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CKMT2基因的研究现状分析

2024-01-09 12 上传者：管理员

摘要：肌节线粒体肌酸激酶2(CKMT2)属于肌酸激酶的4个亚基之一，参与调控脂肪的生成，是动物机体能量代谢相关的重要调节酶之一，在调节在动物生长发育方面发挥重要作用；国内外研究显示，CKMT2基因肿瘤等疾病的发生、发展也密切相关。目前，国内外对CKMT2基因的研究主要集中在机体生长发育、脂肪沉积、低氧适应性和在恶性肿瘤研究方面，对CKMT2基因分子调控机制的研究，有助于选种选育动物优良品种和为一些恶性肿瘤研究提供新的切入点。该文对CKMT2基因的结构、功能及研究现状进行阐述，以期为后续CKMT2基因功能研究提供方向和为畜禽选种选育工作提供参考。

关键词：
CKMT2
恶性肿瘤
研究现状
能量代谢
脂肪
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CKMT2基因是肌酸激酶（CK）的亚基亚型之一，是细胞能量稳态的基础，CKMT1和CKMT2是线粒体CK(MtCK），位于线粒体的外周膜间空间，用于建立内膜与外膜之间永久性接触[1]。在脊椎动物中，CKMT2主要表达于横纹肌组织，如心肌、骨骼肌和大脑等[2]。随着基因组学研究的不断深入，学者对CKMT2基因的研究主要集中于其在癌症疾病中的作用，在动物遗传方面的相关报道还较少，但在商鹏[3]、王军[4]、陶璇等[5]的研究中，发现肌节线粒体肌酸激酶2(CKMT2）在动物能量代谢、骨骼肌生长、脂肪沉积发挥作用，推测CKMT2基因是一个与动物生长发育、脂肪沉积性状相关的基因。通过对CKMT2基因深入研究，可为后期在养殖生产的畜禽选种选育工作提供参考。

1、CKMT2基因简介

肌节线粒体肌酸激酶2又称肌节型肌酸激酶（sMtCK），是一种线粒体肌酸激酶（MtCK），属于肌酸激酶（CK）的4个亚基之一[6]。肌酸激酶有4种亚基亚型，分别是2种胞质肌酸激酶和2种线粒体肌酸激酶，线粒体肌酸激酶又分为广泛性型线粒体肌酸激酶和肌节型肌酸肌酶，CKMT2属于线粒体肌酸激酶中的肌节型肌酸肌酶，主要表达于心肌和骨骼肌等横纹肌组织，是机体内能量代谢的关键酶之一，维持脊椎动物体内能量的稳定[7,8]，主要参与的生物学过程包括三磷酸腺苷的生成、细胞内能量转运、丙酮酸代谢过程、肌肉收缩、细胞修饰氨基酸生物合成过程等，是能量调节因子，也是许多癌症疾病的预后差异表达基因。1964年首次发现线粒体肌酸激酶以来，很多学者对其进行了大量的研究。

2、CKMT2基因的结构

CKMT2主要位于线粒体内膜外侧，在Klein S C[9]的研究中，发现CKMT2基因具有与线粒体蛋白编码基因多个基序同源的序列，这些基序可能在线粒体生物发生过程中起着重要的基因激活协同作用。CKMT2基因包含11个外显子，序列长度超过37 kb，有研究显示，翻译起始密码子距离转录起始位点17 kb，位于基因的第3个外显子中；CKMT2基因在不同物种上定位不同，人在5q13.3上、猪在2p16上[9,10,11]，其他物种的基因定位目前还未有研究显示。该基因有3个编码相同的蛋白质的剪接变体。第1个转录本（ENST00000254035.9）和第2个转录本（ENST00000437669.5）由10个外显子组成，第3个转录本（ENST00000424301.6）由11个外显子组成，共计编码CKMT2在1 257 bp个氨基酸，编码区域具有87%的核苷酸同源性[12]。学者Ursula W M[13]通过SDS-PAGE、凝胶渗透色谱等技术对从人心肌中纯化的线粒体肌酸激酶进行研究，发现人肌节线粒体肌酸激酶以2种极易相互转化的寡聚体形式存在，即二聚体和八聚体，其分子量分别是79 700±800和371 000±3 000，等电点分别是8.30±0.04和7.44±0.04，这在其生理功能起了关键决定因素。

3、CKMT2基因的功能

CKMT2是动物能量代谢有关的重要酶之一，在生物体中主要参与能量代谢相关生理活动，如腺嘌呤核苷三磷酸（ATP：是生物体内最直接的能量来源）的生成、胞内能量转运、丙酮酸（Pyruvic acid：是所有生物细胞糖代谢及体内多种物质相互转化的重要中间体）代谢、骨骼肌生长、脂肪沉积等。CKMT2基因具有正向调控抗低氧和肌肉组织生成、负向调控脂肪生成作用[14]，还对机体的氧化应激损伤具有高度敏感性[6]，在Park N等[15]的研究中，为探讨CKMT2磷酸化位点Y159A、Y255A和Y368A心肌保护中的作用，以人心肌细胞AC16细胞为研究对象，结果表明，CKMT2基因的磷酸化突变位点Y368A会抑制CKMT2过表达，显著降低细胞活力和增加活性氧的产生，从而发挥抗缺氧/复氧的心肌保护作用，也得出相似的结论。同时越来越多的研究证明，在结直肠癌、胃癌、子宫颈癌等恶性肿瘤的发生过程中，CKMT2基因呈异常表达状态，有望成为潜在生物标志物和治疗靶标，对恶性肿瘤的治疗具有重要意义[6,16,17]。

4、CKMT2基因研究现状

4.1 CKMT2基因在动物上的研究

在前期的试验中，采用Sanger测序法对藏猪和大约克猪CKMT2基因起始密码子上游1 000 bp区域进行SNP筛选和基因分型，筛选出5个SNPs位点与与骨骼肌生长发育、肌肉能量代谢、抗缺氧有关；并对180日龄2个品种的心脏、背脂和背最长肌组织中mRNA表达量进行对比，结果在背最长肌和心脏组织中藏猪CKMT2基因mRNA表达量极显著高于大约克猪的表达量，背脂中则相反，根据两品种的生物特性，推测CKMT2基因具有正向调控抗低氧和肌肉组织生成、负向调控脂肪生成作用[14]。在赵诚悦等[18]的研究中也显示，CKMT2基因表达量在低温组和常温组显著差异，通过代谢调节来应对低温条件的能量需求。

在王军[4]的研究中，学者选择位于人第5条染色体、猪第2条染色体的CKMT2基因作为候选基因，用equencher 4.1.4软件的ASSEMBLY程序进行拼接得到一条1 437 bp的cDNA整合序列，该序列有6个SNPs，与人同源性达90%，与鼠同源性86%，预测氨基酸与人和鼠同源性均96%；猪CKMT2蛋白的系统进化树分析也显示，其与人的进化关系较近；对猪CKMT2基因的基因型与生产性状进行统计分析，发现CKMT2基因多态性与猪胴体性状指标和肉质性状指标具有显著差异；在猪12个组织表达谱中CKMT2基因在猪骨骼肌和心脏表达丰度最高，这为猪的分子育种提供了一些价值依据。同样商鹏则通过对60日龄藏猪、乌金猪和大约克猪的背最长肌组织进行转录组测序技术（RNA-seq）、同位素标记相对和绝对定量（iTRAQ）数据分析，筛选出差异表达基因和差异表达蛋白，并利用平行反应监测（PRM）技术对差异表达基因和差异表达蛋白进行验证，筛选出差异基因CKMT2具有抑制猪骨骼肌生长发育和产肉性能的作用，为研究猪肌肉发育的分子机制提供新的切入点[3]。

赵铁军等[19]用农药三唑磷对斑马鱼进行处理，然后才用荧光定量和Western blot方法对CKMT2基因进行mRNA定量检测和蛋白差异检测，结果显示，mRNA表达无差异变化，但CKMT2蛋白表达却显著上调，有因为CKMT2基因是miR-99的靶基因，推测可能是三唑磷抑制了miR-99的表达，使miR-99对CKMT2的抑制作用减弱才促使CKMT2的表达上调，这对研究农药对机体损伤的分子机制提供一定理论依据。据以上结果分析，CKMT2基因在农药对机体损伤的分子机制、动物生长发育、能量代谢、抗低氧和调控脂肪生成等研究中具有一定价值，对于后续研究其功能作用有一定的基础。

4.2 CKMT2基因在疾病方面的研究

近年，有研究证明CKMT2与肿瘤的发生、发展密切相关。胃癌的发病率在癌症中排名前五，也是癌症相关死亡的主要原因之一，而结直肠癌是全球第三大癌症，不仅发病率高，且发病隐匿，发病前期不易发现；在刘金华等[6]的研究中，CKMT2基因在癌症组织中的表达量明显高于癌旁组织，同样，吴茜等[16]经过生物分析也得出CKMT2可能是胃癌鉴定的关键基因的结论，推测CKMT2基因可能是胃癌、结直肠癌的潜在生物标志物和治疗靶标，在近年的研究中，也进一步表明CKMT2在结直肠癌组织中高表达，可能在其生物过程中发挥作用，只是其是否参与结直肠癌的发病机制和如何参与的还未见报道[12]；有研究报道，CKMT2还是晚期胃腺癌组织和正常组织的预后差异表达基因[20]。这些研究都表明，CKMT2基因是新的恶性肿瘤生物标志物。

5、小结及展望

目前对CKMT2基因的研究主要集中在人类疾病方面，在疾病治疗方面也取得了一些进展，CKMT2基因也有望成为癌症疾病新的潜在生物标志物，是一个具有研究意义的基因。我国是世界上的畜牧业大国之一，畜禽产品种类繁多、对肉类需求量很大，CKMT2基因作为一个与动物生长性能相关的重要基因，具体的作用机制还未有研究显示，在动物生长性能遗传方面还没有深入的研究，只在部分动物中进行了试验。深入对CKMT2基因的研究，可能会为畜禽品种改良和繁育提供有价值的信息。

参考文献:

[3]商鹏.基于胚胎肌肉组织转录组和蛋白质组数据鉴定猪生长性状相关基因[D].北京:中国农业大学,2017.

[4]王军.猪八个候选基因的分离､特征分析多态性及其与性状间的关联分析[D].武汉:华中农业大学,2006.

[5]陶璇,顾以韧,梁艳,等.藏猪和杜洛克猪SCD､CPT1B基因表达差异及其与IMF含量相关性分析[J].黑龙江畜牧兽医,2017(13):82-85.

[6]刘金华,于晟曼,薛菲,等.CKMT2在结直肠癌中的表达及意义[J].中国实验诊断学,2022,26(12):1 811-1 813.

[7]王爱华,张建,于嘉屏,等.人心肌线粒体肌酸激酶的提纯及抗体制备[J].检验医学,2004(3):235-238.

[8]吕广新,史北辰,樊帅,等.人类线粒体肌酸激酶的固定化及酶学性质研究[J].中国医药生物技术,2019,14(4):302-307.

[12]刘金华.基于二维液相色谱-质谱技术的结直肠癌中CKMT2的表达及生物信息学分析[D].长春:吉林大学,2022.

[14]王珍梅,段梦琪,陆锋辉,等.藏猪和大约克猪CKMT2基因多态性分析及其组织表达模式[J].中国畜牧兽医,2020,47(10):3 305-3 313.

[16]吴茜,宋兴勃,钟慧钰,等.胃癌关键基因和通路的生物信息学和功能分析[J].肿瘤预防与治疗,2020,33(2):131-139.

[17]胡玉洁,涂红勤,曾洁,等.lncRNA CKMT2-AS1靶向miR-17-5p/TGFBR2分子轴调控子宫颈癌细胞的生物学行为[J].临床与实验病理学杂志,2022,38(5):520-525.

[18]赵诚悦.民猪抗寒基因的筛选及生物信息学分析[D].哈尔滨:东北农业大学,2013.

[19]赵铁军,丁佳女,郭芳利,等.三唑磷对斑马鱼miR-99及其预测靶标ckmt2的表达的影响[J].科技通报,2013,29(3):70-75,115.

基金资助:2023年现代种业发展项目:贵州地方畜禽遗传材料收集保存;

文章来源:王珍梅,张雪姣,杨蓉等.CKMT2基因的研究现状分析[J].现代畜牧科技,2024(01):81-83.

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