轉(zhuǎn)錄因子EB調(diào)控相關(guān)疾病研究進展

王改麗，郝良玉，郭衍冰，劉沂霖，尚麗元，李昱潔，呼延含蓉

(1.吉林省畜牧獸醫(yī)科學研究院，吉林長春 130062；2.吉林省動物疫病預(yù)防控制中心，吉林長春 130062)

轉(zhuǎn)錄因子EB(transcription factor EB,TFEB) 是近年發(fā)現(xiàn)的調(diào)控細胞代謝、溶酶體形成和細胞自噬等的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。TFEB以二聚體的形式與DNA結(jié)合，識別啟動子M-box、E-box促進相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄，參與調(diào)控多種生理過程[1]。TFEB蛋白活性和調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮主要與其特異位點的磷酸化狀態(tài)密切相關(guān)。在正常環(huán)境下，TFEB主要定位于細胞質(zhì)；饑餓狀態(tài)時，TFEB去磷酸化從胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)運至細胞核。去乙?；蚼iRNA也可調(diào)控TFEB的激活、表達和活性。本文對TFEB的調(diào)控機制及在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程的作用進行綜述。

1 TFEB結(jié)構(gòu)特點

TFEB為小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(microphthalmia-transcription factor E，MiTF/TFE)家族成員，是溶酶體自噬途徑最重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，廣泛存于生物體內(nèi)[2]。MiTF/TFE家族包括TFEB、小眼畸形轉(zhuǎn)錄因子(microphthalmia-transcription factor，MITF)、轉(zhuǎn)錄因子EC(transcription factor EC，TFEC)和轉(zhuǎn)錄因子E3(transcription factor E3，TFE3)4個轉(zhuǎn)錄因子，均具有保守的螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域；這些轉(zhuǎn)錄因子能夠利用該結(jié)構(gòu)域與特異性的DNA結(jié)合形成同源或異源二聚體，調(diào)控體內(nèi)多種基因的表達，參與調(diào)節(jié)多項生理過程。人TFEB的轉(zhuǎn)錄子位于6號染色體上，由476個氨基酸殘基組成，主要包括酸性激活域、富谷氨酰胺區(qū)、螺旋-環(huán)-螺旋、亮氨酸拉鏈和富脯氨酸區(qū)等結(jié)構(gòu)模體，其中螺旋-環(huán)-螺旋和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域與其形成同源或異源二聚體相關(guān)。TFEB蛋白活性和調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮主要受磷酸化修飾的影響，重要的磷酸化位點為142位絲氨酸、211位絲氨酸和末端富含絲氨酸的序列[3]。

2 TFEB功能簡介

TFEB在機體新陳代謝、免疫、血管生成、DNA損傷修復(fù)、癌癥、溶酶體生物合成和自噬等多種細胞生理和病理過程發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用[4]。研究發(fā)現(xiàn)，TFEB和TFE3在先天性和獲得性免疫過程中發(fā)揮重要作用。在先天性免疫反應(yīng)中，巨噬細胞TFEB和TFE3被暴露的細菌和各種Toll樣受體的配體激活，介導(dǎo)參與抗微生物宿主防御的細胞因子和趨化因子的轉(zhuǎn)錄。自噬溶酶體途徑是真核細胞清除異常蛋白質(zhì)、大多數(shù)長壽命蛋白質(zhì)和無效細胞器，維持自身穩(wěn)態(tài)的主要代謝機制。生物信息學和功能基因組分析發(fā)現(xiàn)，許多溶酶體基因的啟動子區(qū)域包含1個或多個重復(fù)的回文10堿基對基序(GTCACGTGAC)，稱為協(xié)調(diào)溶酶體表達和調(diào)節(jié)(coordinate lysosomal expression and regulation，CLEAR)元件。TFEB是MiTF/TFE家族中首個被發(fā)現(xiàn)可直接與CLEAR元件結(jié)合，調(diào)控溶酶體相關(guān)基因的表達。研究發(fā)現(xiàn)，MiTF和TFE3也可直接結(jié)合到CLEAR元件上，通過與TFEB相似的方式誘導(dǎo)溶酶體生物合成和自噬發(fā)生。由于轉(zhuǎn)錄因子MiTF/TFE家族的TFEB、MiTF、TFE3和TFEC通過促進多種溶酶體和溶酶體相關(guān)細胞器基因的表達參與了許多細胞和發(fā)育過程。TFEB過表達能夠誘導(dǎo)溶酶體功能相關(guān)基因上調(diào)，溶酶體數(shù)量增加，同時溶酶體活性升高，溶酶體分解代謝活性增強，表明TFEB在溶酶體生物發(fā)生中具有重要調(diào)控作用。TFEB不僅調(diào)控溶酶體基因的表達，而且還能與啟動子結(jié)合并調(diào)節(jié)參與溶酶體相關(guān)過程中多種基因的表達，包括溶酶體胞吐作用、吞噬作用、內(nèi)吞作用和自噬。TFEB激活Ca2+通道黏蛋白1，Ca2+流入細胞內(nèi)，促使溶酶體與質(zhì)膜融合[5]。TFEB與自噬基因的啟動子區(qū)結(jié)合，誘導(dǎo)自噬體生物合成、自噬體-溶酶體融合和自噬底物的降解。此外，TFEB過表達可激活體內(nèi)外自噬途徑，調(diào)節(jié)特殊類型自噬途徑，如線粒體自噬和脂肪自噬等過程，并可增強溶酶體與質(zhì)膜融合，促進細胞物質(zhì)的清除。

TFEB正常表達可維持細胞穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)免疫，其表達或調(diào)節(jié)異常與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。TFEB通過影響溶酶體的發(fā)生，調(diào)控機體炎癥反應(yīng)；TFEB還能調(diào)控免疫相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)機體免疫反應(yīng)[6]。TFEB在腎臟致癌過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,TFEB及MiTF/TFE家族成員被檢測到在胰腺導(dǎo)管腺癌中高表達。而TFEB表達量降低可導(dǎo)致機體發(fā)生糖脂代謝紊亂、溶酶體儲積癥、胱氨酸尿癥以及多種神經(jīng)退行性疾病。

3 TFEB調(diào)控機制

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)是一種非典型的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶復(fù)合物，其在細胞生長和代謝過程中發(fā)揮著重要作用?；罨娜苊阁w表面多蛋白復(fù)合物mTORC1根據(jù)營養(yǎng)供應(yīng)、能量水平和生長因子狀況傳遞細胞生長和增殖信號。饑餓狀態(tài)下，mTORC1脫離溶酶體失活后可抑制蛋白質(zhì)合成和誘導(dǎo)自噬。營養(yǎng)依賴性mTORC1在液泡型H+轉(zhuǎn)運ATP酶及晚期內(nèi)體/溶酶體接頭絲裂原活化蛋白激酶和 mTOR激活劑/調(diào)控復(fù)合物的協(xié)同作用下與溶酶體結(jié)合，該復(fù)合物可調(diào)節(jié)異源二聚體Ras相關(guān)GTP結(jié)合蛋白(Ras related GTP binding，RRAG)/GTP酶復(fù)合物的核苷酸狀態(tài)。營養(yǎng)豐富時，溶酶體表面細胞質(zhì)側(cè)活性RRAG募集mTORC1，導(dǎo)致mTORC1被GTP酶腦內(nèi)富含的Ras同源物激活，而Ras同源物自身也會被生長因子信號激活。反之，饑餓條件下，RRAG非活性構(gòu)象與溶酶體解離，隨后mTORC1失活[7]。營養(yǎng)豐富時，TFEB主要定位于細胞質(zhì)，在溶酶體和胞質(zhì)溶膠之間穿梭；饑餓時，TFEB從胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)運至細胞核。TFEB 亞細胞定位的調(diào)節(jié)機制主要是通過TFEB蛋白特定絲氨酸殘基的磷酸化。mTORC1能夠磷酸化TFEB特定絲氨酸殘基，并在TFEB亞細胞定位的調(diào)節(jié)中起主要作用[8]。TFEB營養(yǎng)依賴調(diào)控機制是由RRAG和mTORC1活性介導(dǎo)的，在富含氨基酸的培養(yǎng)基中，活化的RRAG將TFEB募集到溶酶體表面，溶酶體表面處于活化狀態(tài)的mTORC1直接磷酸化TFEB，為胞質(zhì)伴侶蛋白提供結(jié)合位點。磷酸化的TFEB與YWHA相互作用將TFEB隔離在細胞質(zhì)中。饑餓狀態(tài)下失去活性的RRAG和mTORC1阻止溶酶體表面TFEB磷酸化，促使TFEB與YWHA分離，導(dǎo)致TFEB核聚集，激活下游自噬和溶酶體相關(guān)基因的表達。磷酸化蛋白質(zhì)組學研究表明，mTORC1可磷酸化TFEB多個位點，包括絲氨酸S122、S142和S211[9-13]。S211磷酸化是TFEB與14-3-3蛋白結(jié)合的關(guān)鍵。TFEB與14-3-3蛋白結(jié)合可能掩蓋了核定位序列，從而抑制TFEB核易位[11-12]。磷酸化可能通過亞細胞定位和調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性調(diào)控TFEB功能[14]。體外激酶試驗表明，S122可直接被mTORC1磷酸化；S122突變?yōu)镾122A本身不影響TFEB亞細胞定位，但可能增強了對S211A突變的影響[8]。S122到天冬氨酸的擬磷突變阻止了S211A突變對TFEB核易位的影響。然而，天冬氨酸替代影響TFEB定位的機制是否是通過模擬磷酸化仍有待確定。S142和S122磷酸化影響TFEB亞細胞定位的機制尚不清楚。

除mTORC1外，其他激酶也可磷酸化TFEB。蛋白激酶B可磷酸化TFEB絲氨酸殘基S467，蛋白激酶B抑制劑處理細胞后可促進TFEB的核易位[15]。用自噬激活劑海藻糖抑制蛋白激酶B活性，能促進TFEB核易位。蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)是一個非依賴于mTOR的調(diào)節(jié)TFEB活化的因子，蛋白激酶C的β亞基與TFEB的核易位密切相關(guān)[16]。在破骨細胞中，蛋白激酶C的β亞基可磷酸化人TFEB絲氨酸豐富的C末端區(qū)多個絲氨酸殘基(即 S462、S463、S467和S469)，促使TFEB核轉(zhuǎn)運。蛋白激酶C的β亞基引起的絲氨酸磷酸化對TFEB蛋白穩(wěn)定性很重要，但不影響TFEB亞細胞定位[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，細胞外信號調(diào)節(jié)激酶2(extracellular regulated kinase 2，ERK2)對TFEB S142的磷酸化可使TFEB定位于細胞質(zhì)。因此，用ERK抑制劑治療和沉默ERK2導(dǎo)致TFEB核易位[9]。但mTORC1和ERK2二者介導(dǎo)的TFEB S142磷酸化之間的關(guān)系仍不清楚。

糖原合成酶激酶3可磷酸化TFEB S134和S138殘基，使TFEB定位于細胞質(zhì)，而抑制糖原合成酶激酶3可解離TFEB與14-3-3蛋白復(fù)合物促使TFEB核易位[18]。研究表明，姜黃素衍生物C1以不依賴磷酸化的方式促進TFEB核易位。姜黃素衍生物C1直接與TFEB N末端特異性結(jié)合，干擾TFEB與14-3-3蛋白結(jié)合，促進TFEB核易位[19]。TFEB去磷酸化與其活性密切相關(guān)。因此，了解TFEB去磷酸化的過程，以及所涉及的磷酸酶，對于探究TFEB的調(diào)控至關(guān)重要。抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶和mTORC1活性可使TFEB定位于細胞質(zhì)，表明鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制作用強于mTORC1的抑制作用。研究表明，鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶在mTORC1下游調(diào)節(jié)TFEB或通過相似途徑起作用[20]。鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶由催化亞基和調(diào)節(jié)鈣依賴性亞基組成，表明TFEB亞細胞定位可能受細胞內(nèi)鈣水平變化的影響。事實上，鈣螯合劑能阻斷饑餓誘導(dǎo)的TFEB核易位，而鈣離子載體通過鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶依賴性方式促進TFEB進行核易位。溶酶體鈣通道粘蛋白 1在鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶的激活和隨后的TFEB去磷酸化中起重要作用。通過 TRPML1釋放的溶酶體鈣可能會使溶酶體表面附近鈣濃度增加，進而可能激活局部鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶[8]。

Bao J T等研究發(fā)現(xiàn)，在阿爾茨海默癥(Alzheimer’s disease，AD)病人的小膠質(zhì)細胞中，乙酰化酶SIRT1與TFEB在116賴氨酸殘基處直接相互作用并去乙?；?，TFEB的去乙酰化可以調(diào)節(jié)溶酶體生物發(fā)生，促使β淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)降解并減少淀粉樣蛋白斑塊沉積[21]。研究表明，miRNA可調(diào)控TFEB的激活、表達和活性。TFEB是多種 miRNA的直接靶標，或這些miRNA可通過作用于其翻譯后激動劑或抑制劑間接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子；一些已知的 miRNA可以減少編碼自噬蛋白的mRNA的數(shù)量[22]。這些miRNA能夠阻斷TFEB介導(dǎo)或不介導(dǎo)的自噬機制的所有特定步驟，尤其是自噬囊泡形成的早期階段。miRNA可調(diào)節(jié)TFEB誘導(dǎo)的CLEAR基因的轉(zhuǎn)錄，最新研究表明，TFEB參與了特定 miRNA的轉(zhuǎn)錄；此外，一些 miRNA也參與了TFEB通過控制激酶途徑的磷酸化和細胞定位[22]。

4 TFEB在疾病發(fā)生中的作用

TFEB是自噬溶酶體生物發(fā)生的主要調(diào)節(jié)因子，通過積極調(diào)節(jié)自噬體的形成來協(xié)調(diào)自噬和自噬體-溶酶體融合。TFEB通過溶酶體胞吐提高細胞清除作用。因此，TFEB是細胞降解途徑的正調(diào)控關(guān)鍵基因。正常條件下，TFEB存在胞質(zhì)之中；在饑餓或溶酶體損傷等應(yīng)激狀態(tài)下，TFEB進入細胞核，發(fā)生核易位，促進下游基因的轉(zhuǎn)錄。TFEB最初被認為與腎癌相關(guān)；TFEB通過調(diào)控免疫相關(guān)細胞因子和趨化因子基因轉(zhuǎn)錄以及通過自噬溶酶體途徑參與抗原遞呈過程，在宿主先天免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[6]。

最新研究發(fā)現(xiàn)，TFEB與多種自噬相關(guān)的疾病有關(guān)，包括溶酶體儲存障礙，如小兒神經(jīng)元蠟樣脂褐質(zhì)病即巴頓病(Huntington’s disease，HD)、兒童戈謝病和成人神經(jīng)退行性疾病，如AD和帕金森病(Parkinson’s disease，PD)[23]。因此，TFEB越來越被認為是一個治療這些疾病的潛在靶點。TFEB信號在多種神經(jīng)退行性疾病中嚴重受損。在PD患者的腦細胞核中TFEB含量極低，并被α-突觸核蛋白(α-synuclein，α-syn)聚集體隔離在細胞質(zhì)中。同樣，TFEB在AD患者的海馬以及亨廷頓病小鼠的紋狀體中也有明顯下調(diào)。脊髓延髓性肌萎縮癥是由編碼雄激素受體(androgen receptor，AR)蛋白基因的第1個外顯子CAG三核苷酸重復(fù)擴增，導(dǎo)致病理性聚谷氨酰胺(poly Q)-AR蛋白聚集產(chǎn)生的[2]。脊髓延髓性肌萎縮癥與自噬途徑功能障礙密切相關(guān)，病理性polyQ-AR蛋白可能通過影響TFEB活性導(dǎo)致自噬通路受損，致使聚集的病理性polyQ-AR不能被自噬溶酶體清除[24]。肌萎縮側(cè)索硬化癥關(guān)鍵神經(jīng)病理學標志是突變體Cu/Zn超氧化物歧化酶1異常蛋白質(zhì)的聚集；肌萎縮側(cè)索硬化癥超氧化物歧化酶1-G93A轉(zhuǎn)基因小鼠與野生型小鼠相比，在有癥狀階段早期TFEB mRNA和蛋白表達量上調(diào)，在中期和末期下調(diào)[25]。

AD是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，其腦病理學特征是A β在大腦和細胞內(nèi)神經(jīng)原纖維中沉積和纏結(jié)。在AD中，自噬-溶酶體的成熟和逆行運輸受阻，導(dǎo)致營養(yǎng)不良和退化的神經(jīng)突出現(xiàn)腫脹。激活自噬-溶酶體途徑是降解致病蛋白的關(guān)鍵，可以部分保護神經(jīng)元免受致病蛋白聚集[26]。研究發(fā)現(xiàn)，在AD疾病模型中，小膠質(zhì)細胞的TFEB去乙?；娠@著減少Aβ的累積，阻斷Aβ斑塊的形成[4]。

PD是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，多發(fā)于中老年人群，主要病理變化包括黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元的進行性死亡和致病蛋白α-syn異常折疊和聚集。α-syn蛋白的積累使自噬途徑失效，進一步導(dǎo)致致病蛋白聚集。研究發(fā)現(xiàn)，TFEB是調(diào)控PD多巴胺能神經(jīng)元自噬的關(guān)鍵信號。過表達TFEB或者誘導(dǎo)其核轉(zhuǎn)位可以促進α-syn的清除，保護多巴胺神經(jīng)元。雷帕霉素衍生物西羅莫司可抑制mTOR活性激活自噬，減輕TFEB在細胞質(zhì)的滯留并促進其核轉(zhuǎn)位，在α-syn以及進行性多巴胺神經(jīng)元退行性疾病動物模型體內(nèi)實驗，可有效限制疾病發(fā)展[27]。此外，羥丙基-β環(huán)糊精可通過活化TFEB促進積聚的α-syn自噬清除；姜黃素與TFEB直接結(jié)合，增加TFEB的轉(zhuǎn)錄活性并促進其核轉(zhuǎn)位，對魚藤酮誘導(dǎo)的PD小鼠具有神經(jīng)保護作用[28]。

HD是由亨廷頓(huntingtin，HTT)基因第1個外顯子中CAG 三核苷酸序列過度重復(fù)引起的一種神經(jīng)退行性疾病。因亨廷頓蛋白質(zhì)中包含過多的poly Q束，導(dǎo)致錯誤折疊成致病性構(gòu)象。HTT是一種普遍存在于細胞內(nèi)的大蛋白，其正常功能尚不清楚，突變的HTT作用更加復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子1α可通過轉(zhuǎn)錄激活TFEB啟動自噬溶酶體的降解功能來減少HTT蛋白的聚集[2]。在HD小鼠模型中，過表達TFEB可改善神經(jīng)系統(tǒng)功能。

嚴重急性呼吸綜合征是由SARS病毒引起的急性呼吸道傳染病，SARS-CoV開放閱讀框8b(ORF8b)在細胞內(nèi)形成依賴于纈氨酸第77位殘基的不溶性聚集體。聚集的ORF8b誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、溶酶體損傷，以及TFEB的激活[29]。乙型肝炎病毒感染是誘發(fā)肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)的主要病原體。乙型肝炎病毒X蛋白可以劫持多種細胞機制進行病毒增殖和宿主細胞轉(zhuǎn)化。TFEB低表達導(dǎo)致整合素β1積累促進HCC細胞遷移[30]，豬血凝性腦脊髓炎病毒感染可降低TFEB表達量，并促進TFEB核易位；同時豬血凝性腦脊髓炎病毒可通過抑制mTORC1活性激活TFEB[31]。在人和小鼠OA軟骨以及叔丁基過氧化氫(Tert-Butyl hydroperoxide，TBHP)處理的軟骨細胞中TFEB表達量和核定位水平下降；將慢病毒轉(zhuǎn)染軟骨細胞后，發(fā)現(xiàn)TFEB過表達改善TBHP誘導(dǎo)的自噬流損傷和溶酶體功能障礙，并保護軟骨細胞免受TBHP誘導(dǎo)的凋亡和衰老，表明TFEB在軟骨細胞中參與了OA的發(fā)展，TFEB過表達可能是一種很有前景的OA治療策略[32]。

登革病毒是常見的蚊媒黃病毒，引起登革熱急性傳染病，每年影響全球數(shù)百萬人的健康。研究人員通過篩選天然產(chǎn)物庫，發(fā)現(xiàn)一種具有抗登革病毒活性的新型化合物環(huán)韋黃素 D(Cvb D)；Cvb D增加細胞膽固醇的合成和積累，激活mTOR，并抑制病毒依賴性自噬；Cvb D不抑制自噬啟動，但可阻礙溶酶體轉(zhuǎn)錄因子TFEB的核易位[33]。

5 結(jié)語

TFEB和MiTF/TFE轉(zhuǎn)錄因子家族的其他成員已成為細胞能量代謝的重要調(diào)節(jié)因子，這些轉(zhuǎn)錄因子通過環(huán)境適應(yīng)可在溶酶體和細胞核之間穿梭。TFEB通過調(diào)節(jié)細胞質(zhì)-自噬途徑參與機體多種生理和病理學過程，如免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)、血管生成、腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)性疾病等。研究人員對信號通路如何通過特定絲氨酸殘基的磷酸化調(diào)節(jié)TFEB亞細胞定位和功能的理解方面取得了相當大的進展。研究發(fā)現(xiàn)，TFEB可被多種激酶磷酸化，miRNA也可調(diào)控激活TFEB。但是，TFEB進入細胞核后如何輸出到細胞質(zhì)尚不清楚。因此，探究TFEB 的激活機制以及在在疾病發(fā)生過程中的作用和具體作用的最新研究進展，可為多種疾病的臨床治療和新型藥物的研發(fā)提供理論依據(jù)。