轉(zhuǎn)錄因子EB調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展

范宜俊 劉 偉

轉(zhuǎn)錄因子TFEB(transcription factor EB)作為MiT家族中最主要的因子之一，參與溶酶體的形成，溶酶體-自噬途徑和溶酶體胞吐的調(diào)節(jié)。TFEB在體內(nèi)廣泛存在，TFEB介導(dǎo)的溶酶體-自噬途徑的調(diào)控在神經(jīng)退行性疾病、腫瘤和代謝性疾病等多種疾病的病因和治療中都有著關(guān)鍵性的作用，因此對(duì)TFEB的調(diào)控機(jī)制的研究在各種疾病的治療中也具有展望性的意義。

一、TFEB的介紹

1. MiT家族成員的介紹: MiT家族中已有四個(gè)成員被鑒定出來(lái)：MiTF(microphthalmia-associated transcription factor, MiTF)，TFEB，TFE3和TFEC。MiTF/TFE的所有成員都具有對(duì)其二聚化非常重要的高度相似的堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈(basic helix-loop-helix leucine zipper, bHLH-ZiP)結(jié)構(gòu)域，bHLH-ZiP結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)MiT家族成員形成同源或異源二聚體，進(jìn)而參與靶基因轉(zhuǎn)錄的激活[1]。MiTF/TFE成員形成異二聚體的過(guò)程具有嚴(yán)格的調(diào)控，有研究發(fā)現(xiàn)在MiTF/TFE成員的ZiP域內(nèi)存在一個(gè)保守的三殘基位移，在此引入了一個(gè)注冊(cè)外的亮氨酸拉鏈，使得MiTF/TFE成員之間只進(jìn)行特定的異二聚化,同時(shí)防止與其他的bHLH-Zip域結(jié)合。然而相比異源二聚體，MiTF/TFE的同源二聚體的功能仍然未知[2]。

2. TFEB的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): TFEB是由476個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)，主要包括富谷氨酰胺、螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix, HLH)、亮氨酸拉鏈(leucine-zipper, LZ)和富脯氨酸等模體。TFEB能以二聚體的形式與DNA結(jié)合，通過(guò)識(shí)別啟動(dòng)子 E-box、M-box啟動(dòng)相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮其生理功能。最初TFEB被確定為MiTF/TFE家族中具有調(diào)節(jié)眾多溶酶體和自噬基因表達(dá)能力的唯一成員，廣泛表達(dá)于各類細(xì)胞，參與多種生物功能，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)MiTF/TFE家族中的另一成員TFE3在應(yīng)激條件下的部分組織中對(duì)溶酶體自噬也有著調(diào)節(jié)作用[3]。

二、TFEB的功能

1. TFEB對(duì)溶酶體基因表達(dá)的調(diào)控: 溶酶體是進(jìn)行細(xì)胞降解和系統(tǒng)回收的重要組成部分，是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的必要條件[4]。最初溶酶體被描述為降解細(xì)胞內(nèi)廢物的靜態(tài)細(xì)胞器，但后來(lái)認(rèn)為溶酶體可以通過(guò)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)調(diào)節(jié)其生物的合成與功能[5]。Sardiello等[5]對(duì)溶酶體基因的啟動(dòng)子分析得到E-box樣回文序列(GTCACGTGAC)即協(xié)調(diào)溶酶體表達(dá)和調(diào)控(coordinate lysosomal expression and regulation, CLEAR)元件的基序，顯示CLEAR元件直接與TFEB的bHLH轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。因此，TFEB的表達(dá)將會(huì)導(dǎo)致溶酶體的數(shù)量增加和效能升高，從而增強(qiáng)溶酶體的分解代謝活性。TFEB能誘導(dǎo)溶酶體的胞吐作用，Medina等[6]發(fā)現(xiàn)TFEB通過(guò)激活Ca2+通道蛋白MCOLN1可使Ca2+流入細(xì)胞內(nèi)，促使溶酶體與質(zhì)膜融合。溶酶體貯積癥時(shí)TFEB的過(guò)表達(dá)可促使細(xì)胞內(nèi)的代謝廢物排至細(xì)胞外。

2. TFEB對(duì)細(xì)胞自噬的調(diào)控: TFEB與自噬基因的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，誘導(dǎo)自噬體的生物合成和自噬體-溶酶體融合以及自噬底物的降解[6]。以此為基礎(chǔ)，TFEB在緩解肝毒性藥物造成的肝臟損傷[7]、治療糖尿病患者的腎臟損害[8-9]和增強(qiáng)胃腸道腫瘤的治療效果和預(yù)后恢復(fù)等方面都起著非常重要的作用[10-11]。

TFEB過(guò)表達(dá)可促進(jìn)體內(nèi)脂滴的清除和線粒體損傷的降解，表明該轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)節(jié)細(xì)胞器特異性自噬如脂肪自噬和線粒體自噬中也起作用[12]。Uchida等[13]發(fā)現(xiàn)在對(duì)大鼠靜脈內(nèi)注射脂多糖后導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)中，TFEB的激活所誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬在角膜細(xì)胞防御中起到了重要作用。TFEB能通過(guò)誘導(dǎo)溶酶體激活來(lái)調(diào)節(jié)免疫功能，TFEB激活后會(huì)抑制MHC Ⅰ類介導(dǎo)的外源性抗原表達(dá)，同時(shí)增強(qiáng)MHC Ⅱ類呈遞抗原，進(jìn)而影響樹(shù)突狀細(xì)胞通過(guò)MHC途徑與T細(xì)胞結(jié)合呈遞外源性抗原的過(guò)程來(lái)影響免疫應(yīng)答[14]。最近發(fā)現(xiàn)，在乙醇誘導(dǎo)的肝臟損傷模型小鼠中組織的總TFEB和核TFEB水平低于正常組，溶酶體的生物合成能力降低,而Torin-1(mTOR活性抑制劑)作用后可以提高肝組織的TFEB水平，降低乙醇對(duì)肝的損傷和脂肪變性，提示提高TFEB水平可能將對(duì)乙醇所致的酒精性脂肪肝起到保護(hù)作用[15]。

三、TFEB的調(diào)控

轉(zhuǎn)錄因子TFEB進(jìn)入胞核后調(diào)控下游基因的表達(dá)，廣泛參與各種生理病理活動(dòng)。其自身的核轉(zhuǎn)位也受到體內(nèi)外各種蛋白分子的調(diào)節(jié)。

1. 雷帕霉素復(fù)合物1對(duì)TFEB的調(diào)控: 一般來(lái)說(shuō)，正常狀態(tài)下TFEB以非活性狀態(tài)存在于胞質(zhì)中[16]，而在饑餓或溶酶體功能出現(xiàn)障礙時(shí)，TFEB迅速轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核并激活其下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。TFEB的細(xì)胞定位和活性狀態(tài)與其是否磷酸化有著密切的關(guān)系。TFEB蛋白中的兩個(gè)特定的絲氨酸殘基(即Ser142[17-18]和Ser211[17,19-20])在TFEB的亞細(xì)胞定位中發(fā)揮關(guān)鍵作用。當(dāng)這兩個(gè)絲氨酸殘基都被磷酸化時(shí)，TFEB在胞質(zhì)中保持無(wú)活性狀態(tài)[19-20]，并且磷酸化的Ser211會(huì)與伴侶蛋白14-3-3結(jié)合后停留在胞質(zhì)中，抑制TFEB的核轉(zhuǎn)位[20]。

哺乳動(dòng)物雷帕霉素復(fù)合物1(mTORC1)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶2(ERK2，也稱為MAPK1)是饑餓條件下能使大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)的TFEB去磷酸化的主要蛋白激酶[20-21]。Sancak等[22-23]發(fā)現(xiàn)mTORC1的激活發(fā)生在溶酶體膜上。在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足的情況下，V-ATPase復(fù)合物促進(jìn)溶酶體信號(hào)復(fù)合物小Rag GTP蛋白的活化，mTORC1的組件Raptor與激活的Rag GTPases結(jié)合，并被募集到溶酶體膜上，通過(guò)GTPase Rheb促進(jìn)其活性。同時(shí)大量的TFEB也被活化的Rag GTP蛋白復(fù)合物募集到溶酶體膜上，通過(guò)mTORC1促進(jìn)TFEB的S142、S211位點(diǎn)磷酸化[24]。當(dāng)機(jī)體轉(zhuǎn)于饑餓狀態(tài)或應(yīng)激時(shí)，溶酶體腔內(nèi)的氨基酸含量降低使Rag GTPases失活，mTORC1變得無(wú)活性并隨后從溶酶體膜釋放，TFEB的S142、S211位點(diǎn)失去抑制并去磷酸化，與伴侶蛋白14-3-3分離。去磷酸化的TFEB進(jìn)入胞核與核內(nèi)CLEAR序列結(jié)合，促進(jìn)下游溶酶體基因的表達(dá)，增強(qiáng)溶酶體的生物合成及生理功能[25]，見(jiàn)圖1。

圖1 mTORC1對(duì)TFEB的調(diào)控

2. 外源性氧化劑的負(fù)反饋調(diào)節(jié): Medina等[26]發(fā)現(xiàn)溶酶體基因表達(dá)的過(guò)程伴隨著溶酶體內(nèi)的Ca2+而發(fā)生。變化通過(guò)Ca2+通道黏脂蛋白1(mucolipin1, MCOLN1)釋放入胞漿激活磷酸酶、鈣調(diào)磷酸酶，鈣磷酸酶又將TFEB去磷酸化并促進(jìn)其向核移位。當(dāng)MCOLN1減少時(shí)，則會(huì)抑制溶酶體Ca2+釋放和鈣調(diào)磷酸酶活化，從而阻止?fàn)I養(yǎng)物剝奪時(shí)TFEB去磷酸化和自噬。這也暗示了通過(guò)調(diào)節(jié)胞漿Ca2+的含量也可以間接調(diào)控溶酶體的活性。外源性氧化劑或增加的線粒體內(nèi)活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平例如魚(yú)藤酮、過(guò)氧化氫或羰基氰化物間氯苯腙(carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone, CCCP)等可特異性地激活溶酶體TRPML1通道[27]，誘導(dǎo)溶酶體Ca2+釋放，誘導(dǎo)自噬和溶酶體合成[25]。因此TRPML1是位于溶酶體膜上的ROS傳感器，調(diào)節(jié)ROS水平可以協(xié)調(diào)自噬依賴性負(fù)反饋程序以減輕細(xì)胞中的氧化應(yīng)激損傷和增強(qiáng)溶酶體的功能[25]。

3. TFEB的絲氨酸殘基位點(diǎn)改變帶來(lái)的影響: 最近的研究還表明，TFEB的另一個(gè)臨界位點(diǎn)Ser122對(duì)于通過(guò)mTORC1調(diào)節(jié)的TFEB亞細(xì)胞定位非常重要。具體地講，經(jīng)抑制mTORC1后的TFEB核定位被TFEB的Ser122突變阻斷，這種突變也抑制了Torin1所誘導(dǎo)的溶酶體生物合成。這揭示了mTORC1調(diào)節(jié)TFEB的新機(jī)制，表明mTORC1對(duì)溶酶體生物發(fā)生至關(guān)重要[21]。

上述信號(hào)級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)強(qiáng)調(diào)了溶酶體作為信號(hào)樞紐的核心作用，該信號(hào)中樞能夠感知營(yíng)養(yǎng)物的可用性并協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄程序的激活，從而允許細(xì)胞不斷調(diào)整以適應(yīng)逐步增長(zhǎng)的代謝需求。許多可以調(diào)節(jié)TFEB活性的因子，如大多數(shù)v-ATPase亞基，Ca2+通道MCOLN1都位于溶酶體上，這表明溶酶體適應(yīng)環(huán)境變化是一種受多個(gè)反饋回路共同調(diào)節(jié)的自我維持反應(yīng)。

4. 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶2對(duì)TFEB的調(diào)控: 同樣的，在細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)充足的情況下，絲裂原活化蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 1, MAPK1)家族的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶2(extracellular signal regulated kinase 2, ERK2)介導(dǎo)TFEB的ser142磷酸化，使TFEB定位在胞質(zhì)內(nèi)。而在饑餓狀態(tài)下時(shí)，ERK2與TFEB解離，TFEB去磷酸化后進(jìn)入胞核中，促進(jìn)微管相關(guān)蛋白1A/1B輕鏈3B(microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3B, MAPLC3B)、液泡分揀蛋白11(vacuolar protein sorting 11, VPS11)的合成和自噬相關(guān)基因9B(autophagy-related gene 9B, ATG9B)的表達(dá)[28]。

5. 蛋白激酶對(duì)TFEB的調(diào)節(jié): 在營(yíng)養(yǎng)充足的狀態(tài)下，細(xì)胞可通過(guò)介導(dǎo)自身內(nèi)外界信號(hào)蛋白激酶C信號(hào)通路(PKC signaling pathway)促進(jìn)MiTF/TFE的表達(dá)、溶酶體的合成和自噬底物的降解[29]。巨大戟烷型二萜類化合物中的HEP14和HEP15可以激活蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)家族的成員PKCα和PKCδ，導(dǎo)致糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase-3β, GSK3β)失活，使得GSK3β對(duì)TFEB上第134和138位的絲氨酸位點(diǎn)的磷酸化作用解除，TFEB去磷酸化激活入核，促進(jìn)溶酶體的生成。除了通過(guò)解除對(duì)TFEB的磷酸化來(lái)增強(qiáng)自噬外，被HEP激活后的PKCα可以通過(guò)激活胞內(nèi)的c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase, p38MAPK)使溶酶體相關(guān)的抑制因子含KRAB和SCAN3結(jié)構(gòu)域的鋅指蛋白(zine finger protein with KRAB and SCAN domains, ZKSCAN3)失去活性并移位至細(xì)胞質(zhì)中，解除ZKSCAN3對(duì)溶酶體合成的抑制作用[30-31]。用核因子κB配體受體激活劑(RANKL)刺激骨細(xì)胞后，TFEB的C末端區(qū)域的三個(gè)絲氨酸殘基被蛋白激酶Cβ(PKCβ)磷酸化，保證了溶酶體生物合成的穩(wěn)定性[32]。

蛋白激酶B(Akt)磷酸化TFEB Ser467位點(diǎn)并以獨(dú)立于mTORC1的機(jī)制抑制TFEB核轉(zhuǎn)位。自噬增強(qiáng)劑海藻糖通過(guò)減少Akt活性來(lái)激活TFEB。Batten病是一種神經(jīng)元內(nèi)的溶酶體產(chǎn)生的蠟樣脂褐質(zhì)存積的神經(jīng)變性疾病，將海藻糖給予患Batten病的小鼠模型可增強(qiáng)蛋白脂質(zhì)聚集體的清除，可以減少神經(jīng)病理的發(fā)生并延長(zhǎng)患病小鼠的存活[33]。Akt的藥理作用可促進(jìn)患有各種溶酶體疾病患者細(xì)胞中蛋白脂質(zhì)體的清除，并提示該方法的廣泛適用性。這些發(fā)現(xiàn)為T(mén)FEB介導(dǎo)的神經(jīng)退行性儲(chǔ)存疾病中細(xì)胞蛋白脂質(zhì)體的清除開(kāi)辟了新的思路[34]。此外，對(duì)于TFEB旁系同源物，MiTF和TFE3也觀察到有類似的結(jié)果[3]。

6. 姜黃素的衍生物C1對(duì)TFEB的調(diào)節(jié): 合成姜黃素的衍生物C1被鑒定為T(mén)FEB的新型活化劑。化合物C1與TFEB的N末端特異性結(jié)合并促進(jìn)TFEB核轉(zhuǎn)位，證實(shí)化合物C1在體內(nèi)外增強(qiáng)自噬和溶酶體生物合成。并且化合物C1是TFEB的有效口服活化劑，是用于治療神經(jīng)變性疾病的潛在治療劑[35]。隨后發(fā)現(xiàn)槲皮素也有著類似的作用，槲皮素能夠逆轉(zhuǎn)乙醇對(duì)TFEB核轉(zhuǎn)位的抑制作用，并表現(xiàn)出與Torin 1相似的作用，可促進(jìn)TFEB的核轉(zhuǎn)位，改善由乙醇導(dǎo)致的溶酶體自噬功能障礙[36]。

自噬作為細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要功能，廣泛參與了各種生理病理過(guò)程。MiTF/TFE轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)對(duì)溶酶體-自噬途徑中相關(guān)基因的調(diào)節(jié)，成為細(xì)胞內(nèi)能量調(diào)控和細(xì)胞清除的主要調(diào)節(jié)因子。正常細(xì)胞通過(guò)對(duì)MiTF/TFE的調(diào)控維持自身的穩(wěn)態(tài)和營(yíng)養(yǎng)平衡，但是進(jìn)一步機(jī)制的研究仍需要探清各種內(nèi)外界刺激和多種抑制信號(hào)如何作用于不同類型的細(xì)胞而產(chǎn)生不同的應(yīng)激反應(yīng)。TFEB介導(dǎo)的溶酶體-自噬的調(diào)控與多個(gè)系統(tǒng)和功能相關(guān)，對(duì)細(xì)胞內(nèi)TFEB調(diào)節(jié)機(jī)制的研究，不僅有助于闡述局部炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)功能和神經(jīng)系統(tǒng)性疾病可能的分子機(jī)制，也為以后對(duì)人體各種疾病的臨床治療和預(yù)防提供了一個(gè)新的方向和理論依據(jù)。