核因子和核受體調(diào)控細胞色素P450酶系的研究進展*

賈金雪， 薛永志

(包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014060)

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核因子和核受體調(diào)控細胞色素P450酶系的研究進展*

賈金雪， 薛永志

(包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014060)

細胞色素P450(cytochrome P450，CYP)作為最重要的Ⅰ相代謝酶，參與了許多內(nèi)源和外源的化合物的代謝，在調(diào)節(jié)機體與外界環(huán)境的相互作用以及保持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中起重要的作用。近年來，核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)和核受體(nuclear receptor，NR)在CYP酶系調(diào)控中的作用機制尚未明確，因此，對核因子和核受體的研究已經(jīng)成為分子藥理學(xué)領(lǐng)域和免疫藥理學(xué)領(lǐng)域里研究的熱點問題[1]。目前，已有許多關(guān)于NF-κB參與CYP調(diào)控轉(zhuǎn)錄機制的研究，這些機制大致分為兩個部分[2]，首先，通過NF-κB和許多參與CYP調(diào)控的NR之間的相互抑制作用來調(diào)控CYP基因的表達[3]。其次，在CYP基因的啟動區(qū)域上，通過與NF-κB的應(yīng)答元件結(jié)合，直接調(diào)控CYP基因的表達。然而，還有第三種機制，而這種機制卻總是被忽略，那就是通過對酶中的血紅素或者蛋白成分的穩(wěn)定性的影響，研究NF-κB對CYP酶系的活力的影響[4]。綜上所述，NF-κB是通過這三種機制對CYP的表達和活力進行調(diào)控的。本文就NF-κB和NR之間的相互作用在CYP調(diào)控中的地位做一綜述。

1.1 NF-κB和芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor，AhR) AhR作為一類配體激活性受體，活化后與配體進入核內(nèi)形成芳香烴受體/芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(aryl hydrocarbon receptor /Ah receptor nuclear translocator，AhR/Arnt)復(fù)合物，并迅速結(jié)合于相應(yīng)基因(CYP1A1)5＇區(qū)的外源物反應(yīng)元件(即CYP1A1增強子)上，通過AhR羧基端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域與其他轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，激活CYP1A1的轉(zhuǎn)錄及其他相關(guān)基因的表達。AhR調(diào)控的多種CYP基因的表達中主要包括CYP1家族中的成員CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1，此外還有CYP2S1。一般認為一些能夠活化NF-κB的炎性刺激能夠抑制AhR。因此，我們可以推測NF-κB在抑制AhR調(diào)控基因方面的作用有著重要的作用。目前，提出了很多NF-κB抑制AhR信號通路的作用機制。一種可能性是AhR和NF-κB中的RelA形成了一個沒有活性的化合物，并阻止了AhR轉(zhuǎn)移進入細胞核內(nèi)或者結(jié)合到異源性應(yīng)答元件(xenobiotic responsive element，XRE)上。然而，Doctor Zordoky[1]提出質(zhì)疑，原因是AhR結(jié)合到啟動子的區(qū)域上是不受由電泳遷移率分析得到的NF-κB的活化所影響的。另一種可能性是通過誘導(dǎo)一個含有芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(Ah receptor nuclear translocator，Arnt)并且能夠與AhR競爭配體的異二聚體，即AhR抑制物，然而，這一機制也受到了質(zhì)疑，原因就在于僅僅在2 h以內(nèi)，NF-κB的活化就可能抑制CYP1A1的轉(zhuǎn)錄，而AhR抑制劑的活化可能需要更長的一段時間才能發(fā)生。因此，大多數(shù)的研究比較支持的一個機制就是由于p300/CBP 和SRC-1的共激活因子的轉(zhuǎn)錄，配體AhR-Arnt復(fù)合物和RelA之間存在的競爭關(guān)系。

1.2 NF-κB和組成型雄甾烷受體(constitutive androstane receptor，CAR) CAR和視黃醇X受體(retinoid X receptor ，RXR)的異二聚體化合物能夠結(jié)合到一系列的核受體的結(jié)合位點上。這些結(jié)合位點在CYP2B6、CYP2C9、CYP3A4等主要的CYP亞型中都存在。而且，CAR還能夠調(diào)控CYP還原酶的表達。在正常肝細胞中CAR處于無活性狀態(tài)，當接觸苯巴比妥時，經(jīng)過磷酸化依賴機制，CAR 從細胞漿轉(zhuǎn)移到細胞核(此過程稱為易位)[5]。CAR與抑制性雄甾烷結(jié)合能力降低，然后CAR再與RXR組成異二聚體，通過與孕烷X受體反應(yīng)元件(pregnane X receptor responsive element，PBRE)結(jié)合激活CYP2B的表達。盡管還沒有證據(jù)表明苯巴比妥是否直接與CAR 結(jié)合，但苯巴比妥誘導(dǎo)的CAR易位確實導(dǎo)致了細胞核CYP2B6基因轉(zhuǎn)錄的增加。CAR還可以激活CYP3A4 基因上游區(qū)的PXRE的ER6和DR3序列，啟動其轉(zhuǎn)錄。有很多報道證實了NF-κB在CAR調(diào)控中的作用。首先，白細胞介素-6(interleukin -6，IL-6)或者脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)以及NF-κB的激活劑增多后，CAR的表達就會減少。另外，在人CAR啟動子與熒光素酶受體基因相關(guān)聯(lián)的研究中表明，在轉(zhuǎn)錄水平上，LPS和白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)抑制了CAR基因的表達。因此，通過抑制糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)，由LPS或者IL-1β介導(dǎo)的CAR的表達也受到抑制，在這一過程中NF-κB的活化是必須的?？傊?，NF-κB通過其在CAR調(diào)控中的作用，能夠間接的調(diào)控很多CYP基因的表達。

1.3 NF-κB和孕烷X受體(pregnane X receptor，PXR) PXR表達的組織特異性分布和CYP3A是相似的。PXR或者它的人同源類固醇X受體主要調(diào)控CYP3A基因的表達。PXR經(jīng)配體活化后形成受體-配體復(fù)合物，然后與RXR形成異二聚體，最后作用于CYP3A基因啟動子上的外源性化合物反應(yīng)組件，促進CYP3A轉(zhuǎn)錄，PXR對CYP3A的調(diào)節(jié)可呈現(xiàn)誘導(dǎo)或抑制，這可能與PXR的配體相關(guān)?；罨蟮腜XR可以使下游的CYP3A、CYP2C、MDr-1及MRP-2等的基因表達均明顯上調(diào)。但值得一提的是，敲除PXR的大鼠做同樣處理后，上述的基因表達未發(fā)生明顯改變。通過基因敲除實驗同樣可以證實，利福平誘導(dǎo)CYP2C9的主要結(jié)合位點也是PXR反應(yīng)組件，所以PXR參與了CYP2C9的誘導(dǎo)，而這一位點也是CAR的反應(yīng)組件。紫杉醇可以激活PXR并誘導(dǎo)肝細胞CYP2C8和CYP3A4的表達，在人肝細胞中，PXR還可以調(diào)控CYP2B6和CYP1A2的表達。有很多NF-κB和PXR信號通路之間相互抑制作用的相關(guān)真實報道。首先被提出來的機制就是通過抑制PXR基因表達，引起在給老鼠注射LPS以后的CYP3A和CYP2B基因的表達降低，并伴隨著一個明顯的肝臟中PXR和CAR轉(zhuǎn)錄水平的降低。然而，對這一機制的說法不一，在腸內(nèi)細胞中，類固醇X受體(steroid X receptor，SXR)基因的表達是不受腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的影響，并且在人的原代肝細胞或腸細胞內(nèi)下調(diào)CYP3A4在轉(zhuǎn)錄水平的表達，并不伴有SXR表達的改變。此外，PXR-RXRα異源二聚體結(jié)合到CYP3A4的啟動子是被NF-κB抑制的，NF-κB抑制了PXR介導(dǎo)熒光素酶受體基因的活性。因此，第二個提出的機制就是抑制共激活因子的表達。TNF-α能夠顯著減少核受體共激活因子SRC-1和SRC-2的表達，限制PXR介導(dǎo)的反式激活。第三種機制是通過抑制NF-κB對RXR的作用，RXR與PXR是共同二聚體。綜上所述，NF-κB 對PXR調(diào)控基因的抑制效應(yīng)非常有可能是通過不同的機制來實現(xiàn)的。NF-κB的活性通過其對PXR的抑制效應(yīng)，能夠間接的抑制CYP2B、CYP2C和CYP3A的作用。

1.4 NF-κB和GR 在1995年曾經(jīng)證明了糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid，GC)可以增加IκBα的表達，將NF-κB保留在細胞質(zhì)中，使它不能轉(zhuǎn)位到細胞核內(nèi)發(fā)揮作用。然而，后續(xù)的研究又提出另外一個GC抑制NF-κB的機制。糖皮質(zhì)激素受體突變分析和配體結(jié)合研究的結(jié)果，表明激素誘導(dǎo)的IκBα合成和抑制NF-κB活性分屬不同的生化過程。除此之外，各種抑制NF-κB的機制已經(jīng)得到實驗證明。包括NF-κB與核內(nèi)GC占據(jù)的受體之間直接的物理作用；p65與相關(guān)的蛋白激酶A催化(protein kinase A catalytic，PKAc)亞單位的分離；RNA聚合酶磷酸化的抑制；通過募集組蛋白脫乙?；?抑制NF-κB相關(guān)的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性。這些機制可能不是阻斷NF-κB的核轉(zhuǎn)位，而是抑制它反式激活前炎癥因子表達的能力?？傊珿C抗炎作用的分子機制是抑制NF-κB，這個結(jié)論已經(jīng)得到動物實驗的支持。GR在CYP調(diào)控中的作用一直備受爭議。20多年來，雖然GC例如地塞米松，是CYP3A在轉(zhuǎn)錄水平上的誘導(dǎo)劑。但是，CYP3A啟動子的克隆序列不能結(jié)合到GR上。而且，CYP3A的基礎(chǔ)表達并不能受到小鼠GR的影響。先前的研究表明，地塞米松干預(yù)能夠?qū)е翯R介導(dǎo)的PXR或者CAR的表達增加，而PXR或者CAR能夠引起CYP3A4的轉(zhuǎn)錄[6]。此外，如果有地塞米松的刺激，GR能夠結(jié)合到CAR的啟動區(qū)域。然而，PXR的作用受到了質(zhì)疑，因為通過單對堿基配對，GC介導(dǎo)的CYP3A4的誘導(dǎo)是降低的，這個堿基對在PXR介導(dǎo)的CYP3A4的誘導(dǎo)中是無效的。最近的研究表明，通過GC和PXR激動劑誘導(dǎo)的CYP3A4是GR活化所必須的。與CYP3A4相似的是，地塞米松有可能使由幾個PXR配體誘導(dǎo)的CYP2B6表達。然而，當單獨給予某一種配體時，卻并不能增加CYP2B6的表達。此外，糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件經(jīng)鑒定在CYP2C9啟動子的調(diào)控區(qū)域上。總之，GR參與了很多的CYP亞型的調(diào)控。NF-κB的活化能夠抑制GR的轉(zhuǎn)錄。由于GR和NF-κB之間的生理性相互作用，GR的轉(zhuǎn)錄活性能夠被RelA特異性抑制。體內(nèi)研究也表明了GRα和NF-κB之間可以生理性的結(jié)合。此外，p300/CBP或者SRC-1的功能是在GR和NF-κB的通路中作為共激活因子。因此，在已經(jīng)觀察到的相互作用中，NF-κB和GR對共激活因子的競爭可能是另一個潛在的機制[7]。

1.5 NF-κB和過氧化物酶體增殖活化受體(peroxisome proliferator activated receptor，PPAR) PPAR在核內(nèi)和RXR形成二聚體而存在，并同進入核內(nèi)的配體結(jié)合構(gòu)成PPAR-RXR異二聚體而活化，繼而結(jié)合于位于靶基因轉(zhuǎn)錄起始位點上游的PPAR應(yīng)答區(qū)域(peroxisome proliferator response elements，PPREs)，即RNA聚合酶，激活靶基因進行轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)生重要的調(diào)節(jié)基因表達的作用[8]。研究表明CYP4A基因是通過PPAR調(diào)控的，其可能也會被一些過氧化物酶體增殖子比如氯貝丁酯所誘導(dǎo)[9]。PPAR可通過與輔助抑制因子結(jié)合并維持其穩(wěn)定性參與基因的反向調(diào)節(jié)[10]。黃穎等[11]的研究提示，PPAR可能在轉(zhuǎn)錄后水平對NF-κB有抑制作用。鞏鵬等人的研究表明PPAR對NF-κB的負性調(diào)節(jié)作用被抑制，導(dǎo)致了NF-κB激活。然而，PPARα和RelA之間的一個直接的蛋白與蛋白間的相互作用提示PPARα能夠介導(dǎo)NF-κB信號肽應(yīng)答。我們推測蛋白與蛋白間的相互作用可能也會導(dǎo)致NF-κB介導(dǎo)的PPARα信號肽的應(yīng)答[12]。

1.6 NF-κB和RXR RXR作為一個共配體，它能夠和其他的核受體形成異二聚體。與RXR形成的異二聚體是結(jié)合和活化PXR、CAR、PPAR必不可少的一步。由此可見，RXR在CYP的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要的作用[13]。NF-κB和RXR直接的生理性相互作用可能參與到了兩個轉(zhuǎn)錄因子的相互抑制作用中。在LPS干預(yù)的情況下，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯的機制，NF-κB的活化降低了RXR亞型的轉(zhuǎn)錄水平[14]。

1.7 NF-κB與肝X受體(liver X receptor，LXR) LXR被內(nèi)源性配體氧化固醇或人工合成配體激活后，需與RXR結(jié)合形成異二聚體,才具有轉(zhuǎn)錄因子活性，LXR/RXR異二聚體通過與靶基因中稱為肝X受體反應(yīng)應(yīng)答元件(liver X receptor responsive element，LXRE)的特定核苷酸序列結(jié)合而調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。而在基礎(chǔ)狀態(tài)下，LXR/RXR與共抑制子相結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄啟動，當體內(nèi)配體濃度達到一定量時，可通過改變異二聚體空間構(gòu)象使共抑制子與之解離，啟動基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄，隨后，各種共激活子將被招募并與LXR/RXR形成復(fù)合物，進一步推動LXR對靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控進程，這一正向轉(zhuǎn)錄調(diào)控進程可因LXR去乙?；?，進入泛素化蛋白酶體途徑降解而終止[15]。CYP7A被認為是LXR的第一個靶基因。CYP7A1是膽汁酸的經(jīng)典合成途徑中的限速酶，當肝細胞中有過多的氧化固醇時，由于氧化固醇是LXR的配體，所以就會激活LXR，從而上調(diào)CYP7A1的表達，因此，膽固醇能夠?qū)YP7A進行正性調(diào)節(jié)。但是值得一提的是，人類的情況與此不同，人CYP7A1中缺乏LXRE，因而并不受氧化固醇的影響，也就是說在人的肝細胞在高膽固醇飲食的刺激時并不能上調(diào)CYP7A1的表達。在性腺甾體激素合成過程中，卵泡膜細胞內(nèi)膽固醇在CYP11A1作用下合成孕烯醇酮，而使其活化的配體均為LXR 激動劑。LXR激動劑可以抑制一系列炎癥介質(zhì)的表達，這與LXR抑制NF-κB的表達有關(guān)。同時，LXR的表達受到小鼠腎臟中LPS以及人的近曲小管和肝細胞的IL-1β和TNF-α的抑制。由此可見，NF-κB的活化表明在體內(nèi)和體外都能夠抑制法尼酯衍生物X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)介導(dǎo)的基因表達。

1.8 NF-κB與FXR 在1999年，研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸能夠激活FXR，膽汁酸既是CYP7A1的酶促催化反應(yīng)產(chǎn)物，又對CYP7A1的表達具有負反饋調(diào)節(jié)作用。當細胞內(nèi)膽汁酸的濃度增加時，就能使膽汁酸結(jié)合至FXR 配體結(jié)合區(qū)并激活FXR靶基因SHP的轉(zhuǎn)錄，SHP能與LRH-1形成二聚體而抑制LRH-1對CYP7A1的轉(zhuǎn)錄激活作用，最終使CYP7A1的表達下調(diào)。但FXR卻不可以直接結(jié)合到CYP7A1的啟動子上。所以，與LXR不同，F(xiàn)XR能夠負性調(diào)節(jié)CYP7A。進一步研究發(fā)現(xiàn)，CYP7A1基因的啟動子區(qū)域存在膽汁酸反應(yīng)元IR -1，并且IR-1與LXR結(jié)合元件DR -4有重疊，F(xiàn)XR與IR-1結(jié)合后阻止LXR與DR-4的結(jié)合，從而抑制CYP7A1基因的表達。

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國家自然科學(xué)基金(30760289，81460567)，內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金(2009MS1104，2014MS0813)，內(nèi)蒙古教育廳資助項目(NJ03148，NJZY13244)，內(nèi)蒙古衛(wèi)生廳項目(201302099)

薛永志

2015-11-02)