斯钙素2基因在家畜上的研究进展

张莉英， 李陇平， 陈 宏， 蓝贤勇

(1．榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000；2．陕西省白水县城关镇畜牧兽医站，陕西 白水 715600；3．榆林学院 陕西省陕北绒山羊工程技术研究中心，陕西 榆林 719000；4．西北农林科技大学动物科技学院，陕西 杨凌 712100)

斯钙素(stanniocalcin，STC)为一类分泌型糖蛋白激素，最早在硬骨鱼的斯尼氏小体中发现，近年来在人和哺乳动物中也发现存在STC，它参与体内Ca2+、PO43-平衡调节，且与机体的生理、代谢、生殖、生长发育，甚至应激反应都有关联。STC2是STC家族成员之一。本文主要从STC2的发现、分子结构及其在家畜生理、病理方面的作用等做一综述。

1 STC2的发现及分子结构

1998年从人类骨肉瘤cDNA文库分离出编码STC2基因的cDNA。该基因位于染色体5q35上，大小约13 kb，包含4个外显子[1]。其基因表达产物为STC2，也称斯钙素2相关肽，是一个小分子，由302个氨基酸组成的亲水性蛋白，存在11个α螺旋和1个β折叠，这是STC2稳定发挥生物学效应的结构基础。其N末端具有1段信号肽，长约24个氨基酸残基，还有由1段15个氨基酸残基组成的前导序列，这表明STC2是一种分泌型糖蛋白质。在合成的过程中经信号肽固定至内质网的粗糙面，剪切掉信号肽开始翻译，加工成熟后经膜泡运输到细胞外发挥生物学作用[2]。

2 STC2的功能

STC2在哺乳动物多种组织细胞和器官中均有表达，参与与磷酸盐调节有关的生理、代谢、再生、应激反应等过程。已发现STC2与多种疾病有关，其表达水平在多种恶性肿瘤细胞上改变明显，可作为多种肿瘤疾病诊断的标记基因，参与肿瘤的发生、发展及预后。在正常组织中，骨骼中表达量最高，提示在骨骼生长发育过程中有某些作用。Ishibashi认为STC2在肾脏上抑制磷酸盐摄取，因为他们发现，STC2转染至CHO细胞后，其培养介质在小鼠肾脏中能抑制Na+/PO43-协同转运启动子的活性。Moore等人利用Northern Blot和双重染色技术发现，在胰岛素α细胞中也检测到STC2的表达并染色，说明STC2可能与血糖稳态的维持调节有关。

2.1 STC2与肿瘤

越来越多的研究表明，STC2的表达与肿瘤的发生发展有关，与正常的组织相比，STC2在多种恶性肿瘤细胞都高表达，且STC2在不同的肿瘤组织中发挥双向作用。如在鼻咽癌、成纤维细胞瘤、食管鳞癌、胃癌、结直肠癌、肝癌、子宫内膜癌、头颈部鳞状细胞癌、肾细胞癌等起到促进肿瘤细胞的侵袭和转移，促进癌症发生发展作用，而在乳腺癌中起抑制癌症作用。在结直肠癌[3]组织中，与相应的正常组织相比，STC2在结直肠癌中的表达显著升高，且STC2高表达的结直肠癌患者总生存期较短。CHEN Bing等人[4]研究发现STC2通过激活MEK/ERK和PI3K/Akt信号转导通路来促进结直肠癌的发生发展和EMT进展。YUAN Qiong等人[5]研究发现STC2可通过PI3K/Akt信号转导通路上调P-glycoprotein，而使得结直肠癌细胞对奥沙利铂的敏感性下降，从而产生耐药现象。多种研究说明STC2有可能通过PI3K/Akt信号转导通路参与了肿瘤的发生发展。在胃癌[6]中，STC2高表达与淋巴结转移、远处转移和临床晚期显著相关，STC2高表达的患者较STC2不表达的患者生存期显著降低5年。乳腺癌对女性健康的威胁非常大，Joensuu等人[7]研究发现，在72例原发性乳腺癌的免疫组化中，STC2高表达患者比STC2低表达患者生存率高5～10年，同时在10年内复发率也较低。提示STC2高表达的乳腺癌患者拥有较长的无病生存期且预后较好。许多项研究表明，STC2与乳腺癌发生、发展有着非常密切的关联，这也许会成为潜在的治疗乳腺癌的靶点，为乳腺癌的治疗提供理论指导。

2.2 STC2与妊娠

对不同生理状态下的妊娠早期大鼠子宫STC2表达和调节进行研究，在第1天和第5天在子宫腔上皮分别检测到基础水平的STC2 mRNA表达。从第2天开始mRNA免疫染色逐渐开始增强，第5天达高峰。在妊娠第6天，可观察到高水平的mRNA表达。延迟着床时，在子宫检测到基础水平的STC2 mRNA表达，经雌激素处理正常着床后，着床部位围绕着胚泡的腔上皮细胞STC2 mRNA被显著诱导，可以观察到高水平的STC2免疫染色。做胚胎移植实验进一步可以证明，着床部位STC2的表达可被植入的胚泡所诱导。在整个蜕膜期(从妊娠的第7～9天)蜕膜细胞中都观察到STC2免疫染色，但STC2蛋白仅在第7天和第8天的原始蜕膜期被观察到，在第9天表达量最高。对大鼠进行人工蜕膜处理，可检测到强的mRNA信号，明显高于对照组。这与正常妊娠过程一致。提示，STC2可能在大鼠着床和蜕膜过程中起某些作用[8]，但具体作用机理未见报道。

2.3 STC2与骨骼和体型大小

STC2在骨组织中高表达。Takei等[9]的研究表明，STC2的表达同样受到体内Pi的调控，对维持正常的骨骼发育十分重要。骨细胞分泌的磷酸盐调节激素Fgf23基因敲除小鼠的平滑肌细胞中，受胞外无机Pi刺激STC2 mRNA表达显著增高，同时伴随骨钙素和骨桥蛋的高表达。

Jepsen等人[10]通过研究发现STC2可以与妊娠相关血浆蛋白-A(PAPP-A)共价结合，抑制其蛋白水解活性，导致胰岛素样生长因子蛋白不能被裂解，失去活性，使哺乳动物不能正常生长。Gagliardi等人[11]通过构建hSTC2转基因小鼠品系，对小鼠STC2基因表达分析表明，它在发育过程中不高度表达，但在成年小鼠心脏和骨骼肌表现出最高的STC2 mRNA稳态水平。STC2过表达的小鼠早在胚胎发育12.5 d就显示宫内生长受限和发育迟缓表型和严重的出生后生长迟缓，进而使得hSTC2转基因小鼠比同窝出生的野生型小鼠体型上小约45%。STC2诱导的可能是侏儒表型，睾丸器官肿大，骨骼肌质量显著减少。而且他的实验还得出hSTC2诱导的严重生长迟缓与GH或IGF表达的降低无关。因此，STC2可以作为有效的生长抑制剂并减少膜内和软骨内骨发育以及骨骼肌生长，这也意味着这些组织是斯钙素的特定生理靶点。

2.4 STC2在家畜上的研究进展

2.4.1 在犬上 犬最显著的表型性状是体型的大小，在韦云芳等人关于犬体型大小相关基因的研究中发现，STC2是一种犬体型大小相关基因之一，它的变异会导致其体型的变小[12]。2017年发表在权威期刊《自然》上的一篇文章，研究发现了83个新的影响人类身高的基因变化。还发现了以前未知的几个与骨骼生长相关的生物学途径的基因，其中一个是STC2，STC2基因的两种不同的变异，都对身高产生很大的影响。虽然这两种变异很罕见，但有一种变异会让人高出1～2 cm[13]。早在2013年Law等的一项研究表明，STC2可促进VEGF表达(血管内皮生长因子，简称VEGF)，或许可以应用靶向疗法(如VEGF促进剂)，作为一种潜在的药物靶点来帮助身材矮小的人[14]。

2.4.2 在羊上 Zhu等人[15]在体外研究了STC2对山羊乳腺上皮细胞(GMECs)凋亡、增殖和泌乳的影响及其调控机制，结果表明，STC2在体外能促进GMECs增殖并抑制其凋亡。高表达STC2通过ELISA的方式可以激活Ras/MEK/ERK和PI3K/AKT/mTOR信号通路，促进增殖并增强GMECs中β-酪蛋白和甘油三酯的合成，促进泌乳。Fan等人[16]在绒山羊毛发生长周期的研究进展中表明，STC2在山羊毛囊中表达，是一个毛发生长基因，促进毛囊细胞的增殖在毛囊周期调控中发挥着重要作用。为研究STC2对体外奶山羊子宫内膜上皮细胞(EECs)的影响。Cui和Liu等人[17]构建了STC2过表达载体(pc3.1-STC2)，用pc3.1-STC2转染EECs后，STC2的mRNA和蛋白表达水平显着增加，EDU和CCK-8检测结果显示STC2能显著促进EECs的增殖；此外，细胞凋亡试验表明，STC2显着抑制EECs细胞凋亡，Western Blot(WB)分析结果显示STC2显著性下调BAX表达并上调BCL2表达。血管内皮生长因子(VEGF)是子宫内膜接受性生物标志物，在小鼠接受性子宫内膜(RE)的建立中起重要作用，WB分析显示STC2的过表达降低了VEGF，而对STC2的干扰则增加了VEGF，预测STC2通过体外调节VEGF参与奶山羊RE的建立，而RE的建立是胚胎着床最关键的一步。然而，在体内，STC2在奶山羊子宫内膜容受性中的发展还需进一步研究。

2.4.3 在牛上 Mith等[18]对美国Gelbvieh牛进行生长性状的全基因组关联分析(GWAA)，揭示了在染色体BTA20上，Gelbvieh生长性状的多效QTL的常见位置候选基因是STC2，STC2是最接近BTA20上QTL的基因，而STC2本身也是一个与小鼠，犬生长性状相关的基因。最近在美国安格斯牛、SimAngus和赫里福德牛的饲料效率和生长性状中也检测到了针对Gelbvieh生长性状的QTL，STC2与染色体BTA20上的QTL区域最接近，STC2也是优先考虑共同的位置候选基因[19]。在转基因小鼠中STC2的过度表达会减少膜内和软骨内骨发育和骨骼肌生长，并致侏儒表型。STC2也已被证明是野生型小鼠出生后生长的有效负调节剂。预测STC2可能是一个与肉牛生长性状相关的遗传标记。

3 小结与展望

最早认识STC2的功能是参与矿物质钙、磷代谢的调节，近来发现STC2在人肿瘤疾病，小鼠妊娠，骨骼生长，犬体型大小方面也有重要作用。STC2逐渐成为一种新的肿瘤标记生物分子。STC2在家畜犬上是一个生长性状相关基因，在羊上影响山羊EECs的增殖，促进泌乳，体外促进子宫内膜上皮的增殖，促进形成接受性子宫内膜，从而有利于胚胎着床，但在体内试验研究未见报道。在牛上，STC2是一个生长性状相关多效QTL的常见位置候选基因，但是对于STC2基因是通过调节哪一个或者哪几个生长性状，以何种方式调节及具体机制尚待研究。插入缺失标记(InDel)是基于插入缺失位点两侧的序列设计特异引物进行PCR扩增的标记，可利用便捷的电泳平台进行分型，并且分型准确性高、稳定性好，避免了由于特异性和复杂性导致的后续分析模糊。故借助InDel方法对家畜生长性状相关候选基因进行筛选已被广泛应用。所以，人们可以在我国黄牛群体中，以STC2基因为候选基因，研究黄牛STC2基因InDel、CNV和SNP位点的多态性，分析其与生长性状的关联性，以期找到STC2基因与肉牛生长性状的关联性和分子标记，为肉牛品种选育提供理论基础。也为在肉牛上对STC2基因表达的调控机制和作用研究奠定基础。