王秀梅* 彭文興 文曉柯

（1 湖南省婦幼保健院藥劑科，湖南 長沙 410008；2 中南大學湘雅二醫(yī)院臨床藥學研究室，湖南 長沙 410011）

MDR1的表達調控機制是一個異常復雜的網絡系統(tǒng)，作為一個應激-誘導基因，在MDR1啟動子及其鄰近區(qū)域存在著多個轉錄因子識別位點（包括AP-1結合位點、CCAAT盒、GC豐富區(qū)、p53結合域以及HIF-1應答元件等），轉錄因子可以在轉錄水平上調控MDR1基因的表達。研究較多有HIF-1、PXR、NF-κB、NF-Y、p53等。

1 核受體介導的信號傳導通路

核受體是一類能與DNA應答元件結合的配體激活性轉錄調控因子。家族成員有兩個共同的功能性結構域：C末端核受體的配體結合域(LBD)和高度保守的DNA結合域(DBD)，LBD有一個疏水性的供配體結合的“口袋”，與多數(shù)配體呈疏水性的結構特征相吻合。DBD則作為信號向導，能識別靶基因上的特定反應元件[1]。藥物或其他生物異源物誘導的MDR1基因表達主要由其中的孕烷x受體(pregnane X receptor，PXR，NR1I2)和組成型雄烷受體（constitutive androstane receptor，CAR）調控，在分子機制上，二者均可以和MDR1增強子上核受體應答元件相結合，激活MDR1的轉錄[2]。

1.1 PXR

PXR在肝臟、小腸、大腦等組織中都有表達。未活化的PXR位于細胞核，與配體結合激活后，PXR配體復合體與視黃醛x受體(RXR)形成異源二聚體PXR/RXRa，以DBD充當信號段，與MDR1基因增強子上的核受體應答元件結合，促進MDR1基因的轉錄及其編碼的P-gp的表達[1]。在MDR1基因5'-端上游區(qū)域約-8kb處的增強子元件，含有多個核受體結合位點，其間只有DR4（I）序列是PXR所需的具有兩個同源(consensus)的AG(G/T)TCA 半位點，它參與PXR介導的藥物對MDR1基因的誘導作用[2]。

1.2 CAR

CAR位于細胞質中，當暴露于生物異源物或與配體結合而激活后，轉移至細胞核，與MDR1基因增強子上不同核受體反應元件相結合而激活MDR1的轉錄，有兩種方式：一是以CAR/RXRa二聚體的形式與DR4（I）序列結合，二是以CAR單體的形式與DR4(II)半位點序列AGAGTTCA結合。兩個結合位點均位于MDR1基因5'-端上游調控區(qū)7.8kbp增強子處。DR4（I）序列是7.8kbp增強子上唯一100%同源的(consensus)核受體應答元件，被證實是CAR/RXRa二聚體的高親和力位點，在CAR誘導的轉錄激活作用中，70%由DR4（I）調控，其余30%則由CAR單體與DR4(II)半位點結合來誘導。由于PXR和CAR都能與DR4(I)序列結合，且對該位點的親和力相當，因此存在著兩個核受體對DR4（I）結合位點的競爭作用[3]。

2 轉錄因子介導的信號傳導通路

2.1 HIF-1

由于供血不足和癌細胞增殖能量消耗，組織缺氧（即局部PO2下降）是腫瘤生長過程中的普遍特征。細胞對缺氧所做出的各種反應中，缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor I，HIF-1)為最主要的調節(jié)因子，也是唯一在特異性缺氧狀態(tài)下發(fā)揮活性的轉錄因子。MDR1是缺氧反應性基因，在該基因啟動子（-49～-45）上存著功能性的缺氧應答元件（HREs）。HIF-1是異源二聚體轉錄因子，由α和β兩種亞基聚合而成。其中，HIF-1α的穩(wěn)定性決定了HIF-1的活性。在HIF-1α上存在一個O2依賴的降解域，在常氧環(huán)境中，該降解域以泛素-蛋白酶體通路迅速降解。在缺氧環(huán)境中，該降解域不被降解，HIF-1α穩(wěn)定表達，并轉移到細胞核中聚集，與 HIF-1β結合形成二聚體HIF-1，HIF-1與MDR1基因HRE相結合，啟動MDR1的轉錄[4]。Han[5]等研究也表明，在感染HBV的肝細胞中產生的乙肝病毒X蛋白 (HBx)的過度表達也是通過穩(wěn)定HIF-1α蛋白，使HIF-1與MDR1上的HRE結合增加，從而介導MDR1基因的表達。

報道有另一JNK通路也能激活HIF-1的表達，在缺氧時，活性氧升高，誘導JNK磷酸化而被激活，細胞核內HIF-1α與c-Jun通過某種機制相互作用，在共活化體p300/CBP調控下，使HIF-1與MDR1啟動子上的HREs結合增加，轉錄激活，最終導致MDR1表達增加。而在常氧環(huán)境中，c-Jun與MDR1啟動子上的AP1位點結合增加，抑制轉錄，從而下調MDR1基因的表達[6-7]。

2.2 NF-κB

核因子κ B是普遍存在的轉錄因子家族成員之一。經典的NF-κB轉錄因子是由兩種蛋白（p50和p65或者RelA）組成的異源二聚體。在大多數(shù)細胞中，通常NF-κB二聚體與其阻抑蛋白IκB家族（以IκBα和IκBβ為代表）相互作用在一起，從而以無活性的形式存在于細胞質中，當細胞受外界信號刺激時，IκB在IκB激酶的作用下于絲氨酸殘基N-端迅速磷酸化降解，NF-κB釋放出來，并易位至細胞核，參與靶基因調控作用。許多信號物質都可以激活NF-kB二聚體并使其易位到細胞核里面，包括免疫炎癥反應、細胞增殖、調亡以及黏附分子等所有能夠導致IκB降解的物質[8-10]。

MDR1基因是應激反應性基因，細胞外許多信號刺激（血清、絲裂原刺激、重金屬、熱休克抗癌藥、UV輻射等）均可以上調胞內MDR1 mRNA的表達[11]，其中包含NF-κB在內的各種轉錄因子的介導調控作用。NF-κB一旦被激活，就能控制大量基因的表達，而這些基因都參與調控細胞凋亡和多藥耐藥信號傳導通路。NF-κB對MDR1/P-gp具有雙重調控作用，可以介導MDR1的迅速激活，也可以抑制其活性。這取決于信號種類，治療條件以及細胞種類等，也就是說NF-κB對MDR1的調控具有組織、細胞種屬特異性，而在其具體的作用機制上仍然存有爭議[8-10]。Bentrires-Alj 等以人結腸癌細胞株HCT-15為研究對象，證實在MDR1基因啟動子第一個內含子上有同源的(consensus)NF-κB結合位點，NF-κB復合物可以與這個內含子位點結合，轉活MDR1基因啟動子報告質粒(reporter plasmid)，激活轉錄從而上調MDR1/P-gp的表達。然而，使各個結合位點突變，并不能顯著改變報告質粒對過度表達的內源性NF-κB蛋白的反應程度[8]。Ogretmen和Safa研究在各種人類的癌細胞啟動子上-198～-89區(qū)域，存在有負調控元件。NF-κB與c-Fos偶合對MDR1基因表達具有抑制作用。研究顯示，NF-κB/p65 和c-Fos是兩個無關聯(lián)的轉錄因子，在MCF-7細胞中，二者雜交偶合形成一個蛋白復合體，這種功能性的偶合發(fā)生在NF-κB/p65的Rel同源性區(qū)域和Fos因子的bZIP區(qū)域。細胞核中NF-κB/p65-c-Fos復合物通過與MDR1基因啟動子上的CAAT片段（-116～-113殘基）相互作用而對其產生負調控效應，抑制啟動子活性。這有異于先前的研究，即 NF-κB/p65-c-Fos復合物能夠激活人免疫缺陷病毒1型基因的5-遠端基因復制，其機制是：通過增強與MDR1基因上κB及AP1應答元件結合的活性，從而激活該基因的轉錄。這種效應差異符合NF-κB對MDR1的調控的組織種屬特異性[9]。Kuo MT等以人肝癌和胚胎纖維母細胞為試驗對象，證實了另一個NF-κB結合位點，位于MDR1啟動子遠端-6092的DNA序列，NF-κB由致肝癌物乙酰氨基芴（2-AAF）誘導，通過磷酸肌醇3激酶（PI3K）途徑激活后，與MDR1識別位點結合而發(fā)揮信號傳導作用。具體機制為：肝癌細胞中2-AAF激活PI3K通路，導致其下游效應基因的活化表達，包括Rac1、DADPH氧化酶以及Akt。這些效應基因都能夠激活IκB激酶（IKK），催化IκB磷酸化降解，使NF-κB大量釋放而激活。或者，2-AAF直接激活這些效應基因：DADPH氧化酶可以催化產生ROS，而Rac1作為DADPH氧化酶的一個亞單位，在2-AAF誘導下，Rac1與胞膜上其它亞單位集合形成ROS，使MDR1轉錄激活。而且，Rac1還可以誘導IκBα磷酸化以及使p50/p65異源二聚體易位至細胞核而激活NF-κB。Akt在2-AAF作用下活化后，催化IKK酶活性，激活NF-κB。另外，2-AAF還可以直接誘導IKK活化而激活NF-κB。然后，激活后的NF-κB與MDR1結合，啟動基因轉錄，使MDR1/P-gp表達增加[11]。

2.3 NF-Y

反向的CCAAT序列（-82～-73）是MDR1基因啟動子上主要的順式元件之一，NF-Y作為CCAAT盒子結合蛋白，是MDR1基因轉錄的主要調控因子，它與另一個重要的轉錄因子Sp1一起，調節(jié)MDR1基因的表達。一些化療藥物、紫外線等細胞內外信號均可以誘導NF-Y對MDR1基因的轉錄調控效應，但其具體的信號傳導通路卻研究很少。

Jin 和 Scotto報道了組蛋白乙?；福℉ATs）和脫乙酰化酶（HDACs）誘導的經NF-Y介導的MDR1基因轉錄。組蛋白調節(jié)酶活性與基因轉錄激活或抑制有很大的聯(lián)系，HATs特異性催化組蛋白N-端區(qū)域的賴氨酸殘基ε-氨基乙?；?，減弱組蛋白與DNA相互作用，使核小體結構失去穩(wěn)定，成為開放的染色質。而 HDACs則使乙?；摰?，形成一個更加緊密的染色質結構，稱為閉合的染色質。這種染色質的重新組合，能夠調節(jié)轉錄因子和DNA上靶位的親和性。開放型染色質能夠介導轉錄因子與DNA結合，而閉合型染色質則不能。在哺乳動物中，NF-Y由三個亞單位組成，包括NF-YA、NF-YB 和NFYC。文獻提到NF-YB 和NF-YC 可能含有與組蛋白類似的基因序列，他們以核小體類似結構發(fā)揮作用，成為組蛋白調節(jié)酶乙?；?脫乙?；饔玫陌悬c。HATs和HDACs與NF-Y特異性結合，通過改變染色質的結構，從而影響NF-Y與其結合位點的親和性。HATs是轉錄共活化物P/CAF的組成元素，NF-Y通過與轉錄共活化物P/CAF結合，將HAT活性帶到CCAAT盒子上來，導致組蛋白乙酰化，使核小體結構局部破裂，使形成開放的染色質，有利于NF-Y與CCAAT位點的結合，從而激活MDR1轉錄。而HDACs作為基因轉錄共抑制物的組成部份，通過脫乙酰化作用使染色質結構更加緊密，阻礙NY-Y與MDR1啟動子的結合。另外，染色體上的乙酰化水平與轉錄活性直接相關，超乙?；慕M蛋白聚集在活化的染色質區(qū)域，促進NF-Y與核小體DNA的結合，減小轉錄起始和延伸中的抑制效應，而低乙?；M蛋白則濃集于轉錄沉默區(qū)域，因此，HATs能夠介導NY-Y與MDR1特定序列結合而激活轉錄，而HDACs則阻礙NF-Y與該特定序列結合，抑制MDR1基因的轉錄。使用HDACs抑制劑（如TSA）能夠去除該抑制效應，使MDR1轉錄激活[12]。

Takashi Higuchi等在體外和NG108-15腫瘤細胞中都證實了U7 snRNA，作為一個已知的組蛋白前信使RNA處理器，能夠與NF-Y結合，阻礙NF-Y與MDR1基因啟動子的CCAAT序列相結合，從而抑制啟動子活性，使基因表達下調[13]。Hideki Tanaka等報道抗癌藥物HMN-176通過抑制NF-Y與MDR1靶序列結合活性，抑制MDR1基因的表達。這種對NF-Y的抑制效應可能與其細胞毒作用有關[14]。另外，紫外線也可以通過NF-Y和SP1的相互作用介導MDR1基因轉錄。在紫外線照射下，NF-Y與SP1分別與MDR1 啟動子上的CCAAT盒子和鄰近的GC元件結合，啟動MDR1基因轉錄，二者缺一不可。機制可能是UV通過后轉錄修飾，在一定程度上改變NF-Y/SP1/PCAF復合物的結構，便于其與啟動子上的應答元件相結合，從而使MDR1基因轉錄增加[15]。也有報道說，紫外線輻射能產生幾種DNA光產物，NF-Y結合位點可能含有與光產物相似的結構。這種光產物作用于啟動子序列，使整個DNA雙螺旋結構改變，從而影響NF-Y與靶基因的結合[16]。

2.4 p53

MDR1啟動子-245～-141區(qū)域含有順式作用序列，包括一個p53結合位點。許多遺傳毒性物質均可誘導轉錄因子p53的表達，使p53與MDR1啟動子上特定序列結合增加，從而激活MDR1基因的轉錄。芳烴化合物是由有機物燃燒不完全產生的一種致癌物質，廣泛存在于自然環(huán)境中，像3-甲基膽蒽（3-MC）和苯并芘這類芳烴化合物，是編碼藥物代謝酶基因的特異誘導劑。Marie-Claude Mathieu等研究在肝癌細胞中，3-MC作用于細胞后，在芳烴受體核易位劑（AhR.Arnt）調控下，3-甲基膽蒽被代謝為具有遺傳毒性的活性產物。這些具DNA損傷活性的代謝物，作為一種致突變劑，激活p53并且使其更加穩(wěn)定，與MDR1啟動子的結合增加，最終導致MDR1轉錄激活。轉錄因子P53對MDR1基因的轉錄具有雙重調控作用，報道有野生型p53 下調大鼠mdr1基因的表達，而突變型p53則使mdr1的表達上調，p53對mdr1的調控具有組織種屬特異性[17]。Robert A. Johnson等研究得出，p53對MDR1調控效應的差異來源于MDR1基因啟動子上的DNA結合域的差異。在MDR1啟動子上有兩種p53結合位點：HT位點和HH位點。在HT序列中，其象限位點以頭對頭的構象排列，而在HH序列，則是以頭對尾的方向排列于MDR1 啟動子上。當p53與HT位點結合時，抑制MDR1轉錄；當在MDR1啟動子范圍內，與HT位點轉化為HH祖烈時，與p53結合時則激活MDR1基因轉錄[18]。

Sung-Tsai Yu等在乳腺癌細胞中研究，色胺酮能在后轉錄水平上改變突變型p53蛋白的穩(wěn)定性，減少其壽命，使p53表達量減少，從而使突變型p53介導的MDR1基因轉活效應被抑制[19]。Ge Zhou等研究在大鼠肝癌細胞中，證實在mdr1b 啟動子上從-199到-180堿基對區(qū)域(5'-GAACATGTAGAGACATGTCT-3')含有一個p53特異性識別位點，在柔紅霉素誘導下，野生型P53（而非突變型p53）與該位點結合，轉活mdr1b啟動子活性，使表達上調。但是，由于p53是一個多功能的蛋白，它通過復雜的調控網絡系統(tǒng)發(fā)揮不同的效應，對MDR1基因表達的調控效應不僅與細胞種類有關，還受機體生理條件以及試驗方法等因素的影響[20]。

2.5 AP-1

轉錄因子AP-1是由Jun 和Fos蛋白組成的二聚體，藥物作用于人多藥耐藥細胞，激活JNK信號通路，c-fos和c-Jun蛋白表達升高，由此組成的AP-1的活性增強，與AP-1位點結合增加，從而使MDR1轉錄激活，表達上調。另外，AP-1和CAAT盒結合序列在MDR1基因啟動子-123～-108區(qū)域有重疊，因此，不同的AP-1形式和其他CAAT盒結合因子通過對該序列的協(xié)同或是競爭性結合共同調控MDR1基因的表達。該位點既可以作為一個轉錄激活域又可以作轉錄抑制域，主要取決于與之結合的轉錄因子的類型，研究在MCF-7細胞中，當AP-1與該位點結合時，激活MDR1的轉錄[21]在HepG2細胞中，缺氧誘導AP-1轉錄性活化，其機制是，缺氧環(huán)境中，在JNK SAP激酶作用下，c-jun亞單位磷酸化并在細胞核中聚集，c-JUN 基因表達升高，位于DNA結合域的半胱氨酸降低，另外，c-FOS基因的高表達，有利于c-jun/c-fos 異源二聚體的形成，這些都能激活轉錄因子AP-1，并與MDR1啟動子上的AP-1位點結合增加，轉錄激活，從而使表達上調[6]。報道在HOP62細胞中，當組織正常供氧時，經由JNK通路，c-Jun蛋白表達升高，并在組蛋白去乙酰化酶5（HDAC5）的調控下，c-Jun與MDR1啟動子上的AP-1位點結合增加，抑制MDR1轉錄[7]。這兩種研究結果的差異再一次驗證了，轉錄因子對基因的表達調控具有細胞組織差異性，并受實驗方法的影響。

2.6 sp1

sp1是一個普遍存在的提高基因轉錄活性的轉錄因子，在這些基因上游調控區(qū)域上必須至少含有一個GC盒序列。Sp1單獨或者是以與其他核因子相結合的方式，來調控GC元件的活性。例如在KB細胞中，sp1通過與hMDR1上-50的GC盒結合，調控該基因的表達[22]。Sp1還介導了Raf誘導的MDR1的轉錄激活。Raf為絲氨酸/蘇氨酸激酶，是細胞對外界信號作出應激反應的信號傳導中介。當受體酪氨酸激酶激活的Ras將細胞質中的Raf濃集到細胞膜上時，Raf的激酶功能即被激活。v-Raf為活化的Raf激酶，通過轉錄因子sp1的介導作用誘導MDR1基因的轉錄。MDR1上的GC豐富區(qū)作為sp1的結合位點 ，同時也是v-Raf-應答元件，v-Raf-誘導的轉錄激活水平與sp1結合位點數(shù)相關。v-Raf可以通過在后轉錄水平上對sp1的轉活域進行修飾，來調控sp1的活性。例如，O-連接的糖基化以及絲氨酸和蘇氨酸殘基的磷酸化等。二者都能夠使sp1的轉活增加，進一步提高sp1介導的MDR1的表達[23]。體外研究表明，PKA可以通過 cAMP/PKA 信號通路調控sp1的轉活及其DNA結合活性。PKA不僅能夠活化啟動子，也能激活sp1的DNA結合活性。sp1的B區(qū)域具有很高DNA親和力以及在蘇氨酸366(Thr366)處含有一個PKA磷酸化位點。PKA介導sp1的反式激活域磷酸化，使sp1多聚化，其DNA結合及反式活化性能隨之增加，激活后的sp1即以更高的活性介導MDR1的轉錄和表達[24]。另外，還有前面提到的，SP1與NF-Y一起介導了紫外線誘導的MDR1轉錄激活[15]。

2.7 C/EBPβ

CCAAT/增強子結合蛋白β（C/EBPβ）也叫做白介素-6核因子（NF-IL-6）（Nuclear factor for interleukin 6），是轉錄因子C/EBP家族成員之一。C/EBPβ在大多數(shù)組織中表達水平較低，然而在一些環(huán)境作用因子（如炎癥細胞因子）刺激下，C/EBPβ會迅速被誘導表達[25]。G. Kevin Chen等報道C/EBPβ激活MCF-7細胞中內源性MDR1基因的表達。證實C/EBPβ主要是與MDR1上Y盒子相互作用來調控MDR1基因表達。Y盒子序列也是MDR1啟動子上染色質重塑因子（Chromatin remodeling factor）hBrm的作用位點。C/EBPβ對MDR1的激活作用可能是通過染色質上C/EBP-hBrm相互作用而介導的。在hBrm作用下，C/EBPβ利用其N-端轉活域將重塑復合物（remodeling complex）聚集到嵌有染色質的啟動子上，在該啟動子上C/EBPβ與重塑復合物相互作用，激活MDR1的轉錄。另外，在該序列含有一個重疊的AP-1結合位點（-128～-75），因此，C/EBPβ可以與MDR1基因CCAAT盒子結合，也可能與AP-1結合位點結合，通過AP-1的負調控作用影響MDR1轉錄活性。

C/EBPβ與MDR1啟動子的相互作用具有細胞依賴性，在MCF-7細胞中，C/EBPβ的結合位點位于-128～-75區(qū)域，C/EBPβ通過與Y盒子結合激活MDR1基因的轉錄。而在HepG2細胞中，C/EBPβ則與另一位點（-148～-140）相互作用來介導MDR1表達。另外，與MDR 相關的信號傳導可以介導C/EBPβ磷酸化，有利于其易位到細胞核與染色質結合，進一步激活MDR1轉錄[26]。

2.8 YB-1

YB-1是DNA結合蛋白家族之一，可與MDR1上的Y-box（含5’-CCAAT-3’序列）特異性結合。但關于YB-1對MDR1基因的調控作用一直存有很大爭議，這也可能與細胞特異性有關。Sundseth[22]以及Alexander Kaszubiak[27]等均報道YB-1并不參與由CCAAT序列介導的MDR1基因表達。但Takefumi Ohga等則傾向于YB-1的介導作用，認為紫外線誘導的MDR1啟動子的活性是通過YB-1與該啟動子上的Y盒子相互作用而激活的[28]。YB-1只與單鏈MDR1的CCAAT盒子結合，而不能結合于雙鏈的CCAAT盒子，且其具體的激活機制尚不清楚，當UV刺激時，YB-1可能與CCAAT盒子以外的位點結合，或者是通過調節(jié)其他MDR1轉錄激活劑的活性，比如說NF-Y和SP1，又或者是在后轉錄水平發(fā)揮對MDR1基因的激活效應[15]。在人結腸癌細胞HCT15和HCT116中研究發(fā)現(xiàn)，高熱能夠誘導YB-1的激活，并從細胞質易位至細胞核聚集，直接導致YB-1與MDR1啟動子序列結合增加，使 MDR1/P-gp表達提高。而矛盾的是，在給與阿霉素及高熱治療的患者中，高熱誘導的MDR1基因的表達上調，并不導致耐藥現(xiàn)象的發(fā)生，但這卻與臨床用藥經驗一致，說明高熱與化療藥物聯(lián)合應用是治療結腸癌的有效方法[29]。在乳腺癌細胞研究中表明，抗癌藥物紫杉醇不但能夠增加YB-1與MDR1基因啟動子上的Y-box序列結合的活性，而且能夠提高MDR1啟動子活性，從而上調MDR1基因的表達[30]?？傊琘B-1對MDR1 基因的轉錄激活機制是非常復雜，需要進一步的研究。

3 結 語

因此，MDR1調控的復雜網絡一方面保證細胞對外來物的快速外排，另一方面又導致腫瘤細胞的多藥耐藥現(xiàn)象的發(fā)生。MDR1基因啟動子上的結合位點提示轉錄因子可能通過競爭或協(xié)同的復雜調控模式而起作用，這種作用效應具有組織、細胞特異性，還因生理及環(huán)境狀況而有所不同。而且，在細胞內一種DNA結合因子可結合不同的復合因子或者相同基因的不同DNA結合因子可相互作用使調控機制更為復雜[26]。

MDR1基因啟動子中DNA結合元件及這些區(qū)域的合并，對基因的表達起重要作用。對MDR1基因的轉錄調控機制進行深人的研究，尋找該基因啟動子調控結構中特異性靶區(qū)，有利于開發(fā)出逆轉MDR的藥物，提高腫瘤化療效果。

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