CD38 综述.docx

1、CD38 综述CD38是一个定位于膜上的糖蛋白，催化环腺苷二磷酸核糖（cADPR, cyclic ADPribose)的合成和降解.cADPR是核苷酸的代谢产物，通过作用于ryanodine受体（RyRs)参与细胞内钙库的钙动员。许多研究发现CD38/cADPR介导的Ca2+信号传递和通过RyRs通道的Ca2+释放在Ca2+内平衡的调控中发挥了重要的作用。CD38/cADPR/ RyRs介导的Ca2+信号传递也参与了许多病理和生理过程。本文就CD38基因的结构、表达、调控及在心血管系统的功能做一综述。结构：cd38基因包括了8个外显子，5UTR无TATA盒或CAAT盒(Nata K, Taka

2、mura T, Karasawa T， Kumagai T， Hashioka W， Tohgo A， Yonekura H, Takasawa S， Nakamura S, and Okamoto H. Human gene encoding CD38 （ADPribosyl cyclase/cyclic ADP-ribose hydrolase): organization， nucleotide sequence and alternative splicing。 Gene 186: 285292, 1997.）。一段高GC含量区可能是cd38的启动子区，调节CD38的表达。CD38 是

3、一个45kDa的单链跨膜糖蛋白，整体结构分为N末端短的胞质尾，单次跨膜域和C端长的胞外区（图 1）。其开放阅读框含有300个氨基酸残基,5UTR比较短小,69bp;3UTR含有260bp，不包括PolyA尾。其编码的多肽链分子量为34,288道尔顿.天然的CD38抗原的分子量为46，000道尔顿。预测的氨基酸序列没有N-末端的引导肽序列，但在从翻译起始位点起21个氨基酸残基处含有一段长23个氨基酸残基的内部疏水序列。CD38原始序列的亲水性图提示CD38分子仅跨膜一次，也就是说多肽链的长C-末端指向胞外,N末端有19aa的短胞质尾。(pDavid G。 Jackson, John I. Bel

4、l, Isolation of a cDNA encoding the human CD38(T10） molecule， a cell surface glycoprotein with an unusual discontinuous pattern of expression during lymphocyte differentiation。 The Journal of Immunology, 1990 144（7) 28112815）人类、大鼠和小鼠CD38基因的cDNA已被克隆（Jackson, D。C。, and Bell， J。 I。 （1990) Isolation of

5、a eDNA encoding the human CD38 （T10） molecule， a cell surface glycoprotein with an unusual discontinuous pattern of expression during lymphocyte differentiation. J. Immunol。 144,2811-2817； Harada， N。， SantosArgumedo, L。, Chang， R。, Grimaldi， C. J.， Lund, F。 E.,Brannan, C。 I.， Copeland, N。 G。， Jenkin

6、s， N。 A。, Heath， A。 W., Parkhouse,R. M。， and Howard, M. (1993) Expression cloning of a eDNA encoding a novel murine B cell activation marker: homology to human CD38. J。 immunol。151， 31113118； Koguma， T。， Takasawa, S。, Tohgo, A., Karasawa， T。, Furuya, Y。， Yonekura，H.， and Okamoto, H. （1994) Cloning a

7、nd characterization of eDNA encoding rat ADPribosyl cyclase/cyclic ADP ribose hydrolase from islets of Langerbans。 Biochim. Biophys。 Acta 1223， 160162），三种来源的CD38蛋白的氨基酸序列表现出了高的同源性（表 1）。由于CD38的蛋白具有N端在胞内，C端在胞外这种结构上的特点,因此属于型膜蛋白.CD38 蛋白胞外部分近C末端有4个潜在的N连接糖基化位点,24个含有唾液酸的高甘露糖N连接寡糖链，占其蛋白分子量的25,还有一个可能的透明质酸结合基序

8、在其胞外域。 运用体细胞遗传学方法将人CD38蛋白的编码基因定位在4号染色体（Katz, F.， Povey， S。, Parkar， M.， Schneider, C., Sutherland, R。， Stanley, K., Solomon， E。， and Creaves M. （1983) Chromosome assignment of monoclonal antibody-defined determinant on human leukemic cells。 Eur。 J. Immunol.13， 1008-1013）。随后被进一步定位到4p15(Nakagawara， K.

9、, Mori. M., Takasawa, S。, Nata, K.， Takamura, I., Berlova， A。， Tohgo， A。， Karasawa， T.， Yonekura, H。, Takeuchi， T。， and Okamoto， H。 (1995） Assignment of CD38， the gene encoding human leukocyte antigen CD38 (ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP rihose hydrolase), to chromosome 4p15. Cyogene:. Cell。 Genet.

10、69，3839）。CD38在鼠类中的同源基因位于5号染色体。与HOX7（4p16.3P16.1),KIT（4p12)等基因成簇分布人类的4号染色体和小鼠的5号染色体上. 图 1 CD38 结构示意图表1 CD38 Mol.massMembrane%Amino acidChromosomalMoleculekDaassociationsimilarityDistributionassignmentHuman CD3843.7TM100Hemopoietic，other4p15Murine CD3842TM70B，T,and NK cells， monocyte/macrophages5Rat C

11、D 3834.4TM76Spleen, liver， heart, thymus ileum， colon， salivary glands， pancreatic islet cells？TM， transmembraneCD38除了锚钉在细胞膜上外(45kDa， mCD38），还以可溶性的形式存在（39kDa, sCD38），可能为细胞膜蛋白被剪切的结果.因此,在体外培养的T淋巴细胞异常激活及CD38+的肿瘤细胞系的培养液中可以检测到CD38.在正常的羊水中及多发性黑色素瘤患者的血清和腹水中也可检测到sCD38.(FunaroA， HorensteinAL， MalavasiF。, Hum

12、an CD38： a versatile leukocyte marker with emerging clinical prospectives。 Fundamental Clin. Immunol。 1995, 3, 101113）。体外实验中mCD38的脱落可被特异性的CD38抗体诱导，及N-p-ptosylL-lysine chloromethyl ketone（一种丝氨酸蛋白酶抑制剂）抑制.提示CD38可能为某种未知配体的受体，如同许多白细胞膜上的受体，与相应的配体或模拟配体的抗体相互作用后被酶切脱离细胞膜。(MehtaK, AggarwalBB, Recombinant organ

13、isms as source of cancer biotherapeutics。 In Principles of Cancer Biotherapy. 1996）在维甲酸诱导下培养的人髓细胞性白血病细胞中又发现了mCD38高分子量形式，190kDa。该高分子量形式是在转谷氨酰胺酶催化下的转录后mCD38的交联.dUmarS， MalavasiF， MehtaK, Posttranslational modification of CD38 protein into a high molecular weight form alters its catalytic properties。 J

14、. Biol。 Chem. 1996， 271, 15922-27。表达:该分子的分布比最初认为的要广泛的多(表 2）。在多种类型的细胞中均有表达.CD38 in humansLymph node Lymphoblast germinal cells, plasma cells, and interfollicular cellsThymus Paracortical and mainly medullaiy thymocytesBrain Perikaryal anddendriiic cytoplasm of neuronsDigestive tract Lamina propria ly

15、mphocytesKidney Proximal tubuliProstate Cytoplasmic membrane and secretory vacuolesSkeletal and Sarcolemmin of myocites and cardiomyocitescardiac musclesCD38 in mouseLymphocytes Predominantly B Cells and cell lines； variable proportions of T cells （10-40 of PBMC) and thymocytes （810%, mainly ICR, CD

16、4, CD8)Myeloid cells Variable proportions: MACi macrophages from peritoneum are CD38; unstimulated BM macrophages are CD38; BMdenved cell lines in GMCSF are CD38CD38的表达随着年龄的变化而变化，新生婴儿中90的循环淋巴细胞为阳性;610岁时只有5060的淋巴细胞呈阳性表达。成年人中，CD38在大多数自然杀伤细胞、T细胞、B细胞，单核细胞/巨噬细胞(MalavasiF, CaligarisCappioF, DellabonaP, et

17、。al。 Characterization of a murine monoclonal antibody specific for human early lumphohemopoietic cells. Human Immunol. 1984, 9， 920。血小板dRamaschiG， TortiM, TolnaiF, et。al。, Expression of cyclic ADP-ribossynthesizing CD38 molecule on human platelet membranes。 Blood， 1996， 87, 2308-2313和红细胞ZocchiE, Fra

18、ncoL， GuidaL， et。al。， Single protein immunologically identified as CD38 displays NAD+ glycohydrolase and cyclic ADPribose hydrolase activities at the outer surface of human erythrocytes。 Biochem. Biophys. Res。 Commun. 1993， 196， 1459-1465）上也有一定程度的表达.对糖的需求量很大的组织如胰腺、脑、脾和肝也有相对高的CD38的表达KogumaT， Takasawa

19、S, TohgoA。, et。al。 Cloning and characterization of cDNA encoding rat ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP ribose hydrolase from islets of Langerhans。 Biochim。 Biophys。 Acta 1994, 1223, 160162.CD38在胰腺的胰岛细胞受葡萄糖诱导分泌胰岛素方面发挥了重要作用。在消化道固有膜的淋巴细胞中也可以检测到CD38(J.Fernandez Barbero and M. Boirivant， unpublished results

20、）.肾曲小管，骨骼肌和心肌的肌膜也有CD38的表达，间接的证实了在某些特定的细胞系中观察到的可诱导钙离子释放的激动性抗体可激发CD38的表达的现象MalavasiF， FunaroA, AllesioM， et.al。， CD38: a multilineage cell activation molecule with a split personality. Int. J. Clin. Lab. Res. 1992, 22， 73-80。CD38在神经元中的表达表现为核周及树突胞质中颗粒状染色，提示其与细胞内细胞器的联系。这些发现在神经系统疾病模型中得到肯定,CD38的免疫反应性同Alzh

21、eimer病的组织学标记神经纤维缠结相关MizuguchiM, OtsukaN， SatoM， et。al。 Neuronal localization of CD38 antigen in the human brain. Brain Res。 1995, 697, 235-240。胰岛细胞（TakasawaS， NataK， YonekuraH， et。al., Cyclic ADPribose in insulin secretion from pancreatic beta cells。 Science, 1993, 159， 370-373)、神经元(DeFloraA, GuidaL

22、， FrancoL et。al。， Ectocellular in vitro and in vivo metabolism of cADPribose in cerebellum。 Biochem. J。 1996, 320, 665-671）和平滑肌细胞（dChiniEN, de ToledoFG, ThompsonMA， et al.， Effect of estrogen upon cyclic ADP ribose metabolism： beta-estradiol stimulates ADP ribosyl cyclase in rat uterus。 Pros. Natl.

23、Acad。 Sci. USA。 1997, 94,58725876; dDeshpandeDA， WalsethTF, PanettieriRA， et al., CD38cyclic ADP-ribose-mediated Ca2+ signaling contributes to aiway smooth muscle hyper-responsiveness. FASEB J. 2003， 17， 452-454; pDoganS， WhiteTA， DeshpandeDA, et al.， Estrogen increase CD38 expression and leads to d

24、ifferential regulation of adenosine diphosphate （ADP）ribosyl cyclase and cyclic ADPribose hydrolase activities in rat myometrium. Biol. Reprod。 2002， 66， 596-602)也有表达。小鼠CD38主要表达在B淋巴细胞。正常的或转化的B淋巴细胞均有表达LundF, SolvasonN， GrimaldiJC, et。al.， Murine CD38： an immunoregulatory ectoenzyme。 Immunol. Today， 1

25、995， 16, 469-473.T淋巴细胞和髓样细胞也不同程度的表达膜表面CD38,但表达的量相对比不如人类的高.这种表达的偏差可以解释为鼠CD38属于CD38家族,但并不是人CD38抗原的完全一致的类似物。大鼠CD38的相关信息很有限，还不足以直接与人类和小鼠的CD38进行比对。大鼠CD38的mRNA在脾脏、肝脏、心脏、胸腺、甲状腺、肾上腺、空肠和胰岛有表达KogumaT, TakasawaS, TohgoA, et。al.， Cloning and characterization of cDNA encoding rat ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP r

26、ibose hydrolase from islets of langerhans. Biochim。 Biophys. Acta 1994， 1223, 160162。调控：CD38的表达受到激素、维甲酸、细胞因子和维生素D3的调控（Ferrero E, Saccucci F， and Malavasi F. The making of a leukocyte receptor: origin, genes and regulation of human CD38 and related molecules. Chem Immunol 75: 119， 2000.；Genazzani AA

27、and Galione A。 A Ca2+ release mechanism gated by the novel pyridine nucleotide, NAADP. Trends Pharmacol Sci 18： 108110， 1997. Mehta K. Retinoid-mediated signaling in CD38 antigen expression。 Chem Immunol 75： 2038, 2000。）。在CD38的启动子区有糖皮质激素反应元件和半个雌激素结合回文基序（Ferrero E, Saccucci F, and Malavasi F。 The mak

28、ing of a leukocyte receptor： origin, genes and regulation of human CD38 and related molecules。 Chem Immunol 75: 119, 2000。）.雌激素可增加CD38在子宫平滑肌中的表达，而孕激素可减弱由雌激素引起的CD38表达增强的效应.该现象可能与子宫平滑肌的收缩功能相关，雌激素引起的CD38表达增加,并伴随合成活性增强，分解活性不变，从而导致cADPR的合成增加，降解相对减少，促进钙离子从SR释放,增强子宫平滑肌的收缩，促进分娩.（pRegulation of CD38 expressi

29、on and function by steroid hormones in myometrium。 DoganS, DeshpandeDA, WhiteTA， Molecular and Cellular Endocrinology, 2006(246)101106）。对于调节CD38酶催化功能的物质知之甚少。在海胆卵中，3，5-环一磷酸鸟苷能激活ADP核糖环化酶（Galione. A。， White。 A., Willmott. N，。 Turner， M.Potter。 B. V。, and Watson。S. P. (1993） cGMP mobilizes intracellular

30、 Ca + in sea urehin eggs by stimulating cyclic ADPribose synthesis。 Nature （London) 365，456-459）.虽然没有发现ADP核糖环化酶的cGMP依赖性磷酸化，但在CD38和海兔环化酶上都发现了磷酸化的保守序列。ATP也可特异性的抑制CD38的水解活性，环化酶活性不受影响，导致了cADPR的堆积(Takasawa， S., Tohgo, A., Noguchi, N。, Koguma， T., Nata, K., Sugimoto， T., Yonekura, H。， and Okamoto, H. （199

31、3） Synthesis and hydrolysis of cyclic ADPribose by human leukocyte antigen CD38 and inhibition of the hydrolysis by ATP. J. Biol。 Chem. 268,26052-26054)。人CD38在NAD+和巯基乙醇存在的条件下会形成稳定的寡聚化，伴随着ADP核糖环化酶和NADase活性的下降（Zocchi, E。, Franco， L.， Guida, L。， Calder， L， and De Flora， A。 （1995) Self-aggregation of pu

32、rified and membranebound erythrocyte CD38 induces extensive decrease of its ADP-ribosyl cyclase activity. FEBS Lett。 359，35-40)。自聚集现象可看成是下调cADPR依赖性事件的机制。如人类的髓细胞性白血病细胞株（HL60）,给予RA治疗可引起CD38的迅速聚集（Kontani， K.， Nishina， H。, Ohoka, Y。, Takahashi， K., and Katada， T. (1993) NAD glycohydrolase specifically induced by retinoic acid in human leukemic HL60 cells. J. Biol. Chem. 268， 1689516898； Drach, J.， Zhao, S., Malavasi, F.， and Mehta, K。 (1993) Rapid induction of CD38 on myeloid leukemia cells by reti