NR4A1與糖尿病的相關(guān)性研究

易文杰，于彤，樊雪飛，張國棟

（桂林醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，廣西 桂林 541100）

NR4A1 屬于孤核受體（NR4A）超家族的成員之一，也可稱其為Nur77、TR3 或者NGFI-B，NR4A1 與NR4A 家族的另外兩種亞型NR4A2、NR4A3 高度同源［1］。它們都具有相似的結(jié)構(gòu)，一個N 端區(qū)域，包含一個不依賴配體的激活功能1（AF-1），也稱為反激活域（TAD），一個由2 個鋅指結(jié)構(gòu)組成的中央DNA 結(jié)合域（DBD），一個C末端配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（LBD）［2］。NR4A1 與經(jīng)典的核受體不同的是NR4A1的LBD結(jié)構(gòu)中含有大量的疏水殘基而沒有配體結(jié)合腔和缺乏經(jīng)典的配體結(jié)合位點(diǎn)。因此，NR4A1 是一個無內(nèi)源性配體的轉(zhuǎn)錄因子［3］。NR4A1 與炎癥［4］、癌癥［5-6］、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、糖酵解和糖原分解［7］、衰老［1］等有關(guān)。NR4A1的活性調(diào)控和生理功能依賴于受體表達(dá)和翻譯后修飾而不需要與配體結(jié)合。一些可能以非常規(guī)方式與NR4A1 相互作用的合成和天然化合物被確定為激動劑或拮抗劑，例如胞孔蛋白B（Csn-B）和阿米酮B 都是NR4A1的天然激動劑［8］。同時，NR4A1被歸為早期反應(yīng)基因，能對外界環(huán)境的變化做出快速反應(yīng)，NR4A1 由一系列不同的信號誘導(dǎo)，包括脂肪酸、應(yīng)激、生長因子、細(xì)胞因子和磁場、剪切應(yīng)力等［9］。本文對NR4A1 的生理作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并著重討論了NR4A1與糖尿病之間的關(guān)系。

1 NR4A1的生物學(xué)作用

NR4A1 作為一個轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，具有許多的生物學(xué)功能。McEvoy 等［4］研究發(fā)現(xiàn)，可通過使用內(nèi)毒素脂多糖（LPS）刺激NR4A1 的表達(dá)來調(diào)控機(jī)體的炎癥反應(yīng)，所以NR4A1 受體是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素，且NR4A1 主要調(diào)節(jié)核因子κB（NF-κB）髓細(xì)胞信號。Liu 等［10］利用全基因組分析方法發(fā)現(xiàn)，NR4A1 在耐受性T 細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)可抑制效應(yīng)T 細(xì)胞的分化，而NR4A1 的缺失則增強(qiáng)了機(jī)體對腫瘤的免疫力，確定了NR4A1 是T 細(xì)胞功能障礙的關(guān)鍵調(diào)控因子，是腫瘤免疫治療的潛在靶點(diǎn)。有趣的是，NR4A1 既可以作為抑癌基因也可以作為致癌基因，例如它是結(jié)直腸癌［5］和肺癌［11］的致癌基因，但是它在子宮內(nèi)膜樣癌［6］和急性髓系白血?。?］中有著抑癌作用。NR4A1與細(xì)胞增殖也有關(guān)系，Nomiyama 等［12］的研究表明，血管平滑肌細(xì)胞增殖受到NR4A1 調(diào)控，在血小板衍生生長因子（PDGF）的刺激下，血管平滑肌細(xì)胞通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）信號通路誘導(dǎo)NR4A1 的快速表達(dá)，使血管平滑肌細(xì)胞增殖。NR4A1 是糖尿病的重要調(diào)控基因，與糖尿病中許多代謝過程有關(guān)。NR4A1啟動子的DNA超甲基化降低了NR4A1 mRNA 表達(dá)，阻斷2 型糖尿?。═2DM）患者的胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；而NR4A1的過表達(dá)可以抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）的表達(dá)，胰島素受體活化［13］。NR4A1表達(dá)降低可激活急性早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞糖酵解途徑［7］。NR4A1 是觸發(fā)線粒體生物發(fā)生和改善線粒體固有功能的營養(yǎng)傳感器，也是DNA 修復(fù)機(jī)制和原粒DNA修復(fù)的組成部分，因此NR4A1可能是抗衰老的潛在治療靶點(diǎn)［1］。NR4A1 的多種生物學(xué)功能，使得NR4A1 與多種代謝性疾病有關(guān)，可能是代謝性疾病的潛在治療靶點(diǎn)。

2 NR4A1與糖尿病的相關(guān)性

眾所周知，糖尿病的最大特征是人體長期的慢性高血糖，這種慢性高血糖會持續(xù)對人體的心臟、血管、腎臟、神經(jīng)、代謝等造成損害。Sheng等［14］的研究發(fā)現(xiàn)，NR4A1是被慢性高血糖刺激激活的，從而促進(jìn)糖尿病的發(fā)病。糖尿病的發(fā)病機(jī)制主要是由于胰島β細(xì)胞不足以應(yīng)對慢性燃料過剩而引起的，從而導(dǎo)致血糖負(fù)荷、胰島素抵抗和肥胖［15］。而糖和脂肪代謝、胰島合成都與NR4A1的表達(dá)有關(guān)［8］。

2.1 NR4A1參與胰島素信號通路 胰島分泌的胰島素具有血糖調(diào)節(jié)作用，可以維持機(jī)體血糖的動態(tài)平衡；胰島素分泌不足和產(chǎn)生胰島素抵抗，都可能導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生［15］。Chen 等［13］采用構(gòu)建含有人NR4A1片段的質(zhì)粒，并瞬時轉(zhuǎn)染到293T細(xì)胞和大鼠胰島β 細(xì)胞瘤細(xì)胞（RIN-m5F） 中，RIN-m5F 細(xì)胞在高糖培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)表明NR4A1 的過表達(dá)抑制了DNMT1 的表達(dá)，誘導(dǎo)胰島素受體的過度表達(dá)，并且NR4A1 的過表達(dá)進(jìn)一步促進(jìn)了高葡萄糖刺激的胰島素分泌，提示NR4A1 參與胰島素信號通路并受到DNMT1 的影響。T2DM 患者的特征之一是骨骼肌的胰島素抵抗，胰 島 素 敏 感 性 降 低［16］。Chao 等［17］建 立NR4A1 敲除小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)NR4A1 基因缺失的小鼠對飲食性肥胖和胰島素抵抗的敏感性增加，在骨骼肌中的NR4A1 的表達(dá)缺失使胰島素受體磷酸化的水平降低，胰島素的信號通路被破壞，并且使葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（GLUT4）的表達(dá)顯著降低。以上研究發(fā)現(xiàn)，NR4A1 的過表達(dá)會促進(jìn)胰島素的分泌。但是，Briand 等［18］的研究發(fā)現(xiàn)，脂肪酸激活NR4A1的表達(dá)，NR4A1的激活抑制了促胰島素生成基因mafA 的表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)mafA 蛋白的濃度降低阻止胰島素基因的激活，mafA對胰島素基因的嚴(yán)格調(diào)控導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)胰島素濃度降低和胰島素分泌受損。所以NR4A1 的過表達(dá)對胰島素分泌的影響還有待進(jìn)一步研究。

2.2 NR4A1是糖、脂代謝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子

2.2.1 NR4A1 與糖代謝 機(jī)體通過調(diào)節(jié)胰島素和胰高血糖素的肝臟葡萄糖產(chǎn)生以及肌肉和脂肪組織對周圍葡萄糖的吸收來維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)。肝葡萄糖是通過食物，肝糖原和糖異生的分解而產(chǎn)生的。NR4A1與肝臟糖異生密切相關(guān)，NR4A1高表達(dá)，導(dǎo)致葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基（G-6-pase）和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶（PEPCK）升高，這兩個酶是調(diào)控肝臟糖異生的關(guān)鍵酶，從而糖異生增強(qiáng)，葡萄糖產(chǎn)量增加，導(dǎo)致血糖升高［8］。NR4A1還誘導(dǎo)了葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因GLUT2的表達(dá)，該基因有助于血細(xì)胞攝取葡萄糖，造成機(jī)體的血糖上升［19］。Pei 等［20］使用腺病毒載體在小鼠肝細(xì)胞中表達(dá)了一個NR4A1 的激活域突變體（Nur77-m1），發(fā)現(xiàn)抑制性突變體NR4A1受體的表達(dá)可以拮抗糖異生基因表達(dá)并降低db/db小鼠的血糖水平。這些數(shù)據(jù)都說明了NR4A1 在肝臟葡萄糖產(chǎn)生中有著重要的作用。

骨骼肌肌肉細(xì)胞攝取葡萄糖形成肌糖原和劇烈運(yùn)動后肌糖原分解產(chǎn)生乳酸后進(jìn)一步產(chǎn)生葡萄糖，兩者之間的相互調(diào)節(jié)來維持血糖水平的平衡，因此骨骼肌在葡萄糖代謝方面扮演著重要的角色。NR4A1 也與骨骼肌的葡萄糖代謝過程密切相關(guān)，如葡萄糖攝取、葡萄糖氧化、糖原合成和骨 骼 肌 生 長［21-23］。Kanzleiter 等［21］采 用 編 碼NR4A1的腺病毒感染L6大鼠骨骼肌肌管，測定其脂質(zhì)和葡萄糖氧化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)NR4A1 的過表達(dá)使L6 細(xì)胞的葡萄糖氧化及糖原合成被促進(jìn)，同時也顯著增加L6 細(xì)胞中基礎(chǔ)葡萄糖需要量和糖原合成。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，急性運(yùn)動可顯著增加關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑NR4A1 在骨骼肌中的表達(dá)和激活，并且NR4A1 的激活在T2DM 患者進(jìn)行急性運(yùn)動時被予以保留，而且使NR4A1 的上游調(diào)節(jié)因子p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）和環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）的磷酸化水平升高［24］。Kasch 等［25］研究發(fā)現(xiàn)，母體高脂喂養(yǎng)使子代股四頭肌的NR4A1 的表達(dá)升高，子代自主運(yùn)動后NR4A1 的基因表達(dá)恢復(fù)正常，改善了母代高脂喂養(yǎng)后的胰島素敏感性下降的影響。NR4A1 是肌肉質(zhì)量的重要決定因素，也是細(xì)胞代謝和肌肉生長之間潛在的轉(zhuǎn)錄聯(lián)系，NR4A1 缺失的小鼠出現(xiàn)肌纖維體積和肌肉萎縮［23］。進(jìn)一步說明，NR4A1 的缺失使骨骼肌的糖代謝紊亂，影響了骨骼肌的生長發(fā)育。這些數(shù)據(jù)證明NR4A1 是體內(nèi)骨骼肌葡萄糖代謝的功能調(diào)節(jié)因子。

2.2.2 NR4A1 與脂代謝 Zhang 等［26］的研究表明NR4A1 是脂肪細(xì)胞祖細(xì)胞（APs）核心轉(zhuǎn)錄通路的組成部分，是對可塑性代謝有利的負(fù)調(diào)控因子，其通過對APs 自我更新的近端控制，在功能上抑制脂肪細(xì)胞分化，這種抗脂肪作用是通過其DBD負(fù)調(diào)控發(fā)揮作用，說明NR4A1是一種抗脂肪生成劑。Qin 等［27］的實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，NR4A1 過表達(dá)抑制3T3-L1 前脂肪細(xì)胞系的脂肪生成，其機(jī)制可能是通過NR4A1 增強(qiáng)GATA 結(jié)合蛋白2 （GATA2）表達(dá)來抑制過氧化物酶體增殖激活受體γ（PPARγ）和上調(diào)p53 基因來抑制甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子1（SREBP1）及其下游基因脂肪酸合成酶（FAS），這兩個途徑來延緩脂肪細(xì)胞的分化與成熟。

2.3 NR4A1與糖尿病并發(fā)癥的關(guān)系 糖尿病腎病是一種慢性腎臟疾病，是一種嚴(yán)重的長期糖尿病并發(fā)癥，是糖尿病患者死亡的一個危險因素［28］。NR4A1 是慢性腎臟疾病的易感基因，NR4A1 缺乏已被證實(shí)與腎臟損傷和腎功能障礙有關(guān)［29］。Sheng等［14］的研究表明，NR4A1是糖尿病腎病中的一種新的致病因子，NR4A1高表達(dá)激活p53，p53調(diào)控線粒體分裂因子（Mff）和Parkin 蛋白的轉(zhuǎn)錄，從而增強(qiáng)Mff相關(guān)的線粒體分裂和抑制Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬來發(fā)揮作用；而NR4A1 的低表達(dá)中斷了Mff相關(guān)的線粒體分裂和減少了Parkin介導(dǎo)的線粒體吞噬，減少了高血糖介導(dǎo)的線粒體損傷，從而改善了腎功能。

糖尿病的并發(fā)癥——糖尿病視網(wǎng)膜病變［30］也與NR4A1有關(guān)。Dai等［31］的研究發(fā)現(xiàn)，NR4A1在高飽和脂肪飲食（HFD）小鼠的視網(wǎng)膜和暴露于飽和脂肪酸棕櫚酸酯或神經(jīng)酰胺類似物Cer6 的培養(yǎng)液中表達(dá)增加，促進(jìn)視網(wǎng)膜細(xì)胞中谷氨酰胺-果糖-6-磷酸酰胺轉(zhuǎn)移酶2（GFAT2）mRNA的表達(dá)而增加視網(wǎng)膜蛋白質(zhì)的糖基化，這種不正常的糖基化會導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生。同時，研究也發(fā)現(xiàn)NR4A1反活化的抑制也可以抑制Cer6誘導(dǎo)的GFAT2的表達(dá)。

3 小結(jié)

本文對NR4A1 的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)作用進(jìn)行了簡要的概述，NR4A1 是一個無內(nèi)源性配體的轉(zhuǎn)錄因子，同時它又是一個即時早期反應(yīng)基因，是機(jī)體炎癥反應(yīng)、免疫功能、細(xì)胞增殖與分化和代謝等的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素，但是NR4A1 的生物學(xué)作用機(jī)制目前尚不完全明確，仍需要在未來繼續(xù)進(jìn)行探討。對NR4A1 和糖尿病之間的相關(guān)作用進(jìn)行了著重的討論，許多的證據(jù)表明NR4A1 是糖脂代謝的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，在胰島素的信號通路、葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)、葡萄糖的穩(wěn)態(tài)和脂肪細(xì)胞的分化與成熟中發(fā)揮重要作用，所以NR4A1 可能是糖尿病的潛在治療靶點(diǎn)之一。但是對于NR4A1 調(diào)控機(jī)制目前知之甚少，這是我們在未來應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查和研究的方向，以確定NR4A1 是糖尿病真正的潛在治療靶點(diǎn)。