Kalirin研究进展

王玲琳，李雪萍

(西安医学院：A.教务处；B.研究生处，陕西 西安 710021)

Kalirin发现于1996年，是一种兴奋性突触神经元胞质内的蛋白分子[1]，因其能够与多种神经蛋白相互作用，故用印度多手女神kali来命名，中文也称“千手蛋白”。近年研究表明Kalirin作为神经保护因子，可为中枢神经系统的退行性疾病提供新的治疗线索。本文就Kalirin 的研究进展做一综述。

1 Kalirin功能

Kalirin作为一种鸟苷酸交换因子(GEF)，通过促进GDP/GTP交换而增强小G蛋白Rho-GTP酶的活性，Rho-GTP酶能够调节多种细胞过程，如将胞外刺激信号通过信号传导通路传进胞内，从而发挥一系列生物功能。其生物功能主要有激发神经元突起的生长、提高树突棘的数量，在协调内分泌、神经轴突的生长、突触的发育、大脑的成熟等过程中发挥重要作用[2]。

2 Kalirin分子亚型

小鼠Kalirin包含有65个外显子，跨越分子量大于650 kb 的染色体组。因为存在多种启动子和转录起始点，可以产生具有不同功能的多种亚型，但每种亚型的分子骨架是相同的。因其外显子3不同而主要存在三种亚型，Kalirin-7，-9和-12[3]。各亚型的共同特征是含有9个血影蛋白样重复单位, GEF1 区和Sec14p区，Sec14p区可促进脂类相互作用及细胞内分子的定位。9个血影蛋白样重复单位能和多种蛋白相互作用，包括精神分裂症易断裂基因l(DISC1)[4]，肽基甘氨酸酰胺单氧酶 (PAM)[1]，一氧化氮合酶(iNOS)[11]，亨廷顿相关蛋白1 (HAP1)[14]和ADP核糖基化因子6(Arf6)[3]。 Kalirin-12 是分子最长的一种亚型，包含有另一个GEF2区，一个免疫球蛋白Ig样区，一个纤连蛋白 III区 (FnIII)，一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶区和其下游一个独特的羟基尾。Kalirin-12 主要在未成熟的神经元生长锥中分布，其功能可能和轴索分枝及突触可塑性有关。纤连蛋白 III区很独特，在调节细胞骨架组织方面发挥了重要作用。内源性Kalirin-9分布在神经突和生长锥，其功能有待阐明。

Kalirin-7是成年鼠类大脑中含量最丰富的亚型，兴奋性神经元突触后是其唯一的分布区域。Kalirin-7 分子可谓多才多艺，可以和很多分子相互作用 ，和磷脂酰肌醇3磷酸盐结合调节神经棘的形态发生，和突触PDZ蛋白如 PSD-95, AF-6, spinophilin和谷氨酸NMDA受体结合调节神经元突触可塑性，在突触形成中发挥重要作用。人的 Kalirin-7也称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血影蛋白重复区域有27个氨基酸不同[3]。

3 Kalirin的表达

Kalirin表达范围广泛，包括神经元、内分泌细胞、肝脏、肌肉和心脏[3]。Kalirin-7主要表达于中枢神经系统，在出生时表达水平很低，随着生长发育而增加，在突触发生最多时表达水平也达最高。成年鼠Kalirin与PAM的表达区域相同。促肾上腺皮质激素肿瘤细胞如果同时转染Kalirin和PAM，与未转染的细胞或单独转染PAM的细胞相比，能表达持续时间更长、分支更多的神经突触，表明Kalirin可独立履行功能或者跟PAM相互作用发挥功能。

免疫组化染色研究表明，体外培养大脑皮质、海马神经元的Kalirin-7总是和兴奋性神经元标志物谷氨酸转运体1(Vglut1) 同在，而且其阳性染色颗粒的分布区域也和树突棘、树突轴部位的PSD95、谷氨酸受体NMDA 的亚单位NR1，NR2B，或 AMPA受体亚单位 GluR1、GluR2分布区域重叠。相反，Kalirin-7从不和抑制性神经元标志物GAD65，或GABA受体染色发生重叠，表明Kalirin-7几乎全部分布在兴奋性神经元突触后胞浆中。增加Kalirin-7表达水平可引起树突棘密度、尺寸、数量增加，同时减少内源性的Kalirin-7表达水平可导致棘密度、尺寸、数量降低。有趣的是，体外实验发现，过度表达Kalirin-7可使原来没有树突棘的海马中间神经元长出神经棘来[6]。

4 Kalirin表达下降与疾病

4.1 精神分裂症

在精神分裂症中解剖发现脑皮层内锥形神经元上的树突棘数量减少，尤其背外侧前额叶皮质3层[4]。精神分裂症易感基因产生的几个蛋白，也是突触可塑性和皮层网络发育和调节的重要决定因子[5]，提示调节树突棘形态可能是一个重要的治疗靶点，但其分子病理机制研究仍然处于初级阶段。Lewis等[4]发现，在未治疗的精神分裂症个体中，Kalirin-7mRNA表达水平减低，且树突棘密度与Kalirin-7的表达水平有明显联系[6]。酵母菌双杂交筛选试验发现，Kalirin-7与精神分裂症易断裂基因l (DISC1)存在相互作用，DISC1是重要的精神分裂症易感基因。谷氨酸机制是目前研究精神分裂症病理过程以及进行药物治疗的核心[7]，而Kalirin-7对谷氨酸受体信号传输非常重要， Kalirin-7的缺陷有可能导致了谷氨酸信号通路障碍。精神分裂症患者的大脑中谷氨酸受体、PSD-95脊亲和蛋白受体表达量减少，因为这些蛋白与Kalirin-7存在相互作用，也进一步支持Kalirin-7缺陷可导致棘形态改变。Kalirin-7对中间神经元树突和突触的形态维护、正常功能维持起重要作用，精神分裂症存在中间抑制性神经元氨基丁酸(GABA)系统的调节障碍， Kalirin-7可能也通过影响GABA神经元的发育和功能而影响了精神分裂症[4]。总之，非正常Kalirin-7信号传输能促进突触病理与精神分裂症的联系，可能是通过干扰树突棘的形成、维护或突触可塑性，进而引起树突棘密度和数量的减少，这可能是精神分裂症相关认知功能丧失的基础。

4.2 阿尔兹海默病

β淀粉样蛋白(Aβ)沉积是阿尔兹海默病(AD)病人脑内神经元变性和死亡的主要原因。研究表明，树突棘丧失和功能退化发生在Aβ沉积之前，且和AD病人逐步发展的认知障碍有很强的关联[8]。虽然AD发生的突触病理分子机制仍不清楚，但最近的一些研究显示， Kalirin-7在AD病理过程中可能扮演了重要的角色。对AD病人脑组织分析发现，海马内的Kalirin-7的mRNA和蛋白表达水平较低，大脑皮层也受到影响，而小脑组织较少波及[10]。一氧化氮(NO)是一种神经递质，由一氧化氮合酶iNOS催化产生，在中枢神经系统炎症时出现过量的NO可对神经元产生毒性而影响神经传导和激素产生，最终可引起神经元死亡。在体外培养的神经元中发现Kalirin-7可与一氧化氮合酶iNOS相互作用，并通过淀粉β1-42相关肽和脂多糖(LPS)显著减少iNOS的表达[9]，因而Kalirin-7可能扮演神经保护角色。AD中还存在一些促进病理过程的蛋白分子如PAK，PSD-95和GluR1[10]。在AD病人脑组织中PAK1和3的表达水平和活性都有减少，而活化的PAK可用来防止Aβ寡聚物引起的毒性，反之抑制PAK会引起AD样病理变化。而这些蛋白分子能够与Kalirin-7相互作用，若设法逆转Kalirin-7/PAK等几个信号通路的功能障碍，有可能调节AD的树突棘病理过程，为AD治疗提供一个新思路。

4.3 抑郁症

人类与控制心境相关的中枢在大脑海马区域。突触可塑性改变可能在抑郁症病理机制和治疗中有重要作用。抑郁症病人和动物模型中，海马的Kalirin表达水平降低、锥体神经元萎缩、神经胶质密度减低、前额叶皮质神经元体积减小。另一方面，电休克是有效治疗重型抑郁症的方法之一，对病人和动物模型通过反复有效的电休克治疗，Kalirin表达水平升高，前额叶皮质神经元树突棘密度、海马锥体神经元数目也得以增加。海马内kalirin减少可能是产生抑郁症的一个关键环节[11-12]。

5 Kalirin表达升高与疾病

5.1 癫痫

在癫痫病人和动物模型中，海马区CA1锥状细胞的树突形态改变、棘数目减少、形态异常。癫痫实验动物模型显示海马区Kalirin 表达显著升高[13]。

5.2 亨廷顿病

亨廷顿病(HD)的特征性病理改变是中脑纹状体的中等大小棘细胞缺失、棘密度减少、树突棘的形态发生变化[14]，而亨廷顿蛋白相关蛋白(HAP1) 功能障碍在HD发病中起重要作用，分子病理研究发现Kalirin-7 与HAP1存在相互作用。有学者在纹状体薄片上模拟体内条件过表达Kalirin-7，结果引起了中等大小神经元树突棘数目减少，树突复杂性下降，表明Kalirin-7在HD病理中可能扮演了重要角色。

5.3 其他

Kalirin-7在海马区也参与了雌激素介导的棘/突触形成,雌激素对Kalirin-7具有调节作用，提示Kalirin-7在卵巢激素相关的功能性疾病和更年期综合征发病中也有作用[15]。

6 结语

最近一些研究揭示了Kalirin-7在几种退行性神经病和精神障碍、雌激素相关疾病中的潜在作用，以及其信号传输和相互作用分子。突触功能和结构的紧密关系提示，在这些疾病中神经棘发育不全和易感基因中的多个蛋白编码紊乱，导致蛋白信号通路异常。进一步研究突触疾病中信号整合分子Kalirin-7的作用，有可能为医学界提供一些治疗这些疾病的新思路。

参考文献：

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