NR4A1在糖尿病腎病發(fā)病中作用的研究進(jìn)展

呂文玥，李金夢(mèng)，李 含，劉 雷，王 娜*

1.濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院 臨床醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272029；2.濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 全科醫(yī)學(xué)科，山東 濟(jì)寧 272029

糖尿病腎病(diabetic nephropathy, DN)是由于糖尿病導(dǎo)致的慢性腎臟病,是糖尿病主要的微血管并發(fā)癥之一,伴發(fā)DN的糖尿病患者多達(dá)50%。病變可累及全腎(包括腎小球、腎小管、腎間質(zhì)等),臨床表現(xiàn)以蛋白尿?yàn)橹鳌N發(fā)病原因復(fù)雜,受炎性反應(yīng)途徑激活、自噬功能障礙、氧化應(yīng)激、晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycosylation end products, AGEs)等影響。隨著糖尿病等代謝性疾病患者的增加,DN發(fā)病率在中國(guó)呈上升趨勢(shì),在終末期腎臟病中僅次于各種腎小球腎炎。深入研究DN相關(guān)機(jī)制,尋找高效的治療靶點(diǎn)具有重要意義。核受體亞家族4A成員1(nuclear receptor subfamily 4 group A member 1, NR4A1)在機(jī)體內(nèi)各組織器官中分布廣泛,參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、脂質(zhì)代謝、炎性反應(yīng)等各類活動(dòng),與癌、心血管疾病及代謝性疾病密切相關(guān)。目前已有研究證實(shí)NR4A1參與DN進(jìn)程,可能是DN治療的重要靶點(diǎn)。

1 NR4A1簡(jiǎn)介

NR4A1作為核受體亞家族的一員,廣泛分布于各組織、器官。它由 598個(gè)氨基酸組成,包含 A/B、C、D、E 5個(gè)結(jié)構(gòu)域。其中A/B區(qū)為非結(jié)構(gòu)的氨基末端結(jié)構(gòu)域;C區(qū)于中央?yún)^(qū)為雙鋅指DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA-binding domain, DBD),具有高度保守性;D區(qū)的鉸鏈結(jié)構(gòu)為其提升了靈活性;E區(qū)是由12個(gè)α-螺旋組成的羧基末端配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ligand binding domain,LBD),尚未發(fā)現(xiàn)其配體。NR4A1結(jié)合蛋白可以分為3類,分別是轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄輔助調(diào)節(jié)因子和激酶[1]。其中DBD可以識(shí)別靶基因的特異序列,依靠其雙鋅指結(jié)構(gòu)與DNA直接結(jié)合,也可以通過單體形式與生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的基因B反應(yīng)元件(nerve growth factor-induced gene-B,NBRE)(AAA GGTCA)結(jié)合或者以二聚體形式與Nur反應(yīng)元件(TGATATTTX6AAATGCCA)結(jié)合,進(jìn)而調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)[1];LBD 含有數(shù)個(gè)疏水氨基酸殘基,內(nèi)含一個(gè)配體依賴的AF-2 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域,參與核受體二聚化,當(dāng)與配體結(jié)合時(shí),可以改變核受體構(gòu)象,使核受體獲得轉(zhuǎn)錄活性[1]。

2 NR4A1在DN發(fā)病機(jī)制中的作用

2.1 NR4A1調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是DN患者發(fā)病的最關(guān)鍵因素之一。高血糖環(huán)境下葡萄糖進(jìn)行非酶反應(yīng),使得腎臟細(xì)胞產(chǎn)生AGEs。糖尿病基礎(chǔ)上AGEs的產(chǎn)生,使得活性氧(reactive oxygen species, ROS) 積累增強(qiáng),氧化應(yīng)激水平上調(diào),致使細(xì)胞組織受損,進(jìn)而機(jī)體出現(xiàn)系膜擴(kuò)張、腎小球肥大、蛋白尿等情況[2]。臨床上可通過抑制ROS生成、維持氧化/抗氧化動(dòng)態(tài)平衡控制氧化應(yīng)激。

ROS主要來源于受損的線粒體,應(yīng)激狀態(tài)下,線粒體過度裂變會(huì)誘導(dǎo)ROS過度產(chǎn)生。長(zhǎng)期高血糖環(huán)境中NR4A1上調(diào)激活p53信號(hào)通路,誘導(dǎo)活化線粒體動(dòng)力相關(guān)蛋白1的受體線粒體裂變因子(mitochondrial fission factor, Mff)且抑制線粒體與溶酶體融合,調(diào)節(jié)線粒體分裂和吞噬,促使高血糖介導(dǎo)的線粒體損傷加重,增加ROS的產(chǎn)生,造成腎功能進(jìn)一步惡化[3];ROS可以通過激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。一方面,NR4A1通過增強(qiáng)泛素連接酶的表達(dá)來促進(jìn)絲裂原激活蛋白激酶激酶4的降解來抑制JNK的激活[4];另一方面則通過增強(qiáng)胰腺β細(xì)胞中p-JNK的靶向磷酸酶表達(dá)減輕ROS誘導(dǎo)的JNK激活降低JNK磷酸化程度[4],減少細(xì)胞損害。二甲雙胍是目前臨床上治療糖尿病的一線藥物,具有降糖以外的腎保護(hù)作用,還可以與NR4A1羧基端的兩種脯氨酸相互作用,抑制線粒體復(fù)合物I激活磷酸腺苷活化蛋白激酶,從而減少腎組織中ROS的產(chǎn)生,減輕ROS帶來的傷害[5]。

通過對(duì)NR4A1的調(diào)控,可以調(diào)節(jié)機(jī)體的氧化/抗氧化水平,使其處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),在DN病理過程中減輕胰腺β細(xì)胞、腎臟細(xì)胞的應(yīng)激狀態(tài)。

2.2 NR4A1與AGEs影響纖維化

晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycosylation end products, AGEs)是糖與蛋白質(zhì)相互聚合經(jīng)過一系列反應(yīng)后形成的的共價(jià)化合物,它與糖基化終末期產(chǎn)物受體(receptor of AGEs, RAGE)構(gòu)成的AGEs/RAGE通路是DN重要發(fā)病機(jī)理之一。AGEs既可直接對(duì)腎臟細(xì)胞造成損壞,也可以同RAGE一起激活下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,共同參與DN的氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、足細(xì)胞凋亡等活動(dòng)。此外AGEs可以加速血管鈣化過程,誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致腎小管纖維化發(fā)生[6]。

一種含Jumonji結(jié)構(gòu)域1A(Jumonji C domain-containing 1A, JMJD1A)的組蛋白去甲基化酶,可以將基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1激活并釋放于心肌細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)中促使心肌纖維化發(fā)生[6]。近期相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,JMJD1A同樣參與DN的纖維化過程。當(dāng)JMJD1A在HK-2細(xì)胞中過表達(dá)時(shí),纖維化相關(guān)因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子、波形蛋白表達(dá)均升高,加快纖維化發(fā)生發(fā)展進(jìn)程[6];并且通過抑制TGF-β信號(hào)通路抑制分子,JMJD1A激活TGF-β1/Smad2/3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,從而促進(jìn)纖維化的發(fā)生[7]。CD-1小鼠腎小管上皮細(xì)胞中的JMJD1A和NR4A1在受到AGEs單獨(dú)刺激時(shí)表達(dá)量均增多,可能是由于TGF-β誘導(dǎo)的NR4A1短暫上調(diào)[8]。JMJD1A與NR4A1二者相互制約,當(dāng)JMJD1A被敲除后,NR4A1表達(dá)上升,纖維化癥狀減輕;當(dāng)JMJD1A過表達(dá)后,NR4A1表達(dá)受到抑制,促進(jìn)纖維化的發(fā)生。由此推斷JMJD1A是通過NR4A1調(diào)節(jié)由AGEs誘導(dǎo)的腎小管上皮纖維化[6]。

2.3 NR4A1抑制自噬

自噬是一種具有高度保守性的、依賴溶酶體途徑對(duì)胞質(zhì)蛋白和細(xì)胞器進(jìn)行降解的過程,是細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制之一。自噬參與細(xì)胞分化、營(yíng)養(yǎng)代謝等多種生理機(jī)制,越來越多的疾病被證實(shí)與其失調(diào)有關(guān)。自噬通過多種途徑參與DN發(fā)生發(fā)展過程,包括但不限于氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、糖代謝,造成足細(xì)胞損傷,且長(zhǎng)時(shí)間的自噬缺陷狀態(tài)可導(dǎo)致足細(xì)胞損傷的積累,加快DN進(jìn)程。

NR4A1參與自噬細(xì)胞死亡過程[9]。在心肌細(xì)胞中,NR4A1促進(jìn)線粒體裂變因子Mff磷酸化,誘發(fā)線粒體過度分裂,并下調(diào)線粒體自噬受體蛋白活性,抑制線粒體自噬發(fā)生。Mff的激活導(dǎo)致線粒體基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)下調(diào),蓄積的大量線粒體ROS促使細(xì)胞色素C滲透,啟動(dòng)線粒體凋亡途徑,加重心肌微循環(huán)損傷。在高糖誘導(dǎo)的DN小鼠體內(nèi),NR4A1的表達(dá)水平顯著上調(diào),促使線粒體分裂加強(qiáng)的同時(shí)抑制線粒體自噬,加重腎臟損傷,促進(jìn)DN發(fā)展[3]。處于高糖培養(yǎng)基中的HEK-293細(xì)胞,其神經(jīng)激肽1受體與胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體需要自噬機(jī)制的核心蛋白磷脂酰肌醇-3-激酶、自噬效應(yīng)蛋白和自噬相關(guān)蛋白7活性誘導(dǎo)自噬,而這些受體參與的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑均與NR4A1的激活有關(guān)[10]。乳酸的促鈣化作用調(diào)節(jié)著線粒體分裂。在高乳酸環(huán)境中NR4A1基因敲除可以保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)的完整性,促進(jìn)自噬體、線粒體的融合以及線粒體自噬,恢復(fù)線粒體網(wǎng)絡(luò)[11]。

2.4 炎性反應(yīng)

代謝紊亂、腎臟血流動(dòng)力學(xué)改變等因素均會(huì)加重腎臟損傷,促進(jìn)炎性反應(yīng)因子的產(chǎn)生。在DN發(fā)生發(fā)展過程中,微炎性反應(yīng)(micro-inflammatory response)通過磷脂肌醇信號(hào)途徑、多元醇途徑和AGEs途徑誘導(dǎo)腎小球損傷,加快DN進(jìn)展[12]。

NR4A1的表達(dá)水平被證實(shí)與慢性低度炎性反應(yīng)和脂質(zhì)代謝紊亂有關(guān),其調(diào)節(jié)、表達(dá)被認(rèn)為是預(yù)防和治療炎性疾病的潛在靶點(diǎn)。當(dāng)足細(xì)胞處于高血糖狀態(tài)時(shí),會(huì)大量產(chǎn)生白細(xì)胞介素-6(interleukin- 6,IL-6),激活JAK2/STAT3通路,最終導(dǎo)致足細(xì)胞肥大發(fā)生[13];核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是巨噬細(xì)胞中重要的轉(zhuǎn)錄因子之一,可被多種細(xì)胞因子激活,誘導(dǎo)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)等促炎介質(zhì)生成,導(dǎo)致糖尿病腎損傷[14]。DN患者高水平的氧化低密度脂蛋白、TNF-α刺激巨噬細(xì)胞致使NR4A1的轉(zhuǎn)錄升高[15]。而當(dāng)NR4A1過表達(dá)后,由TNF-α和IL-1β刺激的NF-κB啟動(dòng)子的活性將顯著降低,同時(shí)上調(diào)NF-κB抑制蛋白的表達(dá)進(jìn)而抑制NF-κB的易位[16],降低炎性反應(yīng),減輕腎損傷。一種五環(huán)三萜類抗炎藥物——雷公藤紅素可以促使NR4A1從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至線粒體中,并與腫瘤壞死因子受體結(jié)合,促進(jìn)自噬、抑制炎性反應(yīng)[17]。

2.5 NR4A1平衡脂質(zhì)代謝

血脂異常被認(rèn)為是腎臟疾病進(jìn)展可逆的危險(xiǎn)因素。腎小球硬化和腎小管間質(zhì)損傷與脂質(zhì)在腎臟中積累有關(guān)。糖尿病患者持續(xù)的高血糖促進(jìn)了脂肪酸和甘油三酯的積累誘導(dǎo)脂毒性的產(chǎn)生,而此過程影響著DN的發(fā)生發(fā)展,脂毒性和脂質(zhì)積累會(huì)導(dǎo)致足細(xì)胞功能障礙并引起細(xì)胞凋亡[18]。

截至今日,脂肪形成的分子基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制尚未明確。近年來,越來越多研究認(rèn)為NR4A1作為控制糖脂穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子在多種代謝相關(guān)組織中表達(dá)。NR4A1在乳腺癌中通過下調(diào)CD36和脂肪酸結(jié)合蛋白4的表達(dá),抑制癌細(xì)胞增殖[19];在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝中也起著重要作用。通過高脂飼料喂養(yǎng)小鼠發(fā)現(xiàn),NR4A1基因敲除后,小鼠更易發(fā)生肥胖,有關(guān)脂質(zhì)合成的過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)表達(dá)量增加,雖未檢測(cè)到二者有直接聯(lián)系,但通過其對(duì)前脂肪細(xì)胞的抑制行為推測(cè),NR4A1可能會(huì)抑制脂肪生成和脂質(zhì)積累[20];脂肪細(xì)胞的發(fā)育與脂肪細(xì)胞祖細(xì)胞(adipocyte progenitors,AP)的增殖分化有關(guān),而NR4A1通過抑制AP增殖從而抑制體內(nèi)的脂肪生成[21]。

3 問題與展望

DN是由多種因素如氧化應(yīng)激、細(xì)胞自噬等共同作用導(dǎo)致的,這些因素影響疾病的持續(xù)進(jìn)展,目前暫無特效治療藥物,臨床治療方法以控制血糖血壓延以緩病程發(fā)展,但仍有較大局限性。以上論述證明NR4A1在DN發(fā)病發(fā)展中發(fā)揮重要作用,通過藥物或分子干預(yù)NR4A1及其相關(guān)信號(hào)通路有望成為一種新的DN治療或延緩疾病進(jìn)展的策略。但目前有關(guān)NR4A1是如何參與DN病理進(jìn)程的研究尚未臻成熟,未來對(duì)其具體分子機(jī)制與臨床應(yīng)用價(jià)值的探索,將有助于找到DN治療新靶點(diǎn),從而緩解或阻斷疾病進(jìn)展。