Small Maf轉(zhuǎn)錄因子在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用研究進(jìn)展

高飛 劉佰運(yùn) 茆翔

Small Maf轉(zhuǎn)錄因子（small Maf transcription factors，sMafs）是Maf家族蛋白中的小型蛋白分子，由一組分子量為18 000的高度同源性蛋白組成，包含MafF、MafG、MafK，主要存在于細(xì)胞核中，但自身缺乏轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域[1]。sMafs在胚胎的發(fā)生過(guò)程中有著復(fù)雜的表達(dá)模式，并且在體內(nèi)廣泛表達(dá)，但是在不同組織中的表達(dá)水平差異明顯[2]。盡管sMafs缺乏轉(zhuǎn)錄激活域，卻已經(jīng)成為體內(nèi)重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，并且在生物學(xué)方面表現(xiàn)出的多種作用[3]。神經(jīng)系統(tǒng)疾病目前仍然是醫(yī)學(xué)疾病中較為復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)疾病，其發(fā)病的詳細(xì)機(jī)制尚未完全闡明，目前對(duì)于其部分疾病仍缺乏有效的治療方法。隨著當(dāng)今神經(jīng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)損傷、神經(jīng)認(rèn)知以及神經(jīng)退行性疾病等得到了更多的關(guān)注，闡明其相關(guān)的發(fā)病機(jī)制是預(yù)防和治療此類疾病的基礎(chǔ)，對(duì)降低醫(yī)療負(fù)擔(dān)、社會(huì)成本以及提高生活質(zhì)量具有重要的意義。sMafs在體內(nèi)具有復(fù)雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，有研究表明其在氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等過(guò)程中發(fā)揮著抗氧化和抗炎癥的作用[4]。本文針對(duì)sMafs在抗氧化和抗炎癥的作用以及其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用機(jī)制進(jìn)行探討，現(xiàn)綜述如下。

一、sMafs概述

1989年，致癌基因V-Maf，最早從肌肉腱膜纖維肉瘤（Maf）分離的禽類逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組中分離鑒定出來(lái)[5]。Maf家族是堿性亮氨酸拉鏈（the basic leucine zipper，bZIP）型轉(zhuǎn)錄因子的一個(gè)亞群，是V-Maf癌蛋白同源物[3]。與其他bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子一樣，Maf蛋白也具有高度保守進(jìn)化的堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域，但功能更加多樣化，其堿性的結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合，而亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)則與其他的bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行結(jié)合，形成同源或異源二聚體[6]。Maf在生物的基因調(diào)控、分化以及腫瘤的發(fā)生和發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用。

Maf家族蛋白分為大型Maf家族蛋白和小型Maf家族蛋白。由c-Maf、MafA、MafB和NRL構(gòu)成的大型Maf家族，含有N末端的酸性反式激活結(jié)構(gòu)域，在各種造血和神經(jīng)組織的分化和發(fā)育中起著關(guān)鍵的作用[7]。小型Maf家族蛋白即sMafs蛋白，主要存在于細(xì)胞核中，也有研究發(fā)現(xiàn)其在核外的定位，并猜測(cè)核外的sMafs蛋白可能會(huì)抑制某些蛋白的靶基因的誘導(dǎo)[8,9]。在sMafs蛋白的堿性結(jié)構(gòu)域附近具有一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域，被稱之為擴(kuò)展同源區(qū)，這同時(shí)也是大型Maf蛋白所具有的保守的結(jié)構(gòu)域，現(xiàn)已證明其主要是與DNA的特異性結(jié)合相關(guān)[10]。

sMafs的三種蛋白MafF、MafK、MafG，在bZIP結(jié)構(gòu)上沒(méi)發(fā)現(xiàn)三者之間的功能差異，但兩兩結(jié)合則會(huì)產(chǎn)生諸如MafFMafK、MafF-MafG等同源二聚體[1]。sMafs同源二聚體的共同識(shí)別結(jié)合基序?yàn)榛匚男蛄校═GCTGACTCAGCA），這個(gè)基序也被稱為Maf識(shí)別元件（Maf recognition element，MARE）。由于Maf家族蛋白的堿性結(jié)構(gòu)域中含有特定的賴氨酸殘基，Maf轉(zhuǎn)錄因子的堿性區(qū)域除了核心區(qū)域外，還可以識(shí)別MARE側(cè)翼的GC盒，從而使sMafs可以特異性地識(shí)別DNA[11,12]。

sMafs與Cap‘n’Collar（CNC）轉(zhuǎn)錄因子[包括p45 NF-E2和NF-E2相關(guān)因子（Nrf1、Nrf2和Nrf3）]以及Bach家族轉(zhuǎn)錄 因子（Bach1和Bach2）形成異源二聚體[13]。除此之外，sMafs還被證明可以與多種不同的蛋白質(zhì)相互作用，從而在體內(nèi)發(fā)揮更多更復(fù)雜的作用[14]。CNC家族和Bach家族單體不能有效地與DNA結(jié)合發(fā)揮作用，sMafs蛋白是其不可缺少的伴侶[1]。sMafs之間形成的同源二聚體，由于其缺乏轉(zhuǎn)錄激活域，因此其同源二聚體相當(dāng)于與CNC和Bach蛋白互相競(jìng)爭(zhēng)，特別是sMafs在體內(nèi)過(guò)表達(dá)的時(shí)候，sMafs同源二聚體則充當(dāng)轉(zhuǎn)錄抑制因子，抑制了CNC和Bach蛋白的靶基因表達(dá)[15,16]。大量證據(jù)表明，sMafs在體內(nèi)的二聚體參與多種生物學(xué)過(guò)程，比如氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)代謝以及細(xì)胞凋亡等，并且參與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程[17,18]。

二、sMafs抗氧化以及抗炎癥作用

氧化應(yīng)激主要是由于體內(nèi)產(chǎn)生的氧化物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)之間的不平衡所引發(fā)的損傷。在正常條件下，體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)可以中和活性氧（reactive oxygen species，ROS）等氧化物質(zhì)所帶來(lái)的影響，但是在ROS等氧化物質(zhì)過(guò)量產(chǎn)生時(shí)，體內(nèi)的抗氧化能力不足以將其清除，從而會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的氧化、脂質(zhì)的過(guò)氧化以及細(xì)胞變性和氧化損傷等一系列損傷[19,20]。炎癥是一個(gè)十分復(fù)雜的生物過(guò)程，其中有血管、分子介質(zhì)和免疫細(xì)胞的參與[21]。慢性炎癥是許多慢性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的共同特征，會(huì)產(chǎn)生大量的ROS，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的炎性介質(zhì)，如細(xì)胞因子和趨化因子等，從而引發(fā)一系列的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的損傷[22,23]。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)MafG與冬眠動(dòng)物體內(nèi)的血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1，HMOX-1）之間存在調(diào)節(jié)關(guān)系[24,25]。哺乳動(dòng)物在冬眠的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的ROS，因此需要有效的抗氧化機(jī)制去抵抗ROS。相關(guān)報(bào)道表示冬眠哺乳動(dòng)物體內(nèi)HMOX-1的轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平都有所增加，并發(fā)現(xiàn)其各種器官內(nèi)Nrf2和MafG的蛋白水平增加[25]。另有研究發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激的條件下，Nrf2可以穩(wěn)定地進(jìn)入細(xì)胞核與sMafs蛋白結(jié)合形成異源二聚體，通過(guò)抗氧化反應(yīng)元（antioxidant response element，ARE）激活特定的靶基因[23,26]。在sMafs基因的敲除小鼠中，發(fā)現(xiàn)其抗氧化的能力明顯下降[4]。

MafG可以通過(guò)對(duì)Nrf2細(xì)胞內(nèi)定位進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)控制其轉(zhuǎn)錄的活性。MafG與Nrf2的異源二聚體掩蓋了Nrf2的bZIP結(jié)構(gòu)域的核輸出信號(hào)，從而增加了Nrf2在細(xì)胞核內(nèi)的含量[27]。有人認(rèn)為MafG與Nrf2的異源二聚體有利于其在細(xì)胞核的積累并導(dǎo)致其穩(wěn)定化，并發(fā)現(xiàn)Nrf2-sMaf二聚體可以調(diào)節(jié)Ⅱ期解毒酶的表達(dá)，包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、醌氧化還原酶1、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、鐵蛋白和HMOX-1等并發(fā)揮抗炎作用，從而在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中使細(xì)胞免受炎性損傷，并影響疾病的發(fā)生發(fā)展[28-30]。

基于以上證據(jù)可以發(fā)現(xiàn)sMafs可通過(guò)多種途徑參與體內(nèi)的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。

三、sMafs在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

sMafs在體內(nèi)的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及解毒途徑中發(fā)揮了抗氧化和抗炎的作用，但其在人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的病理機(jī)制及其發(fā)揮的作用仍知之甚少，而氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的共同特征，現(xiàn)探討目前sMafs與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一些相關(guān)聯(lián)系。

（一）sMafs在神經(jīng)損傷中的作用

在sMafs敲除鼠中發(fā)現(xiàn)，MafG敲除和MafG::MafK復(fù)合敲除鼠均可以表現(xiàn)出神經(jīng)損傷缺陷的神經(jīng)行為學(xué)變化。在MafG敲除鼠中發(fā)現(xiàn)肢體攣縮和協(xié)調(diào)性下降的異常行為[31]。MafG::MafK復(fù)合敲除鼠表現(xiàn)出相比于MafG單獨(dú)敲除鼠更為嚴(yán)重的神經(jīng)元進(jìn)行性退變的運(yùn)動(dòng)性共濟(jì)失調(diào)[32]。究其原因?yàn)閟Mafs在體內(nèi)與CNC蛋白結(jié)合形成二聚體發(fā)揮作用，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中特異性的Nrf1敲除鼠與MafG敲除鼠、MafG::MafK復(fù)合敲除鼠相比，表現(xiàn)出類似的神經(jīng)行為學(xué)表型[33]。在sMafs突變小鼠中表現(xiàn)出Maf劑量依賴性的神經(jīng)肌肉性功能障礙，并且其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的神經(jīng)障礙形態(tài)學(xué)的變化中，與甘氨酸受體數(shù)量的減少具有一定的相關(guān)關(guān)系[32]。以上數(shù)據(jù)均證明sMafs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中與神經(jīng)損傷缺陷有著密不可分的關(guān)系。

（二）sMafs在神經(jīng)認(rèn)知中的作用

認(rèn)知功能障礙是許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中共有的臨床表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為語(yǔ)言、記憶力、注意力、覺(jué)醒等存在缺陷，以及在社會(huì)交往和信息處理中存在障礙[34-36]。氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)被認(rèn)為與許多的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的認(rèn)知功能障礙相關(guān)，如阿爾茨海默病、亨廷頓病、帕金森病以及創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）中的繼發(fā)性損傷[37]。

在認(rèn)知功能障礙疾病的相關(guān)研究報(bào)道中發(fā)現(xiàn)，MafF在帕金森病患者的嗅神經(jīng)球衍生細(xì)胞中存在差異調(diào)節(jié)，其相關(guān)的誘導(dǎo)由L-sulforaphane發(fā)揮作用，并且發(fā)現(xiàn)MafF只在帕金森病細(xì)胞中被誘導(dǎo)，而MafG在帕金森病和健康細(xì)胞中均被誘導(dǎo)[38]。另有研究發(fā)現(xiàn)Nrf2缺失的小鼠在TBI后24 h內(nèi)會(huì)有嚴(yán)重的神經(jīng)認(rèn)知功能障礙，結(jié)果顯示Nrf2的激活劑可以顯著改善TBI后的神經(jīng)功能障礙[39,40]。

Nrf2是體內(nèi)主要的抗氧化反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子，主要與sMafs形成異源二聚體，通過(guò)ARE通路可以對(duì)多種細(xì)胞及因子進(jìn)行調(diào)控，從而對(duì)氧化應(yīng)激進(jìn)行防御[41]。Nrf2在許多神經(jīng)退行性疾病的氧化損傷過(guò)程中發(fā)揮著抗氧化的保護(hù)作用，例如有研究通過(guò)熊果酸激活Nrf2途徑抑制氧化損傷標(biāo)志物以減輕TBI后的氧化應(yīng)激，從而減弱認(rèn)知功能障礙[42]。還有相關(guān)的Meta分析表示在帕金森病和阿爾茨海默病中，MafF與Nrf2的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)存在一定的相關(guān)關(guān)系[43]。這些相關(guān)的數(shù)據(jù)均可表明sMafs在由氧化應(yīng)激引起的認(rèn)知障礙中發(fā)揮著減輕氧化損傷的作用。

相關(guān)研究表明，MafF可以減輕表皮生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)傳導(dǎo)的表達(dá)，而MAPK信號(hào)傳導(dǎo)在神經(jīng)元分化以及炎癥反應(yīng)中均是重要的傳導(dǎo)途徑[44]。Nrf2也被認(rèn)為在炎癥反應(yīng)中起著抗炎的作用，其中由Nrf2介導(dǎo)的HMOX-1及其代謝產(chǎn)物具有顯著的抗炎作用[23,45,46]。有研究發(fā)現(xiàn)在小鼠的BV2神經(jīng)小膠質(zhì)細(xì)胞中可以通過(guò)介導(dǎo)Nrf2調(diào)節(jié)HMOX-1的表達(dá)，影響神經(jīng)炎癥來(lái)使小鼠海馬HT22細(xì)胞免受損傷[47]。總之，sMafs異源二聚體在神經(jīng)系統(tǒng)的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從而影響神經(jīng)認(rèn)知功能。

（三）sMafs在神經(jīng)發(fā)育中的作用

sMafs與神經(jīng)元的分化相關(guān)。PC12嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞和未成熟的端腦神經(jīng)元在經(jīng)過(guò)神經(jīng)生長(zhǎng)因子處理后，發(fā)現(xiàn)MafK出現(xiàn)上調(diào)的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)MafK可以調(diào)節(jié)神經(jīng)生長(zhǎng)因子在PC12嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞和未成熟的端腦神經(jīng)元中促進(jìn)軸突的產(chǎn)生和神經(jīng)元的分化[48]。因此，sMafs在神經(jīng)元分化和神經(jīng)軸突外生長(zhǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。研究已顯示蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）對(duì)神經(jīng)元分化進(jìn)行負(fù)調(diào)節(jié)并充當(dāng)抗凋亡的神經(jīng)元保護(hù)劑，并且其可以抑制PC12嗜鉻細(xì)胞中的MafK的表達(dá)。此外，MafF被鑒定為在PC12嗜鉻細(xì)胞中的微列陣分析中的神經(jīng)生長(zhǎng)因子的早期立即響應(yīng)基因，從而表明MafF在神經(jīng)細(xì)胞分裂發(fā)育中的作用[6,49]。sMafs的濃度變化可能在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著關(guān)鍵作用，sMafs蛋白可能將是神經(jīng)系統(tǒng)疾病新的治療靶點(diǎn)，但其相關(guān)的機(jī)制未見(jiàn)明確報(bào)道。

（四）sMafs在神經(jīng)系統(tǒng)中的其他作用

sMafs與Nrf2的二聚體可能在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有減輕細(xì)胞的凋亡和緩解腦水腫的作用。在TBI后的小鼠模型中，末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標(biāo)記結(jié)果顯示通過(guò)激活Nrf2途徑有助于減輕細(xì)胞的凋亡[50]。研究發(fā)現(xiàn)Nrf2缺失的小鼠在TBI后表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的腦水腫，并且Nrf2的激活劑可以顯著減輕TBI后的腦水腫[39]。目前雖然尚未有直接的證據(jù)證明sMafs參與其中的調(diào)控，但sMafs作為Nrf2必不可少的伴侶，Mafs與Nrf2有可能一起參與了其中的調(diào)控。

四、sMafs的未來(lái)展望

sMafs在氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著抗氧化和抗炎反應(yīng)等作用，其在體內(nèi)與其他信號(hào)蛋白相互作用調(diào)控，發(fā)揮著十分復(fù)雜而龐大的作用。sMafs在細(xì)胞核內(nèi)具有復(fù)雜的調(diào)控作用，但其在細(xì)胞核外的作用及機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。sMafs的三個(gè)高度同源蛋白以及其在進(jìn)行性神經(jīng)元變性、氧化應(yīng)激、白內(nèi)障等功能重疊的蛋白之間的相互作用及機(jī)制也將會(huì)是未來(lái)的重要研究方向。今后將繼續(xù)研究sMafs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中更多的作用機(jī)制，以發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)，為臨床的治療提供指導(dǎo)意義。