劉瑜 楊翔 萬文輝

糖皮質(zhì)激素受體與炎癥反應(yīng)

劉瑜 楊翔 萬文輝

糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid,GC)是由腎上腺皮質(zhì)束狀帶分泌的一類甾體激素,具有調(diào)節(jié)糖、脂、蛋白質(zhì)合成與代謝,抑制免疫應(yīng)答，抗炎、抗應(yīng)激等重要作用。目前臨床上廣泛使用GC治療炎癥和免疫性疾病,如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病、炎癥性腸病、器官移植后等[1]。GC在體內(nèi)的作用主要是通過糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor, GR)介導(dǎo)的。GR屬于核受體超家族成員,其本質(zhì)是配體依賴的轉(zhuǎn)錄因子,活化后的GR在細(xì)胞核內(nèi)通過與DNA上的反應(yīng)元件直接結(jié)合或作用于其他轉(zhuǎn)錄因子來促進(jìn)或抑制靶基因轉(zhuǎn)錄,后者通過阻斷炎癥和免疫反應(yīng)過程中相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄,抑制炎性細(xì)胞因子表達(dá),在抗炎、調(diào)節(jié)免疫中具有重要作用[2]。臨床中GC治療存在許多不良反應(yīng),如高血壓、糖代謝異常、骨質(zhì)疏松等[3-4]。因此,深入了解GR及其對(duì)靶基因的調(diào)控機(jī)制,尤其是轉(zhuǎn)錄抑制機(jī)制,將為改善GC治療效果,減少其不良反應(yīng)提供新的思路。

1 GR概述

1.1 GR的基本結(jié)構(gòu) GR廣泛表達(dá)于人體組織細(xì)胞中,具有核受體的典型結(jié)構(gòu)(圖1):(1)N端的轉(zhuǎn)錄激活域1(activation function 1, AF1),此區(qū)保守程度較低,具有非配體依賴的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能,也是GR翻譯后修飾的主要部位;(2)高度保守的DNA結(jié)合域(DNA binding domain, DBD),該區(qū)含有2個(gè)鋅指結(jié)構(gòu),能夠特異地與靶基因上的GC反應(yīng)元件(glucocorticoid response element, GRE)結(jié)合;(3)鉸鏈區(qū)(hinge);(4)高度可變的配體結(jié)合域(ligand binding domain, LBD),除與特異配體結(jié)合外,此區(qū)還在受體的二聚化、亞細(xì)胞定位、輔調(diào)節(jié)因子的結(jié)合等中具有重要作用;(5)轉(zhuǎn)錄激活域2(activation function 2, AF2),具有配體依賴的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能[5-7]。

圖1 GR基本結(jié)構(gòu)

1.2 GR的分類 GR基因位于染色體5q31-q32,含有9個(gè)外顯子,全長(zhǎng)大約80 kb。根據(jù)對(duì)第9個(gè)外顯子mRNA剪切方式的不同,產(chǎn)生α、β 2種異構(gòu)體。在mRNA 水平上,GRα和GRβ都包含第1～8外顯子,不同之處為GRα包含9α外顯子,GRβ包含9β外顯子。GRα在幾乎所有組織和細(xì)胞中均有表達(dá),其含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GRβ,因此GC的作用主要是通過GRα介導(dǎo)的。GRβ主要位于細(xì)胞核內(nèi),其生理作用還不明確。GRβ不能與GC結(jié)合但可以和DNA結(jié)合,從而干擾GRα與DNA的結(jié)合,因此GRβ可能是內(nèi)源性的GRα抑制劑,其過量表達(dá)可導(dǎo)致GC抵抗。選擇性的表達(dá)GRβ還能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)某些基因轉(zhuǎn)錄,說明其還具有一定的生理功能。此外,還有另外3種GR異構(gòu)體GRγ、GR-A、GR-P被報(bào)道,其作用不明確,可能與GC抵抗有關(guān)[8-10]。

根據(jù)翻譯起始位點(diǎn)的不同,GRα還存在8個(gè)亞型:GRα-A、GRα-B、GRα-C1、GRα-C2、GRα-C3、GRα-D1、GRα-D2、GRα-D3。同樣的,GRβ分為GRβ-A、GRβ-B、GRβ-C1、GRβ-C2、GRβ-C3、GRβ-D1、GRβ-D2、GRβ-D3 8種亞型。不同亞型的存在可以部分解釋為何GR能發(fā)揮多種生理及藥理作用[5]。

1.3 GR的一般功能 正常生理?xiàng)l件下GR位于細(xì)胞漿內(nèi),與熱休克蛋白(heat shock protein, HSP)復(fù)合體結(jié)合而處于失活狀態(tài),一旦與激素結(jié)合，則受體構(gòu)型發(fā)生改變,與HSP復(fù)合體解離被激活,活化后的受體移位至細(xì)胞核內(nèi),通過以下方式調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄:(1)直接與靶基因中的GRE結(jié)合;(2)與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用,改變其對(duì)靶基因的調(diào)節(jié);(3)直接與DNA結(jié)合并與鄰近的轉(zhuǎn)錄因子作用,即所謂的混合調(diào)節(jié)[5]。GRE是位于靶基因啟動(dòng)子或增強(qiáng)子的一段特異性核苷酸序列,能與GR特異性結(jié)合并介導(dǎo)GR的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)活性[11]。一般情況下,活化的GR與GRE結(jié)合后募集細(xì)胞核內(nèi)的輔激活因子(co-activator)而促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄。輔激活因子是細(xì)胞核內(nèi)的一大類蛋白質(zhì),具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,HAT)活性,多以復(fù)合物形成存在,如SRC/p160蛋白家族和CBP/p300家族等。輔激活因子轉(zhuǎn)錄激活的機(jī)制主要有:(1)通過組蛋白乙?；龠M(jìn)DNA與組蛋白分離,使DNA更易于接近轉(zhuǎn)錄因子;(2)通過蛋白質(zhì)之間的相互作用,作為轉(zhuǎn)錄因子和基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合物之間的橋梁激活轉(zhuǎn)錄[12]。GR與GRE結(jié)合后還能募集細(xì)胞核內(nèi)的輔抑制因子(co-repressor)而抑制靶基因轉(zhuǎn)錄,這種GRE稱為負(fù)性GRE(negative GRE, nGRE)[13]。同樣,輔抑制因子也是細(xì)胞核內(nèi)一大類蛋白質(zhì)復(fù)合物,因具有組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDAC)活性,能使組蛋白去乙?；?增強(qiáng)組蛋白與DNA的結(jié)合,使染色質(zhì)重趨緊密而不利于轉(zhuǎn)錄,如NCoR、SMRT蛋白家族等,此種作用與臨床GC治療不良反應(yīng)的產(chǎn)生有關(guān),如抑制骨鈣蛋白的產(chǎn)生可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[14]。GR還能通過作用于其他轉(zhuǎn)錄因子而間接阻斷靶基因的轉(zhuǎn)錄,如與核因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)、活化蛋白-1(activator protein-1, AP-1)作用，抑制它們?cè)谘装Y反應(yīng)過程中對(duì)促炎靶基因的轉(zhuǎn)錄,包括細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子、炎癥性酶和受體等,被稱為反式抑制作用(transrepression),這是GC發(fā)揮抗炎作用的主要機(jī)制[15-16]。

2 GR與抗炎作用

2.1 反式抑制作用 天然免疫是機(jī)體抵抗病原微生物感染的第一道防線,當(dāng)病原體侵入機(jī)體后,通過天然免疫細(xì)胞(樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等)的模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor, RRR)識(shí)別入侵的病原體相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular pattern, PAMP),通過復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,最終導(dǎo)致細(xì)胞核內(nèi)信號(hào)依賴的轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB、AP-1等的激活?；罨霓D(zhuǎn)錄因子與輔激活因子相結(jié)合,共同作用于靶基因的啟動(dòng)子或增強(qiáng)子,促進(jìn)炎性因子的生成,參與機(jī)體的免疫反應(yīng),并最終激活機(jī)體的獲得性免疫[17]。

NF-κB是炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子,人體內(nèi)最常見的NF-κB是p65與p50組成的異二聚體。在生理狀態(tài)下,NF-κB和抑制蛋白(inhibitor of κB, IκB)形成復(fù)合體,以無活性形式存在于胞漿中。當(dāng)細(xì)胞受炎癥刺激后,通過MAPK等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路導(dǎo)致IκB激酶復(fù)合體(IκB kinase, IKK)活化,使得IκB磷酸化而被降解,NF-κB游離并迅速移位到細(xì)胞核,誘導(dǎo)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄,包括:腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素(IL)-1β、IL-2、IL-6、IL-8、IL-12、趨化因子、黏附分子、集落刺激因子等[18]。GR通過以下機(jī)制抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄激活:(1)與p65亞單位結(jié)合,阻斷NF-κB與靶基因的結(jié)合;(2)與GR反應(yīng)蛋白-1(GR interaction protein-1, GRIP-1)結(jié)合,使得輔激活因子干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory transcription factor 3, IRF3)不能與p65亞單位結(jié)合;(3) 阻斷正性轉(zhuǎn)錄延伸因子b(positive transcription elongation factor b, pTEFb)的募集，pTEFb可使轉(zhuǎn)錄過程中RNA聚合酶Ⅱ磷酸化而促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄延伸活性，GR通過阻斷pTEFb抑制靶基因轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng);(4)募集具有HDAC活性的輔抑制因子使得染色質(zhì)致密卷曲而抑制靶基因轉(zhuǎn)錄;(5)與NF-κB競(jìng)爭(zhēng)與輔激活因子CPB/p300結(jié)合,抑制轉(zhuǎn)錄起始;(6)與腫瘤抑制蛋白p53相互作用;(7)上調(diào)IκB表達(dá),使NF-κB失活;(8)誘導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1(MAPK phosphatase-1, MKP-1)的產(chǎn)生，使p38失活,阻遏MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,抑制IκB降解和NF-κB活化[19-20]。

AP-1屬于堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子,人體內(nèi)AP-1以二聚體形式存在,最常見的為cJun-cFos異二聚體。環(huán)境應(yīng)激、炎性因子等的刺激通過MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活A(yù)P-1,活化的AP-1作用于靶基因中的佛波酯反應(yīng)元件或cAMP反應(yīng)元件,調(diào)控多種因子,如IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-8等的表達(dá)[21]。GR抑制AP-1轉(zhuǎn)錄活性的作用機(jī)制與NF-κB類似:(1)直接與AP-1的c-Jun相互亞單位結(jié)合,阻斷AP-1與靶基因的結(jié)合;(2)與靶基因上的GRE結(jié)合并與AP-1的c-Jun相互作用;(3)誘導(dǎo)MKP-1的產(chǎn)生，使得JNK失活,阻遏MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,降低AP-1轉(zhuǎn)錄活性[19-20]。

2.2 直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用 GR活化后還能通過激活抗炎基因的轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮抗炎作用,除了前述的ⅠκB、MKP-1外,還有膜聯(lián)蛋白 A1(annexin A1, AnxA1)、血清白細(xì)胞蛋白酶抑制劑(secretory leukoprotease inhibitor, SLPI)、糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)亮氨酸拉鏈蛋白(glucocorticoid-induced leucine zipper protein,GILZ)、IL-10、IL-1受體Ⅱ型、β腎上腺素能受體等[21]。

2.3 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控作用 盡管GR的抗炎作用主要是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的,但有研究發(fā)現(xiàn),GR還可通過降低mRNA的穩(wěn)定性來抑制炎癥因子如COX-2、TNF、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、干擾素β、IL-1、IL-5、IL-6、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和一些趨化因子等的表達(dá)。這些因子的mRNA在3’非翻譯區(qū)具有富含腺嘌呤/尿嘧啶的元件(adenylate/uridylate-rich elements, ARE),能夠與ARE結(jié)合蛋白如鋅指蛋白36(tristetraprolin, TTP)發(fā)生特異性結(jié)合。TTP能夠降低mRNA的穩(wěn)定性，促進(jìn)mRNA降解。GR能上調(diào)TTP表達(dá),減少上述炎性因子的產(chǎn)生，從而發(fā)揮抗炎作用[22-23]。

3 GR與促炎作用

研究表明,在不同的激素作用時(shí)間和機(jī)體免疫狀態(tài)下,GC還可發(fā)揮不同的效應(yīng),例如在長(zhǎng)期慢性病程中,GC主要發(fā)揮抗炎抗免疫作用,而在急性狀態(tài)下,GC則能提高機(jī)體的免疫反應(yīng)而具有促炎作用。例如GC能夠加重遲發(fā)型過敏反應(yīng)的外周免疫反應(yīng);急性應(yīng)激中隨著GC分泌增加,中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)促炎因子IL-1β水平升高[24]。GC促炎機(jī)制還不清楚。研究發(fā)現(xiàn),GR活化后能夠與TNF-α協(xié)同促進(jìn)NF-κB、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription, STAT)與Toll樣受體2(Toll-like receptor 2, TLR2)啟動(dòng)子上的反應(yīng)元件結(jié)合,上調(diào)TLR2表達(dá)。TLR2屬于RRR,能夠識(shí)別細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽聚糖。TLR2激活后通過下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,激活促炎轉(zhuǎn)錄因子,最終導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子IL-6、IL-8等的分泌增加[25]。同樣,GR活化后還能與IL-6家族成員——白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor, LIF)協(xié)同上調(diào)天然免疫反應(yīng)和急性期反應(yīng)中多種基因的表達(dá)[26]。GR還能誘導(dǎo)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)樣受體(NOD-like receptor,NLR)家族成員NLR熱蛋白結(jié)構(gòu)域亞家族成員3(NLR pyrin domain-containing 3,NLRP3)的表達(dá)。NLRP3是巨噬細(xì)胞中炎癥小體的核心成分,其表達(dá)上調(diào)后能夠增加巨噬細(xì)胞對(duì)細(xì)胞外有害刺激信號(hào)的敏感性,NLRP3炎癥小體活化本身還可導(dǎo)致caspase-1自身裂解和活化,促進(jìn)IL-1β的表達(dá)和分泌,增強(qiáng)機(jī)體的免疫炎癥反應(yīng)[27]。此外,GR還能上調(diào)嘌呤受體P2Y2的表達(dá)。P2Y2受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體,其表達(dá)上調(diào)后能夠通過磷脂酶C和蛋白激酶C激活下游的信號(hào)通路,最終導(dǎo)致IL-6分泌增加[28]。因此,GR能夠通過上調(diào)TLR2、NLRP3、P2Y2的表達(dá)及與TNF-α、LIF等協(xié)同而發(fā)揮促炎作用,增強(qiáng)機(jī)體的防御功能。

4 結(jié)語

綜上所述,通過不同的GR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制,GC在體內(nèi)的作用遠(yuǎn)較之前的認(rèn)識(shí)復(fù)雜。在早期、急性期和生理狀態(tài)(炎癥前)下,通過對(duì)天然免疫的激活促使機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)病原體發(fā)揮快速、有效的炎癥反應(yīng),而在后期、慢性期及病理狀態(tài)下(炎癥后),通過抑制炎癥因子的釋放來避免過度的炎癥反應(yīng)。將來還需要對(duì)GR在不同組織中的促炎和抗炎效應(yīng)進(jìn)行研究,以幫助我們更好地利用GR不同效應(yīng)設(shè)計(jì)更好的治療策略。

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