NR4A孤兒核受體亞家族在代謝綜合征中的作用

張 池(綜述)，胡 吉，張朝云3(審校)

(1.揚州大學(xué)附屬興化人民醫(yī)院內(nèi)科，江蘇興化225700;2.蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院內(nèi)分泌科，江蘇蘇州215000;3.復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院內(nèi)分泌科，上海200040)

核受體超家族，如過氧化物酶體增殖物激活受體和肝臟X受體亞群等，參與協(xié)調(diào)血糖、血脂平衡，控制炎癥表達，根據(jù)這兩者及其配體開發(fā)的藥物已被運用至調(diào)節(jié)糖代謝、脂代謝中[1-2]。但目前尚有一組配體未知的核受體，稱為孤兒核受體，其中包括NR4A孤兒核受體亞家族——Nur77(NR4A1)、Nurr1(NR4A2)和NOR1(NR4A3)。NR4A三名成員之間具有高度同源性，他們以非配體依賴的轉(zhuǎn)錄因子為特征，可以被環(huán)境中的刺激信號快速誘導(dǎo)，行使早期反應(yīng)基因功能。該文將對NR4A受體的分子生物學(xué)、生理功能及其在糖代謝、脂代謝、胰島素敏感性調(diào)節(jié)中的作用進行闡述。

1 NR4A受體的分子生物學(xué)

所有的核受體超家族成員有共同的高度保守的分子結(jié)構(gòu):一個可變的N端區(qū)、一個中心DNA結(jié)合區(qū)(DNA binding domain，DBD)和一個連接DBD到C端可變而連續(xù)的配體結(jié)合區(qū)。其中最保守的區(qū)域是DBD，它包含兩個高度保守的鋅指結(jié)構(gòu)，能使蛋白錨靠在特異的DNA序列——激素反應(yīng)元件上;配體結(jié)合區(qū)則包含了一個配體依賴的反式結(jié)構(gòu)域AF-2。NR4A核受體亞家族的三個成員同樣包括上述共有的結(jié)構(gòu)組成，它們的DBD具有高度的同源性，其一致性達到了90%以上。

然而，對它們的配體結(jié)合區(qū)的進一步觀察發(fā)現(xiàn)，NR4A的配體結(jié)合區(qū)并非是經(jīng)典的核受體配體結(jié)合區(qū)的疏水性結(jié)構(gòu)，它們表現(xiàn)出顯著的親水性表面活性，其活性主要依賴于N端的非配體依賴的結(jié)構(gòu)域AF-1，而并非通過依賴配體結(jié)合產(chǎn)生，提示NR4A受體是主動性轉(zhuǎn)錄因子[3]。

NR4A受體被認(rèn)為是迅速的早期反應(yīng)基因，其表達水平在很大程度上決定其轉(zhuǎn)錄活性。多種細(xì)胞外刺激因素，包括分裂素、炎性刺激、細(xì)胞因子、肽類激素以及細(xì)胞應(yīng)激都能快速誘導(dǎo)NR4A受體的表達[4]。一旦被激活，NR4A核受體便可以單體形式結(jié)合到神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)克隆B反應(yīng)元件上誘導(dǎo)基因表達[5];此外，NR4A1和NR4A2可與視黃醇類X受體(retinoid X receptor，RXR)形 成 RXRoL/NR4A2、RXR/NR4A1等異源二聚體，通過9-順式維甲酸依賴途徑激活轉(zhuǎn)錄[6]。新的研究還發(fā)現(xiàn)，NR4A受體不僅能激活基因表達，還能通過誘導(dǎo)阻遏復(fù)合體抑制炎癥基因啟動子[7]。除了作為迅速的早期反應(yīng)基因，NR4A受體也受轉(zhuǎn)錄后修飾所調(diào)節(jié)，三種NR4A受體都會在多種激酶作用下于絲氨酸殘基上發(fā)生磷酸化，這些激酶包括絲裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇3-激酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、c-Jun氨基端激酶及核糖體S6蛋白激酶;例如NR4A1的DBD內(nèi)絲氨酸350位點和354位點發(fā)生磷酸化會抑制其轉(zhuǎn)錄活性;而絲氨酸105位點磷酸化會誘導(dǎo)RXRα/NR4A1二聚體出核，則可使NR4A1的轉(zhuǎn)錄活性下降[8-10]。除了磷酸化，所有NR4A受體均有泛素化修飾位點，如NR4A2的DBD內(nèi)賴氨酸91位點發(fā)生泛素化后，NR4A2的轉(zhuǎn)錄活性可通過協(xié)同作用而被抑制[11]。

綜上所述，NR4A受體轉(zhuǎn)錄活性并不依賴于配體，而主要依賴于受體本身的表達及其翻譯后修飾。

2 NR4A受體與糖代謝

在禁食和胰高血糖素刺激下，肝臟的三種NR4A受體誘導(dǎo)顯著增加，此外在糖尿病模型小鼠出現(xiàn)病理性糖異生時，肝臟的NR4A受體的表達量亦上升[12-14]。功能研究進一步表明，腺病毒過表達NR4A1可以使小鼠肝糖原合成及糖異生產(chǎn)量增加;值得一提的是，NR4A1過表達可以介導(dǎo)多個控制糖異生的基因，包括 G6pc、Fbp1、Fbp2及 enolase3，它們共同的特點是其啟動子是神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)克隆B反應(yīng)元件[13]。這項研究提供了NR4A受體調(diào)節(jié)糖異生作用的第一個實驗證據(jù)，并推測NR4A受體可能為激素刺激與其下游代謝相關(guān)基因表達的紐帶之一。

在骨骼肌中，NR4A受體可由生長因子、β腎上腺素能信號以及耐力運動誘導(dǎo)。在C2C12肌肉細(xì)胞中，利用腺病毒過表達NR4A1可以使參與糖代謝的基因表達增加;與此對應(yīng)的是，NR4A1基因剔除小鼠骨骼肌中，與糖利用相關(guān)基因的表達下降[15]。另外一項研究的結(jié)果也與此相符，高脂飲食喂養(yǎng)的NR4A1基因剔除小鼠的骨骼肌出現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4的低表達和胰島素信號的改變，其更易出現(xiàn)胰島素抵抗表現(xiàn)[16]。雖然目前尚無NR4A3基因剔除小鼠中糖代謝的研究，但在肌肉細(xì)胞中敲降NR4A3，調(diào)節(jié)脂肪酸氧化、丙酮酸使用的基因(過氧化物酶體增生物激活受體γ共激活因子1α/1β、lipin-1α、丙酮酸激酶脫氫酶磷酸酶1r/1c)顯著衰減，表明NR4A3在氧化代謝中可能扮演著不可或缺的角色[17]。除此以外，NR4A3還被證明可以促進脂肪細(xì)胞胰島素刺激的葡萄糖攝取，增強胰島素信號和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4轉(zhuǎn)位[18]。另一個有趣的實驗結(jié)果顯示，將“高運動能力”小鼠伸趾長肌中的NR4A3表達與“低運動能力”小鼠相比，前者表達量更高，提示NR4A3可能與代謝相關(guān)[19]。

綜合以上幾點，可以知道NR4A受體在糖代謝和氧化作用扮演著重要角色。

3 NR4A受體與脂代謝

越來越多的證據(jù)表明，NR4A受體的三個成員可參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的各個方面，如脂肪分化等[20]。Maxwell等[21]認(rèn)為，NR4A1在肌肉組織中對脂質(zhì)合成起到了促進作用，而Pols等[22]則發(fā)現(xiàn)腺病毒過表達的NR4A1通過下調(diào)脂肪合成調(diào)節(jié)基因固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(sterol response element-binding protein 1c，SREBP1c)活性，使小鼠血漿中高密度脂蛋白下降，而低密度脂蛋白上升，最終導(dǎo)致小鼠脂代謝功能紊亂，即NR4A1對小鼠肝臟中的脂質(zhì)代謝及血漿中脂蛋白表達譜有調(diào)節(jié)作用。另一方面，高脂飲食喂養(yǎng)的NR4A1基因剔除小鼠中SREBP1c活性增加，同時出現(xiàn)肝脂肪變性，但在該研究中，Wan等[23]并未闡明NR4A1是直接作用于SREBP1c的基因表達。而Chao等[16]更傾向于認(rèn)為這種脂代謝異常是繼發(fā)于高胰島素血癥。

在3T3-L1前脂肪細(xì)胞上的實驗中，Au等[24]將通過小RNA分子載體過表達NR4A受體，并未發(fā)現(xiàn)顯著脂肪合成增加或顯著的脂肪堆積。Chao等[16]認(rèn)為雖然在骨骼肌和脂肪細(xì)胞中NR4A受體可能對代謝有重要作用，但這種作用可能并非不可或缺的。但在另一個3T3-L1前脂肪細(xì)胞上的實驗中，Chao等[20]通過過表達 NR4A 受體(NR4A1、NR4A2 和NR4A3三者均有)發(fā)現(xiàn)，脂肪細(xì)胞的分化過程顯著加快，尤其是NR4A1對其分化的影響區(qū)趨于穩(wěn)定。Fumoto等[24]通過觀察3T3-L1細(xì)胞分化過程中的NR4A1 mRNA和蛋白的表達發(fā)現(xiàn)，NR4A1可以在分化的初始階段迅速出現(xiàn)mRNA和蛋白水平的表達增加，進一步影響細(xì)胞周期蛋白D和E的表達，最終使3T3-L1前脂肪細(xì)胞向脂肪細(xì)胞分化加快?？梢?，NR4A受體可能主要通過抑制3T3-L1細(xì)胞的有絲分裂而影響其分化，但具體機制尚待進一步研究發(fā)現(xiàn)。

除此以外，NR4A受體還與其他影響脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有交叉，如NR4A2和NR4A1與Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[7，26]和糖皮質(zhì)激素受體[27]有相互交錯的關(guān)系，后兩者被認(rèn)為是在脂肪合成過程中有重要作用[28-29]。

4 NR4A受體與能量代謝平衡

棕色脂肪組織通過解偶聯(lián)蛋白(uncoupling protein，UCP)的解偶聯(lián)線粒體呼吸的作用，在參與產(chǎn)熱的器官中發(fā)揮著重要作用，從而影響全身能量代謝平衡。Ijiri等[30]研究表明，冷暴露的情況下NR4A受體表達均可被誘導(dǎo)，而在棕色脂肪細(xì)胞的β腎上腺素能刺激誘導(dǎo)下NR4A1表達顯著上升。Kanzleiter等[31]報道，棕色脂肪中NR4A1可以抑制UCP-1基因啟動子啟動，但在NR4A1基因剔除小鼠中，UCP-1的表達并無顯著改變，提示這種抑制不是直接作用于UCP-1基因啟動子上的。另一方面，NR4A3可以通過神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)克隆B反應(yīng)元件位點與 UCP-1啟動子結(jié)合，從而上調(diào) UCP-1基因表達[32]。NR4A1與NR4A3兩者在UCP-1表達上的不同表現(xiàn)，可能正是因為作用靶點不同。此外，冷刺激下過表達NR4A基因的骨骼肌細(xì)胞中的氧化肌纖維和線粒體DNA含量增加，提示NR4A受體參與骨骼肌的氧化代謝和線粒體活性的調(diào)控[33-34]。

NR4A3轉(zhuǎn)基因鼠的肌肉組織中，葡萄糖耐量、氧消耗、運動耐力均有顯著改善，提示NR4A3在肌肉等重要組織的生理功能和代謝能力中起著某種協(xié)調(diào)作用[35]。在嚴(yán)格控制飲食的棕色挪威大鼠肝臟及大腦中三個NR4A受體表達及其靶基因(UCP-3、磷酸腺苷激活性蛋白激酶γ3、過氧化物酶體增生物激活受體γ共激活因子1α/1β)表達均上升[15]，在小鼠第三腦室中注射NR4A3，可以發(fā)現(xiàn)小鼠攝食顯著減少，伴隨著體質(zhì)量下降，提示NR4A受體可能通過影響攝食中樞調(diào)節(jié)飲食，進而影響糖代謝、脂代謝及胰島素敏感性[36]。

5 展望

代謝綜合征是一組以肥胖和脂代謝異常、血糖代謝異常和血壓升高等多種代謝異常為特征的綜合征。非配體依賴性的孤兒核受體NR4A核受體亞群是一組早期反應(yīng)基因，其蛋白產(chǎn)物可被多種代謝刺激所誘導(dǎo)，其與代謝綜合征各個組分之間均有密切關(guān)聯(lián)。然而，NR4A受體在代謝中的作用及其機制尚無定論，甚而有些結(jié)果大相徑庭;三種NR4A受體在相同細(xì)胞、組織中作用的異同并存及其機制，都有待進一步研究。盡管NR4A受體調(diào)節(jié)的靶基因、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等尚不明確，但各種基因定位的動物模型的運用，將為進一步揭示代謝綜合征致病基因等提供新的可能。更重要的是，如果能找到NR4A受體靶基因并闡明其機制，可對認(rèn)識代謝綜合征的發(fā)生、發(fā)展有重要意義。除此之外，對于基因靶點及其信號轉(zhuǎn)錄等機制的闡明，將會有巨大的藥理學(xué)價值，對預(yù)防和治療代謝綜合征起到推動作用。

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