Calbindin-D28k及其在牙齿中的分布
作者：赵大为
单位：第四军医大学口腔医学院， 陕西 西安 710032
关键词：Calbindin-D28K；牙齿；分布
牙体牙髓牙周病学杂志CHINESE JOURNAL OF CONSERVATIVE DENTISTRY1999年 第9卷 第1期 Vol 史俊南 审校
中图号：R780.2 文献标识码：A 文章编号：1005-2593(1999)01-0086-03
钙离子是生物体内具有重要功能的二价阳离子，作为一种细胞内第可二信使,参与介导诸多的生理功能，如细胞运动、细胞分裂、神经传导或分泌过程。钙离子的作用往往需要一种蛋白的介导或调节，此即钙结合蛋白(Calcium-binding protein)或称钙调节性蛋白(Calcium-modulated protein)。钙结合蛋白包括Calbindin-D28k、Calbindin-D9k、钙调蛋白(Calmodulin)、肌钙蛋白C、S-100蛋白等200多种蛋白。其中Calbindin-D28k及其在牙齿中的分布近十几年来受到一些学者的关注。现对这方面的研究进行综述介绍，为深入探索Calbindin-D28k在牙齿发育中的功能提供一些帮助信息。
, http://www.100md.com
1 Calbindin-D28k的概况
Calbindin-D28k最初是由Wasserman和Taylor[1]于1966年在鸡小肠粘膜中发现的，其Mr约为27.8×103，由于在小肠中的合成受1,25-二羟基维生素D3水平的调节,故又被称为维生素D依赖性钙结合性蛋白(Vitamin D-dependent calcium binding protein)[2]。在随后的研究中,人们在其他组织和器官如肾脏、神经系统、骨和软骨等及其他脊椎动物体内也发现了Calbindin-D28k[3]。在哺乳动物，Calbindin-D28k主要存在于肾脏和大脑，另有一种Mr小些的大约为7.9×103～9.9×103的钙结合蛋白即Calbindin-D9k也在哺乳动物的小肠、肾脏、软骨和横纹肌中被发现。由于在鱼脑和乌贼神经元中亦存在Calbindin-D28k，从系统发育的角度来看,它是一个古老的大分子，最初可能系从神经元蛋白开始进化，逐渐演变而在更高级一些动物的多种组织中出现。
, 百拇医药
2 Calbindin-D28k的生物化学特性及其功能
Calbindin-D28k的等电点为4.8，每个分子中含有6个EF-hand样结构,可与5～6个钙离子高亲和力结合，EF-hand样结构是指由几十个氨基酸连接形成的一种特殊结构,由两个α-螺旋(E和F)和其间的一个多肽环共同组成，即α-螺旋(E)-环-α-螺旋(F)。
禽类和哺乳动物Calbindin-D28k的整个氨基酸序列现已确定，共由261个氨基酸组成，不同种属动物之间Calbindin-D28k氨基酸序列存在很高的同源性。啮齿动物、牛和人等哺乳动物之间同源性高达98%，哺乳动物与禽类之间同源性为79%，大鼠与禽类在5'非翻译区无同源性，但在3'非翻译区有39%的同源性[4]。
禽类Calbindin-D28k基因长18.5kb，10个间插序列将其分成11个编码外显子[5]，启动子区以GC为主(60%～80%)，人Calbindin-D28k基因位于8号染色体，长17个多kb，启动子区的显著结构特点包括: TATAAATA序列、CCAAT序列、富含GC的序列，在1?708bp处有一潜在的SP1结合位点以及一核心糖皮质激素样反应元件TGTTCT[6]。
, 百拇医药
许多学者应用放射免疫测定法、蛋白印迹法、Northern Blot法、免疫组化法和原位杂交组织化学技术,对Calbindin-D28k在不同动物的各种组织的分布进行了广泛研究，但对它的功能仍知之甚少。大多根据其分布特点推测其可能功能。一系列的实验表明Calbindin-D28k在整个小肠钙吸收过程中起重要作用，可能参与或与细胞内钙转运密切相关，但其在钙转运的复杂过程中作用的确切部位尚不清楚[7]。
在肾脏, Calbindin-D28k位于细胞的远中小管，可能促进小管的钙吸收。它在鸡蛋壳形成期可能参与钙的的分泌过程。在骨组织，它可能参与软骨钙化,向细胞外钙化区运送钙离子。Calbindin-D28k在神经组织的广泛分布,特别是在神经元的分布,提示他可能通过调节神经元的钙离子水平,在神经元的分化、迁移、成熟和突触的形成中具有重要的功能[8]。
3 Calbindin-D28k在牙齿中的分布
, 百拇医药
因为维生素D在机体钙离子体内稳态中起重要的作用，牙与骨在许多方面的相似性，关于维生素D与骨形成的文献浩如烟海，而维生素D在牙齿形成中作用的文章较少。为此，一些学者绕有兴趣地应用各种检测手段开展了Calbindin-D28k与牙齿的相关研究。
连续萌出的大鼠切牙由于包含了所有各个发育阶段的成釉细胞，因而是研究釉质形成的非常有用的一个模型。Taylor[9](1984)应用PAP技术首先研究了Calbindin-D28k在正常大鼠下颌连续萌出的切牙的分布。发现Calbindin-D28k首先出现在新形成的牙本质附近的散在的年轻成釉细胞胞浆中，在此之后的各个发育阶段的成釉细胞包括成熟期成釉细胞的Tome突起均为阳性分布。在釉质发育的晚期，一些邻近的中间层细胞胞浆中也含有Calbindin-D28k，但在成牙本质细胞、牙髓细胞、星网层细胞和外层牙上皮未见有Calbindin-D28k分布。
随后，Elms和Taylor[10]又研究了Calbindin-D28k在胚胎和新生大鼠下颌磨牙的分布情况。在牙形成早期，即从牙板至钟状期，成釉器、牙乳头、牙囊中所有细胞均未发现Calbindin-D28k，Calbindin-D28k最先出现于正对成牙本质细胞的分泌期成釉细胞，在较成熟的成釉细胞胞浆中才有Calbindin-D28k，邻近发育良好分泌成熟区域成釉细胞的一些中间层细胞有Calbindin-D28k。其他象成牙本质细胞、牙髓细胞、脱矿的釉质和牙本质基质中则无。
, 百拇医药
在人恒牙Calbindin-D28k又是如何分布的呢？Magloire[2]通过对8个人前磨牙和智齿的实验观察，发现Calbindin-D28k主要存在于成牙本质细胞胞浆、细胞突起中，偶尔在核区可见。超微水平上主要分布于胞液、微丝和纤毛中。同时，作者观察了小鼠磨牙牙胚中Calbindin-D28k的分布，结果与大鼠中的类似，只有在成釉细胞中有分布。
Berdal[12，13]等用放射免疫分析、Western blotting和免疫细胞化学等方法研究了Calbindin-D28k在大鼠切牙的表达，发现从成釉细胞分化开始到釉质形成的全过程中，都有Calbindin-D28k表达，且浓度很高，从前分泌期至分泌期不断增强，在成熟期呈波动不定。在给乏维生素D的大鼠腹腔内注射1,25-二羟基维生素D3(每100g体重650pmol/L)后1h和24h，用VDR抗体、Calbindin-D28k、Calbindin-D9k cDNA探针进行检测，发现在成釉细胞两种钙结合蛋白均有表达，Calbindin-D28k表达先于Calbindin-D9k。在成牙本质细胞只有Calbindin-D28k表达。VDR存在于所有的前体细胞，随着分化的进展进行性衰弱，在已分化的组织，激素的正调节限于成釉细胞和成牙本质细胞。
, 百拇医药
Hotton[14]对持续萌出的SD大鼠切牙非脱钙切片进行了钙结合蛋白-D28K的原位杂交实验，发现在釉质矿化的分泌和成熟期起动时，钙结合蛋白-D28K基因表达都是被向上调节的。
进一步的实验发现，钙结蛋白-D28K占大鼠牙间充质部分胞质蛋白的0.1%，上皮部分蛋白的1%，较钙结合蛋白-D9K高99倍。钙结合蛋白-D28K分布于成牙本质细胞的胞核和胞浆中[15]。
综上所述，牙齿作为1,25-二羟基维生素D3的靶器官，钙结合蛋白如Calbindin-D28k等明显参与了牙齿的发育过程，特别是釉质和牙本质的形成，但其作用的确切机理尚不清楚，需要进一步的研究和探索。
参考文献
1 Wasserman RH,Taylor AN. Vitamin D3-induced calcium-binding protein in chick intestinal tissue. Science, 1966, 15:791
, http://www.100md.com
2 Wasserman RH. In: Norman AW(ed). VitaminD. Chemical, biochemical,clinical update. Berlin: de Gruyter, 1985, 321
3 Sans A, Etchecoper B, Brehier A et al. Immunocytochemical detection of vitamin D-dependent calcium-binding protein(CaBP-28K) in vestibular sensory hair cells and vestibular ganglion neurone of the cat.Brain Res,1986, 364:190
4 Sonnerberg J, Pansini AR, Christakos S. Vitamin D-dependent rat renal calcium binding protein:development of a radioimmunoassay-tissue distribution and immunological identification. Endocrinol,1984, 115:640
, http://www.100md.com
5 Wilson PW, Rogers J, Harding M et al. Structure of chick chromosal genes for calbindin and calretinin. J Mol Biol, 1988, 200:615
6 Varghese S, Deaven LL, huang YC et al. Transcriptional regulation and chromosomal assignment of the mammalian Calbindin-D28k gene. Mol Endocrinol, 1989, 3:495
7 Nemere I, Norman AW. Transport of calcium, in Handbook of physiology,Vol 4,Field M and Frizzell RA Eds,American Physiological Society, Bethesda, MD.1991. 337
, 百拇医药
8 Pasteels JL, Pochet R, Surardt L et al. Ulrastrutural localization of brain vitamin D dependent calcium binding protein. Brain Res, 1986, 384:244
9 Taylor AN. Tooth formation and the 28000-Dalton vitamin D-dependent calcium-binding protein:an immunocytochemical study. J Histochem Cytochem, 1984, 32:159
10 Elms TN, Taylor AN. Calbindin-D28k localization in rat molars during odontogenesis. J Dent Res, 1987, 66:1431
, http://www.100md.com
11 Magloire H, Joffre A, Azerad J et al. Localization of 28 kDa calbindin in human odontoblasts. Cell Tissue Res, 1988, 254:341
12 Berdal A, Nanci A,Smith CE et al. Differatial expression of Calbindin-D28kDa in rat incisor ameloblasts throughout enamel development. Anat Rec. 1991, 230:149
13 Berdal A, Hotton D, Pike JW et al. Cell- and stage- specific expression of vitamin D receptor and calbindin genes in rat incisor: regulation by 1,25-dihydroxvitamin D3. Develop Biol. 1993, 155:172
, 百拇医药
14 Hotton D, Davideau JL, Bernaudin JF et al. In situ hybridization of Calbindin-D28k transcripts in undecalcified sections of the rat continuously erupting incisor. Connect tisssue Res. 1995, 32:137
15 Berdal A, Hotton D, Sanar JL et al. Calbindin-D9K and calbindin-D28k expreesion in rat mineralized tissues in vivo. J Bone Miner Res, 1996, 11:768
收稿日期：1997-09-01, 百拇医药
单位：第四军医大学口腔医学院， 陕西 西安 710032
关键词：Calbindin-D28K；牙齿；分布
牙体牙髓牙周病学杂志CHINESE JOURNAL OF CONSERVATIVE DENTISTRY1999年 第9卷 第1期 Vol 史俊南 审校
中图号：R780.2 文献标识码：A 文章编号：1005-2593(1999)01-0086-03
钙离子是生物体内具有重要功能的二价阳离子，作为一种细胞内第可二信使,参与介导诸多的生理功能，如细胞运动、细胞分裂、神经传导或分泌过程。钙离子的作用往往需要一种蛋白的介导或调节，此即钙结合蛋白(Calcium-binding protein)或称钙调节性蛋白(Calcium-modulated protein)。钙结合蛋白包括Calbindin-D28k、Calbindin-D9k、钙调蛋白(Calmodulin)、肌钙蛋白C、S-100蛋白等200多种蛋白。其中Calbindin-D28k及其在牙齿中的分布近十几年来受到一些学者的关注。现对这方面的研究进行综述介绍，为深入探索Calbindin-D28k在牙齿发育中的功能提供一些帮助信息。
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1 Calbindin-D28k的概况
Calbindin-D28k最初是由Wasserman和Taylor[1]于1966年在鸡小肠粘膜中发现的，其Mr约为27.8×103，由于在小肠中的合成受1,25-二羟基维生素D3水平的调节,故又被称为维生素D依赖性钙结合性蛋白(Vitamin D-dependent calcium binding protein)[2]。在随后的研究中,人们在其他组织和器官如肾脏、神经系统、骨和软骨等及其他脊椎动物体内也发现了Calbindin-D28k[3]。在哺乳动物，Calbindin-D28k主要存在于肾脏和大脑，另有一种Mr小些的大约为7.9×103～9.9×103的钙结合蛋白即Calbindin-D9k也在哺乳动物的小肠、肾脏、软骨和横纹肌中被发现。由于在鱼脑和乌贼神经元中亦存在Calbindin-D28k，从系统发育的角度来看,它是一个古老的大分子，最初可能系从神经元蛋白开始进化，逐渐演变而在更高级一些动物的多种组织中出现。
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2 Calbindin-D28k的生物化学特性及其功能
Calbindin-D28k的等电点为4.8，每个分子中含有6个EF-hand样结构,可与5～6个钙离子高亲和力结合，EF-hand样结构是指由几十个氨基酸连接形成的一种特殊结构,由两个α-螺旋(E和F)和其间的一个多肽环共同组成，即α-螺旋(E)-环-α-螺旋(F)。
禽类和哺乳动物Calbindin-D28k的整个氨基酸序列现已确定，共由261个氨基酸组成，不同种属动物之间Calbindin-D28k氨基酸序列存在很高的同源性。啮齿动物、牛和人等哺乳动物之间同源性高达98%，哺乳动物与禽类之间同源性为79%，大鼠与禽类在5'非翻译区无同源性，但在3'非翻译区有39%的同源性[4]。
禽类Calbindin-D28k基因长18.5kb，10个间插序列将其分成11个编码外显子[5]，启动子区以GC为主(60%～80%)，人Calbindin-D28k基因位于8号染色体，长17个多kb，启动子区的显著结构特点包括: TATAAATA序列、CCAAT序列、富含GC的序列，在1?708bp处有一潜在的SP1结合位点以及一核心糖皮质激素样反应元件TGTTCT[6]。
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许多学者应用放射免疫测定法、蛋白印迹法、Northern Blot法、免疫组化法和原位杂交组织化学技术,对Calbindin-D28k在不同动物的各种组织的分布进行了广泛研究，但对它的功能仍知之甚少。大多根据其分布特点推测其可能功能。一系列的实验表明Calbindin-D28k在整个小肠钙吸收过程中起重要作用，可能参与或与细胞内钙转运密切相关，但其在钙转运的复杂过程中作用的确切部位尚不清楚[7]。
在肾脏, Calbindin-D28k位于细胞的远中小管，可能促进小管的钙吸收。它在鸡蛋壳形成期可能参与钙的的分泌过程。在骨组织，它可能参与软骨钙化,向细胞外钙化区运送钙离子。Calbindin-D28k在神经组织的广泛分布,特别是在神经元的分布,提示他可能通过调节神经元的钙离子水平,在神经元的分化、迁移、成熟和突触的形成中具有重要的功能[8]。
3 Calbindin-D28k在牙齿中的分布
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因为维生素D在机体钙离子体内稳态中起重要的作用，牙与骨在许多方面的相似性，关于维生素D与骨形成的文献浩如烟海，而维生素D在牙齿形成中作用的文章较少。为此，一些学者绕有兴趣地应用各种检测手段开展了Calbindin-D28k与牙齿的相关研究。
连续萌出的大鼠切牙由于包含了所有各个发育阶段的成釉细胞，因而是研究釉质形成的非常有用的一个模型。Taylor[9](1984)应用PAP技术首先研究了Calbindin-D28k在正常大鼠下颌连续萌出的切牙的分布。发现Calbindin-D28k首先出现在新形成的牙本质附近的散在的年轻成釉细胞胞浆中，在此之后的各个发育阶段的成釉细胞包括成熟期成釉细胞的Tome突起均为阳性分布。在釉质发育的晚期，一些邻近的中间层细胞胞浆中也含有Calbindin-D28k，但在成牙本质细胞、牙髓细胞、星网层细胞和外层牙上皮未见有Calbindin-D28k分布。
随后，Elms和Taylor[10]又研究了Calbindin-D28k在胚胎和新生大鼠下颌磨牙的分布情况。在牙形成早期，即从牙板至钟状期，成釉器、牙乳头、牙囊中所有细胞均未发现Calbindin-D28k，Calbindin-D28k最先出现于正对成牙本质细胞的分泌期成釉细胞，在较成熟的成釉细胞胞浆中才有Calbindin-D28k，邻近发育良好分泌成熟区域成釉细胞的一些中间层细胞有Calbindin-D28k。其他象成牙本质细胞、牙髓细胞、脱矿的釉质和牙本质基质中则无。
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在人恒牙Calbindin-D28k又是如何分布的呢？Magloire[2]通过对8个人前磨牙和智齿的实验观察，发现Calbindin-D28k主要存在于成牙本质细胞胞浆、细胞突起中，偶尔在核区可见。超微水平上主要分布于胞液、微丝和纤毛中。同时，作者观察了小鼠磨牙牙胚中Calbindin-D28k的分布，结果与大鼠中的类似，只有在成釉细胞中有分布。
Berdal[12，13]等用放射免疫分析、Western blotting和免疫细胞化学等方法研究了Calbindin-D28k在大鼠切牙的表达，发现从成釉细胞分化开始到釉质形成的全过程中，都有Calbindin-D28k表达，且浓度很高，从前分泌期至分泌期不断增强，在成熟期呈波动不定。在给乏维生素D的大鼠腹腔内注射1,25-二羟基维生素D3(每100g体重650pmol/L)后1h和24h，用VDR抗体、Calbindin-D28k、Calbindin-D9k cDNA探针进行检测，发现在成釉细胞两种钙结合蛋白均有表达，Calbindin-D28k表达先于Calbindin-D9k。在成牙本质细胞只有Calbindin-D28k表达。VDR存在于所有的前体细胞，随着分化的进展进行性衰弱，在已分化的组织，激素的正调节限于成釉细胞和成牙本质细胞。
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Hotton[14]对持续萌出的SD大鼠切牙非脱钙切片进行了钙结合蛋白-D28K的原位杂交实验，发现在釉质矿化的分泌和成熟期起动时，钙结合蛋白-D28K基因表达都是被向上调节的。
进一步的实验发现，钙结蛋白-D28K占大鼠牙间充质部分胞质蛋白的0.1%，上皮部分蛋白的1%，较钙结合蛋白-D9K高99倍。钙结合蛋白-D28K分布于成牙本质细胞的胞核和胞浆中[15]。
综上所述，牙齿作为1,25-二羟基维生素D3的靶器官，钙结合蛋白如Calbindin-D28k等明显参与了牙齿的发育过程，特别是釉质和牙本质的形成，但其作用的确切机理尚不清楚，需要进一步的研究和探索。
参考文献
1 Wasserman RH,Taylor AN. Vitamin D3-induced calcium-binding protein in chick intestinal tissue. Science, 1966, 15:791
, http://www.100md.com
2 Wasserman RH. In: Norman AW(ed). VitaminD. Chemical, biochemical,clinical update. Berlin: de Gruyter, 1985, 321
3 Sans A, Etchecoper B, Brehier A et al. Immunocytochemical detection of vitamin D-dependent calcium-binding protein(CaBP-28K) in vestibular sensory hair cells and vestibular ganglion neurone of the cat.Brain Res,1986, 364:190
4 Sonnerberg J, Pansini AR, Christakos S. Vitamin D-dependent rat renal calcium binding protein:development of a radioimmunoassay-tissue distribution and immunological identification. Endocrinol,1984, 115:640
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5 Wilson PW, Rogers J, Harding M et al. Structure of chick chromosal genes for calbindin and calretinin. J Mol Biol, 1988, 200:615
6 Varghese S, Deaven LL, huang YC et al. Transcriptional regulation and chromosomal assignment of the mammalian Calbindin-D28k gene. Mol Endocrinol, 1989, 3:495
7 Nemere I, Norman AW. Transport of calcium, in Handbook of physiology,Vol 4,Field M and Frizzell RA Eds,American Physiological Society, Bethesda, MD.1991. 337
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8 Pasteels JL, Pochet R, Surardt L et al. Ulrastrutural localization of brain vitamin D dependent calcium binding protein. Brain Res, 1986, 384:244
9 Taylor AN. Tooth formation and the 28000-Dalton vitamin D-dependent calcium-binding protein:an immunocytochemical study. J Histochem Cytochem, 1984, 32:159
10 Elms TN, Taylor AN. Calbindin-D28k localization in rat molars during odontogenesis. J Dent Res, 1987, 66:1431
, http://www.100md.com
11 Magloire H, Joffre A, Azerad J et al. Localization of 28 kDa calbindin in human odontoblasts. Cell Tissue Res, 1988, 254:341
12 Berdal A, Nanci A,Smith CE et al. Differatial expression of Calbindin-D28kDa in rat incisor ameloblasts throughout enamel development. Anat Rec. 1991, 230:149
13 Berdal A, Hotton D, Pike JW et al. Cell- and stage- specific expression of vitamin D receptor and calbindin genes in rat incisor: regulation by 1,25-dihydroxvitamin D3. Develop Biol. 1993, 155:172
, 百拇医药
14 Hotton D, Davideau JL, Bernaudin JF et al. In situ hybridization of Calbindin-D28k transcripts in undecalcified sections of the rat continuously erupting incisor. Connect tisssue Res. 1995, 32:137
15 Berdal A, Hotton D, Sanar JL et al. Calbindin-D9K and calbindin-D28k expreesion in rat mineralized tissues in vivo. J Bone Miner Res, 1996, 11:768
收稿日期：1997-09-01, 百拇医药