體為靶器官的激素McCudden等，2002

Ellard等，20073.4解偶聯(lián)作用

與野生型相比，轉(zhuǎn)基因小鼠采食量大、耗氧量高、體脂含量低及線粒體肥大。（Filvaroff等，2002）

第三十四頁，共54頁。分離出大鼠肌肉和肝臟完整線粒體不同濃度重組hSTC-1500nMhSTC-1使得兩種線粒體第Ⅲ態(tài)呼吸的耗氧量顯著增加。ADP/O比例顯著降低

+↓有效ATP含量STC-1可解偶聯(lián)線粒體中的氧化磷酸化過程Ellard等，2007STC-1增加動物的能量消耗第三十五頁，共54頁。※防止心衰※調(diào)節(jié)免疫/炎癥應(yīng)答※可能與脂肪的代謝及類固醇生成有關(guān)

※參與正常和病變的血管發(fā)生※是對肝細(xì)胞生長因子誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞遷移和形態(tài)發(fā)生的選擇性抑制劑5.5其他可能作用Madsen等，1998；Zlot等，2003；Sheikh-Hamad等，2003；Kanellis等，2004；Paciga等，2003，2005；Yoshiko等，2004第三十六頁，共54頁。4、STC-1的表達(dá)和活性調(diào)控第三十七頁，共54頁。AB圖20、介質(zhì)中Ca2+對體外培養(yǎng)的犬腎細(xì)胞STC-1mRNA豐度的影響Sheikh-Hamad等，2000

4.1Ca2+第三十八頁，共54頁。腹膜灌注1,25-(OH)2D3的天數(shù)圖21、大鼠腹膜灌注1,25-(OH)2D3對STC-1mRNA豐度的影響Honda等，1999VD3代謝活性物+Ca2+↑STC-1+與Yahata等（2003）給小鼠皮下注射1,25-(OH)2D3的結(jié)果一致。第三十九頁，共54頁。小結(jié)較高濃度的Ca2+可提高STC-1mRNA的豐度，從而提高體內(nèi)STC-1的水平。第四十頁，共54頁。4.2cAMP/PKASTC-1cAMP/PKA發(fā)揮功能可影響該途徑的物質(zhì)？第四十一頁，共54頁。對照組1,9-二脫氧福斯高林福斯高林圖22、cAMP激動劑福斯高林對牛卵泡膜-間質(zhì)細(xì)胞STC-1生成的影響*P<0.05Paciga等，2002第四十二頁，共54頁。圖23、H-89和hCG共同處理對牛的卵泡膜-間質(zhì)細(xì)胞STC-1分泌的影響Paciga等，2002第四十三頁，共54頁。圖24、雙丁酰環(huán)腺苷酸對小鼠成神經(jīng)瘤細(xì)胞STC-1mRNA豐度的影響Wong等，2002

第四十四頁，共54頁。促進(jìn)cAMP生成的物質(zhì)，如hCG、福斯高林等作為cAMP類似物，如dbcAMP和8Br-cAMP抑制cAMP生成或PKA活性的物質(zhì)，如H-89STC-1++-小結(jié)第四十五頁，共54頁。4.3其他因素

一些激素（如孕酮、GH、PL、17β-雌二醇和雄烯二酮）以及哺乳時幼鼠的吮吸刺激等也可調(diào)控STC-1的分泌。

Luo等，2004Paciga等，2004

Song等，2006第四十六頁，共54頁。5、結(jié)語和展望第四十七頁，共54頁。STC-1的過表達(dá)和被動免疫都可影響動物的生長。STC-1可通過作用于卵巢和乳腺而影響動物的生殖。STC-1可調(diào)控鈣磷的吸收，并以腎臟和腸道為靶器官。STC-1能解偶聯(lián)線粒體的氧化磷酸化從而造成能量的浪費(fèi)。結(jié)語第四十八頁，共54頁。1）在自然狀態(tài)下的動物體內(nèi)，該激素對動物的這些生理過程的影響如何？2）STC-1到底是作用于與G蛋白相關(guān)或無關(guān)的受體，而且受體的結(jié)構(gòu)如何？3）STC-1與一些體內(nèi)的重要激素，如降鈣素、甲狀旁腺素等的互作如何？4）需要對一些經(jīng)濟(jì)動物進(jìn)行類似于一些激素的系統(tǒng)研究。有待研究的問題第四十九頁，共54頁。ChangA.C.-M,JanosiJ.,HulsbeekM.,etal.1995.AnovelhumancDNAhighlyhomologoustothefishhormonestanniocalcin.MolCellEndocrinol.112:241-247ChangA.C.-M.,DunhamM.A.,JeffreyK.J.,etal.1996.MolecularcloningandcharacterizationofmousestanniocalcincDNA.Mol.CellEndocrinol.124:185-187ChangA.C.-M.,ChaJ.,KoentgenF.,etalDeNiuP.,RadmanD.P.,JaworskiE.M.,etal.2000.Developmentofahumanstanniocalcinradioimmunoassay:serumandtissuehormonelevelsandpharmacokineticsintherat.MolCellEndocrinol162:131-144.Deol,H.K.,VargheseR.,WagnerG.F.,etal.2000.DynamicregulationofmouseovarianStanniocalcinexpressionduringgestationandlactation.Endocrinology.141:3412-3421EllardJ.P.,McCuddenC.R.,TanegaC.,etal.2007.Therespiratoryeffectsofstanniocalcin-1(STC-1)onintactmitochondriaandcells:STC-1uncouplesoxidativephosphorylationanditsactionsaremodulatedbynucleotidetriphosphates.MolCellEndocrinol264:90-101FilvaroffE.H.,GuilletS.,ZlotC.,etal.2002.Stanniocalcin1altersmuscleandbonestructureandfunctionintransgenicmice.Endocrinology143:3681-3690Fontaine,M.,1964.CorpusclesdeStanniusetregulationionique(Ca,K,Na)dumilieuinterieurdel’Anguille(AnguillaAnguillaL.).C.R.Acad.Sc.ParisSerieD259:875-878LafeberF.P.,Herrmann-ErleeM.P.,FlikG.,etal.1989.RainbowtrouthypocalcinstimulatesboneresorptioninembryonicmousecalvariainvitroinaPTH-likefashion.JExpBiol143:165–175主要參考文獻(xiàn)：第五十頁，共54頁。LuM.,WagnerG.F.,andRenfroJ.L.1994.Stanniocalcinstimulatesphosphatereabsorptionbyflounderrenalproximaltubuleinprimaryculture.AmJPhysiolRegulInergrCompPhysiol.267:R1356-1362LuoC-W.,KawamuraK.,KleinC.,etal.2004.DifferentiationbyStanniocalcin(STC)1:MediationthroughspecificSTC1receptors.MolecularEndocrinology18:2085-2096.LuoC-W.,MargaretaD.Pisarska,etal.2005.IdentificationofaStanniocalcinparalog,Stanniocalcin-2,infishandtheparacrineactionsofStanniocalcin-2inthemammalianovary.Endocrinology146:469-476MadsenK.L.,TaverniniM.M.,YachimecC.,etal.1998.Stanniocalcin:anovelproteinregulatingcalciumandphosphateacrossmammalianintestine.AmJPhysiol274:G96-G102McCuddenCR,JamesKA,HasiloC,etal.2002Characterizationofmammalianstanniocalcinreceptors.Mitochondrialtargetingofligandandreceptorforregulationofcellularmetabolism.JBiolChem277:45249–45258MiuraW.,MizunashiK.,KimuraN.,etal.2000.Expressionofstanniocalcininzonaglomerulosaandmudullaofnormalhumanadrenalglands,andsomeadrenaltumorsandcelllines.APMIS108:367-372HondaS.,KashiwagiM.,OokataK.,etal.1999.Regulationby1α,25-dihydroxyvitaminD3ofexpressionofstanniocalcinmessagesintheratkidneyandovary.FEBSLetters459:119-122.Kanellis,John,RogerBick,etal.2004.Stanniocalcin-1,aninhibitorofmacrophasechemotaxisandchemokinesis.AmJPhysiolRenalPhysiol286:F356-F362.第五十一頁，共54頁。OlsenH.S.,CepedaM.A.,ZhangQ.Q.,etal.1996.Humanstanniocalcin:apossiblehormonalregulatorofmineralmetabolism.ProcNatlAcadSciUSA.93:1792-1976PacigaM.,WatsonA.J.,DimattiaG.E.,etal.2002.Ovarianstanniocalcinisstructurallyuniqueinmammalsanditsproductionandreleaseareregulatedthroughtheluteinizinghormonereceptor.Endocrinology143:3925-3934.PacigaM.,HirviE.R.,JamesK.,etal.2005.Characterizationofbigstanniocalcinvariantsinmammalianadipocytesandadrenocorticalcells.AmJPhysiolEndocrinolMetab289:E197-E205SerlachiusM.,Alitalo,R.,Olsen,H.S.,etal.2002.Expressionofstanniocalcin-1inmegakaryocytesandplatelets.BritishJournalofHaematology.119:359-363Sheikh-HamadD.,BickR.,WuG.Y.,etal.2003.Stanniocalcin-1isanaturallyoccurringL-channelinhibitorincardiomyocytes:relevancetohumanheartfailure.AmJPhysiolHeartCircPhysiol285:H442-448ShinJ.,OhD.,SohnY.C.2006.Molecularcharacterizationandexpressionanalysisofstanniocalcin-1inturbot(Scophthalmusmaximus)Generalandcomparativeendocrinology147:214-221SongG.,BazerF.W.,WagnerG.F.,etal.2006.Stanniocalcin(STC)intheendometrialglandsoftheovineuterus:regulationbyprogesteroneandplacentalhormones.Biologyofreproduction74:913-922SoY.P.,andFenwickJ.C.,1979.InvivoandinvitroeffectsofStanniuscorpuscleextractonthebranchialuptakeof45CainstanniectomizedNorthAmericaneels(Anguillarostrata).Gen.Comp.Endorinol.37:143-149第五十二頁，共54頁。StanniusH.1839.ǘberNebennieredeiKnochenfischen.ArchivesofAnatatomicalPhysiology.6:97-101VargheseR.,WongC.K.C.,DeolH.,etal.1998.ComparativeanalysisofmammalianStanniocalcingenes.Endocrinology139:4714-4725VargheseR.,GagliardiA.D.,BialekP.E.,etal.2002.OverexpressionofhumanstanniocalcinaffectsgrowthandreproductionintransgenicMice.Endocrinology.143:868-876VerbostP.M.,andFenwickJ.C.1995.N-terminalandC-terminalfragmentsofthehormonestanniocalcinshowdifferentialeffectsineels.GenCompEndocrinol98:185-192WagnerG.F.,GuiraudonCC,MillikenC,etal.1995.Immunologicalandbiologicalevidenceforastanniocalcin-likehormaoneinhumankidney.ProcNatlAcadSciUSA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