Nur77對(duì)葡萄糖代謝調(diào)控作用的研究進(jìn)展

黃玉蘭，嚴(yán)慧玲 綜述 蔣玉潔 審校

1.右江民族醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，廣西 百色 533000；

2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，廣西 百色 533000

孤兒核受體Nur77 是核受體超家族成員之一，廣泛分布于肺臟、肝臟、骨骼肌、脂肪組織、心臟、大腦、腎臟、胸腺中，并參與其能量轉(zhuǎn)換、能量代謝及多種病理生理過(guò)程，具有復(fù)雜的生物學(xué)功能。Nur77可以調(diào)節(jié)葡萄糖代謝、脂肪代謝及能量代謝。近年研究顯示，Nur77對(duì)葡萄糖代謝的調(diào)控作用除了與代謝性疾病密切相關(guān)外，其可能在急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。本文旨在對(duì)Nur77分子生物學(xué)功能及其表達(dá)、Nur77對(duì)葡萄糖代謝的調(diào)控及可能在急性呼吸窘迫綜合征中的作用的研究進(jìn)展給予綜述。

1 Nur77概述

核受體超家族(nuclear receptor superfamily)是一組由配體(含類固醇激素受體和非類固醇激素受體)激活的轉(zhuǎn)錄因子家族，參與機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝、細(xì)胞分化及體內(nèi)許多生理過(guò)程，除了有明確配體激活的轉(zhuǎn)錄因子外，核受體超家族還包括大量配體及生理功能未知的孤兒核受體亞家族。孤兒核受體亞家族包含三個(gè)成員，即Nur77 (NR4A1)、Nurr1 (NR4A2)和NOR1(NR4A3)。Nur77 作為核受體超家族的成員之一，是一種調(diào)控多個(gè)靶基因表達(dá)的早期應(yīng)答基因，Nur77 與其他兩個(gè)成員具有共同的核受體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由位于N 端結(jié)合結(jié)構(gòu)域、DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA binding domain，DBD)和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ligand binding domain，LBD)組成，在其基因組結(jié)構(gòu)和DNA 結(jié)合區(qū)的保守性方面具有共同結(jié)構(gòu)和高度的同源性[1]。Nur77 定位于12 號(hào)染色體上，其蛋白由598 個(gè)氨基酸組成，包含不典型的A/B、C、D 和E 配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，其無(wú)特定的內(nèi)源性配體可結(jié)合[2]。盡管如此，越來(lái)越多的研究揭示許多小分子和親脂配體可通過(guò)靶向Nur77 配體結(jié)合域與之相互作用，并通過(guò)誘導(dǎo)Nur77配體結(jié)合位點(diǎn)的構(gòu)象變化從而調(diào)控受體活性[3]。

NR4A 受體作為早期即時(shí)反應(yīng)基因，由生長(zhǎng)因子、炎性刺激、細(xì)胞因子、激素和細(xì)胞應(yīng)激等多種生理及病理刺激后在多種代謝及能量依賴組織中被迅速誘導(dǎo)表達(dá)，其組織有肺臟、肝臟、骨骼肌、脂肪組織、心臟、大腦、腎臟、胸腺等[4]。近年研究顯示，Nur77 參與了包括哮喘、急性肺損傷和肺纖維化在內(nèi)的肺部疾病的發(fā)病機(jī)制，盡管目前在肺病理生理中作用的研究數(shù)據(jù)仍較缺乏，但Nur77的激活在這些疾病中極具治療潛力。

2 Nur77對(duì)葡萄糖代謝的調(diào)控

2.1 Nur77參與肝臟葡萄糖代謝 肝臟是體內(nèi)代謝與解毒的主要器官。Nur77 是肝臟糖異生的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，是環(huán)磷腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)在控制葡萄糖代謝作用中的下游介質(zhì)。饑餓、禁食及胰高血糖素等生理刺激可誘導(dǎo)cAMP 軸激活致Nur77 在肝臟中的表達(dá)，在病理性糖異生的小鼠模型中，其肝臟的Nur77表達(dá)增加[5]。Nur77 過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)小鼠糖異生相關(guān)基因的表達(dá)，如葡萄-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase，G-6-Pase)、果糖二磷酸酶1(fructose diphosphatase 1，F(xiàn)BP1)、果糖-1，6-二磷酸酶2 (fructose-1，6-bisphosphatase 2，F(xiàn)BP2)和烯醇化酶-3(Eno3)[6-7]，從而刺激體內(nèi)外葡萄糖的生成，提高血糖水平；相反，Nur77抑制劑可以下調(diào)糖異生基因的表達(dá)使血糖水平有所下降。Chao 等[8]研究報(bào)道稱，Nur77 缺陷小鼠在接受高脂飲食時(shí)會(huì)發(fā)生肝脂肪變性，并在肝臟中加劇胰島素抵抗，從而對(duì)肝臟葡萄糖生成的抑制作用減弱，無(wú)法保護(hù)高脂喂養(yǎng)的小鼠免受肝胰島素抵抗。Nur77 的激活劑Cytosporone B 可上調(diào)Nur77 的表達(dá)，從而在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)肝糖異生發(fā)揮調(diào)節(jié)血糖的生理功能[9]。小檗堿即一種口服降糖藥物，已被證明能激活腺苷5-單磷酸(adenosine 5-monophosphate，AMP-)為蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，并通過(guò)Nur77增加肝臟成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21 (fibroblast growth factor，F(xiàn)GF21)的表達(dá)，故FGF21 可能是Nur77 的靶基因[10]。研究發(fā)現(xiàn)甘油激酶(glycerokinas，GYK)過(guò)表達(dá)可抑制Nur77 與Nur77 的應(yīng)答元件(NGFI-B response element，NBRE)結(jié)合，抑制Nur77-靶糖原基因在肝臟糖代謝中的轉(zhuǎn)錄，拮抗Nur77 對(duì)肝臟糖異生的調(diào)節(jié)作用，從而抑制Eno3 和血清載脂蛋白(ApoA5)的表達(dá)，導(dǎo)致Eno3、G-6-Pase和F-1、6-BP表達(dá)降低[11]，最終導(dǎo)致循環(huán)血糖水平下降，其結(jié)果在鏈脲佐菌素組小鼠和db/db組小鼠中也得到了驗(yàn)證[12]。

2.2 Nur77參與骨骼肌葡萄糖代謝 骨骼肌作為人體中最大的葡萄糖利用器官，在維持血糖和調(diào)節(jié)血糖水平方面發(fā)揮著不可替代的作用。在骨骼肌中，β-腎上腺素能信號(hào)、胰島素和耐力運(yùn)動(dòng)可誘導(dǎo)Nur77 的表達(dá)[8，13-15]。敲除Nur77 會(huì)導(dǎo)致肌肉細(xì)胞中的脂解作用降低以及調(diào)節(jié)能量消耗和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)基因的表達(dá)[13]。Nur77 直接影響骨骼肌葡萄糖應(yīng)用途徑，β-腎上腺素能可以刺激誘導(dǎo)兩個(gè)NR4A 家族成員即Nur77 和NOR1 的表達(dá)[16]，此外，Nur77 在C2C12 骨骼肌細(xì)胞或電穿孔的原代骨骼肌細(xì)胞中的過(guò)表達(dá)可誘導(dǎo)糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)，而敲除Nur77 則降低了參與糖酵解基因的表達(dá)，包括葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)、磷 酸果 糖激 酶(phosphofructokinase，PFK)、磷酸甘油酸突變酶(phosphoglycerate mutase 2，PGAM2)和甘油磷酸穿梭，以及降低了糖異生相關(guān)基因的表達(dá)。Nur77 可與GLUT4 和Eno3 的啟動(dòng)子結(jié)合，接受高脂飲食的全身Nur77 敲除小鼠由于胰島素信號(hào)改變、GLUT4及糖酵解基因表達(dá)降低而發(fā)展為骨骼肌胰島素抵抗，導(dǎo)致葡萄糖耐量受損，進(jìn)而循環(huán)胰島素水平升高，相反，胰島素可顯著上調(diào)培養(yǎng)的L6 骨骼肌細(xì)胞Nur77 的表達(dá)[17]。Nur77 可在急性應(yīng)激時(shí)激活交感神經(jīng)系統(tǒng)，從而使骨骼肌中的葡萄糖攝取、糖酵解和糖原分解作用被激活。經(jīng)檢測(cè)，小鼠骨骼肌磷酸化激酶(Phka1)和磷酸化酶(Pygm)和GLUT4 存在潛在的Nur77結(jié)合反應(yīng)元件(NBRE)，提示骨骼肌Phka1，Pygm和GLUT4啟動(dòng)子是Nur77的直接靶標(biāo)[18]。Mey等[19]對(duì)健康者、肥胖者和2型糖尿病患者進(jìn)行高胰島素-正常血糖鉗夾及骨骼肌活檢發(fā)現(xiàn)，肥胖和2 型糖尿病患者Nur77 和NOR1 胰島素反應(yīng)性減弱，該數(shù)據(jù)再次證實(shí)Nur77是體內(nèi)骨骼肌葡萄糖代謝的重要調(diào)節(jié)因子。

2.3 Nur77 參與脂肪組織葡萄糖代謝 Nur77 在脂肪組織中也參與了葡萄糖的利用。研究顯示脂肪細(xì)胞中的Nur77 和NR4A3 可通過(guò)刺激胰島素依賴的葡萄糖攝取激活胰島素信號(hào)通路。Fu 等[20]通過(guò)在人骨骼肌cDNA芯片分析中觀察到了胰島素改變Nur77的表達(dá)，而胰島素受體和胰島素增敏藥(吡格列酮和曲格列酮)在脂肪細(xì)胞中誘導(dǎo)Nur77 的高表達(dá)，增加3T3-L1 脂肪組織葡萄糖的攝取。該數(shù)據(jù)支持Nur77控制脂肪細(xì)胞的葡萄糖代謝的可能。

2.4 Nur77 參與胰島β細(xì)胞葡萄糖代謝 Nur77作為胰島β細(xì)胞中的一種壓力傳感器，它對(duì)葡萄糖刺激的胰島素分泌有負(fù)性調(diào)控的作用。在胰腺β細(xì)胞中，Nur77可以被葡萄糖和飽和脂肪酸所誘導(dǎo)，調(diào)控糖酵解基因并調(diào)節(jié)葡萄糖利用和胰島素分泌。Susini等[21]證明葡萄糖可引起胰腺β細(xì)胞In-1 中Nur77的轉(zhuǎn)錄激活，在高血糖的適應(yīng)過(guò)程中起著重要作用。Mazuy 等[22]發(fā)現(xiàn)暴露在飽和脂肪酸棕櫚酸鹽的β細(xì)胞所發(fā)生的脂毒性休克增加了Nur77 的表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)了位于翻譯起始位點(diǎn)上游-1534 和-1512 bp之間的調(diào)節(jié)盒，介導(dǎo)了Nur77 啟動(dòng)子在棕櫚酸鹽暴露下的激活從而影響胰島素分泌，表明Nur77 在胰腺中的表達(dá)和胰島素分泌之間的關(guān)系具有一定作用。Nur77可降低胰島中β細(xì)胞的密度，Nur77過(guò)表達(dá)則誘導(dǎo)β細(xì)胞增殖，而β細(xì)胞線粒體呼吸依賴于Nur77 和NR4A3，并且在缺乏Nur77和NR4A3的情況下β細(xì)胞線粒體呼吸功能會(huì)明顯減弱，抑制葡萄糖刺激下的胰島素分泌[23]。在缺失Nur77或NR4A3的832/13 INS-1β細(xì)胞系中，糖酵解基因烯醇化酶1(Eno1)的表達(dá)降低，并且在MI-6細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果，在棕櫚酸的誘導(dǎo)下可以增加Nur77 的表達(dá)，從而增加糖酵解基因Eno3 的表達(dá)，表明Nur77和NR4A3 可以調(diào)節(jié)胰腺β細(xì)胞中糖酵解基因的表達(dá)，從而影響葡萄糖的利用和胰島素的分泌[24]。

2.5 Nur77 參與免疫系統(tǒng)葡萄糖代謝 孤兒核受體亞家族可調(diào)節(jié)各種免疫細(xì)胞類型，尤其在T 細(xì)胞中起著重要的作用。Nur77 是T細(xì)胞刺激后數(shù)小時(shí)內(nèi)在T 細(xì)胞中表達(dá)的一種早期反應(yīng)基因，Nur77 被誘導(dǎo)后T 細(xì)胞的基礎(chǔ)呼吸和最大呼吸能力增強(qiáng)，同時(shí)糖酵解能力也得到了增強(qiáng)。Nur77 參與糖酵解酶和TCA酶的激活，從而促進(jìn)細(xì)胞能量生成的級(jí)聯(lián)，而糖酵解基因的抑制增加了Tre 細(xì)胞的數(shù)量，激活A(yù)kt/mTOR軸促進(jìn)葡萄糖代謝也可以導(dǎo)致Tre 分化的降低[25]。Nur77 表達(dá)的胸腺細(xì)胞代謝的增強(qiáng)可能會(huì)抑制向Tre系的分化，糖酵解的轉(zhuǎn)錄激活通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF1α)依賴性機(jī)制優(yōu)先促進(jìn)Th17而不是Tre的分化[26]。研究還發(fā)現(xiàn)Nur77對(duì)線粒體呼吸和有氧糖酵解的依賴效應(yīng)最早可以在αCD3刺激后24 h觀察到，Nur77作為轉(zhuǎn)錄因子，可能通過(guò)與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用而成為調(diào)節(jié)T細(xì)胞代謝的主要轉(zhuǎn)錄因子[27]。這些數(shù)據(jù)表明Nur77參與免疫細(xì)胞的糖酵解過(guò)程。

2.6 Nur77參與腫瘤細(xì)胞葡萄糖代謝 孤兒核受體具有原癌或抑癌活性，在癌癥中具有重要的時(shí)間特異性作用。研究證明Nur77 是肝癌發(fā)生的抑制因子，Nur77可與WAP四二硫化物核心域2(WAP four-disulfide core domain 21 pseudogene，F(xiàn)DC21P)啟動(dòng)子上的反應(yīng)元件結(jié)合，從而誘導(dǎo)WFDC21 轉(zhuǎn)錄后抑制肝細(xì)胞增殖、腫瘤生長(zhǎng)和體內(nèi)轉(zhuǎn)移，且WFDC21P通過(guò)與糖酵解關(guān)鍵酶即磷酸果糖激酶(phosphofructokinase，PFK)和M2 型丙酮酸激酶(pyruvate kinase M2 isoform，PKM2)同時(shí)作用而抑制糖酵解。Nur77 激動(dòng)劑即CsnB 可刺激WFDC21P 的表達(dá)，其中Nur77 為通過(guò)降低PEPCK的SUMO化和泛素化而與糖異生的限速酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶-1(PEPCK1)相互作用，促進(jìn)肝細(xì)胞癌的糖異生，從而有效地抑制肝細(xì)胞癌糖酵解[28]。Nur77在急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia，AML)發(fā)生發(fā)展過(guò)程中作為腫瘤抑制因子[29-30]，即Nur77缺陷誘導(dǎo)AML發(fā)展，與健康供體相比，AML的兩種不同模型即NB4和THP1細(xì)胞系的Nur77表達(dá)明顯降低，shRNA 介導(dǎo)Nur77 基因敲除可促進(jìn)GLUT1 和乳酸脫氫酶亞基(lactate dehydrogenase A，LDHA)的表達(dá)及乳酸產(chǎn)量的升高，該數(shù)據(jù)表明，在AML細(xì)胞中，Nur77的丟失導(dǎo)致葡萄糖攝取增加和無(wú)氧糖酵解[31]。

3 Nur77與急性呼吸窘迫綜合征

ARDS 作為呼吸系統(tǒng)疾病的危重癥疾病，具有高死亡率和高發(fā)病率[32]，是由各種肺內(nèi)外致病因素所致的急性彌漫性肺損傷和進(jìn)而發(fā)展的急性呼吸衰竭[33]。ARDS 大鼠模型的研究揭示Nur77 通過(guò)抑制NF-κB和p38MAPK 降低ET-1 在LPS 誘導(dǎo)的急性呼吸窘迫綜合征大鼠模型A549 細(xì)胞中的表達(dá)。在ARDS 大鼠中，Cytosporone B 作為Nur77 的激動(dòng)劑，可降低ET-1的表達(dá)進(jìn)而發(fā)揮全身保護(hù)作用。LPS 導(dǎo)致大鼠肺組織ET-1 的表達(dá)增加可被Cytosporone B 阻斷，經(jīng)Cytosporone B 所激活，Nur77 下調(diào)活化介導(dǎo)的NF-κB 信號(hào)通路傳導(dǎo)而抑制內(nèi)皮素-1的表達(dá)。p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)是一類進(jìn)化上保守的絲氨酸蘇氨酸絲裂原活化蛋白激酶[34]，其在各種細(xì)胞外刺激下被激活，參與炎癥反應(yīng)過(guò)程，p38 MAPK 同NF-κB 參與細(xì)胞因子的產(chǎn)生，進(jìn)而參與ARDS的病理生理過(guò)程，研究表明，p38 MAPK 是促使骨骼肌代謝適應(yīng)運(yùn)動(dòng)的多種信號(hào)通路之一，其可通過(guò)誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)中GLUT1和GLUT4的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)胰島素依賴的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)[35]，此外，抑制p38 MAPK還可以抑制肝糖異生，同時(shí)抑制關(guān)鍵的葡萄糖生成基因的表達(dá)，包括磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶，從而降低肝臟葡萄糖釋放和降低血糖水平[36-37]，因此，研究在ARDS 病理生理中Nur77是否與p38 MAPK存在相互作用而影響GLUT1和GLUT4介導(dǎo)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)仍需進(jìn)一步研究。

ARDS 作為急危重癥疾病，其患者機(jī)體因應(yīng)激激素、炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子等而處于高代謝狀態(tài)，其內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)嚴(yán)重代謝紊亂，其中糖代謝紊亂表現(xiàn)為糖異生增加、葡萄糖直接氧化供能減少、無(wú)氧酵解增加和胰島素抵抗而使葡萄糖利用障礙。研究顯示，早期營(yíng)養(yǎng)支持、機(jī)體代謝可使機(jī)體降至最低水平，而糖代謝異常是腸外營(yíng)養(yǎng)并發(fā)癥之一[38]。因此，探究Nur77 調(diào)控葡萄糖代謝在ARDS病理生理中的發(fā)生機(jī)制將可能為ARDS新的藥物治療提供依據(jù)。

4 小結(jié)

Nur77 作為核孤兒受體家族中的一員，其表達(dá)與激活受多種生理和病理刺激所誘導(dǎo)，在多種組織、細(xì)胞葡萄糖代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用。目前ARDS尚無(wú)有效藥物治療方法，需探索新的治療靶點(diǎn)，近年研究數(shù)據(jù)顯示Nur77可通過(guò)抑制NF-κB和p38 MAPK通路在ARDS 的病理生理過(guò)程發(fā)揮作用，為ARDS 藥物治療的潛在靶點(diǎn)，因此，深入研究Nur77 的作用機(jī)制、調(diào)控葡萄糖代謝過(guò)程其在炎癥相關(guān)性肺疾病中的作用及治療潛力將為ARDS 提供新的治療靶點(diǎn)。