看看最近的文章

摘要

Sarco/内质网atp酶(SERCA)将钙离子运输到内质网(ER)，在调节细胞内钙水平中起着重要作用。SERCA抑制剂已被证明可诱导胞质钙水平升高和内质网耗竭，触发内质网应激、未折叠蛋白反应(UPR)和可导致细胞死亡的各种途径。这导致了用于癌症治疗的SERCA抑制剂的发展。本文对这方面的研究现状进行了综述。

关键字

SERCA，癌症，耐药性，钙

介绍

Sarco/内质网ATP酶(SERCA，一种钙泵)利用ATP水解所获得的能量，将钙离子沿浓度梯度从细胞质运输到内质网(ER)，内质网是细胞内主要的钙存储细胞器。SERCA是唯一能转运钙的蛋白质^{2 +}进入急诊室，并在所有急诊室被检测到。SERCA和其他Ca^{2 +}通道/泵和紧密调节细胞钙^{2 +}体内平衡;因为胞质游离钙的水平^{2 +}控制许多细胞过程，包括细胞增殖，基因转录和细胞死亡。在正常细胞静息的胞质钙^{2 +}而内质腔内的钙含量则在微摩尔范围内，细胞外钙含量则在微摩尔范围内^{2 +}浓度通常在毫摩尔范围内。正常钙的改变^{2 +}水平可以表示由于调节中的化学或信号转导变化引起的疾病状态[1,2]。

SERCA存在于几种亚型中。SERCA基因的选择性剪接ATP2A1 2 a2、a3给出多个异构体[3]。通常这些SERCA亚型有~75%的序列同源性[4]。像许多其他蛋白质一样，SERCA亚型的表达依赖于细胞类型。SERCA1a和1b主要在骨骼肌中表达。SERCA2a主要在心肌细胞中表达。SERCA2b在所有细胞类型中均可检测到。SERCA2c在非肌肉细胞中检测到。SERCA3有六种已知的异构体，通常在许多组织中与SERCA2b共表达。然而，SERCA3在造血源细胞[3]中有较高的表达。这些异构体也有不同的钙^{2 +}其中SERCA2b的亲和力最高，SERCA3的亲和力最低^{2 +}亲和力[3,5]。

随着SERCA泵送Ca^{2 +}进入急诊室，急诊室，Ca^{2 +}能被肌醇-1,4,5-磷酸受体(IP_3.R)和利yanodine受体(RyR)或钙渗漏。Ca^{2 +}ER的释放可导致线粒体Ca的产生^{2 +}吸收[6]。线粒体钙的增加可通过促凋亡的Bax和bak蛋白引起线粒体外膜(MOMP)的通透性，随后释放细胞色素C，激活caspase 9，导致[6]凋亡。ER Ca^{2 +}释放也会引起胞质钙的增加^{2 +}水平，可以激活钙调磷酸酶去磷酸化/激活坏。去磷酸化Bad抑制抗凋亡bcl -2家族蛋白，导致类似的线粒体外膜通透，随后发生凋亡[7]。胞质钙的增加也会引发其他形式的细胞死亡，包括坏死、坏死性凋亡(坏死)和自噬。例如，当er Ca^{2 +}在小鼠胚胎成纤维细胞(mef)中释放，由于缺乏促凋亡的Bak和Bax导致细胞凋亡不足，细胞发生坏死[8]。胞质钙的增加^{2 +}浓度也stimulatesCa^{2 +}/钙调素依赖性激酶-β (CaMKKβ)，它激活amp激活激酶(AMPK)， AMPK反过来抑制mTORC1，诱导自噬[9]。

除了钙的增加^{2 +}在线粒体和细胞质中，内质网中钙的消耗也可以直接触发程序性细胞死亡。特别是内质网中钙的减少会导致内质网应激反应(ERS)和未折叠蛋白反应(UPR)。正如在HeLa细胞中所见，内质网应激可导致m-calpain切割和激活前-caspase 12，然后激活后续的caspase，导致细胞凋亡[10,11]。参与蛋白质折叠的钙调蛋白和钙调蛋白的功能需要适当的内质网钙水平。ER钙的耗竭^{2 +}储存导致错误折叠蛋白的增加，导致ER UPR[12]。UPR激活减少蛋白质合成的途径，启动自噬以挽救，并增加蛋白质降解和折叠[13]。这些反应的延长激活导致细胞凋亡[14]。

除了直接启动细胞程序性死亡外，SERCA还参与控制细胞存活的其他调控途径。例如，SERCA被鉴定为Notch1信号通路[15]的关键调控蛋白。鉴于SERCA在细胞钙调控和细胞增殖/死亡中的关键作用，它是一个潜在的抗癌靶点。

一般SERCA的抑制剂

许多SERCA抑制剂已被鉴定出具有不同的效力、选择性和首选结合状态。迄今为止，SERCA最具选择性和最强效的抑制剂是Thapsigargin (TG)(图1)。TG是从植物中分离出来的倍半萜内酯Thapsia garganica。TG增加胞质钙浓度，同时消耗内质网钙储存。它在影响Ca的化学计量量上抑制SERCA^{2 +}和atp酶活性[16]。TG抑制Ca^{2 +}SERCA在低纳摩尔浓度下的自由态，形成一个死端络合物[17]。TG结合SERCA在其跨膜螺旋M3, M5和M7中。尽管SERCA异构体具有高比例的同源性，但它们对当前SERCA抑制剂具有不同的敏感性。TG能有效抑制SERCA1b_我SERCA2b为1.3±0.05nM, SERCA3a为12±6nM。TG的所有类似物都被证明比母化合物[16]的效力要小。有趣的是，用TG进行细胞处理会导致短期(15分钟)胞质中钙浓度的大量增加，刺激细胞凋亡，随后是长期(48小时)胞质中钙浓度的轻微增加，从而启动第一次休克[6]后存活的细胞增殖。

图1所示。SERCA的抑制剂

其他选择性但效力较弱的SERCA抑制剂包括环piazonic Acid (CPA)和2,5，-二(t-丁基)对苯二酚(BHQ)(图1)。它们对SERCA亚型1b、2b和3a具有不同的抑制效力。K_我SERCA1b的CPA为90±30nM, SERCA2b为2.5±0.05μM, SERCA3a为600±200nM。K_我SERCA1b的BHQ为7±4μ m, SERCA2b为2.6±1.3μM, SERCA3a[4]为1.7±1μM。

位点定向突变数据表明，相对于TG, CPA和BHQ在SERCA上与不同的位点结合。SERCA中的突变F256V使TG抑制效力降低了200倍，SERCA1b降低了5倍，SERCA3a降低了100倍。而CPA和BHQ在K上的差异不大_我野生型和突变型[4]之间的值。后来的研究证实，这些小分子在SERCA上的结合位点与TG不同，这种结合使SERCA稳定在低Ca状态^{2 +}亲和状态，导致SERCA抑制[16]。

其他假定的SERCA抑制剂

姜黄素是姜黄的天然产物，在临床试验中被研究其对结直肠癌的抗癌活性(图1)[18]。姜黄素抑制SERCA与K_我15μM。它与ATP竞争性结合，与Ca非竞争性结合^{2 +}[16]。姜黄素在SERCA亚型中具有一定的选择性。抑制SERCA1b(5.8±1.6μM)和3a(8.6±2.5μM)， K值相近_我但抑制SERCA 2b，[4]的效力显著降低(53±6μM)。F36是姜黄素的一种更活跃的哌酮类似物，并被证明主要通过靶向SERCA2表达[19]更有效地抑制结直肠癌细胞系的增殖。

Saikosaponin-d (Ssd)，从该植物中分离得到的一种三萜皂苷银柴胡L。已证明可通过抑制SERCA诱导自噬(图1)。这导致胞质钙水平升高，导致内质网应激和UPR。有趣的是，Ssd在缺乏caspase-3/-7/-8或Bax/Bak蛋白的细胞中表现出类似的微摩尔细胞毒性，这些蛋白通常与野生型细胞一样存在凋亡缺陷。这表明Ssd的细胞毒性可以绕过凋亡通路的缺陷，并可用于靶向凋亡通路[20]的药物耐药的癌症。

SBF-1是一种甾体糖苷，被发现在宫颈癌HeLa细胞中引起内质网应激和UPR(图1)。它在纳摩尔浓度下结合并抑制SERCA2。然而，SBF-1也结合质膜钙运输atp酶1,PMCA1，这可能也有助于其抗癌潜力[21]。

我们的实验室已经确定了一个稳定的HA 14-1衍生物(sHA 14-1)作为Bcl-2和SERCA蛋白的双重抑制剂。sHA 14-1通过内质网应激和钙诱导细胞死亡^{2 +}释放[22]。通过对sHA 14-1结构活性关系的探索，发现了2-氨基乙基-6-(3,5-二甲氧基苯基)-4-(2-乙氧基-2-氧乙基)- 4h -铬-3-羧酸酯(CXL017)(图1)及其类似物。CXL017在耐多药HL60/MX2和CCRF-CEM/CT癌细胞株中表现出优先的细胞毒性。CXL017在与标准化疗药物(包括长春新碱、紫杉醇和米托蒽醌)联合治疗MDR细胞[23]时也显示出细胞毒性协同作用。有趣的是，CXL017还显示出与一般SERCA抑制剂TG、BHQ和CPA在抑制SERCA活性和诱导细胞毒性[24]方面的强协同作用。这些数据支持CXL在SERCA上的一个独特的绑定位点。然而，CXL017对SERCA的确切绑定位点/状态仍有待确定，这可能有助于合理化其独特的活动配置文件。

肿瘤细胞SERCA表达与细胞内钙水平的关系

和许多蛋白质一样，SERCA在癌症中的表达水平也会发生变化。SERCA3在细胞分化过程中被诱导表达，但在结肠癌和乳腺癌[25]等癌症的发生过程中表达降低。SERCA3和2b亚型在骨髓性白血病、结肠癌、乳腺癌[25]中的表达与正常细胞不同。除了结肠癌、肺癌、结直肠癌和甲状腺癌外，鳞状细胞癌中SERCA2的表达也降低[26,27]。SERCA3在APL细胞中表达增加，而在结直肠癌、胃癌和乳腺癌中表达降低[3,12,28]。这种降低被认为可能增加了恶性肿瘤的诱导，并提供了证据Ca^{2 +}调控在癌细胞中被修饰以防止细胞凋亡[12,29]。敲除小鼠，杂合的SERCA2，显示出对鳞状细胞癌发展的敏感性增加，表明细胞内Ca^{2 +}调控可导致癌症发展[26,30]。尽管一些SERCA亚型在许多癌症中普遍下调，SERCA仍可能是癌症治疗的潜在靶点。SERCA 2b和3通常在细胞中共同表达，一种亚型的表达减少并不一定意味着两种亚型的表达都减少。SERCA 2b和SERCA 3有不同的周转率和Ca^{2 +}亲和性，使它们在不同水平的胞质钙上活跃^{2 +}[25]。钙的重塑^{2 +}在癌细胞中的调节仍然没有被很好地理解，但必须有足够的SERCA来维持ER Ca^{2 +}维持蛋白质合成的水平。最后，SERCA抑制剂如TG已被证明在这些SERCA表达减少的癌细胞中具有细胞毒性。

胞质钙²⁺在癌细胞中也会发生变化，部分原因是ER膜蛋白的表达变化，如SERCA和IP_3.R和调节钙稳态的Bcl-2家族蛋白[31]IP_3.R和SERCA受抗凋亡蛋白Bcl-2的调控，Bcl-2在许多癌症中高度表达。Bcl-2对IP的调制_3.R已被证明促进增殖和抑制自噬[32]。Bcl-2也参与了SERCA的调控，减少了Ca的数量^{2 +}泵入急诊室来防止钙的释放^{2 +}足以触发细胞凋亡[6]。

挑战和机遇

然而，抑制SERCA作为一种癌症治疗手段并非没有风险。ER Ca降低^{2 +}水平导致心力衰竭[33]。此外，由于不同的细胞类型和癌症有不同的SERCA异构体表达水平，异构体特异性抑制剂可能是实现组织靶向治疗和减少不良反应的必要条件。根据目前针对SERCA亚型的抑制剂的不同效力及其结合位点的不同，有可能发现SERCA亚型选择性抑制剂。

生物结合是另一种策略。例如，为了增加选择性和降低毒性，TG与一种可以被前列腺表面抗原PSA切割的肽结合，形成了治疗前列腺癌的TG前药。PSA是一种丝氨酸蛋白酶，在前列腺癌细胞中表达增加，使TG有选择性地靶向前列腺细胞。目前，这些前体药物正处于治疗前列腺癌的临床试验中[34,35]。

结论

SERCA在细胞Ca中起着重要作用^{2 +}监管。SERCA抑制导致胞质和线粒体Ca的增加^{2 +}这可能会触发几种信号通路，导致细胞死亡。SERCA抑制剂已被证明在体外对癌细胞产生细胞毒性有效，但组织选择性和心血管风险仍需在体内和临床进行评估。

确认

这项工作得到了NIH (CA163864, CX)的资助。

参考文献

1. Stewart TA, Yapa KT, Monteith GR(2014)癌症细胞钙信号的改变。Biochim Biophys学报。(Crossref］
2. Orrenius S, Zhivotovsky B, Nicotera P(2003)细胞死亡的调控:钙-凋亡的联系。Nat牧师摩尔细胞生物4: 552 - 565。(Crossref］
3. Arbabian A, Brouland JP, Gélébart P, Kovàcs T, Bobe R，等(2011)内质网钙泵与癌症。Biofactors37: 139 - 149。(Crossref］
4. Wootton LL, Michelangeli F(2006)苯丙氨酸256对缬氨酸突变对肌浆/内质网Ca2敏感性的影响⁺腺苷三磷酸酶SERCA的Ca^{2 +}泵的异构体1,2和3到那个信号蛋白和其他抑制剂。J临床生物化学281: 6970 - 6976。(Crossref］
5. 梅卡丽D, Bultynck G, Parys JB, De Smedt H, misaen L(2011)内质网钙损耗与疾病。冷泉港湾远景生物3.(Crossref］
6. Bergner A, Huber RM(2008)癌症中内质网Ca(2+)-储存的调节。抗癌代理地中海化学8: 705 - 709。(Crossref］
7. Joseph SK, Hajnóczky G (2007) IP3受体在细胞存活和凋亡中的作用:Ca^{2 +}释放和超越。细胞凋亡12: 951 - 968。(Crossref］
8. 杨森，霍恩思，尼曼，丹尼尔，等(2009)ER Ca的抑制作用^{2 +}泵迫使缺乏Bak和Bax的多药耐药细胞坏死。J细胞科学122: 4481 - 4491。(Crossref］
9. Hoyer-Hansen M, Jaattela M(2007)通过未折叠蛋白反应和钙连接内质网应激与自噬。细胞死亡是不同的14: 1576 - 1582。(Crossref］
10. 中川涛，朱红，Morishima N，李娥，徐静，等(2000)Caspase-12通过淀粉样蛋白介导内质网特异性凋亡和细胞毒性。自然403: 98 - 103。(Crossref］
11. 胡清良，常建林，陶丽彤，严桂良，谢春春，等(2005)钙诱导内质网介导的Hela细胞坏死样凋亡^{2 +}振荡。生物化学分子生物学38: 709 - 716。(Crossref］
12. 苟伟峰，牛志峰，赵松，高野勇，郑慧聪(2014)结直肠腺瘤-腺癌序列中SERCA3的异常表达。肿瘤防治杂志代表31日:232 - 240。(Crossref］
13. 王敏，Kaufman RJ1(2014)内质网蛋白质折叠环境对癌症发展的影响。Nat牧师癌症14: 581 - 597。(Crossref］
14. Schönthal AH(2009)内质网应激和自噬作为癌症治疗的靶点。癌症列托语275: 163 - 169。(Crossref］
15. Roti G, Carlton A, Ross KN, Markstein M, Pajcini K等(2013)互补基因组筛选确定SERCA为NOTCH1突变癌症的治疗靶点。癌症细胞23日:390 - 405。(Crossref］
16. 米开朗基利F，东JM (2011) SERCA Ca的多样性^{2 +}泵抑制剂。物化学Soc反式39: 789 - 797。(Crossref］
17. Inesi G, Sagara Y(1994)细胞内钙的特异性抑制剂^{2 +}运输atp酶。膜生物学杂志141: 1 - 6。
2021年版权燕麦。所有权利reserv
18. Anand P, Kunnumakkara AB, Newman RA, Aggarwal BB(2007)姜黄素的生物利用度:问题与前景。摩尔制药4: 807 - 818。(Crossref］
19. 范丽，李安，李伟，蔡鹏，杨波等。(2014)Sarco/内质网钙atp酶2在结直肠癌发生中的新作用及其受姜黄素类似物F36的调控。生物医学Pharmacother68: 1141 - 1148。(Crossref］
20. Wong VK, Li T, Law BY, Ma ED, Yip NC, et al. (2013) Saikosaponin-d是一种新型SERCA抑制剂，在凋亡缺陷细胞中诱导自噬细胞死亡。细胞死亡说4: e720。(Crossref］
21. 李伟，欧阳铮，张强，王丽，沈燕，等(2014)SBF-1通过靶向肌/内质网Ca诱导内质网应激相关细胞死亡，发挥强大的抗宫颈癌作用^{2 +}腺苷三磷酸酶2。细胞死亡说5: e1581。
22. Hermanson D, Addo SN, Bajer AA, Marchant JS, Das SG，等(2009)sHA 14-1通过内质网和线粒体诱导细胞死亡的双重机制。摩尔杂志76: 667 - 678。(Crossref］
23. Das SG, Srinivasan B, Hermanson DL, Bleeker NP, Doshi JM等。(2011)2-氨基乙基-6-(3,5-二甲氧基苯基)-4-(2-乙氧基-2-氧乙基)- 4h -铬-3-钙硼酸酯(CXL017)及其类似物的构效关系和分子机制。J地中海化学54: 5937 - 5948。(Crossref］
24. Bleeker NP, Cornea RL, Thomas DD, Xing C(2013)一种新型SERCA抑制剂与经典SERCA抑制剂协同作用并靶向耐多药AML。摩尔制药10: 4358 - 4366。(Crossref］
25. Papp B, Brouland JP, Arbabian A, Gélébart P, Kovács T，等(2012)内质网钙泵与癌细胞分化。生物分子2: 165 - 186。(Crossref］
26. 蒙特思GR，麦克安德鲁D, Faddy HM，罗伯特-汤姆森SJ(2007)钙与癌症:靶向Ca2+运输。Nat牧师癌症7: 519 - 530。(Crossref］
27. 王晓明，王晓明(2010)肿瘤细胞钙波信号通路的研究。生命科学87: 587 - 595。(Crossref］
28. 徐晓燕，苟伟峰，杨旭，王桂莲，高桥弘等(2012)胃癌SERCA3异常表达与胃癌的发病、侵袭、转移及预后密切相关。肿瘤杂志33: 1845 - 1854。(Crossref］
29. Monteith GR, Davis FM, Roberts-Thomson SJ(2012)癌症中的钙通道和泵:变化和后果。J临床生物化学287: 31666 - 31673。(Crossref］
30. 普Prasad V, Boivin GP, Miller ML，刘丽华，Erwin CR，等。(2005)编码肌内网Ca的Atp2a2单倍不足^{2 +}- atp酶亚型2ca^{+ 2}泵，通过一种新的癌症易感性模式使小鼠易患鳞状细胞肿瘤。癌症Res65: 8655 - 8661。(Crossref］
31. Akl H, Vervloessem T, Kiviluoto S, Bittremieux M, Parys JB，等。(2014)抗凋亡Bcl-2蛋白在癌症中的双重作用:线粒体和内质网。Biochim Biophys学报1843: 2240 - 2252。(Crossref］
32. Høyer-Hansen M, Bastholm L, Szyniarowski P, Campanella M, Szabadkai G，等。(2007)钙、钙调素依赖性激酶激酶- β和Bcl-2对大自噬的控制。摩尔细胞25日:193 - 205。(Crossref］
33. 矢野美，池田美，松崎美(2005)细胞内钙改变^{2 +}处理心力衰竭。中国投资115: 556 - 564。(Crossref］
34. Denmeade SR, Isaacs JT (2005) SERCA泵作为治疗靶点:制作前列腺癌的“智能炸弹”。癌症杂志其他4: 14-22。(Crossref］
35. Dubois C, Vanden Abeele F, Sehgal P, Olesen C, Junker S, et al. (2013) thapsigargin类似物对前列腺癌细胞凋亡的差异影响2月J280: 5430 - 5449。(Crossref］