南京大学模式动物所Nature子刊最新成果

　　

生物通报道：近期，南京大学模式动物研究所、马萨诸塞大学医学院、苏州大学以及北京心血管疾病创新中心的研究人员，发现了一种新的分子通路，对于维护平滑肌张力（可允许一些材料通过消化系统），发挥关键的作用。研究人员在小鼠身上研究钙离子控制的通路，获得了这一发现，可能会为许多消化系统疾病带来新的疗法，例如，常见的胃食管反流病(GERD)、吞咽障碍、失禁和胰腺炎。相关研究结果发表在《Nature Communications》。南京大学模式动物研究所遗传学教授、博士生导师朱敏生（Min-Sheng Zhu）和马萨诸塞大学医学院副教授诸葛荣华（Ronghua ZhuGe），是本文的共同通讯作者。

去年10月份，《PNAS》在线发表了朱敏生教授带领的一项研究，首先提出了一个美臀羊产生和极性超显性的遗传学模式。该模式的发现，不但首先证实了表观遗传对经典遗传遗传性状具有直接调控作用，同时也为超显性、甚至杂交优势的分子机制研究提供了一个全新思路（南京大学模式动物研究所<BR>朱敏生实验室在《PNAS》发表<BR>关于极性超显性遗传现象分子机制的重要研究成果）。

在当前这项研究中，诸葛荣博士指出：“我们对‘通过靶定被识别的基因，来治疗疾病（如回流和失禁）’感到非常兴奋。了解这些肌肉如何在长时间内保持收缩，将使我们能够为这些疾病开发潜在的新疗法。下一步我们将探讨，小鼠身上的这一分子机制，是否也在人体中发挥作用。”

人体和其他哺乳动物体内，都包含许多由平滑肌组成的环形结构——它们环绕着中空器官（如肠和膀胱）的开口，称为括约肌。平滑肌自然而然地受到控制，例如，它不同于我们用来行走的肌肉，所以，我们不需要有意识地将消化的食物从胃移动到小肠。括约肌功能障碍——无论是结构上还是功能上的，都可能产生严重后果，引发损害肌肉收缩或放松能力的疾病。这可能导致失弛缓性，使得吞咽困难；胃食管反流病(GERD)，这会使胃酸进入食道，或大便失禁。

诸葛博士说：“大部分时间，健康的括约肌会暂时打开，但仍然关闭，保持一种基础张力。这种基础张力，需要构成括约肌的平滑肌细胞收缩，持续不断地产生力量。然而，括约肌平滑肌如何能在这么长的时间内保持收缩，其遗传调控机制仍然是未知的。”

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平滑肌作用通过产生力量而起作用，因为肌肉运动蛋白——肌球蛋白和肌动蛋白细丝相互摩擦而过。当一个叫肌球蛋白调控轻链（MLC）的分子被一种称为磷酸化作用的常见分子转换打开后，会发生这种情况。有多少磷酸化作用发生，是由两种酶的相对量控制的；钙依赖性的MLC激酶(MLCK)可促进磷酸化，不依赖钙的MLC磷酸酶(MLCP)会逆转磷酸化。通过这个过程，肌肉可以实现收缩和放松。

为了了解负责括约肌无意识的连续收缩的分子机制，诸葛博士和同事在小鼠中研究了控制肠节制的肛门内括约肌。他们发现，平滑肌中MLCP酶的遗传缺失，对小鼠括约肌的基础张力没有影响，但是，去除MLCK，基本上废除了基础张力，从而使小鼠变得失禁。

诸葛博士说：“虽然以前的生化研究表明，较低的MLCP活性，可能与这个括约肌的基础张力有关，但是我们的遗传学研究表明，情况并非如此。原来，MLCK对于张力的形成是至关重要的。这促使我们去寻找调节MLCK的特定钙信号。”

本文共同作者、UMMS分子医学副教授Lawrence Lifshitz博士说：“钙信号是我们最喜欢的研究对象。我们最初假设，钙在细胞内的局部释放，靠近靶离子通道，可能获得成功，因为我们知道，这种释放可能调节血管和气管中的平滑肌收缩。”

但是实验表明，这些局部的钙释放，对肌肉张力并没有直接的作用。相反，三种类型的离子通道行动一致，使胞质钙水平上升，这最终造成了MLCK激活和肌肉张力。

为了测试这个假说，诸葛博士的研究小组，与朱敏生教授实验室合作，制备了一种小鼠品系，在这些小鼠中，其中一个离子通道只在平滑肌中被关闭。诸葛博士说：“这些小鼠是一种强大的工具，来确立我们的假设。借助于它们，我们将Tmem16a(也称为Ano1)基因，确定为基础张力形成和粪便节制的一个关键组件。当我们在这些小鼠中关掉TMEM16A通道时，它们失去了大部分的基底张力，并变得失禁。”

确定括约肌基础张力相关的基因，是理解括约肌障碍和发展新疗法的一个重要步骤。UMMS 外科助理教授Jennifer S. Davids博士指出：“大便失禁的治疗方案是非常有限的。一个原因是，我们对括约肌张力和粪便节制的分子基础缺乏了解。如果我们可以靶定特定的基因，我们就有可能改善治疗方案。”

（生物通：王英）

注：朱敏生教授，1985年毕业于第四军医大学；1988年毕业于第四军医大学,获硕士学位；1999年毕业于中国科学院上海生化所，获理学博士学位。1996年 任华东医学生物技术研究所副研究员，1999年至2002年，于美国Southwestern Medical Center at Dallas 进行博士后研究。2001年 任华东医学生物技术研究所研究员。研究方向：主要为通过小鼠遗传学方法研究细胞运动和平滑肌收缩调控的分子机制。

生物通推荐原文摘要：
The molecular basis of the genesis of basal tone in internal anal sphincter
Abstract: Smooth muscle sphincters exhibit basal tone and control passage of contents through organs such as the gastrointestinal tract; loss of this tone leads to disorders such as faecal incontinence. However, the molecular mechanisms underlying this tone remain unknown. Here, we show that deletion of myosin light-chain kinases (MLCK) in the smooth muscle cells from internal anal sphincter (IAS-SMCs) abolishes basal tone, impairing defecation. Pharmacological regulation of ryanodine receptors (RyRs), L-type voltage-dependent Ca2+ channels (VDCCs) or TMEM16A Ca2+-activated Cl− channels significantly changes global cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) and the tone. TMEM16A deletion in IAS-SMCs abolishes the effects of modulators for TMEM16A or VDCCs on a RyR-mediated rise in global [Ca2+]i and impairs the tone and defecation. Hence, MLCK activation in IAS-SMCs caused by a global rise in [Ca2+]i via a RyR-TMEM16A-VDCC signalling module sets the basal tone. Targeting this module may lead to new treatments for diseases like faecal incontinence.