李奇隆，陳湘楠，龍 鳳，陳嘉玥，楊 森，王 京，昝林森，成 功

（西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，楊凌 712100）

鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail家族基因在脊椎動(dòng)物中高度保守，被廣泛認(rèn)為是一種典型的上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）轉(zhuǎn)錄因子。EMT是上皮細(xì)胞來源的惡性腫瘤細(xì)胞獲得遷移和侵襲能力的重要生物學(xué)過程。因此，Snail家族基因是檢測(cè)惡性腫瘤細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要標(biāo)志基因，長(zhǎng)期以來是惡性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移方面研究的明星分子[1]。另一方面，Snail作為轉(zhuǎn)錄因子參與了Wnt/β-catenin、Notch等信號(hào)通路調(diào)節(jié)，在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育、干細(xì)胞多能性維持及免疫調(diào)節(jié)等多個(gè)生理過程中扮演重要角色[2]。

脂肪生成及肌肉發(fā)育等過程影響了哺乳動(dòng)物，特別是農(nóng)業(yè)動(dòng)物產(chǎn)肉性能和肉品質(zhì)。上述過程的本質(zhì)就是基因表達(dá)模式的轉(zhuǎn)變，受到了一系列轉(zhuǎn)錄因子的共同作用來調(diào)控相關(guān)靶基因的表達(dá)，進(jìn)而決定了細(xì)胞成肌、成脂分化進(jìn)程[3]。隨著研究的深入，近年來發(fā)現(xiàn)鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail家族基因在哺乳動(dòng)物脂肪生成和肌肉發(fā)育中也發(fā)揮了重要作用。Snail家族可通過招募轉(zhuǎn)錄輔因子并結(jié)合下游靶基因，參與成脂、成肌過程的調(diào)節(jié)。然而，Snail家族在成脂、成肌調(diào)控過程中既表現(xiàn)出功能冗余，也有截然相反的作用，說明該家族基因功能仍待進(jìn)一步深入研究。以下主要介紹了Snail家族蛋白結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、主要參與的信號(hào)通路，總結(jié)概括了Snail家族在哺乳動(dòng)物脂肪和肌肉發(fā)育中調(diào)控作用的相關(guān)研究進(jìn)展，并對(duì)今后Snail家族基因在哺乳動(dòng)物中研究方向進(jìn)行了展望，以期為下一步深入闡述其分子機(jī)制及其在動(dòng)物育種中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 Snail家族基因、蛋白結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

1.1 Snail家族基因及其蛋白結(jié)構(gòu)

Snail家族基因編碼具有鋅指類結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，通過結(jié)合下游基因，參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的過程。目前，在脊椎動(dòng)物中鑒定出了3種Snail家族基因：Snail1（Snai1）、Snail2（Slug）和Snail3（Smuc）[4]，Snail家族成員含有1個(gè)多變的氨基末端區(qū)域和4～6 個(gè)Cys-His（C2H2）鋅指結(jié)構(gòu)的高度保守的羧基末端區(qū)域。C2H2鋅指結(jié)構(gòu)由2個(gè)β-折疊片緊連1個(gè)α-折疊片和含有1個(gè)DNA連接凹槽的氨基酸末端區(qū)域組成[5]，與以CAGGTG為核心的靶基因E-box位點(diǎn)結(jié)合發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。SNAG結(jié)構(gòu)域位于Snail蛋白N端，以MPRSFLV氨基酸為特征序列，在多個(gè)物種中高度保守[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，SNAG結(jié)構(gòu)域通過招募并結(jié)合賴氨酸特異性去甲基化酶（lysine-specific demethylase 1，LSD1）[8]、羧基末端結(jié)合蛋白（C-terminal-binding protein，CtBP）[9]、組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）[10-11]等輔抑制因子發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用。然而，也有研究表明，Snail蛋白可能通過與其他轉(zhuǎn)錄因子互作進(jìn)而具有增強(qiáng)子活化作用，激活下游基因表達(dá)[12]。

1.2 Snail家族的基本生物學(xué)功能

Snail家族基因在干細(xì)胞多能性維持、免疫調(diào)節(jié)、胚胎發(fā)生及癌細(xì)胞的遷移等方面具有廣泛的生物學(xué)功能[7]。干細(xì)胞特性維持方面，Snail家族基因可被同源域蛋白Nanog激活進(jìn)而參與細(xì)胞重編程和維持干細(xì)胞自我更新[13]。免疫方面，一方面Snail可通過抑制細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞引起免疫抑制；另一方面在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的誘導(dǎo)下巨噬細(xì)胞表達(dá)Snail，然后將其募集到損傷或炎癥部位，從而直接誘導(dǎo)免疫應(yīng)答[14]。胚胎發(fā)生方面，Snail家族基因在胚胎發(fā)育和腫瘤轉(zhuǎn)移過程中胚層的形成、神經(jīng)嵴形成、細(xì)胞存活及左右不對(duì)稱等過程發(fā)揮了重要作用[15-17]。目前，關(guān)于Snail家族在參與EMT過程和癌細(xì)胞侵襲、遷移方面是研究熱點(diǎn)[15-16]。 在EMT過程中，Snail家族在多種組蛋白修飾酶（G9a、EZH2和HDACs）的協(xié)同下，抑制E-鈣黏蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞EMT過程和侵襲轉(zhuǎn)移功能[18-19]。

2 Snail家族主要參與的信號(hào)通路

2.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路

Wnt/β-catenin信號(hào)通路是胚胎發(fā)育中最重要的調(diào)控途徑之一，異?；罨瘯?huì)導(dǎo)致腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)退行性等疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin水平的增加上調(diào)Snail1、Snail2基因表達(dá)，Snail2敲低后Wnt/β-catenin信號(hào)減少[20]。有研究報(bào)道，β-catenin抑制睪丸孤核受體4（testicular orphan receptor 4，TR4）的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而影響脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，而這種抑制作用是通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制因子Snail2基因表達(dá)實(shí)現(xiàn)的[21]。Wnt/β-catenin信號(hào)通路下游核心轉(zhuǎn)錄因子淋巴增強(qiáng)因子/T細(xì)胞因子（Lef/TCF）可以調(diào)節(jié)胚胎外胚層中Snail2的轉(zhuǎn)錄，參與動(dòng)物早期胚胎發(fā)育調(diào)控[22-23]。在腫瘤細(xì)胞中，Wnt/β-catenin 信號(hào)可通過調(diào)節(jié)Snail家族基因表達(dá)參與腫瘤細(xì)胞侵襲過程[24]。另外，Wnt/β-catenin可通過抑制Snail1蛋白磷酸化提高Snail1蛋白水平進(jìn)一步參與EMT過程[25]。腫瘤細(xì)胞中，Snail1與β-catenin 蛋白結(jié)合進(jìn)而激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路下游軸抑制蛋白（Axin）、存活蛋白（survivin）等標(biāo)志基因表達(dá)[12]。上述研究表明，Snail家族基因與Wnt/β-catenin信號(hào)通路間可能存在正反饋回路參與生理調(diào)節(jié)過程。

2.2 Notch信號(hào)通路

Notch信號(hào)通路是一種細(xì)胞間接觸依賴性的通訊方式，調(diào)節(jié)應(yīng)答細(xì)胞的分化方向，影響細(xì)胞發(fā)育、增殖、分化等多個(gè)過程。Notch誘導(dǎo)的Snail2在心臟EMT的啟動(dòng)中發(fā)揮重要作用[26]，Snail2基因是Notch通路的直接靶點(diǎn)，Notch信號(hào)通過Notch配體CSL（CBF1/Hairless/Lag-1的抑制子）直接調(diào)節(jié)Snail2基因啟動(dòng)子活性，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中Snail2基因的上調(diào)[27]。Notch信號(hào)還可以通過誘導(dǎo)Snail2基因正向調(diào)控乳腺癌細(xì)胞的EMT、侵襲和生長(zhǎng)。除轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控外，Notch通路信號(hào)分子Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（Notch intracellular domain，NICD）可通過直接結(jié)合并引起Snail1蛋白泛素化降解，抑制Snail1依賴的腫瘤細(xì)胞侵襲[28]。此外，Notch信號(hào)通路誘導(dǎo)的Snail2基因表達(dá)還參與神經(jīng)嵴的形成過程[29-30]。有研究表明，在新生的血管內(nèi)皮細(xì)胞中，Snail2可通過結(jié)合并抑制Notch配體Delta樣配體4（Delta-like ligand 4， DLL4）和Jagged2（JAG2）基因表達(dá)， 進(jìn)而抑制Notch信號(hào)通路， 參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞血管生成[31-32]。

2.3 TGF-β/Smad信號(hào)通路

TGF-β在細(xì)胞的增殖、分化、胚胎發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)以及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中都有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β通過激活Snail1和Snail2基因，誘導(dǎo)分泌細(xì)胞外基質(zhì)的肌成纖維細(xì)胞的出現(xiàn)[33]。TGF-β1通過激活Smad2/3信號(hào)傳導(dǎo)短暫誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子hey1和高遷移率族蛋白A2（high mobility group protein A2,HMGA2）基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致Snail1和Snail2基因表達(dá)的上調(diào)[34]。TGF-β/Smad信號(hào)通路TGF-β2的表達(dá)促進(jìn)了內(nèi)皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化EMT，且這一過程依賴于Snail1基因表達(dá)的激活[35]。此外，Snail1可能通過結(jié)合TGF-β/Smad信號(hào)通路TGF-β1啟動(dòng)子區(qū)并抑制其表達(dá)，進(jìn)而影響Smad的活化過程[36]。另一方面，Snail1和Snail2基因過表達(dá)提高了TGF-β受體2（transforming growth factor,beta receptor Ⅱ，TGFBR2）基因啟動(dòng)子區(qū)組蛋白乙?；?，表明Snail家族可通過調(diào)節(jié)TGF-β信號(hào)通路關(guān)鍵蛋白表達(dá)水平參與TGF-β/Smad信號(hào)通路調(diào)節(jié)[37]。

2.4 PI3K-AKT信號(hào)通路

磷脂酰肌醇-3激酶/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶（PI3K-AKT）信號(hào)通路參與了細(xì)胞增殖、凋亡、生長(zhǎng)及運(yùn)動(dòng)等多個(gè)生物學(xué)過程，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）是PI3K/AKT信號(hào)通路的效應(yīng)分子[38]，在參與EMT過程的信號(hào)通路中具有分子開關(guān)的功能，可通過調(diào)控Snail1基因的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性來調(diào)節(jié)EMT[39]。有研究表明，PI3K/AKT/GSK-3β信號(hào)通路的激活可使GSK-3β發(fā)生磷酸化并經(jīng)過泛素化途徑降解，從而抑制了其通過磷酸化修飾介導(dǎo)的Snail蛋白降解[40]。而Snail1可通過激活PI3K和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路來抵抗低血清或腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）所帶來的致死效應(yīng)及癌細(xì)胞侵襲過程[41-42]。

3 Snail家族在哺乳動(dòng)物脂肪和肌肉發(fā)育中的作用

3.1 Snail家族在脂肪發(fā)育中作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，Snail家族可能是調(diào)節(jié)脂肪發(fā)育過程中的重要調(diào)節(jié)因子，參與了脂肪生成及脂代謝等生理過程。Snail1可以直接結(jié)合并抑制過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptorγ,PPARγ）、增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（CCAAT/enhancer binding proteins alpha，C/EBPα）、脂聯(lián)素（adiponectin）表達(dá)，抑制脂肪細(xì)胞成脂分化[43]。也有研究發(fā)現(xiàn)，Snail通過結(jié)合并抑制孤核受體亞家族2F成員6（nuclear receptor subfamily 2 group F member 6，Nr2f6）和白細(xì)胞介素17（interleukin 17，IL-17）的表達(dá)來抑制脂肪細(xì)胞分化[44]。體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肥胖小鼠脂肪組織中Snail1基因表達(dá)水平高于正常小鼠，而進(jìn)食過程促進(jìn)了Snail1基因的表達(dá)。脂肪組織特異性敲除Snail1基因顯著上調(diào)了PPARγ、甘油三酯水解酶（adipose triglyceride lipase,ATGL）的表達(dá)，且進(jìn)一步通過介導(dǎo)“insulin-Snail1-ATGL-lipolysis”信號(hào)軸促進(jìn)脂解過程，導(dǎo)致小鼠脂肪含量減少，脂肪細(xì)胞直徑變小[45]。在肝臟組織中，胰島素可激活Snail1表達(dá)，Snail1蛋白SNAG區(qū)域招募HDAC1、HDAC2進(jìn)一步上調(diào)Snail1靶基因脂肪酸合成酶（fatty acid synthase,FASN）啟動(dòng)子區(qū)甲基化，進(jìn)而抑制肝臟脂肪水解過程[46]。

Snail2基因也參與了脂肪的生成和脂代謝[47-48]，在來源于肥胖人群皮下脂肪的脂肪干細(xì)胞中表達(dá)量顯著高于正常人群[49]。Snail2基因敲除降低了小鼠體內(nèi)白色脂肪含量，且抑制了胚胎成纖維細(xì)胞（mouse embryonic fibroblasts，MEFs）成脂分化及脂滴積累過程[47,50]。研究發(fā)現(xiàn)，Snail2可能通過抑制HDAC1與成脂分化關(guān)鍵基因PPARγ啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合，維持PPARγ基因啟動(dòng)子區(qū)開放狀態(tài)，進(jìn)而激活PPARγ基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)脂肪細(xì)胞成脂分化[47]，且Snail2促進(jìn)了C/EBPα和β對(duì)PPARγ基因的激活作用。上述研究表明，Snail2基因上調(diào)與脂肪生成呈正相關(guān)。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，Snail2基因抑制脂肪生成。如3T3-L1細(xì)胞中過表達(dá)Snail2基因抑制了脂肪細(xì)胞的分化[50]。Snail2可通過與TR4蛋白互作抑制其轉(zhuǎn)錄活性導(dǎo)致其下游基因脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（fatty acid transport protein 1，F(xiàn)ATP1）、丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而抑制脂肪細(xì)胞分化及脂滴累積[21]。在脂代謝過程中，Snail2通過“Insulin/Snail 2/Lsd1/H3K9 demethylation”信號(hào)軸招募賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1（lysine-specific demethylase-1,Lsd1）蛋白，降低FASN基因啟動(dòng)子區(qū)H3K9甲基化水平，提高FASN的表達(dá)，促進(jìn)肝臟脂肪酸水解過程，表現(xiàn)出與Snail1截然相反的作用[45]。此外，Snail2可結(jié)合并調(diào)控乙酰輔酶A羧化酶（acetyl coenzyme A carboxylase 1，ACC1）及固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（sterol regulatory element binding protein，SREBP1c）等基因表達(dá)進(jìn)而抑制脂肪細(xì)胞分化及脂解過程[45]。上述研究表明，Snail2介導(dǎo)的脂肪生成及脂代謝調(diào)控是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，在不同組織及不同發(fā)育階段受到了復(fù)雜且精細(xì)的調(diào)控[47]。

3.2 Snail家族在肌肉發(fā)育方面的作用

Snail家族基因參與調(diào)控動(dòng)物的肌肉發(fā)育。Snail家族可上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子ZEB1（zinc finger E-box binding homeobox 1）的表達(dá)[6]，而ZEB1可以通過調(diào)節(jié)肌肉干細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的正反饋回路來保護(hù)肌肉免受損傷并促進(jìn)肌肉再生[51]。有研究表明，Snail1促進(jìn)了生皮肌節(jié)（dermomyotome）的EMT過程，而這一過程觸發(fā)了肌祖細(xì)胞生成[52]。Snail2基因表達(dá)水平隨肌衛(wèi)星細(xì)胞衰老呈下調(diào)趨勢(shì)，且Snail2基因敲除鼠表現(xiàn)為肌肉再生障礙。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Snail2基因敲除上調(diào)了抑癌基因p16lnk4a的表達(dá)進(jìn)而抑制肌肉干細(xì)胞自我更新，影響肌肉再生[53]。有研究表明，Snail2是生肌決定因子（MyoD）的下游靶基因，Snail2缺失導(dǎo)致小鼠肌肉的再生缺陷[54]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MyoD對(duì)Snail2基因的結(jié)合和調(diào)節(jié)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，隨著成肌細(xì)胞分化過程，Snail2基因啟動(dòng)子區(qū)MyoD和H3K27ac結(jié)合水平逐漸降低[55]。Snail1和Snail2抑制了肌細(xì)胞成肌分化過程，對(duì)MyoD的表達(dá)沒有影響，但可以通過招募HDAC1、HDAC2并競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合到MyoD下游靶基因啟動(dòng)子區(qū)E-boxes位點(diǎn)，阻斷了MyoD的轉(zhuǎn)錄激活作用，從而抑制肌細(xì)胞分化過程[56]。此外，Snail1可直接結(jié)合并抑制生肌調(diào)節(jié)因子5（myogenic regulatory factor 5，MRF5），抑制橫紋肌瘤細(xì)胞成肌分化[57]。在平滑肌細(xì)胞中，Snail2的過表達(dá)促進(jìn)了平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，同時(shí)通過調(diào)節(jié)TNF-α和TGF-β1來誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞成肌分化[58-59]。

4 結(jié)論和展望

綜上，Snail家族基因在胚胎發(fā)育、干細(xì)胞多能性維持及腫瘤發(fā)生等多個(gè)生理過程扮演重要角色。同時(shí)，它也是一類動(dòng)物脂肪和肌肉發(fā)育的重要候選功能基因，其功能解析對(duì)于深入研究動(dòng)物脂肪和肌肉發(fā)育的分子機(jī)制，并應(yīng)用于動(dòng)物分子育種中具有重要意義。作為惡性腫瘤研究相關(guān)的明星分子，已經(jīng)開展了大量關(guān)于Snail家族基因在通過EMT過程介導(dǎo)惡性腫瘤侵襲、遷移方面的研究工作，為解析腫瘤的發(fā)生、發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。然而，目前關(guān)于其在調(diào)節(jié)成脂、成肌過程中的作用研究仍相對(duì)較少，其在哺乳動(dòng)物生理調(diào)控中作用機(jī)制仍待深入研究。如Snail1可調(diào)節(jié)自身表達(dá)[60]，同時(shí)Snail1可以結(jié)合并抑制Snail2的表達(dá)[10]，且二者在生理調(diào)控過程中既表現(xiàn)出功能冗余[61]，也有截然相反的作用[62-63]，這種功能的冗余或相反是如何實(shí)現(xiàn)的，是否在不同物種、不同組織或不同發(fā)育階段存在差異，其在脂肪成脂分化和脂代謝動(dòng)態(tài)平衡過程中是如何發(fā)揮作用的也仍未知。此外，目前關(guān)于Snail1功能的研究多數(shù)都集中在其作為轉(zhuǎn)錄抑制因子抑制其下游靶基因表達(dá)。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，Snail1可通過招募轉(zhuǎn)錄輔激活子發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用，從而激活下游基因的表達(dá)[61]。這提示，Snail家族基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用的發(fā)揮可能受到了細(xì)胞微環(huán)境、不同發(fā)育、分化階段等的精細(xì)調(diào)控，是一個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的調(diào)控過程，其潛在分子機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。此外，前人研究發(fā)現(xiàn)，Snail家族在動(dòng)物脂肪發(fā)育、脂代謝及肌肉發(fā)育等生理過程均發(fā)揮重要作用，參與脂肪、肌肉發(fā)育的多個(gè)關(guān)鍵基因（如PPARγ、MyoD等基因）的調(diào)控過程[57,64]。然而，其在動(dòng)物育種中的應(yīng)用特別是對(duì)農(nóng)業(yè)動(dòng)物產(chǎn)肉性能及脂肪含量等方面的影響仍待進(jìn)一步探究，這也是今后研究的重要方向。