馬 潤綜述，楊紅英審校

(昆明醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院，云南 昆明 650101)

肝細胞核因子(HNF)是一類異質(zhì)的保守轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)節(jié)肝臟內(nèi)糖代謝、脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達。肝細胞核因子4α(HNF-4α)作為細胞核受體超家族成員之一，具有脂溶性激素受體的特性，能夠直接進入胞核調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，它通常在肝臟、腎臟、腸及胰腺表達，從而參與調(diào)節(jié)胰島β細胞和肝臟的發(fā)育、分化及功能，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)[1]。HNF-4α是青少年發(fā)病的成年型糖尿病 (Maturity-Onset Diabetes of the Young,MODY)的致病基因，即MODY1基因。近年來國外大量的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，HNF-4α基因多態(tài)性與2型糖尿病之間存在密切的關(guān)聯(lián)。現(xiàn)就HNF-4α與糖尿病的關(guān)系作一綜述。

1 HNF-4α的概述

HNF家族有6個成員，分別是HNF-1(包括HNF-1α 和 HNF-1β)、HNF-3(包括 HNF-3α、HNF-3β 和 HNF-3γ)、HNF-4(包括 HNF-4α 和 HNF-4γ)、CCAATP增強子結(jié)合蛋白 (CPEBP)、D2結(jié)合蛋白(DBP)和HNF-6。其家族的共同特點是(1)在肝臟中高水平表達；(2)含有進化上相當保守的DNA結(jié)合區(qū)；(3)在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)肝臟內(nèi)基因的特異性表達；(4)轉(zhuǎn)錄因子間相互作用并形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——HNFs調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)；(5)功能上的交叉表現(xiàn)為靶基因譜的部分交叉重疊，其靶基因包括載脂蛋白、脂肪酸及葡萄糖代謝相關(guān)基因等[2]。

肝細胞核因子4α(Hepatocyte nuclear factor-4α gene，HNF-4α)是核受體超家族配基激活型轉(zhuǎn)錄因子的高度保守成員之一，在分化成熟的肝細胞中高表達，是調(diào)控肝細胞分化和維護肝細胞生物學(xué)功能的重要轉(zhuǎn)錄蛋白，在肝臟的形成和成人肝臟許多基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵的作用[3]，其基因結(jié)構(gòu)大致

圖1 HNF-4α的結(jié)構(gòu)

可分為 A、B、C、D、E 和 F 區(qū)[4](見圖 1)。 其中 A/B 區(qū)即氨基末端區(qū)，含有反式激活功能域AF-1，其功能與啟動子特殊序列有關(guān)。C區(qū)具有高度保守的鋅指結(jié)構(gòu)，并可與D區(qū)形成鉸鏈-DNA結(jié)合域(DBD)。DBD可與靶基因特殊DNA—序列激素反應(yīng)元件(HREs)結(jié)合。E區(qū)是一個長疏水區(qū)，可形成配基結(jié)合域(LBD)，并具有受體二聚體化和配基結(jié)合等功能。DBD和LBD均為保守區(qū)域，是核受體超家族的特征。E區(qū)還具有一個由7個氨基酸組成的核心序列即激活功能域AF-2。羧基端的F區(qū)可協(xié)助AF-2發(fā)生構(gòu)相變化，從而易化AF-2與其他輔活化子或轉(zhuǎn)錄因子順式反應(yīng)元件的結(jié)合[5]。HNF-4α的表達受兩個選擇性啟動子的調(diào)控，P1及P2，而在胰腺β細胞中P2啟動子的轉(zhuǎn)錄則是主要的。

HNF-4α的功能主要通過兩種方式來實現(xiàn)。一種是由于HNF-4α在肝、腸、腎及胰的表達，參與組織分化和能量代謝，從而調(diào)控機體的各種生理活動；另一種方式是通過與其他HNF分子共同組成在組織分化過程中所必需的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)——HNFs調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)[6]，調(diào)控胚胎發(fā)育過程中各種基因的表達，HNFs 調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括 HNF-4α、HNF-1α、HNF-1β、HNF-3α 和 HNF-3β 等，它們在機體中相互依賴，形成交互調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)。

2 HNF-4α與MODY

MODY是一種高度異質(zhì)性的單基因疾病，與β細胞功能中單基因缺陷相關(guān)。臨床研究顯示其發(fā)病與葡萄糖刺激的胰島素不正常分泌有關(guān)[7]，其胰島素不足程度介于1型和2型糖尿病之間，臨床表現(xiàn)具有兩者的某些特點，構(gòu)成了糖尿病疾病譜的中間過渡類型。臨床特征是：(1)診斷糖尿病時年齡小于25歲，少年期往往無癥狀，僅在等應(yīng)激狀態(tài)下出現(xiàn)癥狀；(2)確診后至少2年內(nèi)不需要用胰島素治療；(3)一般無酮癥酸中毒；(4)空腹血清C肽≥0.3nmol/L，葡萄糖刺激后≥0.6nmol/L；(5)累及3代以上的家族成員，呈常染色體顯性遺傳，而與HLA無關(guān)；(6)少年期MODY病人以非肥胖者居多；(7)可有大血管和微血管并發(fā)癥。MODY患病率具有明顯的種族差異，隨著基因及候選基因克隆技術(shù)的發(fā)展，目前已發(fā)現(xiàn)至少有 6種 MODY致病基因，即 HNF-4α/MODY1 、葡 萄 糖激酶 (GCK)/MODY2、HNF-1α/MODY3、胰島素啟動因子1(IPF2-1)/MODY4、HNF-1β MODY5 及 (NeuroD1/BetaA2)/MODY6， 其 中HNF-4α基因突變所致的MODY1比較罕見(迄今只在13個家族中發(fā)現(xiàn))，患者無胰島素抵抗(IR)，但胰島β細胞分泌功能受損[8-13]。

199 6 年發(fā)現(xiàn)MODY患者HNF-4α基因的第268位密碼子可發(fā)生CAG(G)→TAG(Am)無意義突變，即Q268X突變型，認定HNF-4α是第一個與MODY相關(guān)的基因，即MODY1基因。近年來，在MODY1患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的突變有 13個[14，15]：無義突變2個(Q268X和R154X)、移碼突變2個(F75f sdel T和K99f sdelAA)、插入突變1個(V328-329)和8個錯 義 突 變 (G115S、R127W、T130I、V255M、E276Q、V393I、P441I和I454V)，這些位點分別位于HNF-4α基因的反式激活域及DNA結(jié)合域，直接影響其與所調(diào)節(jié)基因的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄調(diào)控。這些突變損傷HNF-4α功能的可能機制總結(jié)為：(1)無義突變使激活功能區(qū)域AF2激活作用缺失，如Q268X的突變使其失去了二聚體形成、再識別位點結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活功能，從而引起基因表達失控；(2)DNA結(jié)合區(qū)域突變使DNA結(jié)合能力喪失，如E276Q的突變，使其在體內(nèi)不穩(wěn)定，喪失了與DNA結(jié)合的能力，導(dǎo)致HNF-4α轉(zhuǎn)錄活性受損，影響胰腺β細胞代謝途徑，從而誘發(fā)糖尿病的發(fā)生[16]；(3)輔激活因子及其他轉(zhuǎn)錄激活因子募集受損。輔激活因子是作為核受體轉(zhuǎn)錄激活的橋梁，從而調(diào)節(jié)不同靶細胞的表達。腺病毒E1A相關(guān)蛋白(p300)是與HNF-4α相互作用的重要輔激活因子，而R154X、E276Q等基因的突變可使p300募集反應(yīng)受損，從而影響HNF-4α的表達；(4)錯義突變?nèi)鏕115S(Gly115--Ser)產(chǎn)生一個蛋白激活A(yù)(PKA)磷酸化位點[17]，PKA介導(dǎo)的磷酸化使HNF-4α轉(zhuǎn)錄活性受損。HNF-4α是一種磷蛋白，其活性受磷酸化調(diào)節(jié)。酪氨酸磷酸化為HNF-4α核定位所必需。絲氨酸及蘇氨酸對維持HNF-4α的正常功能發(fā)揮重要作用。cAMP依賴的PKA使位于A盒的絲氨酸磷酸化，導(dǎo)致HNF-4α DNA結(jié)合及轉(zhuǎn)錄活性喪失。

3 HNF-4α與2型糖尿病

糖尿病是一組由環(huán)境因素和遺傳因素相互作用而產(chǎn)生的臨床綜合征，其中遺傳因素在糖尿病，尤其在2型糖尿病的發(fā)病機制中扮演著重要角色。在雙胞胎之一有2型糖尿病的情況下，若是同卵雙生那么另一個患此病的機率為41%～55%；若是異卵雙生，那么發(fā)病幾率為10%～15%[18]。2002年5月15日《美國醫(yī)學(xué)協(xié)會雜志(JAMA)》公布了一篇由凱撒醫(yī)學(xué)機構(gòu)調(diào)查的研究結(jié)果。調(diào)查顯示，由于基因的關(guān)系，亞裔在各族裔當中，2型糖尿病的發(fā)病率高居榜首，發(fā)病率比其它族裔高出50%，首次從基因的角度解釋2型糖尿病在不同族裔當中的發(fā)病率。該研究負責(zé)人卡特表示，遺傳因素在2型糖尿病發(fā)病過程中起決定作用，族裔的基因差別被認為是2型糖尿病發(fā)病的重要原因。

國內(nèi)外大量的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，HNF-4α基因與2型糖尿病之間存在密切的關(guān)聯(lián)。HNF-4α的變異，最先在MODY患者中被發(fā)現(xiàn)。早在1998年，Hani等[19]對法國糖尿病家系進行基因掃描時，發(fā)現(xiàn)HNF-4α基因標記位點與2型糖尿病連鎖。HNF-4α基因第393位堿基發(fā)生錯意突變，導(dǎo)致纈氨基酸變成異亮氨酸，該突變與糖尿病共分離，并與胰島素分泌受損有關(guān)，體外表達時發(fā)現(xiàn)該突變物使胰島素基因轉(zhuǎn)錄活性明顯下降。隨后Love-Gregory[20]的研究又發(fā)現(xiàn)，在這基因啟動子區(qū)有一可變區(qū)域，這一區(qū)域與2型糖尿病有確切相關(guān)性。正是這一啟動子區(qū)的多態(tài)性，導(dǎo)致了胰腺β細胞中的基因的剪接的變化。研究者在這一區(qū)域選取了9個SNPs(Single nucleotide polymorphisms，單核苷酸多態(tài)性)排列它們的單倍型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了在德國猶太人中4個與2型糖尿病密切相關(guān)的SNPs，即rs4810424、rsl884613、rsl884614 與 rs2144908。最近，Barroso等[21]對德系猶太人的研究也同樣發(fā)現(xiàn)在HNF-4α啟動子附近的rs1884613和rs2144908與2型糖尿病相關(guān)，Neuman等[22]的研究也驗證了在這一人群中rs1884613與2型糖尿病相關(guān)。在芬蘭，Silander等[23]用受累同胞對的分析方法，將2型糖尿病的易感基因定位于20q13.12-20q13.13，這一區(qū)域正好是HNF-4α所在的染色體區(qū)域，其中與2型糖尿病相關(guān)最顯著的是位于P2啟動子附近的rs2144908和位于外顯子附近的rsl884613。而在日本，Hara等[24]的研究也證明了這一結(jié)論，Hara等發(fā)現(xiàn)，在日本人群中HNF-4α基因P2啟動子區(qū)包含的兩個SNPs(rs1884614和rs2144908)的單體型與2型糖尿病顯著相關(guān)，相關(guān)程度隨檢測位點與P2啟動子區(qū)的距離成反比。最近，Jafar-Mohammadi等[25]對1000多例英國2型糖尿病患者研究發(fā)現(xiàn)，T130I突變型(rs1800961)與2型糖尿病相關(guān)。在國內(nèi)，LI等[26]對中國人群的研究中發(fā)現(xiàn)rs11574736與中國漢族人群患2型糖尿病相關(guān)。HNF-4α基因中的SNPs能增加糖尿病患病風(fēng)險的機理可能是由于在胰腺中，SNPs影響了HNF-4α中的P2啟動子，從而影響了HNF-4α的基因表達，進而引起了β細胞功能受損，導(dǎo)致糖尿病。

然而，對HNF-4α基因SNPs的研究還存在與上述截然相反的結(jié)論。Vaxillaire等[27]在法國人群中未證實 P2啟動區(qū)附近的 4個 SNPs(rs2144908、rs6031552、rs2425637、rs1884614)與 2 型糖尿病的相關(guān)性。Winckler等[28]對瑞典、加拿大、芬蘭等地區(qū)的研究也得出了陰性結(jié)果，未能證明HNF-4α基因的SNPs與2型糖尿病有關(guān)。最近，Muller等[29]研究了Pima印第安人HNF-4α基因啟動子和編碼區(qū)的19個SNPs，結(jié)果表明HNF-4α基因變異可能不是Pima 2型糖尿病的主要相關(guān)因素。在國內(nèi)，Wang等[30]的研究發(fā)現(xiàn)rs2144908與北京漢族人群患2型糖尿病無關(guān)，Chen等[31]對近2000名中國漢族2型糖尿病病人的研究也發(fā)現(xiàn)rs184614和rs2425637與中國漢族人群患2型糖尿病無關(guān)。這種研究結(jié)果的不一致可能反映了2型糖尿病的異質(zhì)性，在與2型糖尿病連鎖的HNF-4α基因區(qū)20q12-20q13.1，不同的種群、不同的生活環(huán)境以及不同的生活習(xí)慣可能有不同的易感位點，也可能是由于研究對象來自2型糖尿病家系，導(dǎo)致過高評價群體發(fā)病率而造成的。

4 結(jié)束語

隨著糖尿病的發(fā)病率逐年上升，遺傳因素在2型糖尿病中的作用越來越受人們重視。HNF-4α自1996年被確定為MODY1的致病基因后，其在2型糖尿病中的作用也開始受到人們的關(guān)注。HNF-4α作為2型糖尿病的候選基因，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的突變類型多在歐美地區(qū)分布，但由于族裔的差異可能存在尚未發(fā)現(xiàn)的變異類型。因此全面系統(tǒng)分析HNF-4α在我國人群中的遺傳變異，研究在我國人群2型糖尿病發(fā)病中的作用，對預(yù)防和治療2型糖尿病具有十分重要的臨床意義。

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