综述：Calumenin——一种钙结合调节蛋白，在病理性钙化与癌症中的作用及治疗应用前景

《FASEB BioAdvances》：Calumenin, A Calcium-Binding Modulatory Protein, Effective in Pathological Calcifications and Cancers, With Therapeutic Application Promise

本综述系统阐述了Calumenin（CALU）作为CREC家族多功能钙结合蛋白的核心生物学功能及其临床意义。文章深入探讨了CALU通过调节钙离子（Ca2+）稳态、内质网应激（ERS）反应、γ-羧化过程（涉及VKDPs蛋白）以及细胞周期调控等机制，在病理性钙化（如血管钙化、骨代谢异常）和多种癌症（如乳腺癌、肺癌、结直肠癌）中的关键作用。特别强调了CALU不同亚型（如CALU15）在肿瘤微环境（TME）、上皮-间质转化（EMT）和化疗耐药中的双重调节功能，为靶向CALU的癌症治疗策略提供了重要理论依据。

　　

1 Background

1.1 CREC Protein Family

CREC蛋白家族包含四个低亲和力钙结合蛋白（Cab45、Reticulocalbin、ERC-55和Calumenin），均具有多个EF-hand基序。这些蛋白质主要与Ca²⁺结合和分泌途径相关，通过羧基末端的四肽保留信号（如KDEL/HDEL）驻留在内质网（ER）和高尔基体腔中。CREC家族成员在细胞增殖、转化、衰老、稳态、血栓形成和感染应答等关键过程中发挥调节作用。家族成员的失调与癌症、神经肌肉疾病和心血管疾病等多种疾病相关，使其成为潜在的诊断生物标志物和治疗靶点。

2 Main Features of CALU

2.1 The Human CALU Genetics and Structure

人CALU基因定位于染色体7q32，包含6个外显子，编码315个氨基酸组成的37kDa蛋白。其结构特征包括N端信号序列、6个EF-hand基序、Asn-131处的潜在N-糖基化位点和C端HDEF内质网保留信号。CALU由于带电荷的柔性结构、低疏水性和Ca²⁺依赖的构象变化，表现出内在无序蛋白（IDP）的典型特征。通过可变剪接可产生15种亚型（CALU1-15），其中1-14型含有信号肽，定位于膜系统腔或细胞外空间；CALU15缺乏信号肽，可在核质间穿梭。

2.2 Contribution of CALU to Diverse Cellular Processes

CALU以低亲和力结合最多7个钙离子，参与多种Ca²⁺相关过程：作为分子伴侣参与蛋白质正确折叠和成熟、调节ERS、信号转导、肌肉收缩以及抑制维生素K依赖蛋白（VKDPs）的γ-羧化。同时参与骨代谢、软骨细胞生长和多种钙化过程，是细胞钙循环和稳态的关键调节者。

CALU参与内质网相关过程，如外泌、自噬、凋亡、铁死亡、细胞周期调控以及细胞增殖和形态维持。它通过调节GRP78、p-PERK、CHOP、p-JNK和抗凋亡Bcl-2来调控细胞应激。此外，CALU还参与细胞外基质（ECM）的产生和维持，以及与癌症相关的肿瘤微环境重塑、化疗抗性和细胞迁移。

2.2.1 Interactions Between CALU and Calcium

钙离子作为最重要的第二信使，其浓度变化影响受精、增殖、分化、肌肉收缩、神经信号传递、分泌、外泌、趋化性、突触传递、纤毛运动、酶激活、生长和发育等细胞过程。CALU作为ER-Ca²⁺稳态的关键调节者，与肌质网Ca²⁺-ATP酶（SERCA2a）和兰尼碱受体（RYR）相互作用，调节肌质网Ca²⁺释放和摄取，在兴奋-收缩耦联中发挥重要作用。

2.2.1.2 CALU Regulates γ-Carboxylation of VKDPs

CALU通过与γ-羧化系统组件（VKOR和γC）相互作用，抑制VKDPs谷氨酸残基的γ-羧化。通过调节各种VKDPs的γ-羧化，CALU间接影响钙稳态和信号调节相关蛋白的功能。维生素K依赖的γ-羧化对于VKDPs的膜结合活性至关重要，额外的γ-羧基使Gla残基侧链带高负电荷，允许钙离子结合VKDP。

3 Reported Diseases Associated With CALU Abnormal Expression

3.1 Association of CALU With Pathological Calcifications

由于CALU的钙结合倾向，它与病理性钙沉积相关，如肺纤维化、血管血栓形成、动脉粥样硬化和神经肌肉疾病中的钙沉积。在系统性硬化症（一种自身免疫性疾病）中，CALU是差异表达的10个基因之一。在限制性心肌病中，CALU异常表达与严重心肌钙化相关。

CALU在囊性纤维化（CF）中也发挥作用，突变CFTR细胞中CALU下调可能减少CFTR转运。CALU作为分子伴侣调节CFTR突变体折叠，这一功能独立于ER钙含量。

3.2 The CALU Involvement in Cancer-Related Processes

CALU表达变化发生在多种癌症中，包括子宫内膜癌、结直肠癌、肺癌、头颈癌、肝细胞癌、肺鳞状细胞癌、乳腺癌等。在大多数研究中，CALU被确定为转移相关蛋白，其敲低或异常表达可影响肿瘤细胞的增殖和侵袭能力，有效逆转EMT进程并抑制迁移。

CALU与EMT关键标志物协同作用，作为EMT相关特征的代表，在胃癌中作为癌症相关成纤维细胞（CAF）中最丰富表达的蛋白。在胶质瘤中，CALU与细胞/生物粘附、伤口应答和细胞外基质/结构组织相关基因强烈相关，与N-钙粘蛋白、波形蛋白、SNAIL、SLUG和TWIST1等EMT标志物协同作用。

3.2.3 Distinct Functions of CALU Isoforms in Cancer-Related Processes

CALU存在15种亚型（CALU1-15），通过可变剪接产生，在癌症中通过调节增殖、迁移和转移发挥相反作用。细胞外亚型（如CALU1和CALU2）通过稳定ECM抑制肿瘤进展，而核CALU15通过上调GDF-15促进肿瘤生长。

细胞外亚型通过与fibulin-1形成复合物，防止其被MMP-13降解，并以整合素和syndecan依赖的方式抑制ERK1/2信号，降低侵袭性。CALU15作为CALU的唯一核亚型，通过上调GDF-15（TGF-β超家族细胞因子）促进细胞运动性和肿瘤转移，鼓励丝状伪足形成。

3.2.4 CALU Regulation of Cancer-Related VKDPs' Carboxylation

CALU可能通过调节癌症相关VKDPs的羧化影响癌症进程和发展。这些VKDPs包括GAS6、PROS1、PSTN、GRP、MGP、OC和PIVKA-II等，它们需要羧化才能发挥功能，而CALU对羧化有抑制作用。

4 Conclusion

本综述强调了CALU的遗传学、结构、表达特征以及多样化的功能。CALU介导多种Ca²⁺依赖功能，包括调节ER/SR膜蛋白（VKOR、γC、RYR和SERCA2a）、参与ERS以及促进膜蛋白和分泌蛋白的正确结构建模、成熟、折叠和分选。这些活动使CALU能够参与细胞过程，如细胞周期调控、增殖、细胞形态、信号转导、收缩、外泌、凋亡和铁死亡，以及ECM的产生和维持。

CALU在癌症相关过程中的意义，如癌症发展、TME和促进恶性表型（包括增强细胞存活、侵袭性、丝状伪足形成、细胞迁移和转移）也已得到证明。CALU通过调节与癌症相关的VKDPs（如PSTN、GRP、Gas6、PS和MGP）的γ-羧化影响癌症相关过程。

CALU在癌细胞中的表达不仅调控细胞内过程，还可能影响肿瘤微环境内的免疫应答。CALU与癌症患者对各种治疗方法（包括化疗和免疫治疗）的反应性的关系也已得到证实。考虑到CALU在不同生理过程中的参与、其在细胞钙稳态中的关键作用，尤其是其在几个重要的Ca²⁺依赖活动中的抑制功能，以及其亚型的相反和多效性功能，它被认为是正常细胞过程与正常细胞系统（如凝血、钙化等）操作途径以及许多炎症性疾病和癌症之间的十字路口。