徐瑤，劉劍芳，王夢龍，葉晶，袁文慧，姜慧敏，王震，萬軍

? 綜述 ?

Sestrin2在不同疾病纖維化過程中的作用研究進展

徐瑤1，劉劍芳1，王夢龍1，葉晶1，袁文慧1，姜慧敏1，王震1，萬軍1

成纖維細(xì)胞的過度增殖和大量細(xì)胞外基質(zhì)的沉積是纖維化的主要病理特征，Sestrin2（Sesn2）是高度保守的應(yīng)激反應(yīng)蛋白Sestrin家族的一員，具有抗氧化活性。最近研究發(fā)現(xiàn)Sesn2在諸多器官纖維化發(fā)生發(fā)展過程中起到重要調(diào)節(jié)作用。本文就Sesn2在肺臟、肝臟、腎臟、心臟等常見器官纖維化中的作用及其可能的分子機制做一綜述，以期為抗纖維化治療提供新的分子靶點。

1 纖維化概述

纖維化是以成纖維細(xì)胞過度增殖和大量細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積為主要特征的病理變化過程，是導(dǎo)致器官或組織功能障礙甚至衰竭的重要原因之一。各種損傷和炎癥反應(yīng)可引起細(xì)胞外基質(zhì)的合成、降解及分布失調(diào)，最終引起器官或組織的纖維化。

研究證實成纖維細(xì)胞的增殖及分化在纖維化發(fā)生及發(fā)展中起到的關(guān)鍵作用[1]。現(xiàn)有研究提示多種細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）、結(jié)締組織生長因子（CTGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）及血管活性肽類，如血管緊張素Ⅱ（AngII）和內(nèi)皮素-1（ET-1）等均參與了纖維化的病理、生理過程。同時，氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等過程在纖維化進程中發(fā)揮了重要作用[2,3]。通過干預(yù)纖維化的不同環(huán)節(jié)從而延緩或逆轉(zhuǎn)纖維化進程，對多種疾病的治療及改善患者預(yù)后具有重要作用[2,4,5]。

2 Sestrin2概述

Sestrins（Sesns）家族是一類分子質(zhì)量在54～57kDa的高度保守的應(yīng)激反應(yīng)蛋白。大部分無脊椎物種僅表達(dá)一種Sesn基因，而哺乳動物細(xì)胞中表達(dá)3種Sesn蛋白，分別是Sestrin1（Sesn1或PA26）、Sestrin2（Sesn2或Hi95）和Sestrin3（Sesn3）[6-8]。不同的環(huán)境應(yīng)激，如DNA損傷、氧化應(yīng)激、缺氧等條件下，Sesns蛋白被激活?；罨腟esns可通過其本身具有的亞磺酸還原酶活性促進過氧化物氧化還原酶Peroxiredoxin (Prx)的再循環(huán)，從而降低活性氧（ROS）的水平。同時，Sesns可不依賴自身抗氧化活性發(fā)揮作用。研究證實Sesns可調(diào)節(jié)腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1（mTORC1）信號途徑，參與不同的病理生理過程[9]。現(xiàn)有研究證實Sesns可通過依賴或不依賴抗氧化應(yīng)激的方式調(diào)節(jié)代謝平衡、脂質(zhì)沉積、細(xì)胞凋亡、纖維化等病理生理過程[10,11]。

Sesn2基因于2002年從人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系A(chǔ)172中克隆得到，定位于人類染色體1p35.3上，并在人類組織中廣泛表達(dá)[7]。人類Sesn2晶體結(jié)構(gòu)的研究表明，其相應(yīng)的球狀子域（N末端結(jié)構(gòu)域和C末端結(jié)構(gòu)域）呈內(nèi)部對稱性。雖然在結(jié)構(gòu)上類似，但這兩個結(jié)構(gòu)域在功能上截然不同：N末端結(jié)構(gòu)域的作用是還原烷基過氧化物自由基，C末端結(jié)構(gòu)域表現(xiàn)為抑制mTORC1[12]。據(jù)報道，Sesn2基因表達(dá)的調(diào)節(jié)涉及p53、核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）和缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）等多個分子[7,13,14]。而Sesn2表達(dá)后可通過AMPK-mTORC1途徑參與細(xì)胞自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等過程[15-17]。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以誘導(dǎo)Sesn2表達(dá)，Sesn2調(diào)節(jié)使未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）的衍生信號以間接方式調(diào)控mTORC1活性，阻止蛋白質(zhì)翻譯，從而阻礙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激進一步惡化[18]。另外有研究表明，Sesn2可激活A(yù)MPK依賴的細(xì)胞自噬途徑而具有保護神經(jīng)元作用[19]。隨著對Sesn2的研究不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)Sesn2在器官或組織纖維化過程中也發(fā)揮著重要作用。

3 Sestrin2與纖維化

3.1 Sestrin2與肺纖維化 肺纖維化是一種以細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積和肺結(jié)構(gòu)重建為特征的慢性肺部病理過程，發(fā)病機制包括炎癥、氧化應(yīng)激和凝血障礙等。多種細(xì)胞因子如TGF-β、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、PDGF、Wnt等均參與了肺纖維化的發(fā)生及發(fā)展[20]。

研究表明，在Ltbp4S基因敲除致小鼠小葉中心型肺氣腫模型中證實LTBP-4具有2種獨立功能，分別是調(diào)節(jié)彈性纖維組裝及TGF-β水平[21]。缺乏彈性蛋白及彈性蛋白降解加速是導(dǎo)致肺氣腫的重要病理過程[22]。Frank等利用上述Ltbp4S基因敲除肺氣腫模型發(fā)現(xiàn)，與Ltbp4S-/-Sesn2+/+模型組相比，Ltbp4S-/-Sesn2-/-雙敲小鼠的肺功能得到部分恢復(fù)，可能是因為Sesn2突變失活可激活包括編碼彈性蛋白在內(nèi)的部分TGF-β信號通路，而并未激活TGF-β具有特征性的促纖維化基因（膠原Ⅰ和膠原Ⅲ）的表達(dá)[23]。Heidler等報道表明與健康者的肺相比，吸煙伴慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者肺臟中Sesn2表達(dá)顯著升高，PDGFRβ水平顯著減低，提示Sesn2-PDGFRβ負(fù)性調(diào)節(jié)關(guān)系可能參與COPD發(fā)病過程。該團隊進一步采用暴露于慢性吸煙環(huán)境的COPD小鼠模型探討了Sesn2在COPD中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Sesn2突變失活抑制小鼠發(fā)展為肺氣腫，且PDGFFRβ信號通路活性增強在其中發(fā)揮重要作用。Sesn2則可通過以下兩條途徑抑制PDGFRβ：①Sesn2失活可誘導(dǎo)ROS蓄積和氧化應(yīng)激，而O2-參與了ROS對于PDGFRβ的調(diào)節(jié)，因此Sesn2可能通過減少細(xì)胞內(nèi)O2-的方式來直接或間接抑制PDGFRβ表達(dá)；②Sesn2可以激活Nrf2，從而促進多種抗氧化分子的轉(zhuǎn)錄合成減少O2-表達(dá)水平，參與調(diào)節(jié)PDGFRβ表達(dá)[24]。眾所周知，TGF-β和PDGFRβ是介導(dǎo)纖維化形成的重要信號分子，上述研究證實Sesn2是二者重要的抑制分子,因此，我們推測Sesn2可能通過抑制TGF-β和PDGFRβ信號通路參與肺纖維進程。

3.2 Sestrin2與肝纖維化 肝臟是一個代謝活躍的器官，更易受到氧化損傷的影響，這種氧化損傷可導(dǎo)致多種疾病，如肝炎、纖維化、肝硬化甚至肝癌[25,26]。肝臟纖維化主要與活化的肝星狀細(xì)胞大量分泌細(xì)胞外基質(zhì)有關(guān)。實驗表明，各種損傷因素導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡和肝臟炎癥反應(yīng)增加，從而促進肝星狀細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌纖維母細(xì)胞，引起大量膠原成分的合成與分泌[27]。

Yang等[28]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)Sesn2可以改善脂多糖刺激后，血漿中丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶水平和肝細(xì)胞的變性程度。進一步分析發(fā)現(xiàn)，Sesn2可抑制激活蛋白-1介導(dǎo)的促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表達(dá)，發(fā)揮肝臟的保護作用。有研究證實，肥胖可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號途徑促進肝臟Sesn2的表達(dá)，而Sesn2表達(dá)后可通過AMPK-mTORC1途徑抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。在Sesn2缺乏的肥胖小鼠中，其內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激程度加重，肝臟脂肪變性程度明顯增加。同時，在Sesn2缺乏的肥胖小鼠肝臟中可發(fā)現(xiàn)大量活化的肝星狀細(xì)胞。與之對應(yīng)的是，Sesn2敲除的肥胖小鼠肝臟中膠原沉積增多，纖維化程度加重。因此，Sesn2可能通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑參與肥胖引起的肝臟損傷過程，敲除Sesn2加重肝臟脂肪變性和肝纖維化程度[29]。

3.3 Sestrin2與腎纖維化 腎臟纖維化與多種疾病過程密切相關(guān)，包括原發(fā)于腎臟的疾?。ㄈ缂甭阅I炎、腎病綜合征）和全身性疾病（如糖尿病腎病、高血壓腎病[30,31]）。細(xì)胞間隙、腎小球毛細(xì)血管壁中病理性基質(zhì)沉積是加重腎臟損傷的重要因素[32]。

研究發(fā)現(xiàn)在大鼠缺血再灌注引起的急性腎損傷模型中，Sesn2轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)。體外細(xì)胞實驗證實，在腎小管細(xì)胞中存在2種獨立的途徑誘導(dǎo)自噬，包括p53- Sesn2 和HIF-1α-BNIP3，這些途徑可能被不同類型的應(yīng)激反應(yīng)激活，以保護急性腎損傷時的腎小管[33]。研究表明在正常大鼠的腎小球中，Sesn2主要表達(dá)于腎小球壁層上皮細(xì)胞（PECs）。不論在阿霉素誘導(dǎo)的局灶節(jié)段性腎小球硬化模型亦或是氨基核苷嘌呤霉素誘導(dǎo)的微小病變性腎病模型中，Sesn2在PECs中表達(dá)均減少，且與蛋白尿的出現(xiàn)和球旁纖維化的增強密切相關(guān)。當(dāng)PAN腎病模型中蛋白尿緩解后，伴隨的球旁纖維化發(fā)生逆轉(zhuǎn)，與此同時，PECs中Sesn2表達(dá)也基本恢復(fù)正常?？赡苁且驗镾esn2和mTOR在PECs中的作用具有兩面性，因為在正常腎中高水平的Sesn2活性和低水平的mTOR活性可能有利于維持PECs動態(tài)平衡；在損傷或激活的PECs中，Sesn2表達(dá)減少導(dǎo)致mTOR活性增強，則引起PECs活化或增殖或凋亡, 導(dǎo)致腎小球硬化[34]。在抗腎小球基底膜腎炎中，Sesn2的表達(dá)減少及mTOR活性增強與PECs增殖形成新月體相關(guān)[35]。而在腎小球系膜細(xì)胞（MCs）中的研究發(fā)現(xiàn)，高糖刺激可下調(diào)MCs中Sesn2的表達(dá)，導(dǎo)致AMPK活性降低，加重Nox4依賴的內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）功能障礙和MCs纖維化反應(yīng)。而過表達(dá)Sesn2激活A(yù)MPK途徑，可緩解高糖誘導(dǎo)的eNOS功能障礙及纖維蛋白沉積[36]。以上結(jié)果提示：盡管涉及的分子機制可能不同，但高水平Sesn2對不同腎臟纖維化病理過程均具有一定程度的保護作用。

3.4 Sestrin2與心肌纖維化 心肌纖維化是心臟重構(gòu)的主要病理變化之一[37]。多種心臟疾?。ㄈ缧募」Ｋ?、高血壓心臟病、糖尿病心肌病、肥厚性心肌病、擴張性心肌病等），在終末階段均出現(xiàn)明顯的心肌纖維化，因此尋找抗纖維化治療的靶點具有重要意義。

Alex等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)野生型和Sesn2敲除小鼠同時行缺血再灌注損傷時，Sesn2敲除小鼠的心肌梗死面積較野生型小鼠顯著增大，同時，Sesn2敲除小鼠在缺血后心臟的收縮功能更差。因此，在缺血再灌注損傷中，Sesn2具有重要的心臟保護作用[38]。另有研究發(fā)現(xiàn)同等程度的射線照射心臟后，Sesn2敲除小鼠放射性損傷所造成的左室射血分?jǐn)?shù)的下降較野生型小鼠更為顯著，提示Sesn2可能參與了放射性損傷所致心肌?。ㄈ缧募±w維化）的調(diào)節(jié)[39]。而我們的近期研究表明，與正常心肌組織相比，Sesn2在心衰患者心肌中的表達(dá)明顯上調(diào)，且Sesn2表達(dá)水平與心衰嚴(yán)重程度及心肌纖維化程度呈正相關(guān)[40]，進一步提示Sesn2可能參與了心肌纖維化的病理過程。但Sesn2在心肌纖維化發(fā)生及發(fā)展過程中的作用及具體機制尚未完全闡明，需進一步深入研究。

4 結(jié)語

作為抗氧化家族Sesn家族的一員，Sesn2可由氧化應(yīng)激、DNA損傷、代謝應(yīng)激等應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生，而Sesn2表達(dá)后可通過依賴ROS的和不依賴ROS的途徑參與抗氧化損傷、代謝調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞活性與增殖能力的調(diào)節(jié)等多種病理、生理過程。而纖維化是導(dǎo)致多個器官組織功能衰竭的重要原因之一?，F(xiàn)有證據(jù)表明，Sesn2可通過調(diào)節(jié)TGF-β、PDGFRβ、AMPK-mTOR等多種途徑參與肺臟、肝臟、腎臟及心臟等器官纖維化病理過程中，盡管機制尚未明確，但Sesn2有望成為潛在的抗纖維化治療靶點。

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本文編輯：孫竹

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