[发明专利]一种用于骨质疏松治疗药物开发的新靶点

说明书

本发明发现了TMEM16A通道蛋白在骨质疏松疾病中的调节作用，为骨质疏松的诊断与治疗寻找新的靶点与方法，具体涉及TMEM16A通道蛋白在骨质疏松治疗中的应用，尤其是TMEM16A通道蛋白，在制备预防或治疗骨质疏松症的试剂或药物中的应用。

技术领域

本发明属于分子生物学和医学领域，具体涉及TMEM16A通道蛋白在预防或治疗骨质疏松症中的应用。

背景技术

骨丢失是由成骨细胞、破骨细胞和骨细胞介导的骨代谢失衡引起的。骨骼作为人体的钙库在体内钙平衡调控中发挥至关重要的作用，机体及细胞钙代谢在骨丢失过程中扮演重要角色。

钙作为重要的第二信使，进入胞内后可以发挥多种不同功能，包括激活胞内第二信使系统，启动基因转录，促进胞内钙库钙释放以及调节钙依赖性离子通道的开放和关闭。胞内钙离子与胞质内的钙调蛋白依赖性激酶(CaMKs)以及钙调磷酸酶结合来激活下游信号通路从而最终作用于关键转录因子，包括CREB和 NFAT等。在成骨细胞分化过程中NFATc1与成骨细胞关键转录因子Osterix相互结合增强其对成骨细胞功能基因Colla1的转录活性，促进成骨细胞功能。破骨细胞在分化过程中会出现胞内钙振荡，这是破骨细胞分化过程中关键信号通路 Calcineurin/NFATc1信号活化所必须的。除此之外，胞内钙信号还可以通过对其他信号通路的调控，包括Wnt，Hedgehog，PKA，PKC等途径进行传递从而影响骨发育。由此可见，胞内钙信号传递对成骨细胞和破骨细胞功能调控是极为重要的。

在胞内钙信号传递的多种方式中，激活钙依赖性离子通道的开放可能是胞内钙浓度变化最迅速直接的反应，引发瞬时或长时程的生理变化。钙依赖性离子通道主要包括钙激活钙离子通道，钙激活钾离子通道以及钙激活氯离子通道等，其中钙激活钾离子通道作为最早发现的钙依赖性离子通道，直接参与细胞分泌及神经电信号调控，而钙激活钙离子通道则作为细胞钙库操纵性钙内流的主要手段。

氯离子作为机体内最主要的阴离子在细胞膜内外电化学平衡维持中发挥非常重要的作用。近年来大量研究证实氯离子通道异常会引起多种疾病的发生，如囊性纤维化，先天性肌强直症，癫痫症，Bartter综合征等。目前研究发现三类氯离子通道与骨代谢密切相关，包括CLC(chloride channels)，CLIC(Chloride Intracellular Channels)和CFTR(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) 氯离子通道。CLC是一类电压门控的氯离子通道，为氯离子沿化学梯度的跨膜移动提供途径，这些氯离子通道基因的突变，会引起骨表型的变化，如Clcn5基因敲除小鼠表现出个体较小，脊柱后侧凸等骨发育异常；Clcn7基因的缺失则会导致骨硬化症。CLIC主要存在于细胞器上，该家族中只有CLIC5参与骨代谢的调控，CLIC5基因突变的小鼠骨骼发育异常。CFTR定位于上皮细胞顶膜，是跨上皮盐分的运输、液体流动和离子浓缩的枢纽，Cftr基因敲除的小鼠表现出骨发育及代谢异常，如骨长度减小，松质骨体积减少等。以上研究表明，氯离子通道对骨发育及骨重塑过程具有非常重要的调控作用。

钙激活的氯离子通道(CaCCs)是一类受胞内钙调控的氯离子通道，1982年发现于爪蟾的卵母细胞中，细胞内钙离子浓度的升高引起CaCCs的开放，使细胞膜发生去极化，进而抑制多精受精，证实了受钙调控的氯离子通道的存在。 CaCCs广泛分布于机体各个组织中，参与了众多的生理过程，包括上皮细胞分泌、嗅觉转导、平滑肌收缩以及心肌和神经系统兴奋。有关CaCCs分子基础的问题一度未能解决，直到2008年，三个研究小组分别报道了TMEM16A是CaCCs的分子基础。由于TMEM16A开放依赖于胞内钙离子的浓度变化，因此明确钙离子通过直接结合还是中间信号通路传导的方式激活TMEM16A通道开放就显得尤为重要。2017年出版的两篇Nature文章中同时报道了TMEM16A蛋白的晶体结构，发现TMEM16A上的氨基酸E650，E698，E701，E730和D734聚集在一起形成2个Ca2+结合位点，证实钙离子可以通过直接结合激活TMEM16A离子通道活性，解析了钙对氯离子通道激活的作用机制。