Smad1,全称为“Mothers against decapentaplegic protein 1”(Mothers against decapentaplegic蛋白1),是Smad蛋白家族中的一员,主要作为骨形态发生蛋白(BMPs)信号通路的下游分子,在细胞内信号转导中发挥关键作用。Smad1在BMP信号通路中扮演着重要的角色,该通路是转化生长因子β(TGFβ)超家族成员之一,参与多种生物学过程,包括细胞增殖、分化、凋亡、免疫反应以及胚胎发育等。
在胚胎发育过程中,BMP信号通路对于心脏、神经和软骨的发育至关重要。Smad1、5和8是BMP受体下游的信号分子,负责将信号从细胞膜传递到细胞核,进而调控基因表达。例如,研究发现,在早期小鼠胚胎的背主动脉中,Smad1/5信号通路在血液流动开始之前就驱动了动脉基因的表达,这对于血管的形成和成熟至关重要[5]。此外,Smad1还参与了先天性心脏疾病(CHD)的发生,例如,研究发现一个SMAD1基因的杂合子变异与一个家族的CHD发生有关,该变异导致SMAD1蛋白无法正常激活TBX20和NKX2.5等基因的表达,从而影响心脏的正常发育[4]。
Smad1不仅参与胚胎发育,还在多种疾病的发生发展中发挥作用。例如,在结直肠癌中,研究发现SMAD1基因的变异与结直肠癌风险增加相关[1]。此外,Smad1还通过激活Snail和Ajuba的表达来促进结直肠癌细胞迁移[7]。在糖尿病肾病(DN)中,研究发现SMAD1基因的表达在DN患者的外周血和尿液中升高,这可能成为DN早期诊断的生物标志物[2]。在糖尿病血管并发症中,晚期糖基化终产物(AGEs)通过Smad1途径抑制清道夫受体B类I型(SR-BI)的表达,导致内皮细胞功能障碍[6]。
此外,Smad1在免疫系统中也发挥重要作用。例如,研究发现,从克氏原螯虾中分离的Smad1基因在受到细菌和病毒感染时表达上调,表明Smad1可能参与无脊椎动物的先天免疫反应[3]。
综上所述,Smad1作为一种重要的信号转导分子,在胚胎发育、细胞功能和疾病发生发展中发挥着关键作用。Smad1的研究不仅有助于深入理解BMP信号通路的生物学功能,还为相关疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。
参考文献:
1. Karmokar, Priyanka Florina, Shabnaz, Samia, Aziz, Md Abdul, Mosaddek, Abu Syed Md, Islam, Mohammad Safiqul. . Variants of SMAD1 gene increase the risk of colorectal cancer in the Bangladeshi population. In Tumour biology : the journal of the International Society for Oncodevelopmental Biology and Medicine, 42, 1010428320958955. doi:10.1177/1010428320958955. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32921281/
2. Veiga, Glaucia, Alves, Beatriz, Perez, Matheus, Murad, Neif, Fonseca, Fernando. 2020. NGAL and SMAD1 gene expression in the early detection of diabetic nephropathy by liquid biopsy. In Journal of clinical pathology, 73, 713-721. doi:10.1136/jclinpath-2020-206494. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32184218/
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4. Wang, Zhi, Qiao, Xiao-Hui, Xu, Ying-Jia, Qiu, Hai-Yan, Yang, Yi-Qing. 2022. SMAD1 Loss-of-Function Variant Responsible for Congenital Heart Disease. In BioMed research international, 2022, 9916325. doi:10.1155/2022/9916325. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35281600/
5. Daems, Margo, Ponomarev, Ljuba C, Simoes-Faria, Rita, Zwijsen, An, Jones, Elizabeth A V. . Smad1/5 is acetylated in the dorsal aortae of the mouse embryo before the onset of blood flow, driving early arterial gene expression. In Cardiovascular research, 120, 2078-2091. doi:10.1093/cvr/cvae201. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39253943/
6. Nagata, Hiromi, Lyu, Jingya, Imachi, Hitomi, Ogawa, Yoshihiro, Murao, Koji. . AGEs inhibit scavenger receptor class B type I gene expression via Smad1 in HUVECs. In Journal of molecular endocrinology, 66, 223-231. doi:10.1530/JME-20-0177. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33638940/
7. Yang, Daming, Hou, Tieying, Li, Lei, Peng, Haixia, Jia, Hao. 2017. Smad1 promotes colorectal cancer cell migration through Ajuba transactivation. In Oncotarget, 8, 110415-110425. doi:10.18632/oncotarget.22780. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29299158/