人和哺乳动物斯钙素研究概况
作者：李卫国 李金亭 高春建
单位：李卫国(河南师范大学生命科学学院，新乡 453002)；李金亭(河南师范大学生命科学学院，新乡 453002)；高春建(河南师范大学生命科学学院，新乡 453002)
关键词：斯钙素；免疫细胞定位；生理机能
生理科学进展000119 摘要 斯钙素(stanniocalcin,STC)是近年来在人和哺乳动物中新发现的一种参与矿质代谢的调节蛋白。人和哺乳动物的STC基因定位于染色体的8p11.2～p21带上。STC为同型二聚体糖蛋白分子，由cDNA推测，其单体肽链由247个氨基酸残基组成。STC存在于多种组织细胞，但主要集中于肾脏的肾小管与集合管的主细胞和α-闰细胞中，以旁分泌或自分泌方式分泌。其生理作用在于抑制肠对Ca2+的吸收，促进肠对磷酸盐的吸收，抑制肾脏对磷酸盐的排泄及促进肾脏对磷酸盐的重吸收等。此外，还发现了另一种STC(STC2)的存在，且两者的生理作用不同。
, 百拇医药
学科分类号 Q459; Q493.9
斯钙素(stanniocalcin,STC)是一种首先在硬骨鱼中发现，并已被充分阐明的糖蛋白激素，该激素由鱼类独有的内分泌腺——斯坦尼氏小体(corpuscles of Stannius)所分泌，其生理作用在于抑制鳃、肠的Ca2+转运使血钙降低(Wagner等.1994)和促进肾脏磷酸盐的重吸收(Lu 等.1994)，因而是鱼类一种重要的矿质代谢调节因子。然而近年来发现，在人和其它哺乳动物中也存在STC样蛋白。本文就近年来人和哺乳动物的STC研究现状进行综述。
一、人和哺乳动物STC的基因克隆及理化特性
Wagner等(1995)首先运用RIA技术以鲑鱼的STC抗血清，证明了在人也存在与鱼相似的STC样蛋白。此后，在人和小鼠上克隆出了编码STC的cDNA[1～3]。Olsen等[3]运用Southern blot技术和原位杂交(in situ hybridization，ISH)技术分析表明,人STC (hSTC)基因由4个外显子组成,定位于染色体的8p21带上。进一步运用双色荧光ISH技术分析得知hSTC基因定位于染色体的8p11.2～p21带上，标记物D8S131和D8S339的附近，距前者为487kb，距后者为1.3Mb[4]。与hSTC基因相比，小鼠STC基因也由4个外显子组成，在编码区内两者85%的核苷酸序列是相同的(Varghese等.1998)。
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目前，hSTC的cDNA已在细菌[3]、感染杆状病毒的昆虫细胞和重组CHO中表达成功(Zhang等.1998)。现已阐明人与小鼠STC的cDNA均可编码出由247个氨基酸残基组成的蛋白质单体，两者的氨基酸序列不同，但相似程度极高，其中有238个氨基酸残基是相同的。重组hSTC中含有11个Cys，参与链间或链内二硫键的形成。这一现象提示重组hSTC在天然状态下可能为二聚体结构[3]。Niu等[5]运用SDS-PAGE技术和Western blot技术进一步研究表明，肾源性STC与由杆状病毒系统表达的重组hSTC在天然状态下分子量均为60kD，而在还原条件下，则形成分子量为27～30kD的物质，为天然状态下的一半,表明hSTC为同型二聚体分子。由于在STC多肽链的62～64位残基上存在与鱼STC相似的糖基化序列Asn-Ser-Thr，因而推测hSTC也是一个糖蛋白分子，且糖基与多肽链之间为N-连接而不是O-连接，原因是hSTC极易与刀豆球蛋白A(Con A)相结合[3，5]。
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二、STC细胞的定位
研究表明，hSTC的mRNA可在人的许多组织中表达，如卵巢、前列腺等，但主要集中于肾脏(Wagner等.1995)。Olsen等[3]通过免疫细胞化学(ICC)技术发现，人肾脏中的STC免疫反应(STC immunoreactivity,STCir)限定于肾小管(尤其是远曲小管)和集合管,而肾小球及肾单位周围的造血组织中没有STCir。Haddad等[6]采用荧光ICC技术研究了大鼠肾脏中STC免疫反应细胞定位,发现STCir出现于皮质升支粗段(thick ascending limb,TAL)、致密斑、远曲小管(distal convoluted tubule,DCT)、皮质和髓质集合管(collecting duct,CD)的主细胞(principal cell)和集合管的一些α-闰细胞 (α-intercalated cell,αIC)。这说明主细胞是远曲小管和集合管中STC贮存与合成的主要位点。Niu等[5]运用ICC技术进一步研究了人肾脏中 STCir细胞的分布，其结果与Haddad等[6]在大鼠上的研究结果基本一致，但略有差异，表现在：(1)STCir细胞起始部位不同，在大鼠始于皮质TAL，而在人则始于髓质TAL；(2) STCir染色形式不同,在大鼠所有TAL细胞均呈阳性；而在人TAL中有些细胞则呈阴性。Wong等(1998)运用STC及特异性抗原标记物Tamm-Horsfall蛋白(对皮质TAL和DCT具有特异性)和阴离子交换剂-1(对CD α-闰细胞具有特异性)抗体的相关ICC技术在大鼠上的研究结果与前人的结果基本一致，但有差异，表现在STCir出现于大鼠的近球小管直段、皮质TAL和DCT的全部细胞，集合管的主细胞和αIC细胞。
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然而，Wong等(1998)运用ISH技术，却发现STC基因仅在皮质和髓质集合管细胞中表达,推测出现这种现象可能是由于STC基因为不表达的基因区段所隔离，也可能是由于其它区段中STC mRNA表达量太低未能被ISH检测所致。Yoshiko和Maeda(1998)又通过地高辛配体(digoxingenin,DIG)标记的ISH技术阐明了STCmRNA在小鼠肾脏内的分布，结果表明杂交标记出现于肾小球系膜细胞、近球小管、致密斑、DCT、皮质和髓质TAL上，而髓袢细段与皮质、髓质CD中杂交标记却不明显。虽然上述研究结果不甚相同,但鉴于STC mRNA可在许多组织细胞中表达，因而可以认为STC是以旁分泌或自分泌方式而不是以经典的内分泌方式起作用的。
三、STC的功能
(一) 对肾脏的作用 重组hSTC对肾脏的生理作用在于抑制磷酸盐的排泄和促进磷酸盐的重吸收。实验表明，给予大鼠腹腔注射 hSTC(5nmol/kg)后，磷酸盐的肾脏排泄明显减少,但血浆与尿中的其它电解质和肾功能则未受影响[3，7]。离体实验也表明,经hSTC处理后的离体肾皮质刷状缘膜囊泡的Na+/PO43-协同转运速率较对照组可提高40%[7]，表明hSTC抑制肾脏磷酸盐的排泄是通过增强近曲小管 Na+/PO43-协同转运体的活性实现的。这些实验说明hSTC参与哺乳动物磷酸盐自稳态的肾脏调节。
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(二) 对十二指肠的作用 重组hSTC对十二指肠的生理作用在于抑制钙的吸收和促进磷酸盐的吸收。Madsen等[8]利用电压钳制技术和放射性同位素测定了重组 hSTC对猪和大鼠离体十二指肠45Ca和32P单向流动的影响，将hSTC加在十二指肠的浆膜面时，由粘膜到浆膜和由浆膜到粘膜的Ca2+流同时增加，但结果是Ca2+净吸收的减少，并与促进磷酸盐的吸收相偶连；若将hSTC加在十二指肠粘膜面时，钙和磷酸盐的流动则不再受到影响，这表明hSTC对十二指肠钙和磷酸盐的转运是通过位于基底外侧膜上的受体介导的。
STC除参与矿质代谢调节外，还可能具有其它功能：(1)在脑神经元最终分化过程中对Ca2+稳定起调节作用,因为运用免疫组化技术发现在成年人和成年小鼠的脑神经元中存在丰富的STC,而胶质细胞中无STC活性，胎儿及新生小鼠的未成熟脑神经元中也未见STC的表达(Zhang 等. 1998)；(2)在哺乳动物生殖过程中可以作为卵泡膜间质细胞与黄体细胞和卵母细胞之间的信号分子，因为用ISH技术揭示出卵巢基质中的卵泡膜间质细胞内具有强烈的特异性杂交标记；免疫组化分析也表明，STC不但出现于卵巢基质中，而且也出现于黄体和发育卵泡的卵母细胞中(Varghese等.1998)。
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四、STC2的发现
自从对STC进行克隆纯化之后,又在人和小鼠中发现存在另一种STC,称为STC2。Chang等[9]从人和小鼠肾脏中、Ishibashi等[10]从人的骨肉瘤(osteosarcoma) cDNA文库中又相继分离出了编码STC2的cDNA，Moore等(1999)研究表明，人STC2基因定位于染色体5q35带上。由cDNA序列推测，人和小鼠STC2原分别含有302个和296个氨基酸残基，分子量均为33kD，等电点分别为7.1和6.5，两者之间的相似性程度极高，有 259个氨基酸残基是相同的(包括15个Cys)。并进一步得知STC2也为同型二聚体糖蛋白结构，STC2原的1～18位氨基酸残基组成信号肽，19～44位氨基酸残基从STC2原上裂解后的剩余肽段即成为成熟的STC2[9]。
Northern blot分析表明，哺乳动物STC2也可在多种组织细胞中表达[9，10]，骨中的丰富表达提示STC2在骨代谢中起某些作用[10]。Moore等(1999)利用Northern blot和双重免疫染色技术发现STC2存在于胰岛素α细胞，推测STC2可能与血糖稳态调节有关。而Ishibashi等[10]则认为STC2的作用在于抑制肾脏磷酸盐的摄取，因为STC2转染CHO细胞的培养介质能抑制负鼠肾细胞(opossum kidney cell,OK cell) Na+/PO43-协同转运体启动子的活性。
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河南省自然科学基金资助课题
参考文献
1，Chang ACM,Janosi J,Hulsbeek M,et al.A novel human cDNA highly homologous to the fish hormone stanniocalcin.Mol Cell Endocrinol,1995,112∶241～247.
2，Chang ACM,Dunham MA,Jeffrey KJ,et al.Molecular cloning and characterization of mouse stanniocalcin cDNA.Mol Cell Endocrinol,1996,124∶185～187.
3，Olsen HS,Cepeda MA,Zhang QQ,et al.Human stanniocalcin: a possible hormonal regulator of mineral metabolism.Proc Natl Acad Sci USA,1996,93∶1792～1796.
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4，Chang ACM,Jeffrey KJ,Tokutake Y,et al.Human stanniocalcin(STC): genomic structure,chromosomal localization and the presence of CAG trinucleotide repeats.Genomics,1998,47∶393～398.
5，Niu PD,Olsen HS,Gents R,et al.Immunolocalization of stanniocalcin in human kidney.Mol Cell Endocrinol,1998,137∶155～159.
6，Haddad M,Roder S,Olsen HS,et al.Immunocytochemical localization of stanniocalcin cells in the rat kidney.Endocrinology,1996,137∶2113～2117.
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7，Wagner GF,Vozzolo BL,Jaworski E,et al.Human stanniocalcin inhibits renal phosphate excretion in the rat.J Bone Miner Res,1997,12∶165～171.
8，Madsen KL,Tavernini MM,Yachimec C,et al.Stanniocalcin:a novel protein regulating calcium and phosphate transport across mammalian intestine.Am J Physiol,1998,274∶G96～G102.
9，Chang ACM,Reddel RR.Identification of a second stanniocalcin cDNA in mouse and human:stanniocalcin 2.Mol Cell Endocrinol,1998,141∶95～99.
10，Ishibashi K,Miyamoto K,Taketani Y,et al.Molecular cloning of a second human stanniocalcin homologue (STC2).Biochem Biophys Res Commun,1998,250∶252～258., 百拇医药
单位：李卫国(河南师范大学生命科学学院，新乡 453002)；李金亭(河南师范大学生命科学学院，新乡 453002)；高春建(河南师范大学生命科学学院，新乡 453002)
关键词：斯钙素；免疫细胞定位；生理机能
生理科学进展000119 摘要 斯钙素(stanniocalcin,STC)是近年来在人和哺乳动物中新发现的一种参与矿质代谢的调节蛋白。人和哺乳动物的STC基因定位于染色体的8p11.2～p21带上。STC为同型二聚体糖蛋白分子，由cDNA推测，其单体肽链由247个氨基酸残基组成。STC存在于多种组织细胞，但主要集中于肾脏的肾小管与集合管的主细胞和α-闰细胞中，以旁分泌或自分泌方式分泌。其生理作用在于抑制肠对Ca2+的吸收，促进肠对磷酸盐的吸收，抑制肾脏对磷酸盐的排泄及促进肾脏对磷酸盐的重吸收等。此外，还发现了另一种STC(STC2)的存在，且两者的生理作用不同。
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学科分类号 Q459; Q493.9
斯钙素(stanniocalcin,STC)是一种首先在硬骨鱼中发现，并已被充分阐明的糖蛋白激素，该激素由鱼类独有的内分泌腺——斯坦尼氏小体(corpuscles of Stannius)所分泌，其生理作用在于抑制鳃、肠的Ca2+转运使血钙降低(Wagner等.1994)和促进肾脏磷酸盐的重吸收(Lu 等.1994)，因而是鱼类一种重要的矿质代谢调节因子。然而近年来发现，在人和其它哺乳动物中也存在STC样蛋白。本文就近年来人和哺乳动物的STC研究现状进行综述。
一、人和哺乳动物STC的基因克隆及理化特性
Wagner等(1995)首先运用RIA技术以鲑鱼的STC抗血清，证明了在人也存在与鱼相似的STC样蛋白。此后，在人和小鼠上克隆出了编码STC的cDNA[1～3]。Olsen等[3]运用Southern blot技术和原位杂交(in situ hybridization，ISH)技术分析表明,人STC (hSTC)基因由4个外显子组成,定位于染色体的8p21带上。进一步运用双色荧光ISH技术分析得知hSTC基因定位于染色体的8p11.2～p21带上，标记物D8S131和D8S339的附近，距前者为487kb，距后者为1.3Mb[4]。与hSTC基因相比，小鼠STC基因也由4个外显子组成，在编码区内两者85%的核苷酸序列是相同的(Varghese等.1998)。
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目前，hSTC的cDNA已在细菌[3]、感染杆状病毒的昆虫细胞和重组CHO中表达成功(Zhang等.1998)。现已阐明人与小鼠STC的cDNA均可编码出由247个氨基酸残基组成的蛋白质单体，两者的氨基酸序列不同，但相似程度极高，其中有238个氨基酸残基是相同的。重组hSTC中含有11个Cys，参与链间或链内二硫键的形成。这一现象提示重组hSTC在天然状态下可能为二聚体结构[3]。Niu等[5]运用SDS-PAGE技术和Western blot技术进一步研究表明，肾源性STC与由杆状病毒系统表达的重组hSTC在天然状态下分子量均为60kD，而在还原条件下，则形成分子量为27～30kD的物质，为天然状态下的一半,表明hSTC为同型二聚体分子。由于在STC多肽链的62～64位残基上存在与鱼STC相似的糖基化序列Asn-Ser-Thr，因而推测hSTC也是一个糖蛋白分子，且糖基与多肽链之间为N-连接而不是O-连接，原因是hSTC极易与刀豆球蛋白A(Con A)相结合[3，5]。
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二、STC细胞的定位
研究表明，hSTC的mRNA可在人的许多组织中表达，如卵巢、前列腺等，但主要集中于肾脏(Wagner等.1995)。Olsen等[3]通过免疫细胞化学(ICC)技术发现，人肾脏中的STC免疫反应(STC immunoreactivity,STCir)限定于肾小管(尤其是远曲小管)和集合管,而肾小球及肾单位周围的造血组织中没有STCir。Haddad等[6]采用荧光ICC技术研究了大鼠肾脏中STC免疫反应细胞定位,发现STCir出现于皮质升支粗段(thick ascending limb,TAL)、致密斑、远曲小管(distal convoluted tubule,DCT)、皮质和髓质集合管(collecting duct,CD)的主细胞(principal cell)和集合管的一些α-闰细胞 (α-intercalated cell,αIC)。这说明主细胞是远曲小管和集合管中STC贮存与合成的主要位点。Niu等[5]运用ICC技术进一步研究了人肾脏中 STCir细胞的分布，其结果与Haddad等[6]在大鼠上的研究结果基本一致，但略有差异，表现在：(1)STCir细胞起始部位不同，在大鼠始于皮质TAL，而在人则始于髓质TAL；(2) STCir染色形式不同,在大鼠所有TAL细胞均呈阳性；而在人TAL中有些细胞则呈阴性。Wong等(1998)运用STC及特异性抗原标记物Tamm-Horsfall蛋白(对皮质TAL和DCT具有特异性)和阴离子交换剂-1(对CD α-闰细胞具有特异性)抗体的相关ICC技术在大鼠上的研究结果与前人的结果基本一致，但有差异，表现在STCir出现于大鼠的近球小管直段、皮质TAL和DCT的全部细胞，集合管的主细胞和αIC细胞。
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然而，Wong等(1998)运用ISH技术，却发现STC基因仅在皮质和髓质集合管细胞中表达,推测出现这种现象可能是由于STC基因为不表达的基因区段所隔离，也可能是由于其它区段中STC mRNA表达量太低未能被ISH检测所致。Yoshiko和Maeda(1998)又通过地高辛配体(digoxingenin,DIG)标记的ISH技术阐明了STCmRNA在小鼠肾脏内的分布，结果表明杂交标记出现于肾小球系膜细胞、近球小管、致密斑、DCT、皮质和髓质TAL上，而髓袢细段与皮质、髓质CD中杂交标记却不明显。虽然上述研究结果不甚相同,但鉴于STC mRNA可在许多组织细胞中表达，因而可以认为STC是以旁分泌或自分泌方式而不是以经典的内分泌方式起作用的。
三、STC的功能
(一) 对肾脏的作用 重组hSTC对肾脏的生理作用在于抑制磷酸盐的排泄和促进磷酸盐的重吸收。实验表明，给予大鼠腹腔注射 hSTC(5nmol/kg)后，磷酸盐的肾脏排泄明显减少,但血浆与尿中的其它电解质和肾功能则未受影响[3，7]。离体实验也表明,经hSTC处理后的离体肾皮质刷状缘膜囊泡的Na+/PO43-协同转运速率较对照组可提高40%[7]，表明hSTC抑制肾脏磷酸盐的排泄是通过增强近曲小管 Na+/PO43-协同转运体的活性实现的。这些实验说明hSTC参与哺乳动物磷酸盐自稳态的肾脏调节。
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(二) 对十二指肠的作用 重组hSTC对十二指肠的生理作用在于抑制钙的吸收和促进磷酸盐的吸收。Madsen等[8]利用电压钳制技术和放射性同位素测定了重组 hSTC对猪和大鼠离体十二指肠45Ca和32P单向流动的影响，将hSTC加在十二指肠的浆膜面时，由粘膜到浆膜和由浆膜到粘膜的Ca2+流同时增加，但结果是Ca2+净吸收的减少，并与促进磷酸盐的吸收相偶连；若将hSTC加在十二指肠粘膜面时，钙和磷酸盐的流动则不再受到影响，这表明hSTC对十二指肠钙和磷酸盐的转运是通过位于基底外侧膜上的受体介导的。
STC除参与矿质代谢调节外，还可能具有其它功能：(1)在脑神经元最终分化过程中对Ca2+稳定起调节作用,因为运用免疫组化技术发现在成年人和成年小鼠的脑神经元中存在丰富的STC,而胶质细胞中无STC活性，胎儿及新生小鼠的未成熟脑神经元中也未见STC的表达(Zhang 等. 1998)；(2)在哺乳动物生殖过程中可以作为卵泡膜间质细胞与黄体细胞和卵母细胞之间的信号分子，因为用ISH技术揭示出卵巢基质中的卵泡膜间质细胞内具有强烈的特异性杂交标记；免疫组化分析也表明，STC不但出现于卵巢基质中，而且也出现于黄体和发育卵泡的卵母细胞中(Varghese等.1998)。
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四、STC2的发现
自从对STC进行克隆纯化之后,又在人和小鼠中发现存在另一种STC,称为STC2。Chang等[9]从人和小鼠肾脏中、Ishibashi等[10]从人的骨肉瘤(osteosarcoma) cDNA文库中又相继分离出了编码STC2的cDNA，Moore等(1999)研究表明，人STC2基因定位于染色体5q35带上。由cDNA序列推测，人和小鼠STC2原分别含有302个和296个氨基酸残基，分子量均为33kD，等电点分别为7.1和6.5，两者之间的相似性程度极高，有 259个氨基酸残基是相同的(包括15个Cys)。并进一步得知STC2也为同型二聚体糖蛋白结构，STC2原的1～18位氨基酸残基组成信号肽，19～44位氨基酸残基从STC2原上裂解后的剩余肽段即成为成熟的STC2[9]。
Northern blot分析表明，哺乳动物STC2也可在多种组织细胞中表达[9，10]，骨中的丰富表达提示STC2在骨代谢中起某些作用[10]。Moore等(1999)利用Northern blot和双重免疫染色技术发现STC2存在于胰岛素α细胞，推测STC2可能与血糖稳态调节有关。而Ishibashi等[10]则认为STC2的作用在于抑制肾脏磷酸盐的摄取，因为STC2转染CHO细胞的培养介质能抑制负鼠肾细胞(opossum kidney cell,OK cell) Na+/PO43-协同转运体启动子的活性。
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河南省自然科学基金资助课题
参考文献
1，Chang ACM,Janosi J,Hulsbeek M,et al.A novel human cDNA highly homologous to the fish hormone stanniocalcin.Mol Cell Endocrinol,1995,112∶241～247.
2，Chang ACM,Dunham MA,Jeffrey KJ,et al.Molecular cloning and characterization of mouse stanniocalcin cDNA.Mol Cell Endocrinol,1996,124∶185～187.
3，Olsen HS,Cepeda MA,Zhang QQ,et al.Human stanniocalcin: a possible hormonal regulator of mineral metabolism.Proc Natl Acad Sci USA,1996,93∶1792～1796.
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4，Chang ACM,Jeffrey KJ,Tokutake Y,et al.Human stanniocalcin(STC): genomic structure,chromosomal localization and the presence of CAG trinucleotide repeats.Genomics,1998,47∶393～398.
5，Niu PD,Olsen HS,Gents R,et al.Immunolocalization of stanniocalcin in human kidney.Mol Cell Endocrinol,1998,137∶155～159.
6，Haddad M,Roder S,Olsen HS,et al.Immunocytochemical localization of stanniocalcin cells in the rat kidney.Endocrinology,1996,137∶2113～2117.
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7，Wagner GF,Vozzolo BL,Jaworski E,et al.Human stanniocalcin inhibits renal phosphate excretion in the rat.J Bone Miner Res,1997,12∶165～171.
8，Madsen KL,Tavernini MM,Yachimec C,et al.Stanniocalcin:a novel protein regulating calcium and phosphate transport across mammalian intestine.Am J Physiol,1998,274∶G96～G102.
9，Chang ACM,Reddel RR.Identification of a second stanniocalcin cDNA in mouse and human:stanniocalcin 2.Mol Cell Endocrinol,1998,141∶95～99.
10，Ishibashi K,Miyamoto K,Taketani Y,et al.Molecular cloning of a second human stanniocalcin homologue (STC2).Biochem Biophys Res Commun,1998,250∶252～258., 百拇医药