成都华西华科研究所分析骨降钙素与QCT骨密度软件体模检测

降4弓素(Calcitonin)

降钙素（calcitonin, CT)是一种肽，在人类，源于11号 染色体中的降钙素基因-丨（CALC- I>^tn。CALC- I是 降钙素基因家族-CALOI，lI，llI和IV中的一员。除 了成熟的CT外，源于该基因家族的信使核糖核酸mR- NA还产生与CT基因相关肽丨和丨丨（即CGKP-1,11)及 胰岛淀粉样多肽。另一个肽-贤1：腺素髄质激素-与这 些激累在结构上有一定相似性

一、CT 的结构(Structure of Human calcitonin}

人与动物的CT是由32个氨基酸组成的单链肽（图

[16]    丨1),其分子擞约为3400丨)a。在1位和7位，由二硫 键连接半咣氨酸，在氨基端形成一个由7个氨基酸组成 的环状结构。羧基端有一胺酰化（amidated)脯衩酸。

I      I

12  34  5   6   7   8   9   10  11

Cys一Gly一Asn—Leu—Ser~Hit~Cya一Met一Leu—Gly~Thr

12    13    14    15    16    17    18    19    20    21    22

—Tyr—Thr~~Gin—Asp—Phe~Asn—Lya—Phe—His—Tlir—*•Pbc

23    24    25    26    27 28      29    30    31    32

—Pro—Gin—Tlu—Ala—lie—Gly—V«l—Gly—AU—Pro—NH,

图19-11人成熟CT序列

CT多肽的前体，即前体降钙索的前体（Pre - Pix>CT),分子里为15466Da,含有141个氨基酸残基（图 19-12)〇

这一蛋白是CALC -丨基因产生的含有降钙素的两 分子之一，是降钙素-ImRNA的产物。在氨基端，前25 个氨基酸残基组成信号肽，之后的57个氨基酸残基称为 nProCT或PAS-57。方框中的33个氨基酸残基组成未 成熟CT。CT羧箪瑙的甘氮酸残基Gly将在CT的胺酰 化过程中被去除。最后的21个软基酸残基组成降钙素 的羧基端肽-I(CCP-丨,PDN-21)。位于nProC丁和未 成熟CT之间的Lys和Arg，以及位于未成熟CT和 CCP-丨之间的Ly_S,Ly_S和Arg残基是裂解位点。源于 CALCM基因的降钙素-丨丨mKNA产生的Pre-ProCT 与上述Pre〜ProCT的区别仅仅在于最后的CCP部分。

CALC- I基因负责其主要信息的编码。其起始序列 (信号肽）由25个氨基酸残基组成。像所有蛋白质的信 号肽一样，甲硫氨酸是起始钗基酸。倍号肽中有一段常 见的高度疏水残基序列。信号肽的功能是帮助将核糖体 的前体分子转运至粗面内质网囊（cysternae)中，在翻译后 加工的早期被信号肽醣从前体降钙素的前体分子上切下。

-84   -83   -82   -81   -80 -79    -78   -77 -76 -75

Met—Gly—Phe—Gin—Lys—Phe—Ser—Pro—Phe—Leu—

_74  _73  _72  -71   -70   -69   -68   -67   -66   -65   -64

Ala—Leu—Ser—11c—Leu—Val—Leu—Leu—Gin一Ala—Gly—

_63  -62   -61   -60   -59   -58   -57   -56   -55   -54   -53

SerLeu—His—Ala—Ala—Pro—Ph«—Arg—Ser—Ala—Leu—

-52   -51   -50   -49   -48   -47   -46   -45   -44   -43   -42

Clu—Ser—Ser—Pro—Ala—Asp—Pro—Ala—Thr—Leu—Ser—

-41 -40 -39 -38 -37 -36 -35 -34 -33 -32 -31 Glu—A»p~~GIu—Ala—Arg—Leu—Leu—Leu^—Ala—Ala—Leu—

-30 -29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21 -20 V«l—Gin—Av—Tyr-Val-Cltt-Mel—Lyr-Al*~Scr-Clu—

-19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9

—8   -7-6 一囊5 -4  —3 -2  -1  1   2   3

Leu—Asp—Ser—Pro—Arg—Sw—Lya—Arg—Pys—Gly—Asi^

4     5     6     7     8     9     10    11    12    13    14

—Ser—Thr~~Cys—Met—Leu—Gly—Thr~~Tyr~Thr~Gin— |

IS    16    17    18    19    20    21    22    23    24    25

|Aap—Phe—Asn—Lys—Phe—Hix—Thr—Phe—Pro~~Gin—Thr—

26 27      28    29    30    31    32

|Ala—lie—Cly—Val—Gly—Ala—Pro|~~Gly—Lys—Lys—Arg—

1     2     3     4     5     6     7     8     9     10    11

Atp—Met—Ser—Ser—Asp—Leu—Glu—Arg—Asp—His—Arg—

12    13    14    15    16    17    18    19    20    21

m 19- 12 Pre-ProCT 序列

剩下的激索前体，即前体降钙索（ProCT,又称 PAN-116),可能被糖基化，由116个氨基酸残基组成 (分子量为12795Da),折登成三维构型。其氨基端有57 个氨基酸残基，称为nProCT(又称PAS-57),分子最为 6221Da(图 19- 13)。

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11

Ala—Pro—Phe—Arg—Ser—Ala—Leu—Glu—Ser—Ser—Pro—

12    13    14    15    16    17    18    19    20    21    22

Ala—Ap—Pro—AU—Thr—Leu—Ser~Glu—Asp~~Glu—Ala—

23    24    25    26    27    28    29    30    31    32    33

Arg—Leu—Leu^—Leu—Ala—Ala—Leu—Val—Gin—Asp—Tyr—

34    35    36    37    38    39    40    41    42    43    44

Val—Gin—Met—Lys—Ala—Ser—Glu—Leu—Glu—Gin—Glu—

45    46    47    48    49    50    51    52    53    54    55

Gin—Glu—Arg—Glu—Gly一Ser—Ser—Leu—Asp—Ser—Pro—

56 57

图19-13序列

未成熟的CT位于前体降钙索的中心，由33个氨基 酸残基组成，包括羧基端的甘氨酸。未成熟CT的氨基 端,冇一个由二个碱性氨基酸组成的酶切位点（Lys- Arg)。前体降钙素最后的21个氨基酸残基组成CT的 羧基端肽-KCCP，又称羧基端侧肽或PDN-21〉。人的 CCP因其末端8个氨基酸的变化可能有两种形式， CCP- 1和 CCP-丨丨（图 19-14)。

CCP-I

1   234 5   6   7   8   9   10  11

Asp一Met—Ser—Ser—Asp—Leu—Glu—Arg—Asp—His—Arg—

12    13    14    15    16    17    18    19    20    21

Pro—Hix—Val—Ser—Met—Pro—Cln—Asn—Ala—Asn

CCP-II

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11

A»p一Met—Ser—Ser—Asp—Leu—Glu—Arg—Asp—His—Arg—

12    13    14    15    16    17    18    19    20    21

m 19-14 两个CCP多肽序列

这两种结构起源于降钙素mRNA的不同形式（图 19- 15)。位于CCP-丨或CCP-丨丨的氨基端和未成熟CT 的羧基端，有一个由三个碱性氨基酸组成的酶切位点

(Lys - Lys - Arg)〇

二、CT的分子生物学

1.  CT基因家族 CT基因家族由四个已知的基因 绀成（CALC-I至CALC - IV),均含有同源的核甘序列 m 19- 15)〇

这苎基因的起源、mRNA和激索前体。*于这些箪 W核酸序列的同源性，厲于这个家族的基因有4个： CALC-I,CALC-II,CALC-丨丨丨，和 CALC-IV(或胰岛 淀粉样多肽>。CALC-丨,CALC- 1丨和CALC-丨丨1位于 11号染色体，CALC - IV位于12号染色体。CALC - I 的前转录物有三个不同的mRNA:CT- I，CT-丨丨，和 CGRP-丨mKNA。不同的产物是由剪接时是否包含外敁

子所调控的。外显子IV编码CT,外M子V编码CGRP。 CT- I的mRNA包含外显子I + H十IH + IV。CT - n mRNA包含外足子I +丨丨+ m + IV (部分）+ V + VI。 CGRP-lmKNA 包含 1+H+III + V+VI。每一mRNA 均编码一特殊的前体。CT-丨mRNA主要编码N-端区 域、成熟CT和特殊的羧基端肽CCP-I。CT-丨丨前体与 CT - I前体的主要区别是其羧基端肽CCP - II。 CGRP- 1 mRNA编码N -端区域、成熟CGRP- I和隐含 肽。由不同剪接途径产生前转斌物的行为是组织特异性 的，虽然在组织间会有些交叉。CGKP-ImRNA主要在 神经系统，CT-丨mRNA是甲状腺和其它组织的主要 mRNAoCALC- II基因只编硏CGRP- II前体。其组成 与CALC-丨基因相似，含有6个外M子。在相当于CT mKNA的外显子3和4结合处剪切，会产生前体多肽阅 读框的终止码。里然CALC-丨丨似乎楚CT的假性基因， 却是CGRP-丨丨的结构基因。CALC-丨丨丨基因含有2个

外M子。其序列与CALC- I和丨1基因的外显子2和3 具有同源性。CALC- II丨基因似乎既不编码CT也不编 码CGRP相关的肽类激素，可能是个假性基因，其核甘酸 序列不编码能翮译出蛋白质的mRNA。CALC-IV苺因

编码含有胰岛淀粉样多狀的前体。该基因只含有H个外 显子。笫三个外显子编码胰岛淀粉样多肽。胰岛淀粉样 多肽与CGRP多肽具有明M的同源性。

I

Poly A

fnlron

Don-

coding

丨

^rCGRP ^

y

TRANSCRIPTION,

MATURATION,

SPUCINC.POLYADENYLATION

coding

IV

AAA

Calcitonin- I mRNA

Calcitonin- II mRNA

CGRP- I mRNA

V \T

IEZ3H—AAA

TRANSLATION

TRANSLATION

KR CKKR

rniiiaa I

.(82 _M). (32«)(21m) terminal region     Carbory-

COOH

Calcitonin- I precursor

peplioe-1

NHH—            

(82 aa) (3 N-tennimd region

Calcitonin- D p b.Human CALC*- D Gene

n i

KR GKKR

KR CRRRR

COOH

Carboxy-ftcrminAl

peptide- D

Calci

i v

CGRP

(80 aa) (37 N-termlnal regior CGRP-Ip

VI

■COOH

i) (4 m)

VI

CGRP- n mRNA

T-AAA

TRANSLATION NH,

TRANSLATION

GRRRR

>COOH

(79 an) (37a«)(4a«) N-tenninal region

CGRP- II precursor

C.Human CALC- ID Gene

i n

d.Humon CALC-IV(Ainylin) Gene

n   id

〇

Amylin mRNA

KR

(31 ««) (37m)(16m) N-terminal region

Amylin precursor

■COOH

图19      15人类降钙素基因家族

CALC-丨是唯一能产生CT的基因。但CALC-1 和CALC - 1丨基因均可产生CGRP (CALC - I产生 CGRP - I;CALC_ II 产生 CGRP - II)CALC_ IH 即不产 生CT也不产生CGRP,很可能是个假基因，其核酸序列 不能编码能翻译成蛋白质的mRNA，已变异并失去活性。 0八0：-1¥基因产生胰岛淀粉样多肽。可能〇7，(：〇^匕 和胰岛淀粉样多肽起源于同一个顷始基因。

2.  前体降钙素翻译后的加工CT的生物合成分泌 途径涉及一系列复杂的逐渐修饰，并最终使得成熟的降 钙索分泌出细胞。形态学上讲，典度组织化的运输要从 内质网开始，通过高尔基体、高密度分泌顆粒，并逐渐地，

到达细胞表面。CT分子这种以成熟化、生物活化形式为 主的调控分泌方式不同于非调控分泌方式，很可能 ProCT是这样分泌的。虽然非调控方式较少存在于健康 人、但可能存在于某些疾病状态下。

3.  成熟CT调节分泌的生物化学和形态学特点分 子M很大的前体，ProCT，如何经过一系列的加工，使组成 它的各部分肽链被分类并进人新的分泌顆粒中，还不十 分淸楚。但从其它肽类前体获得的知识同样适用于 ProCT.

ProCT经过生物合成和折叠之后，随后的蛋白水解 过程即先后出现在尔基体和分泌颗粒中。高尔基体的

囊排列成一系列的问隔，最后一隔称为转运高尔基，虽高   运蒔尔基和分泌颗粒中均有蛋内的水解裂解发生

尔蓽体的出口部分。未成熟的分泌颗粒从这M排出，转 （图19-16)。

图19-16 Prc-ProCT及其组分的酶处理过程。EP=内肽酶，PC=激索前体转换W,AP=氨基肽

甘氨酸肽a-胺酰化单胺铒化梅，K=赖氨酸，tf氨酸，稍氨酸。PC剪切位T羧基埔 nProCT和未成熟CT之间的L.ys - Arg残基，以及未成熟CT和CCP - I之间的Lys和Arg及Ly_S,Lys，Arg 三联体。如果是在Ly_S和Arg之间剪切，氨基肽酶将切除An?残基。羧基肽檐将在PAM开始之前切除未 成熟 CT 的 Lys-Lys(或 l-ys- Lys^- Arg>,并切除 nProCT 梭S端的 Lys- Arg。

ProCT的裂解及随后未成熟CT的释放，均有激素 前体转换酶（prohormone convertase，PC)的参与。特异于 神经内分泌组织中的PC有1>(：丨和1^2^(：1又称凡：3, 故其名为PCl/PC^h另一个命名建议是将PC1/PC3称 为SPC3,PC2称为SPC2。其他PC不是神经内分泌组织 特有。在高尔基体和转运颗粒中发现了 PC1/3和PC2。 在相对酸件的环境中，它们往往在碱性残基的羧基端裂 解前体肽。这辟酶都是Ca²‘依轅性的，其蛋白内裂解作 用都有严格的时间程序。在一定程度上，恰当的蛋白水 解程序是由自动接触、自主激活来调节的，而这反过来又 受神经内分泌伙伴（chaperone)肽类的影响。未成熟CT 的起始或优选裂解位点位于氨基端K域，生成一由CT 和CT羧基端肽结合的多狀(CT:CCP>。

在翻译后加工的早期.nProCT的作用可能是在调控 分泌途径中引导ProCT分子进入新生分泌颗粒。在分泌 泡囊中，激聚前体经过迸一步水解裂解后释放出CT。在 促肾上腺皮质激素的N-末端，有一个26肽，也表现出 同样的作用。

在新生成的分泌泡囊屮，蛋白水解裂解释放出未成 熟CT。然后随着胺酰化的进行，生成成熟CT并逐渐在 分泌泡囊中集聚，在泡囊中的紧密集聚形成了高电子密 度的外观。这些分泌泡囊即作为今后分泌的贮存器，如 果没有适当的外部剌激，它们有相对较长的半衰期。最 后，在胞浆膜适当信号的作用下，细胞内游离Ca²‘短暂

的升高，引发分泌。在这个过程中，分泌泡囊进一步从细 胞内微管系统移向细胞边缘，通过胞吐作用以里子方式 释放激素。正常人的研究表明，这些分泌泡囊中除了成 熟 CT 外，还有 nProCT 和 CT:CCP。

4.  CT在体内的位罝采用放免法对CT(iCT)在人 和猴组织中的分布进行了系统性研究。iCT在人甲状腺 中的浓度最高，位于的C细胞中。对人体其它约20种组 织的观察表明，在许多组织中iCT的浓度高于血液，浓度 较商的组织有：小肠、胸腺、膀胱、肺和肝脏。在甲状腺完 好和甲状腺被切除的猴子，这些组织中都冇相当卨的浓 度，并R不会因为甲状腺的切除而降低。如果考虑到这 些甲状腺外组织的重M,其总的iCT含儇还是相当可观 的。一些组织的凝胶过滤表明，iCT主要由成熟CT组 成，仅有极少M的前体，与甲状腺基本一致。在几乎所有 这些含有可检测到iCT的组织中都发现了神经内分泌细 胞，在部分组织中，也4见到iCT的存在。甲状腺外组织 中的iCT对其血液浓度也有影响.不同的剌激可诱导这 些组织在W部或向远端分泌iCT。

5.  成熟CT 一个成熟的肽p了以被定义为一个肽前 体的终产物。如果是一个具有生物活性的激索类肽，必 须典有作用于其受体所眾要的结构。一个未成熟的激素 类肽可以被定义为或者还没有被从其肽前体上水解分 离，或者如果分离、还没有经过最后的生物化学加工，这 种加工可以是一步或几步一是其完整的生物活性所必

需的0

像许多具有生物活性的肽一样，成熟的CT在其羧 基繃有一 a胺酰。在一定程度上，胺酰化的结构对其生 物活性是很重要的，并可增加分子对酶降解的抵抗力。

最初在胺酰化之前，在蛋白内部水解切点（即ProCT的 Lys-Lys-Arg位点）通常会进行蛋白水解，并对位于羧 苺端的必需的甘氨酸残基进行胺酰化。

胺酜化的程序列于图19- 17。

Unamidated Human Calcitonin Within ProCalcitonin

nProCT-LYS-ARG|R*-GLY->

CH₂CH₂CH₂

-N    C-NHCH,CfLY

(PR〇)n (GLY)

S-LYS-ARG-CCP-l

Unamidated Immature Human Calcitonin

CJi₂CH₂p₃ R-GLY-ALA-N     C-I

(PRO)H (GLY) _〇

iC-OH

Amidated Mature Human Caleitomin

CH₂CH₂CH₂

R-GLY-ALA-N      C-NH₂

(PRO)各

图丨9-17 CT的胺酰化过程成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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