李彩莉， 潘燕飛， 陶品月， 潘曉， 歐陽子瑤， 樊德凈， 潘琪妮， 黃惠橋

（廣西醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院，廣西 南寧 530007）

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin， mTOR）是細胞功能的中心調節(jié)因子，通過mTOR復合物1（mTOR complex 1， mTORC1）和mTORC2在細胞運動、增殖與存活、基因轉錄、蛋白質合成、自噬等不同的細胞基本過程中發(fā)揮重要作用［1-2］?；钚匝酰╮eactive oxygen species， ROS）的長期積累會擾亂自由基產生與內源性抗氧化酶清除自由基之間的微妙平衡，導致氧化應激［3］。ROS積累和mTOR信號通路失調發(fā)生在廣泛的疾病中，包括腫瘤、糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)和精神疾病、衰老等。sestrin （Sesn）是高度保守的應激誘導蛋白，有2個主要的生物學功能：（1）作為抗氧化劑減少ROS的積累；（2）作為mTORC1靶標的抑制劑［4-5］。以往研究表明，Sesn3具有激活AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase， AMPK）、活化mTORC2、抑制ROS積累和mTORC1靶標等多種功能，使Sesn3成為許多病理生理過程潛在調控因子［6-7］。本文就Sesn3在心血管疾病、脂肪性肝病、糖尿病、惡性腫瘤和癲癇中的作用做一綜述，為今后Sesn3作為疾病治療靶點提供一個可能方向。

1 Sesn3背景

Sesn是在動物中普遍存在的進化上高度保守的應激誘導蛋白家族，其通過響應不同內、外部環(huán)境壓力執(zhí)行各種生物學功能，保護生物體免受各種有害刺激，包括DNA損傷、氧化應激、饑餓、內質網(wǎng)應激和缺氧等［8-9］。無脊椎動物表達一個Sesn直系同源物，如秀麗隱桿線蟲和果蠅（分別為cSesn和dSesn）；而哺乳動物表達3個Sesn旁系同源物，分別為Sesn1、Sesn2和Sesn3［5］。Sesn1（或PA26）通過使用四環(huán)素調控的方法激活p53，在人骨肉瘤細胞系中被鑒定出來［10］。Sesn2（或HI95）在人神經(jīng)膠質瘤細胞系缺氧篩選微陣列中檢測到［11］。Sesn3是對PA26基因結構的分析中鑒定出的一種新PA26相關基因家族［12］。據(jù)預測，Sesn家族成員都是α螺旋區(qū)域組成的球狀結構域蛋白，其緊密結構相似性表明伴隨的功能相似性［11］。X射線晶體學測定人SESN2結構表明［13］，Sesn2包含兩個結構相似的子結構域Sesn-A和Sesn-C，通過螺旋-環(huán)-螺旋結構域（Sesn-B）連接；Sesn-A起到烷基過氧化氫還原酶的作用，而Sesn-C則起到mTORC1抑制作用。但迄今為止Sesn1和Sesn3結構特征仍有待進一步研究。

Sesn是在成人中普遍表達的蛋白質［12］，不同Sesn基因表達水平存在組織特異性差異。Sesn3作為Sesn家族的一員，在大腦、腎臟、小腸、結腸、胎盤和骨骼肌中表達較高［12］。Sesn3基因位于人染色體11q21上，編碼一個由492個氨基酸組成的蛋白質，其產生兩種選擇性剪接變體分別編碼分子量為44 kD （Sesn3S）和53 kD （Sesn3L）的蛋白［6］。不同于Sesn1和Sesn2受腫瘤抑制蛋白p53調節(jié)，Sesn3主要由叉頭框蛋白O（forkhead box protein O， FoxO）激活。激活的FoxO可特異性提高Sesn3的表達［14］。FoxO1與Sesn3第一內含子內的250 bp區(qū)域結合，轉錄上調Sesn3 mRNA的表達，提高AMPK活性，以TSC2依賴的方式抑制mTORC1信號轉導，調節(jié)自噬、葡萄糖和脂質代謝［6］。Sesn3還可通過Rictor （rapamycin-insensitive companion of mTOR）與mTORC2交互，直接激活mTORC2-Akt信號通路，在胰島素敏感性和葡萄糖穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮有益作用，且獨立于mTORC1-S6K反饋調節(jié)［15-16］。ROS的積累會導致細胞對脂質、核酸、蛋白質的氧化損傷，與各種病理因素密切相關［17］。Sesns在氧化應激下被p53、Nrf2、FoxO等轉錄因子激活，通過自噬的AMPK-mTORC1信號傳導途徑及mTORC1的負反饋來促進氧化還原穩(wěn)態(tài)，抑制ROS的形成［18］。據(jù)報道，Sesn N端的一個保守區(qū)域與結核分枝桿菌烷基過氧化氫還原酶D（alkyl hydroperoxide reductase， AhpD）蛋白具有序列和結構同源性，該同源性跨越了Sesn保守區(qū)域的至少5個N端螺旋結構域和AhpD的C端螺旋結構域［4］。AhpD是一種參與抗氧化防御的過氧化物酶，可以催化AhpC的再還原，直接或間接清除過量ROS［19］。Sesn3與AhpD的同源性及ROS穩(wěn)態(tài)的間接調控表明，其通過發(fā)揮氧化還原酶活性及激活抗氧化信號通路來降低細胞內的ROS水平。Sesn3作為一種多功能蛋白，通過不同機制參與生理病理狀態(tài)下細胞穩(wěn)態(tài)的維持，在疾病中發(fā)揮重要作用。

2 Sesn3在疾病中的作用

2.1 Sesn3與心血管疾病 心血管疾病包括冠心病、心房顫動、高血壓等，目前仍是全球死亡的主要原因［20］，動脈粥樣硬化是其最常見的病理基礎。動脈粥樣硬化已知的主要危險因素，如血脂異常、糖尿病、高血壓都與氧化應激有關，氧化應激的特征是氧化劑和抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡，導致ROS增加［21］。過量產生的ROS影響脂質/DNA的氧化修飾、內皮功能障礙和炎癥，從而成為促動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的主要危險因素［22］。Sesn3具有抗氧化特性，能夠抑制ROS水平發(fā)揮抗氧化應激作用保護心血管疾病。

歐洲動脈粥樣硬化炎癥和血管壁重塑-血管內超聲（ATHEROREMO-IVUS）合作項目對斑塊形態(tài)進行了全基因組關聯(lián)研究，發(fā)現(xiàn)IVUS衍生的易損斑塊指標與斑塊內或附近8個不同基因中的12個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms， SNPs）之間有很強的相關性；進一步分析顯示有兩個SNPs與冠狀動脈疾病/心肌梗死之間顯著關聯(lián)，這兩個SNPs編碼兩個基因，Sesn3是其中之一［23］，表明Sesn3與動脈粥樣硬化的發(fā)展有一定的關聯(lián)。據(jù)Dong等［24］報道，永久性心房顫動患者心房內Sesn3蛋白在細胞質和細胞核中廣泛可見，其表達水平顯著高于竇性心律患者；Sesn3過表達顯著降低了HL-1起搏細胞ROS的產生，提高細胞存活率，而Sesn3敲低增加了ROS積累，表明Sesn3被誘導發(fā)揮抗氧化應激并在房顫中提供保護。在冠狀動脈疾病患者中，其血漿Sesn3的水平升高，且與丙二醛的水平及Gensini評分呈正相關［25］。Sesn3水平亦在高血壓患者血漿中升高，與血壓值呈正相關，與經(jīng)動脈粥樣硬化斑塊的存在呈負相關［26］，表明Sesn3可能有助于預防和延緩動脈粥樣硬化的發(fā)展。因此，Sesn3水平可能通過響應氧化應激而增加，并充當抗氧化劑保護器官組織免受損害。此外，與Sesn3同源的Sesn2促進p62依賴性自噬，上調Keap1/Nrf2信號通路，抑制ROS產生，從而保護內皮祖細胞免受血管緊張素II的影響［27］?？傊?，Sesn3可能基于結核分枝桿菌AhpD蛋白與Sesn家族序列和結構的同源性，直接發(fā)揮抗氧化酶活性和調節(jié)抗氧化信號傳導來調節(jié)氧化還原平衡，在心血管疾病中發(fā)揮抗氧化應激作用，但其確切的機制仍需進一步研究。

2.2 Sesn3與脂肪性肝病 脂肪肝是一種常見的肝臟病理變化，由各種原因導致肝細胞中脂肪過度堆積的病變，分為酒精性肝病和非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease， NAFLD），二者均是慢性肝炎和肝硬化的主要原因，其發(fā)病機制復雜，肝臟脂質的積累、纖維化起了重要作用［28-29］。脂肪肝特別是NAFLD已成為一種流行的慢性肝病，因此確定新的靶點對于脂肪肝的早期干預和治療至關重要。已有證據(jù)表明Sesn3能夠減輕肝臟炎癥、纖維化和損傷［30-31］，在肝臟疾病中起到保護因子的作用。

非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis， NASH）是NAFLD更嚴重的形式，也更容易發(fā)展為肝硬化和肝癌［32］。已有文獻報道TGFβ-Smad3信號通路的激活在促進肝纖維化的發(fā)生發(fā)展中具有至關重要的作用［33］。Huang等［31］報道，Sesn3在NASH患者肝臟中表達降低，且隨著肝纖維化程度加重而降低。Sesn3敲除小鼠和野生型小鼠相比，在高脂飲食喂養(yǎng)中表現(xiàn)出了嚴重的肝脂肪病變，肝臟/血清甘油三酯和膽固醇水平顯著升高，肝纖維化加劇。人肝星狀細胞Sesn3過表達使TGFβ刺激的Smad3磷酸化降低了75%，抑制纖維化基因Acta2、Col1a1、Col3a1和Timp1表達，且TGFβ缺失幾乎沒有核Smad3，表明Sesn3抑制TGFβ-Smad3途徑阻斷了纖維化［31］。此外，免疫共沉淀顯示Sesn3與Smad7相互作用并抑制TGFβ受體［31］。Sesn3對TGFβ-Smad3信號傳導表現(xiàn)出雙重抑制，提供了一種針對肝纖維化的新型調節(jié)機制。Sesn2被報道可部分通過激活AMPK及抑制ROS產生，拮抗TGFβ-Smad信號通路［34］，提示Sesn3存在類似作用機制。在小鼠酒精性肝損傷中，Sesn3過表達消除酒精對AMPK磷酸化的影響，抑制mTOR主要下游靶標p70 S6激酶磷酸化，增加自噬標志物LC3-II水平，減輕肝脂肪變性［30］。Sesn1/2/3不僅能與JNK2直接通過蛋白與蛋白相互作用抑制JNK磷酸化和活性，還可以通過抑制MKK7對JNK磷酸化來抑制JNK信號通路，保護肝臟免受脂毒性相關的氧化應激［35］。由此可見，Sesn3調節(jié)AMPK/mTOR、TGFβ-Smad3及JNK信號轉導通路在脂肪性肝病中發(fā)揮有益作用。

2.3 Sesn3與糖尿病 2型糖尿病是一種代謝性慢性疾病，胰島素抵抗和胰島素分泌損傷是其病理生理學關鍵因素［36］。胰島素抵抗是胰島素敏感性降低和（或）胰島素反應性下降的狀態(tài)，當組織對胰島素不敏感伴胰腺胰島素分泌不足時，會發(fā)生2型糖尿病［37］。AMPK和mTORC1在能量和營養(yǎng)穩(wěn)態(tài)中起著關鍵作用，AMPK激活能促進β細胞的存活，并抑制胰島素抵抗，還能促進葡萄糖代謝和攝取，有助于維持機體葡萄糖穩(wěn)態(tài)［38］。已有證據(jù)顯示，Sesn3可通過激活AMPK和mTORC2以及抑制mTORC1在代謝控制和葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用［15-16］，從而在糖尿病中發(fā)揮有益作用。

據(jù)一項研究分析顯示，受試對象血清Sesn3的mRNA表達與空腹血糖、餐后血糖及糖化血紅蛋白水平和HOMA-IR呈負相關，提示Sesn3與胰島素敏感程度有關［39］。Sesn3在糖尿病小鼠血清中顯著降低，全身Sesn3敲除小鼠加重高脂飲食誘導的血脂異常和葡萄糖耐受不良［16，40］。Sesn3與Rictor（mTORC2的特定成分）結合高于與Raptor （regulatory-associated protein of mTOR； mTORC1關鍵成分）的結合［16］。C2C12成肌細胞Sesn3過表達增強了Rictor與mTOR的結合，同時降低Raptor與mTOR的關聯(lián)，提升mTOR的S2481位點及蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT）的S473位點磷酸化水平，提示Sesn3促進mTORC2的活性，激活AKT［16］。Rictor-siRNA減弱了Sesn3的上述作用，同時降低pAS160-Thr642蛋白與葡萄糖轉運蛋白4表達，削弱SESN3促成肌細胞攝取葡萄糖作用，表明Sesn3通過mTORC2/AKT信號通路調節(jié)糖代謝［16］。此外，AMPK活性降低會負性調控胰島素信號傳導，同時增加mTORC1活性，促進胰島素抵抗［41］。Sesn2基因敲除小鼠、Sesn3基因敲除小鼠和dSesn-null蒼蠅均容易發(fā)生胰島素抵抗及隨后的血糖穩(wěn)態(tài)失調［42］。Sesn2被證明提高AMPK活性來負調節(jié)mTORC1-S6K軸，還能直接與GATOR2蛋白相互作用活化mTORC2，激活AKT信號轉導維持肝胰島素敏感性［42-43］。Sesn3和Sesn1/2一樣，能提高AMPK活性［6］。此外，Sesn3受到FoxO轉錄上調被證明可引起AMPK/TSC1/2軸激活，從而抑制mTORC1活性［6］，參與調節(jié)肝胰島素敏感性和葡萄糖代謝。

2.4 Sesn3與惡性腫瘤 惡性腫瘤作為一種嚴重威脅人類健康的疾病，因機體細胞失去正常調控，過度增殖而引起［44］。其疾病機制復雜，Sesn3通過降低癌腫瘤細胞的生長、增殖、轉移參與惡性腫瘤抑制，但Sesn3在腫瘤疾病中的作用似乎是有矛盾的。Liu等［45］研究發(fā)現(xiàn)，Sesn3敲除小鼠在致癌物質和高脂飲食聯(lián)合喂養(yǎng)后，肝總腫瘤計數(shù)和腫瘤體積均顯著增加；且相較于野生型小鼠未觀察到肝腫瘤轉移，30%的Sesn3敲除小鼠出現(xiàn)肝腫瘤轉移，表明Sesn3具有抑制肝腫瘤發(fā)展和轉移的作用。Gli2具有致癌作用，是Hedgehog信號通路的核心組成部分之一，Sesn3表達上調阻斷了Gli2核易位，提示Sesn3可通過調控Hedgehog信號通路的傳導，成為肝細胞癌的腫瘤抑制因子［45］。據(jù)報道，mTORC1的慢性激活與各種代謝性疾病的風險增加有關，Sesn2通過激活AMPK，抑制mTORC1的活性來減弱子宮內膜癌細胞增殖和遷移，發(fā)揮抗癌作用［46］。Sesn3的表達隨著子宮內膜樣腺癌的發(fā)展而下降，且Sesn3陰性死亡病例生存時間短與Sesn3陽性［47］，提示Sesn3發(fā)揮抑癌基因的作用，可能與Sesn3的轉錄激活是抑制mTORC1慢性激活的負反饋機制之一有關。然而，有研究提出了Sesn3在腫瘤發(fā)展的相反作用，即發(fā)揮癌基因的作用。在食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma， ESCC）中，lncRNA SNHG22敲低抑制的ESCC細胞增殖被Sesn3過表達抵消［48］，表明Sesn3在ESCC中的致癌作用。此外，Sesn3的同源家族Sesn2也被證明具有癌基因作用，能促進肺癌、胰腺癌等惡性腫瘤的發(fā)展［49］?？偠灾?，Sesn3調節(jié)癌癥中的功能是雙向的，其機制需要進一步探索和驗證。

2.5 Sesn3與癲癇 癲癇是一種嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是由不同病因導致腦部神經(jīng)元高度同步化異常放電所致，神經(jīng)退行性蛋白的積累、細胞炎癥因子的釋放（如TNF-α和IL-1β）、神經(jīng)元電壓和配體門控離子通道的變化、神經(jīng)遞質的釋放等參與癲癇發(fā)生的過程［50］。目前針對Sesn3在癲癇中的研究似乎也是存在矛盾的。Johnson等［51］發(fā)現(xiàn)，Sesn3在顳葉癲癇患者海馬體中高表達，與Module-1（含炎癥基因如與癲癇相關的IL-1和TLR信號通路）表達呈正相關；Sesn3敲除后減弱化學誘導的斑馬魚癲癇發(fā)作及c-Fos蛋白和Module-1表達；Sesn3過表達致海馬神經(jīng)元中Module-1基因上調，特別是促炎基因的上調，從而誘導神經(jīng)元興奮性變化，提示Sesn3對癲癇中促驚厥轉錄程序的遺傳調控。同樣，Shi等［52］也發(fā)現(xiàn)Sesn3表達的上調通過下調Kv4.2介導的IA電流在糖尿病動物的海馬興奮過度中起重要作用，并促進缺血后癲癇的發(fā)生。有證據(jù)表明，mTOR失調可能通過調節(jié)Kv4.2介導的IA電流致復發(fā)性癲癇發(fā)作［53］，提示Sesn3可能通過調節(jié)mTOR通路在癲癇發(fā)展中起作用。前兩項研究表明了Sesn3可能作為調節(jié)腦炎癥和中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性的靶點，影響癲癇的基因網(wǎng)絡成為更加有效的治療方法。然而Huang等［54］的研究顯示，沉默rno-miR-155可以抑制癲癇的相關病理特征，Sesn3是rno-miR-155的靶基因，rno-miR-155拮抗劑促進Sesn3表達，從而間接減少氧化應激，保護大腦免受癲癇發(fā)生相關的損傷。雖然Sesn3在癲癇的作用機制似乎存在不一致，但是Sesn3被證明是癲癇疾病中的重要靶點，具有極大治療潛力。

3 小結與展望

綜上所述，Sesn3通過激活AMPK、調節(jié)ROS形成和mTOR，感知細胞內外環(huán)境，維持代謝穩(wěn)態(tài)，對年齡相關的細胞病變具有多種生物學功能。因此，利用生物活性分子靶向調節(jié)Sesn3的研究可以確定其作為各種疾病的治療靶點。目前，Sesn3在各種人類疾病中的保護作用仍有極大吸引力，但Sesn3在疾病中的作用機制復雜（圖1），其確切的機制仍需進一步研究。此外，Sesn3在調節(jié)惡性腫瘤與癲癇中的作用似乎是雙向的，故其機制需進一步探索與驗證。

Figure 1. Protective mechanisms of Sesn3 in related diseases.ER： endoplasmic reticulum； FoxO： forkhead box O protein； ROS： reactive oxygen species； AMPK： AMP-activated protein kinase； TSC1： tuberous sclerosis complex 1/hamartin； TSC2： tuberous sclerosis complex 2/tuberin； mTOR： target of rapamycin； mTORC1：mTOR complex 1； Rheb： Ras homolog enriched in brain； Raptor： regulatory-associated protein of mTOR；MLST8： mTOR-associated protein， LST8 homolog；Rictor： rapamycin-insensitive companion of mTOR；TGFβ： transforming growth factor β； TGFβR1： TGFβ receptor 1； MKK7： mitogen-activated protein kinase kinase 7； JNK： c-Jun N-terminal kinases； p： phosphorylation.圖1 Sesn3在相關疾病中的保護機制