活化轉(zhuǎn)錄因子3與急性肺損傷

吳秀琳 陳復輝 錢斕蘭 郭亮 吳學玲 唐敏

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·綜述·

活化轉(zhuǎn)錄因子3與急性肺損傷

吳秀琳1，2陳復輝2錢斕蘭3郭亮3吳學玲4唐敏5

活化轉(zhuǎn)錄因子3； 急性肺損傷； TLRs； NF-κB

急性肺損傷(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是由各種直接和間接損傷導致的肺泡上皮細胞及毛細血管內(nèi)皮細胞損傷，造成彌漫性肺間質(zhì)及肺泡水腫，進而發(fā)生急性低氧性呼吸功能不全。其由多種炎癥細胞(巨噬細胞、嗜中性粒細胞和淋巴細胞等)介導，導致肺臟局部炎癥反應(yīng)和炎癥反應(yīng)失控所致的肺毛細血管膜損傷，是臨床常見危重癥，病死率高，發(fā)病機制非常復雜，且不完全明確，為常見的進展迅速的炎癥性肺疾病[1-3]。急性肺損傷的發(fā)病機制較多, 多由細菌內(nèi)毒素引起。內(nèi)毒素的活性成分脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)是 ALI 的重要致病因子,肺臟是其損傷的敏感靶器官之一。內(nèi)毒素性急性肺損傷的發(fā)病率及死亡率很高,嚴重威脅著人類的健康。然而其發(fā)病機制錯綜復雜,尚無有效的治療方案[4]。目前,分子生物學技術(shù)的發(fā)展及內(nèi)毒素相關(guān)研究的不斷深入,為研究內(nèi)毒素性肺損傷的病理機制和治療提供了更為廣闊的空間,也為減少臨床上內(nèi)毒素的病死率提供了更多的治療方案。近來發(fā)現(xiàn)活化轉(zhuǎn)錄因子3(activating transcription factor 3, ATF3)在炎癥信號通路具有重要調(diào)控作用，可能為內(nèi)毒素性ALI治療的一個重要靶點[5-6]?，F(xiàn)就ATF3在內(nèi)毒素性急性肺損傷等炎癥中的作用的做一綜述。

一、ATF3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特點

ATF3基因定位于1q32.3，最初是從人子宮頸腺癌傳代細胞系 HeLa 細胞中分離獲得，至今已先后從大鼠及小鼠中克隆了其同源基因 LRF1、 LRF21、 CRG5 及 TI241，因氨基酸序列與人ATF3 同源性高達95%，因此統(tǒng)一命名為ATF3。 ATF3基因所編碼的蛋白質(zhì)為 ATF/ CREB(activating transcription factor, ATF/cyclic AMP response element-binding, CREB) 家族中成員之一，其家族代表了一大群含堿性區(qū)-亮氨酸拉鏈(basic-region leucine zipper, bZIP) 的轉(zhuǎn)錄因子， 包括 CREB、CREBP1、ATF3、ATF4、ATF6、B-ATF、ATF7 等，這些蛋白質(zhì)的共同特點是擁有bZIP區(qū)域，其堿性區(qū)主要負責與ATF/CREB 共 有 序 列 位 點 TGACGTCA結(jié)合，而亮氨酸拉鏈區(qū)與其他擁有bZIP的蛋白質(zhì)形成同二聚體或異二聚體[7-8]。

目前發(fā)現(xiàn)ATF3 cDNA有全長型和可變剪接型。ATF3 全長 CDNA編碼的蛋白質(zhì)含有 181個氨基酸，其相對分子質(zhì)量為22×103。 ATF3與自身形成的同二聚體，與 ATF3位點結(jié)合后主要發(fā)揮抑制轉(zhuǎn)錄作用；另一方面ATF3 還可與其他bZIP蛋白結(jié)合形成異二聚體，這些異二聚體有的發(fā)揮激活轉(zhuǎn)錄活性，有的則抑制轉(zhuǎn)錄。ATF3剪接變異型包括ATF3ΔZip、ATF3ΔZip2a、ATF3ΔZip2b、ATF3ΔZip2c、ATF3ΔZip3和ATF3ΔZip3b。其中ATF3ΔZip，是經(jīng)血清培養(yǎng)的 HeLa 細胞中分離得到的同源蛋白，其缺乏亮氨酸拉鏈區(qū)，不能結(jié)合 ATF/CRE 序列，然而仍能激活轉(zhuǎn)錄，有研究報道很可能靠阻遏協(xié)同抑制因子與啟動子接觸發(fā)揮作用。而ATF3ΔZip2a 和 ATF3ΔZip2b，兩者是經(jīng)高半胱氨酸處理的 HUVECs 細胞中檢測到的，與 ATF3ΔZip 相似也缺少亮氨酸拉鏈區(qū)不結(jié)合 ATF/CRE 序列，單獨對轉(zhuǎn)錄不起作用，與全長 ATF3 協(xié)同表達時可顯著削弱ATF3 轉(zhuǎn)錄抑制作用，從而進一步刺激轉(zhuǎn)錄。因此，ATF3的變異剪輯在靶基因的調(diào)控中也是非常重要的[9-10]。

二、ATF3在內(nèi)毒素性急性肺損傷等炎癥分子機制中的作用

炎癥是具有血管系統(tǒng)的活性組織對損傷因子所發(fā)生的防御反應(yīng)，具有殺滅病原體、限制感染及修復損傷等作用，但需要精確調(diào)控的過程，否則過度炎癥反應(yīng)會造成組織損傷，嚴重時可危及生命，如急性肺損傷就是炎癥反應(yīng)失衡的后果。內(nèi)毒素性急性肺損傷的發(fā)生主要是LPS進入機體后被脂多糖結(jié)合蛋白(lipopolysaccharide binding protein, LBP)識別,然后與CD14 結(jié)合,形成LPS/ LBP/ CD14,其通過信號轉(zhuǎn)導通路活化炎癥細胞釋放大量炎癥因子的過程錯綜復雜,迄今尚未完全闡明。

1. TLRs通路激活能提高ATF3蛋白表達水平: Toll 樣受體(Toll-like receptors, TLR)是一個模式識別受體家族， 它們在進化上高度保守，從線蟲到哺乳動物都存在 TLRs。目前已發(fā)現(xiàn)的鼠類有12種(TLR1-9，TLR11-13)，人類10種(TLR1-10)，果蠅12種(TLR1-9,18wheeler)。TLR可識別并結(jié)合不同的來自各種細菌或病毒的分解產(chǎn)物(pathogen-associated molecular patterns, AMP)，來啟動機體的天然免疫和引起獲得性免疫反應(yīng)。PAMP是引起天然免疫的一些微生物共有的特定保守位點，包括革蘭陰性菌的LPS、肽聚糖、脂磷壁酸、磷壁酸真菌的甘露聚糖、病毒的RNA、表面蛋白、革蘭陽性菌的脂蛋白，細菌表毛蛋白，以及一些微生物的CpG DNA、dsRNA、ssRNA[11]。

ALI 的重要致病因子是內(nèi)毒素的活性成分LPS，主要與TLR4受體結(jié)合。TLRs 的激活可誘導很強的免疫反應(yīng)，有利于機體抵抗病原體感染或組織損傷，但是過度的免疫反應(yīng)也會帶來不利影響，如產(chǎn)生內(nèi)毒素休克等。為了保證 TLRs 介導正確的免疫應(yīng)答，機體存在精密的負調(diào)控機制，及時抑制 TLRs 信號，維持機體的免疫平衡。TLR4作為 LPS 誘導的細胞應(yīng)答的頂點,在 LPS介導的 ALI 的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。如果能調(diào)節(jié) TLR4的信號轉(zhuǎn)導,就可能在不同的病理階段將炎性反應(yīng)水平調(diào)控在合適水平,從而有利于ALI的防治，并可作為藥物研發(fā)的靶點。

ATF3與TLRs的關(guān)系最初是在研究一種帶有黑色素瘤抗原、dsRNA和CpG DNA的疫苗時，基因芯片分析發(fā)現(xiàn)pIC/CpG-ODG通過與TLR3和9結(jié)合后，ATF3基因表達明顯上調(diào)[12]。此后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，ATF3在靜息狀態(tài)下的細胞中低表達，TLRs激活單核巨噬細胞后，不僅LPS與TLR4結(jié)合，CpG-ODG與TLR9、酵母聚糖與TLR2和6的異二聚體結(jié)合等都能明顯使ATF3蛋白水平表達一過性增高，提示ATF3在TLR信號通路中起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[12-14]。

2. ATF3通過直接和間接的方法負性調(diào)節(jié)TLRs/NF-κB中炎癥因子: TLRs最突出的生物學功能是促進細胞因子的合成與釋放，引發(fā)炎癥反應(yīng)。單核巨噬細胞等通過TLRs識別入侵的病原體PAMP后，通過信號通路，活化NF-κB等核心轉(zhuǎn)錄因子，合成IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、IFN-γ等細胞因子和趨化因子，釋放到胞外，引起粒細胞和巨噬細胞趨化聚集，毛細血管通透性改變，淋巴細胞浸潤等炎癥反應(yīng)，發(fā)揮早期免疫應(yīng)答的效應(yīng)。

早期在ATF3基因缺失骨髓來源的單核巨噬細胞中發(fā)現(xiàn)，LPS處理后，IL-6和IL-12b表達明顯增加；此后采用一系列TLRs活化ATF3缺失的原代巨噬細胞，都產(chǎn)生了較高的IL-6和IL-12p40[12-14]；而TRL9激活時還可以使TNF-α表達增加[15]。所以，ATF3很有可能是早期炎癥因子負調(diào)控子。內(nèi)毒素誘導產(chǎn)生的細胞因子主要有 IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α等。這些細胞因子不僅可以直接導致肺損傷,還可以激活其他信號通路,促進炎癥因子的表達,導致肺損傷[16-17]。下調(diào)促炎因子或上調(diào)抗炎因子的產(chǎn)生,使其保持平衡,可使肺內(nèi)環(huán)境由促炎反應(yīng)向抗炎反應(yīng)轉(zhuǎn)變,從而阻止肺內(nèi)反應(yīng)繼續(xù)進展。ATF3在TLR信號通路中的作用主要就與細胞因子平衡有關(guān)。那么ATF3是如何調(diào)控細胞因子目前尚不清楚。

炎癥反應(yīng)相關(guān)的信號通路包括TLR-4介導的LPS信號轉(zhuǎn)導，TNF-α受體介導的TNF-α信號轉(zhuǎn)導，趨化因子受體介導的信號轉(zhuǎn)導通路。三個信號通路最終都會激活NF-κB。NF-κB是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,與目的基因結(jié)合位點結(jié)合,啟動和調(diào)控一系列參與炎癥反應(yīng)的炎癥因子基因表達,參與ALI 的炎性反應(yīng)進程,介導肺臟等器官功能損害。NF-κB 的持續(xù)活化與肺損傷的嚴重程度有關(guān),阻斷 NF-κB 途徑有利于 ALI 的治療。

很多炎癥相關(guān)的細胞因子的基因啟動子上ATF/CREB結(jié)合位點與NF-κB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點非常接近，提示ATF3可能直接抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性。其可能與ATF3和脫乙?；?HADC1)結(jié)合，其與位于染色質(zhì)中的組蛋白乙酰化位點結(jié)合，引起染色質(zhì)構(gòu)象變化進而阻止NF-κB與 DNA結(jié)合，影響其轉(zhuǎn)錄活性。另一方面也有研究顯示ATF3也可通過抑制IL-6的正向調(diào)控子CEBPδ這種間接的方法負性調(diào)控IL-6表達。

近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)在各種炎癥疾病中，常伴隨著 ATF3 的表達異常， ATF3 基因與炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系不斷被揭示。隨著研究的深入， ATF3 與急性肺損傷關(guān)系正逐步明確，以評價其是否能夠作為安全有效的治療靶點。與此同時，分子靶向治療的研究在不斷進展，相信在不久的將來能通過這個基因 研制出更好的藥物，為急性肺損傷治療提供更好的治療方式。

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(本文編輯：王亞南)

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.02.026

國家自然科學基金資助項目(81270130)

400061 重慶，武警重慶總隊醫(yī)院老年科1150086 哈爾濱，哈爾濱醫(yī)科大學第二臨床學院 呼吸科2

400037 重慶，第三軍醫(yī)大學新橋醫(yī)院呼吸科3

吳學玲， Email: wuxueling76@126.com

R563

A

2016-11-23)

200127 上海，上海交通大學醫(yī)學院仁濟醫(yī)院 呼吸科4

400016 重慶，重慶醫(yī)科大學醫(yī)學檢驗系5