Hpcal4，也称为Hippocalcin-like 4，是神经钙传感蛋白家族的一员。这些蛋白质在神经系统中广泛表达，其活性对于多种细胞过程至关重要，包括在脊髓水平上传递痛觉信号。Hpcal4在浅背角（SDH）的中间神经元中高度表达，其表达水平在TR4突变小鼠模型中显著下调，该模型由于兴奋性中间神经元的丧失而表现出明显的痛觉和瘙痒缺陷[1]。这表明Hpcal4可能对TR4突变小鼠的行为表型有贡献。然而，当研究人员在一系列急性和持续性疼痛和瘙痒测试中调查Hpcal4全局缺失的行为后果时，他们发现除了在急性基线热反应中略有减少外，Hpcal4缺失小鼠在正常条件下或组织或神经损伤的情况下没有表现出疼痛或瘙痒反应的重大缺陷。这些结果表明，神经钙传感器Hpcal4可能对疼痛和瘙痒处理的影响有限[1]。

除了在疼痛和瘙痒处理中的作用外，Hpcal4还在其他神经系统中发挥作用。例如，恐惧条件反射可以诱导外侧杏仁核（LA）中独特的基因表达模式。在一项研究中，研究人员使用寡核苷酸微阵列监测了大鼠在配对训练（其中音调与足部电击同时发生）或未配对训练（其中音调与足部电击以非重叠的方式呈现）后LA中的基因表达。配对方案一致地导致听觉恐惧条件反射记忆的形成，而未配对方案则不会。在训练后5小时内，当配对组与未配对组进行比较时，编码与边缘系统相关膜蛋白（Lsamp）、驱动蛋白重链成员2（Kif2）、N-乙基马来酰亚胺敏感融合蛋白（NSF）和Hpcal4蛋白的基因表达在配对组中更高。这些基因编码的蛋白质调节神经元轴突形态（Lsamp、Kif2）、突触前囊泡循环和释放（Hpcal4和NSF）以及突触中AMPA受体的维持（NSF）。定量实时PCR（qPCR）显示，Kif2和Lsamp在恐惧条件反射后数小时表达，而Hpcal4仅在配对刺激后5小时才被诱导。这些结果表明，恐惧条件反射在LA中诱导了独特的分子途径的激活，这些分子途径参与调节突触传递和轴突形态，与非联想刺激不同[2]。

除了神经系统，Hpcal4还在其他组织中表达。例如，在一项对藏黑鸡全基因组测序的研究中，研究人员分析了藏黑鸡的选择信号，并发现了与种质特性相关的基因。他们使用全基因组测序（WGS）来识别藏黑鸡基因组中的单核苷酸多态性（SNP）标记和遗传结构。进一步，他们在这项研究中获得的全基因组数据与从NCBI数据库（GenBank accession number PRJNA241474）获得的五个野生红原鸡（RJFs）的全基因组数据进行了比较人口基因组学分析。然后，他们使用Fst和Pi选择来识别藏黑鸡基因组中正选择下的基因。他们在藏黑鸡中发现了9,490,690个SNPs。此外，基因本体（GO）分析的结果显示，TBCs中有732个基因富集在总共210个GO术语中，具有特定的分子功能，如调节细胞分解代谢过程、MAPK信号通路、调节离子运输、生长、形态发生和肺泡发育，这可能为TBCs提供更好的机制来促进氧气的运输和利用。此外，KEGG分析的结果显示，TBCs中有732个基因显著富集在钙信号通路、昼夜节律（ADCY1、GNG7和PER3）、催产素信号通路和多神经退行性疾病途径中。此外，还发现CD86抗原（CD86）是一种与鸡的免疫反应相关的基因。还发现，TRIT1、HPCAL4、NT5C1A和HEYL等基因在藏黑鸡的23号染色体上被发现受到选择。这些基因可能与藏黑鸡的地方适应特征有关，例如，NT5C1A和HEYL可能参与藏黑鸡中氧输送的高海拔适应。总之，他们发现选择主要影响藏黑鸡的疾病抵抗力和寒冷适应能力。因此，这些结果可能为藏黑鸡的进化和育种提供重要的遗传信息[3]。

Hpcal4还在癌症的发生和发展中发挥作用。例如，在一项关于胶质母细胞瘤（GBM）的研究中，研究人员发现基因表达水平与预后相关，并且某些基因可以用来预测GBM患者的生存风险。他们从基因表达综合数据库（GEO）和癌症基因组图谱（TCGA）数据库中收集了基因表达数据和临床信息。他们进行了Cox回归分析和LASSO-Cox回归分析，以获得与生存相关的基因并建立总体生存预测模型。ROC曲线和Kaplan-Meier分析用于评估模型在训练集和两个独立队列中的预测能力。他们还通过GO和KEGG富集分析分析了与生存相关的基因的生物学功能。他们确定了99个与总体生存相关的基因，并选择了16个基因（IGFBP2、GPRASP1、C1R、CHRM3、CLSTN2、NELL1、SEZ6L2、NMB、ICAM5、HPCAL4、SNAP91、PCSK1N、PGBD5、INA、UCHL1和LHX6）来建立生存风险预测模型。多变量Cox回归分析表明，风险评分可以预测总体生存，独立于年龄和性别。ROC分析表明，他们的模型比四个现有的标记更稳健。这16个基因也可以是潜在的转录组生物标志物，该模型可以帮助医生在GBM患者的临床决策和个性化治疗中发挥作用[4]。

除了在神经系统中的表达外，Hpcal4还在其他组织中表达，包括乳腺上皮细胞。在一项关于尼古丁诱导的癌症发展的研究中，研究人员使用Illumina®下一代测序（NGS）技术来获得对正常上皮细胞（MCF-10A）中尼古丁暴露的转录组的无偏生物学见解。他们使用三倍数目的对照和尼古丁应激细胞的表达数据，生成了54,699个转录物的表达数据。结果，他们发现了138个差异表达转录物，包括39个未表征基因。此外，他们还发现了173个主要与DNA复制、重组和修复相关的转录物，这些转录物显示出选择性剪接的证据。他们发现HPCAL4（上调4.71倍）和NPAS3（下调-2.73倍）在尼古丁应激中表现出最大的反应；这两个基因以前并未被证明与尼古丁暴露有关，但与癌症有关。他们还发现了NEAT1（lncRNA）的显著下调（-2.3倍）和选择性剪接，这可能与一个重要但尚未发现的调节作用有关。基因本体分析显示，尼古丁暴露影响了参与细胞和代谢过程的基因。这项研究揭示了尼古丁应激对正常乳腺上皮细胞转录组以前未知的后果，并为尼古丁对正常细胞的基本生物学影响提供了见解，为未来的研究奠定了基础[5]。

除了在癌症中的作用外，Hpcal4还在其他生物学过程中发挥作用，包括染色体臂1p的微小变化。在一项关于小细胞肺癌细胞的研究中，研究人员构建了一个由642个有序和指纹验证的细菌人工染色体克隆组成的阵列，这些克隆跨越了从1p11.2到p36.33的1p臂的120兆碱基（Mb）。他们使用这个臂特异性阵列在亚兆碱基分辨率下分析了15个小细胞肺癌细胞系中的1p臂。在识别的遗传变化中，出现了两个复发性扩增区域。它们在至少45%的样本中被检测到：1p34.2-p34.3的一个580 kb区域和一个1p11.2的270 kb区域。他们通过使用Affymetrix寡核苷酸阵列和半定量逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）分析这些区域中基因的RNA表达，进一步定义了这些基因组扩增的潜在重要性。他们的数据揭示了基因HEYL、HPCAL4、BMP8、IPT和RLF的过度表达，这与基因组的扩增相一致[6]。

除了在癌症中的表达外，Hpcal4还受到转录调控。例如，在一项关于神经钙传感器蛋白家族的神经元视觉素样亚家族的启动子调控的研究中，研究人员分析了VSNL1（基因名VSNL1）的启动子和其调控。他们从其5'末端截断了VSNL1启动子（VP-1998）的近端2 kb VSNL1启动子，发现最后3'末端100 bp启动子片段保持了与VP-1998相似的启动子活性，因此被称为VSNL1最小启动子。当从最小启动子中删除5'末端50 bp时，活性急剧下降，这表明被删除的50 bp包含了一个对启动子活性至关重要的潜在顺式作用元件。通过删除和位点定向诱变，结合VSNL1启动子的in silico转录因子结合分析，他们确定了核呼吸因子（NRF）-1/α-PAL是调节VSNL1最小启动子活性的主要参与者。使用显性负NRF-1过表达和NRF-1小干扰RNA敲低进一步证实了NRF-1的功能。电泳迁移率变动分析（EMSA）和染色质免疫沉淀（ChIP）提供了NRF-1直接结合到VSNL1启动子上的证据。NRF-1结合位点的甲基化被发现可以调节VSNL1启动子活性。他们的结果进一步表明，NRF-1可能是其他神经视觉素样亚家族成员（包括HPCAL4、HPCAL1、HPCA和NCALD）基因表达的一个调节因子[7]。

除了在转录调控中的作用外，Hpcal4还与其他生物活性分子相互作用。例如，在一项关于酵母表面cDNA展示和深度测序的研究中，研究人员使用结合酵母表面cDNA展示和深度测序技术的方案来识别直接与神经酰胺结合的新蛋白质。他们确定了234个候选神经酰胺结合蛋白片段，并验证了20个的结合。大多数（17个）选择性地结合到神经酰胺上，尽管少数（3个）也结合到其他脂质上。他们发现了几个新的神经酰胺结合结构域，包括EF手钙结合基序、热休克伴侣蛋白结合基序STI1、SCP2甾醇结合域和四肽重复区域基序。有趣的是，他们验证了4个神经酰胺结合蛋白（HPCA、HPCAL1、NCS1和VSNL1）和3个候选神经酰胺结合蛋白（NCALD、HPCAL4和KCNIP3）属于包含EF手的神经钙传感器蛋白家族。他们使用诱变映射了HPCA中的神经酰胺结合位点，并创建了一个不与神经酰胺结合的突变体HPCA。他们通过哺乳动物细胞产生的野生型HPCA而不是突变体HPCA的特异性结合到神经酰胺来证明选择性地结合到神经酰胺。令人惊讶的是，他们还从前列腺素D2合成酶中识别了一个片段，该片段优先结合到神经酰胺1-磷酸上。能够结合到神经酰胺的蛋白质和结构域的广泛多样性表明，神经酰胺的许多信号功能可能是由这些蛋白质的直接结合来调节的。基于深度测序数据，他们估计他们的酵母表面cDNA展示库涵盖了约60%的人体蛋白质组，他们的选择/深度测序方案可以识别在起始库中存在频率极低的靶相互作用蛋白片段。因此，酵母表面cDNA展示/深度测序方法是一种快速、全面、灵活的分析蛋白质-配体相互作用的方法，特别是对于非蛋白质配体的研究[8]。

除了在转录调控和蛋白质-配体相互作用中的作用外，Hpcal4还在其他生物学过程中发挥作用，包括下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴的调节。在一项关于小鼠GnRH神经元中离子通道和钙稳态基因表达的研究中，研究人员假设在动情前期，性腺激素环境的变化会改变GnRH神经元的生理特性，并有助于GnRH脉冲的发展。因此，他们分别从完整的、动情前期的和动情后期的GnRH-GFP转基因小鼠中收集了GnRH神经元的基因表达谱。动情前期改变了37个离子通道基因和8个钙稳态调节基因的表达。电压门控钠通道对三种α亚基（Scn2a1、Scn3a和Scn9a）的上调做出了反应。在电压门控钾通道类别中，Kcna1、Kcnd3、Kcnh3和Kcnq2被上调，而其他（Kcna4、Kcnc3、Kcnd2和Kcng1）则下调。动情前期也对内向整流钾通道亚基的表达产生了影响，表现为Kcnj9和Kcnj10基因的表达增强，而Kcnj1、Kcnj11和Kcnj12亚基基因的表达下调。两孔域钾通道也显示出差异表达，Kcnk1上调，而三个亚基基因（Kcnk7、Kcnk12和Kcnk16）的表达减少。氯通道的改变涉及电压门控（Clcn3和Clcn6）和细胞内（Clic1）亚型。关于电压门控钙通道的α-1孔形成亚基，两个（Cacna1b和Cacna1h）被上调，而Cacna1g则下调。辅助亚基也被差异调节（Cacna2d1、Cacna2d2、Cacnb1、Cacnb3、Cacnb4、Cacng5、Cacng6和Cacng8）。此外，RyR1基因下调，而瞬时受体电位阳离子通道（Trpm3）基因表达增强。编码调节细胞内钙稳态蛋白的基因的表达也受到影响（Calb1、Hpca、Hpcal1、Hpcal4、Cabp7、Cab39l和Cib2）。动情前期GnRH神经元中离子通道蛋白编码基因的差异表达表明，性腺激素环境的变化有助于重塑GnRH神经元的各种离子通道，这可能是GnRH神经元细胞活性增强和随后的神经激素脉冲释放的前提[9]。

除了在HPG轴中的作用外，Hpcal4还在其他生物学过程中发挥作用，包括胶质母细胞瘤多形性（GBM）。在一项关于GBM核心基因和潜在靶点筛选的研究中，研究人员通过重新分析来自GEO的GBM数据集GSE90598、来自TCGA的GBM数据集TCGA-GBM和LGG数据集TCGA-LGG，筛选出了差异表达基因（DEGs）。他们发现了150个交错的DEGs，其中48个上调，102个下调。这些来自GSE90598数据集的DEGs使用过表示方法进行了富集，并且多个富集的基因本体（GO）功能术语与神经细胞信号传导显著相关。GBM和LGG之间的DEGs通过基因集富集分析（GSEA）进行分析，显著富集的京都基因和基因组百科全书（KEGG）途径涉及突触信号和催产素信号通路。然后，他们构建了一个蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络来评估由DEGs编码的蛋白质之间的相互作用。MCODE从PPI网络中鉴定了2个模块。模块1中最高度数的11个基因被指定为核心分子，即GABRD、KCNC1、KCNA1、SYT1、CACNG3、OPALIN、CD163、HPCAL4、ANK3、KIF5A和MS4A6A，这些基因主要富集在离子信号传导相关途径中。GSE83300数据集的生存分析验证了这11个核心基因的表达水平与生存之间的显著相关性。最后，通过超几何检验评估了GBM核心分子和DrugBank数据库，以确定10种与癌症和神经精神疾病相关的药物，包括四氯代十氧化碳。进一步的研究需要探索这些核心基因在诊断、预后和靶向治疗中的潜在性，并解释离子信号传导相关途径、神经精神疾病和神经胶质瘤之间的关系[10]。

综上所述，Hpcal4是一种重要的神经钙传感器蛋白，在多种生物学过程中发挥作用，包括神经系统、生殖系统和癌症。Hpcal4在疼痛和瘙痒处理中的作用有限，但在恐惧条件反射、HPG轴调节和癌症发生和发展中发挥着重要作用。此外，Hpcal4还受到转录调控，与其他生物活性分子相互作用，并在离子通道和钙稳态调节中发挥作用。Hpcal4的研究有助于深入理解其在生物学功能和疾病发生机制中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。