常文靜, 嚴漢池

(天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院結(jié)構(gòu)生物學(xué)實驗室, 天津 300072)

芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AHR)作為一種配體激活的轉(zhuǎn)錄因子,屬于PAS同源域(PER-ARNT-SIM, PAS)蛋白質(zhì),是堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)基因超家族中已知唯一被配體激活的成員[1]。AHR同配體結(jié)合被激活后轉(zhuǎn)位至細胞核,同AHR核轉(zhuǎn)運蛋白(AHR nuclear translocator,ARNT)二聚化,并與特定DNA序列結(jié)合,啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄[2, 3]。

最初,芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AHR)在毒理學(xué)家研究芳烴代謝和二惡英(2,3,7,8-tetrachloro-dibenzop-dioxin,TCDD)毒性實驗中被發(fā)現(xiàn),因其為控制芳基烴羥化酶(aryl hydrocarbon hydroxylase,AHH)表達的“誘導(dǎo)受體”[4]而得名。AHR在進化上具有保守的結(jié)構(gòu)域和功能,在多種組織中均有表達[5],因在介導(dǎo)外源性物質(zhì)的毒性和致癌性中發(fā)揮重要作用而被廣泛研究。近年來,相關(guān)研究結(jié)果表明,AHR能夠?qū)碜陨攀吵煞?、宿主細胞代謝和腸道微生物群的多種外源性和內(nèi)源性信號作出反應(yīng),在包括免疫、發(fā)育、炎癥和癌癥在內(nèi)的多種生理和病理學(xué)中發(fā)揮著重要作用[6, 7]。

1 芳香烴受體的基本結(jié)構(gòu)及其配體

1.1 AHR基本結(jié)構(gòu)

AHR屬于基本bHLH轉(zhuǎn)錄因子家族,其結(jié)構(gòu)由配體結(jié)合的N-端bHLH結(jié)構(gòu)域、C-端可變結(jié)構(gòu)域和PAS結(jié)構(gòu)域三部分組成(Fig.1)[8]。其中,位于AHR蛋白質(zhì)N-端的bHLH基序具有2個功能獨特且高度保守的結(jié)構(gòu)域:堿性域和HLH域,它們共同構(gòu)成約60個氨基酸殘基的區(qū)域。堿性域是基本結(jié)構(gòu)域,它將AHR結(jié)合在DNA靶基因啟動子區(qū),稱為AHR反應(yīng)元件(AHR response elements,AHREs)共有調(diào)控序列(5′-T/GCGTG-3′)上[9];HLH域促進蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用,與AHR核轉(zhuǎn)運蛋白(AHR nuclear translocator,ARNT)形成異二聚體復(fù)合物。PAS結(jié)構(gòu)域包括2個結(jié)構(gòu)重復(fù)序列PAS-A和PAS-B[10],其中,PAS-A結(jié)構(gòu)域參與同ARNT的異二聚化,增強二聚體復(fù)合物的穩(wěn)定性。生化和缺失研究表明,其N端的α螺旋結(jié)構(gòu)是維持AHR和ARNT之間穩(wěn)定性不可或缺的二聚體界面[11]。AHR的配體結(jié)合位點存在于PAS-B 結(jié)構(gòu)域,并包含幾個對配體結(jié)合至關(guān)重要的保守殘基[12]。突變研究表明,小鼠殘基丙氨酸375、組氨酸285和谷氨酰胺377在配體結(jié)合中發(fā)揮關(guān)鍵作用[13]。C-端結(jié)構(gòu)域包含分別富含酸性殘基、谷氨酰胺及絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸的3個亞結(jié)構(gòu)域,共激活因子和共抑制因子通過該結(jié)構(gòu)域與AHR相互作用[14]。

Fig.1 Functional domains of AHR The bHLH domain is involved in DNA binding and protein interaction ; the PAS domain mediates heterodimerization and ligand binding; the transcriptional activation domain consists of three subdomains: an acidic region rich in glutamic acid and aspartic acid residues, a glutamic acid-rich region (Q-rich), and a P/S/T region rich in proline/serine/threonine residues

Fig.2 Cryo-EM structure of the agonist-bound Hsp90-AIP-AHR cytosolic complex 2.85 ? structure of the complex reveals a closed conformation of an Hsp90 dimer with AHR threaded through its lumen and AIP serving as a brace[23]

Fig.3 The canonical AHR pathway Under ligand-free conditions, AHR is present in the cytoplasm and forms complexes with heat shock protein 90 (Hsp90), AHR-interacting protein (AIP) and the chaperone protein p23. After binding to the ligand, it is translocated into the nucleus, released from the complex, forms a dimer with ARNT, binds to the genomic region containing its binding motif dioxin response element (DRE) , and induces transcription of the target genes

1.2 AHR配體

AHR作為一種配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子,能與配體以高親和力特異性結(jié)合,其配體有多種不同來源,主要包括環(huán)境污染物、細胞內(nèi)代謝物、膳食成分和細菌代謝等[15]。

環(huán)境污染物是最早被鑒定為AHR配體的分子,主要包括平面鹵代多環(huán)烴 (例如二惡英、聯(lián)苯)和多環(huán)芳烴(例如苯并蒽和苯并芘)[1]。這些分子以復(fù)雜的混合物存在于食物或空氣中,且極其穩(wěn)定。長期環(huán)境暴露會導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育異常、腎功能衰竭、甲狀腺功能障礙和生殖功能的破壞[14]。

目前已知的AHR內(nèi)源性配體主要是人體必需氨基酸色氨酸(tryptophan,Trp)的代謝衍生物。色氨酸通過吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)和色氨酸2,3-雙加氧酶(tryptophan 2,3-dioxygenase,TDO2)分解產(chǎn)生犬尿氨酸(kynurenin,Kyn)[16]。Kyn是一種中等親和力的AHR配體,參與調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cells,Tregs)功能成熟和抑制樹突狀細胞(dendritic cells, DC)中炎性細胞因子的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)免疫疾病小鼠模型的炎癥過程[17]。人腦腫瘤細胞中TDO大量生成Kyn,并與AHR介導(dǎo)的抗腫瘤反應(yīng)抑制和惡性進展有關(guān)[18]。此外,在紫外光照射下,色氨酸降解生成6-甲?；胚岵3,2-b]咔唑(6-formylindolo[3,2-b]carbazole,FICZ),FICZ對AHR具有與TCDD相似的親和力,能在皮摩爾濃度下激活A(yù)HR,FICZ也在人體內(nèi)存在,尤其是皮膚中[19, 20]。

膳食來源配體主要是十字花科蕓薹屬蔬菜,例如西藍花、花椰菜和甘藍,該類物質(zhì)富含蕓苔葡糖硫苷,食用后,其在胃內(nèi)抗壞血酸存在的酸性條件下水解為吲哚-3-甲醇(indole-3-carbinol,I3C)及其下游縮合衍生物3,3＇-二吲哚甲烷(3,3＇-di-indolyl-methane, DIM)和和吲哚[3,2-b]咔唑(indolo [3,2-b] carbazole, ICZ),它們作為AHR激動劑,參與維持上皮內(nèi)淋巴細胞和固有淋巴細胞所需的腸道AHR活性[8, 21]。其他膳食來源的AHR配體是存在于果蔬中的天然黃酮類化合物,例如高良姜素、染料木黃酮、芹菜素和槲皮素等[22]。

有研究發(fā)現(xiàn),共生細菌和真菌的代謝物也具有AHR激動特性?？莶菅挎邨U菌能夠合成色氨酸,并根據(jù)膳食攝入引起的色氨酸濃度變化來調(diào)節(jié)自身合成色氨酸的量,并將其代謝為能夠激活A(yù)HR的配體[22];包括羅伊氏乳桿菌在內(nèi)的多種乳桿菌,能夠產(chǎn)生吲哚-3-醛等AHR配體,通過多種方式與宿主免疫系統(tǒng)發(fā)生相互作用,調(diào)節(jié)腸道和黏膜免疫,維持機體穩(wěn)態(tài)。

2 芳香烴受體的作用機制

AHR具有多種配體結(jié)合位點,能夠與廣泛的合成和天然配體相互作用,通過經(jīng)典信號通路和其他非經(jīng)典信號通路在細胞內(nèi)發(fā)揮作用。

2.1 經(jīng)典AHR信號通路

AHR激活過程主要包括配體結(jié)合、核易位和與典型的外源性反應(yīng)元件結(jié)合。在無配體的穩(wěn)態(tài)條件下,AHR存在于細胞質(zhì)中,同熱激蛋白90(heat shock protein 90,Hsp90)、AHR相互作用蛋白(AHR-interacting protein, AIP)及伴侶蛋白p23形成復(fù)合物[23]。Hsp90結(jié)合bHLH和PAS結(jié)構(gòu)域,將AHR維持在高親和力結(jié)合配體的構(gòu)象,增強配體誘導(dǎo)的激活,同時防止AHR核易位[24];p23能夠穩(wěn)定AHR-Hsp90相互作用,維持非活性AHR在細胞質(zhì)中的定位,阻止其在無配體的情況下發(fā)生核易位[25];AIP通過抑制AHR泛素化來維持其在胞質(zhì)內(nèi)的高蛋白質(zhì)水平,以增強AHR傳導(dǎo)信號[26]。

AHR與配體結(jié)合之后,其構(gòu)象發(fā)生改變,暴露核定位信號,AHR-配體復(fù)合物轉(zhuǎn)位至細胞核內(nèi),ARNT介導(dǎo)Hsp90置換,形成AHR-ARNT異源二聚體[1, 27]。此外,也有學(xué)者認為,Hsp90的釋放發(fā)生在細胞質(zhì)中,因為Hsp90的釋放是形成AHR-ARNT異源二聚體和誘導(dǎo)AHR 轉(zhuǎn)錄活性所必需的[8]。AHR-ARNT二聚體同目標基因啟動子區(qū)域的AHREs結(jié)合,通過募集轉(zhuǎn)錄所需的各種物質(zhì)來誘導(dǎo)靶基因的轉(zhuǎn)錄[28]。AHR調(diào)控多種原型基因,包括細胞色素P450家族基因(CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1)、AHR阻遏因子基因和BRAHMA相關(guān)基因,分別在環(huán)境致癌物的解毒、AHR依賴性基因的負調(diào)控、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的重塑中發(fā)揮重要作用[29]。

2.2 非經(jīng)典AHR信號通路

最近的研究發(fā)現(xiàn),除了經(jīng)典的信號傳導(dǎo)通路,活化的AHR能夠在細胞核中與不同的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合物,導(dǎo)致其與非ARE DNA元件結(jié)合以調(diào)節(jié)靶基因的表達[30]。例如,AHR激活后,酪氨酸激酶Src激活正向調(diào)節(jié)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK),導(dǎo)致細胞遷移和炎癥增強等病理生理過程[31]。此外,AHR和RelB(V-Rel reticuloendotheliosis viral oncogene homolog B,RelB)之間存在直接的物理相互作用,AHR可與RelB相互作用形成RelB-AHR反應(yīng)元件誘導(dǎo)細胞因子和趨化因子的表達[32, 33]。一些研究顯示,多種炎癥基因,包括單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein 1, MCP-1)、白細胞介素8和CC-趨化因子配體1等趨化因子,均以AHR依賴方式調(diào)控[34, 35]。

2.3 AHR負反饋調(diào)節(jié)

在AHR激活的負反饋環(huán)調(diào)節(jié)中,下調(diào)AHR信號存在3種機制。AHR下游基因靶點AHR抑制因子(aryl hydrocarbon receptor repressor,AHRR)是一種額外的bHLH-PAS蛋白質(zhì),其C-末端為反式抑制結(jié)構(gòu)域,它允許參與AHR負調(diào)控環(huán)路的輔抑制因子的結(jié)合。誘導(dǎo)后,AHRR與ARNT發(fā)生二聚化競爭AHRE占有率,同時也通過改變CYP1A1啟動子周圍的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和可能相關(guān)的AHRE驅(qū)動基因抑制AHRE介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄[36, 37]。此外,AHR的編碼蛋白質(zhì)細胞色素p450依賴性單加氧酶(cytochrome P450 1A1 enzyme,CYP1A1),通過降解內(nèi)源性配體來限制AHR的激活[38]。AHR輸出細胞核后,在細胞質(zhì)區(qū)室中通過泛素化和蛋白酶體途徑被迅速降解。這種負調(diào)控環(huán)和受體的蛋白酶體降解能夠保護生物系統(tǒng)免受激動劑過度刺激的后果,同時提供信號的時間控制[14]。

3 芳香烴受體的生理功能

AHR在體內(nèi)多種細胞類型中廣泛表達。作為一種多功能轉(zhuǎn)錄因子,AHR同其他轉(zhuǎn)錄因子及細胞和系統(tǒng)信號網(wǎng)絡(luò)相互作用,整合各種信號通路,在解毒代謝、屏障保護、免疫調(diào)控等方面發(fā)揮多效功能。

3.1 AHR參與化學(xué)和微生物防御

AHR參與化學(xué)防御。AHR可誘導(dǎo)藥物代謝3個階段的基因電池,包括經(jīng)典的Ⅰ相酶(CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1)、Ⅱ 相酶(尿苷二磷酸葡醛酸轉(zhuǎn)移酶家族、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶1/2)及人類共軛轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)ABCG2轉(zhuǎn)運蛋白(ABC subfamily G2,ABCG2)[39]。Ⅰ 相酶負責(zé)代謝活化和解毒燃燒產(chǎn)物中存在的大量多環(huán)芳烴和芳香胺;谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶家族對化學(xué)致癌物、環(huán)境污染物等親電性外源物質(zhì)具有解毒作用[40];尿苷二磷酸葡醛酸轉(zhuǎn)移酶家族參與NADPH(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)醌氧化還原酶產(chǎn)生的對苯二酚的解毒,從而防止氧化還原循環(huán)。

AHR參與微生物防御。Kimura等[41]研究表明,AHR缺陷小鼠更容易受到細菌感染。AHR通過誘導(dǎo)巨噬細胞凋亡抑制因子,促進巨噬細胞在感染環(huán)境下的存活;此外,AHR誘導(dǎo)NADPH氧化酶亞基p40phox表達以增加NADPH氧化酶活性,促進活性氧的產(chǎn)生來清除細菌[42]。

3.2 AHR參與皮膚屏障形成

Fernandez-Salguero等[43]對AHR缺陷小鼠的研究發(fā)現(xiàn),該缺陷小鼠背部皮膚表現(xiàn)出濾泡間和濾泡表皮增生,并伴有結(jié)構(gòu)異常的毛發(fā)纖維和毛囊破裂,易發(fā)生細菌感染。TCDD對小鼠皮膚發(fā)育影響的結(jié)果指出,TCDD刺激后小鼠皮膚形態(tài)發(fā)生過程中角質(zhì)形成細胞終末分化的連絲蛋白表達加速,暗示AHR為晚期角質(zhì)形成細胞終末分化的調(diào)節(jié)劑[44]。FICZ通過激活A(yù)HR-OVOL1(OVO-like 1)通路上調(diào)聚絲蛋白和兜甲蛋白等屏障相關(guān)蛋白質(zhì)的表達,從而增強皮膚屏障的保護[45]。此外,在角質(zhì)形成細胞中,AHR參與紫外線應(yīng)激反應(yīng)和抗凋亡信號對紫外線的反應(yīng)。皮膚中AHR的存在可以保護紫外線誘導(dǎo)的紅斑,或改變角質(zhì)形成細胞的基因表達譜,參與紫外線誘導(dǎo)的免疫抑制[46]。

3.3 AHR參與免疫調(diào)節(jié)

已有數(shù)據(jù)表明,AHR信號在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮多重效應(yīng)。AHR通過調(diào)控抗原提呈細胞介導(dǎo)機體免疫炎癥反應(yīng),并直接或間接地調(diào)節(jié)T細胞和B細胞的分化及其下游分泌因子的表達,在調(diào)節(jié)先天性免疫和適應(yīng)性免疫方面具有重要作用。

3.3.1 AHR與先天性免疫 AHR負調(diào)控巨噬細胞中脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。經(jīng)LPS刺激后,巨噬細胞中AHR被誘導(dǎo)上調(diào)表達,驅(qū)動白介素10(interleukin-10,IL-10)等免疫抑制因子的產(chǎn)生,對持續(xù)性炎癥發(fā)揮保護作用。同時,AHR與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1(signal transducerand activator of transcription 1,STAT1)和核因子(nuclear factor-κB,NF-κB)形成阻遏復(fù)合物,從而抑制促炎因子IL-6的轉(zhuǎn)錄[47-49]。當AHR功能被抑制時,能夠完全消除巨噬細胞中凋亡細胞誘導(dǎo)的Il-10基因表達,體內(nèi)外IL-6、IL-12和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)增加,對凋亡細胞相關(guān)抗原的耐受性喪失[8]。

當受到抗原刺激時,DCs遷移至淋巴結(jié),并向T細胞呈遞抗原。在LPS或CpG刺激下,DCs中AHR表達上調(diào),并誘導(dǎo)免疫抑制酶IDO表達,發(fā)揮負調(diào)控作用。AHR激活誘導(dǎo)IDO1和IDO2表達,將Trp分解代謝為Kyn,使T細胞從輔助T細胞17(T helper 17,Th17)向Foxp3+Treg細胞分化,促進免疫耐受反應(yīng)[22, 50]。此外,AHR內(nèi)源性配體2-( 1′H-吲哚-3′-羰基)-噻唑-4-羧酸甲酯能夠直接作用于DCs和T細胞,促進主動免疫耐受的誘導(dǎo)[51]。以上結(jié)果表明,AHR及其配體對于防止自身免疫和對病原體的過度免疫反應(yīng)具有重要作用。

另外,Goudot等[52]發(fā)現(xiàn),AHR的激活能夠調(diào)節(jié)單核細胞對巨噬細胞和Dcs的分化方向。AHR被環(huán)境中I3C等配體激活,誘導(dǎo)B淋巴細胞成熟蛋白1(B lymphocyte-induced maturation protein 1,BLIMP-1)激活,促進單核細胞向DCs分化,同時抑制其向巨噬細胞分化,AHR缺陷型小鼠則表現(xiàn)為單核細胞向巨噬細胞的分化。AHR作為單核細胞命運的分子開關(guān),通過對微環(huán)境中配體的感知,調(diào)控先天免疫中巨噬細胞-DCs的平衡,以調(diào)節(jié)免疫進程和結(jié)果。

3.3.2 AHR與適應(yīng)性免疫 T細胞在適應(yīng)性免疫中具有重要作用,其收到特定抗原信號后分化為效應(yīng)細胞,并執(zhí)行清除抗原刺激的相關(guān)功能。經(jīng)特定細胞因子刺激,CD4+T細胞可分化為Th1、Th2、Th17和Tregs等多種亞群,AHR在各亞群分化及細胞因子表達過程中發(fā)揮作用[53]。Th1細胞分泌細胞因子IFN-γ,參與細胞免疫,過度反應(yīng)會導(dǎo)致組織損傷;Th2細胞分泌細胞因子IL-4和IL-5,刺激B細胞增殖,介導(dǎo)體液免疫[54],過度反應(yīng)會導(dǎo)致超敏反應(yīng)。AHR作為體內(nèi)Th1/Th2平衡的調(diào)節(jié)劑,使Th1/Th2平衡向Th1偏移,并抑制Th2細胞因子的產(chǎn)生,導(dǎo)致具有抗過敏作用的免疫反應(yīng)[55]。Th17細胞負責(zé)抑制胃腸道病原體的系統(tǒng)性感染。有研究表明,AHR參與Th17細胞分化終末階段,并增強促炎細胞因子IL-17、IL-22的產(chǎn)生[56]。Tregs通過抑制針對自身抗原的炎癥反應(yīng)來阻止自身免疫性疾病的發(fā)展,AHR通過增強轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號促進Tregs發(fā)育,并上調(diào)Tregs細胞標志物FoxP3的表達[54]。此外,AHR也能夠調(diào)節(jié)抗原特異性CD8+T細胞反應(yīng)。在流感病毒感染過程中,AHR的發(fā)育激活改變了CD8+T細胞在感染前和感染過程中DNA甲基化和基因表達模式,導(dǎo)致CD8+T細胞應(yīng)答的持久降低[57];同時,AHR也參與組織駐留記憶CD8+T細胞在皮膚中的滯留過程[58]。以上結(jié)果表明,AHR的激活對于平衡體內(nèi)T細胞的免疫反應(yīng)具有重要意義。

此外,Vaidyanathan等發(fā)現(xiàn),AHR在B細胞受體介導(dǎo)的激活下表達強烈上調(diào),通過Bach2調(diào)控BLIMP-1的表達,抑制B細胞在體外向漿母細胞和體內(nèi)向分泌抗體的漿細胞分化[59],表明AHR在調(diào)節(jié)激活誘導(dǎo)的細胞命運中發(fā)揮著重要作用。

4 芳香烴受體在腫瘤中的功能

在腫瘤發(fā)生的初始階段,AHR與配體結(jié)合進入核內(nèi),誘導(dǎo)CYP1A1、CYP1B1和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等的表達[60],介導(dǎo)機體對外源毒性物質(zhì)的解毒代謝反應(yīng),但同時也產(chǎn)生了具有高致癌效力的某些毒性中間活性物質(zhì),造成DNA損傷,從而導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。IDO1和TDO2能在各種腫瘤細胞表達,通過色氨酸代謝產(chǎn)生大量Kyn,通過建立自分泌和旁分泌途徑導(dǎo)致AHR的持續(xù)性激活[1]。另一方面,AHR作為抑癌基因,在腫瘤發(fā)生過程中表達沉默。經(jīng)毒性物質(zhì)二乙基亞硝胺處理,同AHR+/+相比,AHR-/-小鼠肝的腺瘤顯著增多,增殖標志物和炎癥標志基因表達增加[61]。根據(jù)所處細胞種類和配體環(huán)境的不同,AHR對腫瘤表現(xiàn)出抑制或促進的不同影響。

4.1 AHR對細胞增殖的影響

AHR對細胞增殖的調(diào)控依據(jù)不同細胞的特異性分別發(fā)揮促進或者抑制的作用。Abdelrahim等[62]使用siRNA技術(shù)下調(diào)MCF-7人乳腺癌細胞和HepG2肝癌細胞中AHR表達,結(jié)果發(fā)現(xiàn),siRNA能夠促進MCF-7細胞增殖,但下調(diào)了HepG2細胞中相關(guān)蛋白質(zhì)的表達,表明AHR對MCF-7細胞生長具有抑制作用,而對HepG2細胞增殖發(fā)揮促進作用。人類肺癌A549細胞中,通過過表達AHR以增強E2F1(E2F transcription factor 1)/DP2的活化,提高增殖細胞核抗原水平,從而促進腫瘤細胞增殖[63]。另一方面,在肝癌細胞中,AHR通過直接改變Kip1的轉(zhuǎn)錄來誘導(dǎo)激活p27Kip1細胞周期蛋白質(zhì)抑制劑,Kip1反義表達細胞對TCDD具有抗性,因此,能夠抑制其誘導(dǎo)的肝癌細胞增殖[64]。此外,AHR能夠與視網(wǎng)膜母細胞瘤抑制蛋白質(zhì)相互作用,從而使其介導(dǎo)的E2F依賴的轉(zhuǎn)錄抑制和細胞周期阻滯,以及通過上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β的胞內(nèi)水平來抑制細胞增殖[65]。目前的研究結(jié)果顯示,細胞類型是影響AHR對細胞增殖作用效應(yīng)的重要參數(shù),但具體的作用機制仍需要更進一步的研究來闡明。

4.2 AHR對細胞周期的調(diào)控

在生理狀態(tài)下,AHR具有促進細胞周期進程的能力,但當其接觸外源性配體后,表現(xiàn)出對細胞周期的抑制作用。Barhoover等[66]研究表明,AHR在胞內(nèi)與周期蛋白依賴性激酶4(cyclin-dependent kinases 4,CDK4)及細胞周期蛋白1(cyclin D1,CCND1)相互作用,推動細胞由G1期到S期的進展。研究表明,AHR缺陷型小鼠肝癌細胞同野生型細胞相比,表現(xiàn)出細胞形態(tài)改變、白蛋白合成減少及細胞G1期延長等特征。在人乳腺上皮細胞中,AHR過表達時,群體倍增時間顯著減少,細胞周期分析表明,AHR過表達通過增加進入S期和G2/M期的細胞百分比來增強細胞周期進程,并表現(xiàn)出細胞運動和遷移增強[67, 68]。

4.3 AHR對細胞凋亡的調(diào)控

相關(guān)研究表明,AHR能夠通過調(diào)節(jié)參與細胞凋亡信號基因的表達來調(diào)控細胞凋亡。Park等人研究顯示,AHR敲除小鼠能夠免受Fas Jo2抗體的致命影響,將AHR引入AHR-/-小鼠后,增加了響應(yīng)Fas配體的細胞死亡程度,伴隨著胞內(nèi)胱天蛋白酶(caspase)活性增強及線粒體細胞色素C釋放增加[69, 70]。在促凋亡劑 TNF-α +放線菌酮刺激下,含有AHR的小鼠肝癌1c1c7細胞發(fā)生凋亡,而AHR缺陷型Tao細胞對其不敏感。在無外源配體的情況下,AHR影響通常存在于溶酶體中的蛋白酶的運輸和加工,導(dǎo)致釋放的蛋白酶通過激活 Bid來觸發(fā)凋亡程序[71]。Wu等[72]對小鼠1c1c7細胞系及其AHR缺陷細胞分別進行紫外線照射、過氧化氫和血清饑餓處理,細胞凋亡終點分析表明,野生型細胞對這些壓力更為敏感,表明AHR在面對啟動內(nèi)在凋亡途徑的刺激時發(fā)揮細胞保護作用。

另一方面,當外源性配體激活A(yù)HR時,其對細胞凋亡表現(xiàn)出抑制作用。TCDD能夠通過誘導(dǎo)birc3、dad1、tnf等相關(guān)基因的表達,以及維持染色體的完整性來抑制紫外光誘導(dǎo)的細胞凋亡[73]。

4.4 AHR與細胞間接觸

細胞間接觸是細胞增殖、分化和細胞運動的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑,通過細胞-細胞接觸抑制增殖的過程稱為接觸抑制。腫瘤發(fā)展的特征是由細胞增殖增加或凋亡水平降低導(dǎo)致的不平衡增殖,因而細胞接觸抑制釋放會促進腫瘤的發(fā)展進程。AHR激活導(dǎo)致細胞接觸抑制釋放使細胞增殖失去平衡,從而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

AHR能夠特異性地干擾細胞接觸抑制的信號級聯(lián)反應(yīng)。Weiss等[74]研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄因子JunD(Jund proto-oncogene subunit,JunD)作用于轉(zhuǎn)錄激活因子(activating transcriptional factor,ATF)/環(huán)腺苷酸應(yīng)答元件(cAMP response element,CRE)位點引起的細胞周期蛋白A的失調(diào)是腫瘤啟動子TCDD引起的接觸抑制喪失的關(guān)鍵。WB-F344大鼠肝卵圓細胞經(jīng)TCDD處理,引發(fā)JunD的誘導(dǎo),進而激活細胞周期蛋白A的轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致細胞接觸抑制釋放。通過RNA干擾敲除ATF,可以抑制TCDD依賴性的細胞周期蛋白 A誘導(dǎo)。

另一方面,在無外源配體的情況下,AHR能夠因細胞-細胞接觸的喪失而瞬時激活。在小鼠成纖維細胞的高密度培養(yǎng)中,AHR核定位及其靶基因CYP1B1的表達均無法檢測,但通過懸浮或以低密度接種細胞使其失去細胞間接觸,便會引起AHR的核易位,同時伴隨CYP1B1的表達[75]。當細胞被稀疏接種時,AHR主要位于細胞核中;當細胞亞匯合時,AHR在細胞質(zhì)和細胞核中均等分布;當細胞完全匯合時,免疫染色的AHR主要位于細胞質(zhì)中。使用免疫印跡分析,顯示細胞核中AHR的相對量與細胞密度成比例地逐漸降低;使用連接到ARE序列的熒光素酶cDNA的報告分析表明,AHR活性也受細胞密度的影響,雖然在亞匯合培養(yǎng)中觀察到最大熒光素酶活性,但在匯合培養(yǎng)中熒光素酶活性降低至基礎(chǔ)水平[76]。這些研究結(jié)果表明,AHR的亞細胞定位和轉(zhuǎn)錄活性受細胞密度的調(diào)節(jié)。

4.5 AHR對血管生成的影響

血管的生成在腫瘤發(fā)展過程中具有重要作用,Roman等[77]發(fā)現(xiàn),AHR有助于血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)和內(nèi)皮細胞對毒素的反應(yīng)。實驗中AHR-/-小鼠體內(nèi)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)活性降低,其受體VEGFR-1/Flt-1表達下調(diào),內(nèi)皮細胞無法分支形成管狀結(jié)構(gòu),體內(nèi)血管生成受損。此外,AHR-/-細胞中TGF-β表達上調(diào),抑制了內(nèi)皮細胞和血管的生成[78]。另有研究表明,在人肺癌細胞系中下調(diào)AHRR的表達增強對凋亡信號的抵抗,提高體外運動侵襲能力及體內(nèi)的血管生成潛能[79]。這些數(shù)據(jù)強調(diào)了AHR在心血管穩(wěn)態(tài)中的作用,以及通過調(diào)節(jié)血管的生成來改變腫瘤細胞的活力和遷移能力。

5 問題與展望

AHR作為環(huán)境污染物受體介導(dǎo)毒理學(xué)反應(yīng)而被初識,但隨著研究的廣泛和深入,作為位于信號網(wǎng)絡(luò)交叉點的轉(zhuǎn)錄因子,參與多種對細胞正常內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要的信號通路,在免疫防御、屏障保護、維持器官正常功能及組織代謝穩(wěn)態(tài)等多個方面發(fā)揮重要作用。AHR作為一種重要的環(huán)境調(diào)節(jié)劑,參與介導(dǎo)了多種免疫炎癥和腫瘤發(fā)生發(fā)展過程,揭示其潛在的治療價值。根據(jù)AHR在不同免疫細胞中的功能,篩選特定的激動劑或拮抗劑,可能有助于產(chǎn)生免疫耐受的自身免疫性疾病及炎癥疾病的治療。依所處微環(huán)境不同,AHR可能發(fā)揮促腫瘤或抗腫瘤的作用,根據(jù)給定的抗癌作用機制設(shè)計和選擇AHR配體有助于發(fā)現(xiàn)具有治療價值的分子。但是在目前,許多功能研究是基于嚙齒動物模型,鑒于物種之間的生理差異,動物模型的許多發(fā)現(xiàn)不能直接外推到人類,AHR在腫瘤病理中作用的分子機制仍有許多尚不清楚,揭示其在癌癥多個病理階段中作用的潛在分子機制仍是目前研究的一大難題。由于AHR具有重要的藥物潛力,未來對于AHR在腫瘤免疫中分子機制的研究與靶向藥物探索仍具有重要研究價值。