轉錄因子Ets在腎臟細胞外基質重塑中的作用

沈京群,劉殿閣

(東南大學附屬中大醫院腎內科,江蘇南京 210009)

腎臟纖維化是腎臟疾病進展至終末期腎衰竭必經之路,主要表現為腎小球硬化及腎間質纖維化,病理特征是腎間質毛細血管喪失及細胞外基質(ECM)過度積聚,但腎臟ECM重塑過程發生機制尚未完全明確。Ets作為轉錄因子,具有多種生物學功能,與編碼蛋白酶的啟動基因相互作用,包括基質金屬蛋白酶(MMP)及尿纖溶酶原激活物(u-PA),并且能提高這些基因的啟動活性,在多種纖維化疾病中發揮重要作用[1-2]。作者就近年來轉錄因子Ets在腎臟基質重塑中作用的研究進展作一綜述。

1 Ets基因的發現

美國馬里蘭州的Frederic國家癌癥研究所在研究禽類反轉錄病毒E26時發現了癌基因v-ets。E26為禽類白血病病毒,是一個復制缺陷的反轉錄病毒,該病毒轉錄一個5.7 kb RNA,并編碼了一個相對分子質量為135的三聯核內磷酸蛋白,即一個v-ets的序列結合了濾過性病毒的gag基因和癌基因v-myb。隨后,一系列細胞Ets基因被發現,都與E26擁有高度保守的同源序列,可決定基因結構、識別開放閱讀框及編碼特定蛋白。因此,根據E26(E-twenty-six)的英文縮寫而將該基因命名為Ets。Ets家族屬轉錄因子,依據Ets結構域的同源性,將Ets基因家族分為幾個亞族,主要包括Ets-1、Ets-2、Erg-2、Fli-1、Fev、GABPα、TEL(ETV6)等20多種成員[2]。

2 Ets家族的調控機制

Ets家族作為細胞內最大的信號依賴轉錄調控因子家族之一,存在復雜的調控機制,歸納起來包括以下幾種:(1)分子內調控機制。Ets-1和Ets-2氨基末端存在一個特殊的抑制序列,可以抑制其與DNA的結合。這種抑制作用在蛋白質和一些輔助因子結合后被解除,因此這些輔助因子作為此類蛋白質的激活因子發揮作用。(2)組合調控機制。Ets蛋白調控不同組織和細胞的多種基因表達。組合調控是Ets家族特征之一,其中包括與其它一些關鍵轉錄因子的相互作用[3]。(3)Ets調控的基因所結合的蛋白質與其它蛋白質相結合,在溶液中形成穩定的多亞基復合物。(4)生長調控因子在轉錄后調控水平及蛋白質穩定性水平影響Ets蛋白的活性,如有絲分裂信號改變Ets-1與Ets-2磷酸化狀態,從而抑制其與DNA的結合能力,故有絲分裂信號可以抑制Ets-1及Ets-2的活性;另外,v-ets通過轉錄因子激活蛋白-1(activator protein 1,AP-1)激活基質降解酶和膠原酶的啟動子,這可能與一些內原性基因如Fos和Jun的激活有關[4-5]。

3 轉錄因子Ets信號傳導

轉錄因子Ets對靶基因的調控作用由復雜的調控網絡組成,在信號傳導通路中,Ets家族中有兩個重要的亞家族已被進行了深入研究,一是Ets,包括Ets-1、Ets-2和Pointed(Pt2),該組基因都包括C末端保守的DNA結合域和N末端的Pointed域并且含有一個距Pointed域比較近的MAPK磷酸化位點[6];第二個是三重復合物因子(ternary complex factors,TCFs),包括Elk1、Sap1a、Sap1b、Fli-1和NetTCF,含有多個絲蘇氨酸殘基的磷酸化位點,磷酸化后可以增強其激活轉錄功能[7-8]。MAPK信號通路的ERK1/2、p38和JNK將外部刺激傳到核內,激活數種因子,引起下游基因表達的變化[9]。這些信號傳導通路的下游轉錄調節因子包括Ets家族,Ets轉錄因子家族激活后對特定基因表達的調節是通過與其它種類的轉錄因子在DNA組件上形成某種特異的復合物得以實現[10-11]。Ca2+依賴的信號通路和MAPK一樣可以通過磷酸化而控制Ets-1活性。Ca2+依賴性磷酸化位點在Ets-1的DNA結合域附近第7外顯子編碼區的6個絲氨酸殘基上,Ca2+特異性的磷酸化作用增加Ets-1折疊構象的穩定性而阻斷其與DNA結合。此外,Ets家族成員通過作用于轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)受體在TGF-β信號轉導通路中起重要作用[12]。血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)作用于AT1受體激活下游信號通路,可以調控Ets的功能,提高了在腎小球系膜細胞Ets-1轉錄因子的表達。腎素-血管緊張素系統(RAS)對于適應不良的激活作用已被證實,在慢性腎臟病發病機制上起著關鍵作用。對于AngⅡ的許多非血流動力學影響作用,活性氧簇(ROS)是一個關鍵的信號。研究已證實,AngⅡ通過NADPH氧化酶增加了腎小球系膜和皮質環氧合酶-2(COX-2)的表達和活性,轉錄因子Ets-1已被確定為一個生長相關反應和炎癥的調節因子[13]。

4 Ets家族的生理作用

在細胞、組織和器官水平,Ets家族作為轉錄因子參與多種哺乳動物的生長發育過程,包括細胞增殖、分化、遷移、凋亡和細胞間相互作用。在組織發育過程中,骨髓系統、淋巴組織、中樞神經系統及乳腺組織中均可見到不同類型的Ets表達。在正常的血管形成過程中,上皮細胞可檢測到Ets-1、Erg-1和Fil-1的表達,它們調控上皮特異的基因表達,而后者對于新生血管的形成至關重要。骨的形成是一個復雜的過程,包括成骨細胞的前體——間葉細胞分化成前成骨細胞、成骨細胞和成熟的成骨細胞,最終發生ECM的積累和骨化。在前成骨細胞中檢測到Ets-1表達,而在分化成熟的成骨細胞中檢測到Ets-2的表達[14]。在所有細胞中,具有轉錄活性的Ets家族成員(如Erf、Net和Tel)受到有絲分裂信號的調控,可能參與細胞周期的循環。具有轉錄抑制活性的Ets家族成員可能在細胞外信號的引導下,對維持發育期間細胞增生和分化之間的平衡起關鍵作用。

5 轉錄因子Ets與腎臟ECM重塑

各種腎臟疾病均以ECM過度積聚為主要特征。因此,闡明ECM的代謝調節機制對有效防治慢性腎臟病的進展至關重要。正常腎小球胞外基質主要由各種類型的膠原蛋白、層粘連蛋白、纖維連接素及硫酸多糖組成,腎小管胞外基質則主要為膠原Ⅲ、膠原Ⅳ及層粘連蛋白組成。病理狀態下,表型轉化的腎小管上皮細胞大量分泌膠原蛋白,而引起ECM過度沉積[15],這些成分合成與降解之間的不平衡與ECM積聚密切相關,從而導致腎臟疾病進展。

基質金屬蛋白酶(MMPs)和基質金屬蛋白酶組織抑制物(TIMPs)是調控ECM代謝的重要酶系,MMPs-TIMPs系統平衡紊亂與腎小球硬化、腎小管間質損傷及腎間質纖維化形成相關聯。MMPs是鉛依賴性蛋白酶,根據特性不同分為5種類型:膠原酶(MMP-1、-8、-13、-18)、明膠酶(MMP-2、MMP-9)、間質溶 解素(MMP-3、MMP-10)、膜型MMP(MMP-14、-15、-16、-17)和其它類型MMP(MMP-7、-11、-12、-19)[16]。膠原酶,譬如MMP-1具有降解膠原的能力,在各種腎臟疾病中的ECM重塑中起著重要作用。因此,MMP表達或是活性的改變將直接影響ECM的降解,最終導致腎小球瘢痕形成及腎間質纖維化發生。

在形態發生過程中,Ets家族在脈管結構和組織結構中都有表達,也包括腎臟。在腎臟方面,有關Ets家族地位和作用的研究正逐漸展開。Honda等[17]利用凝膠電泳及Southern blot方法研究發現,Ets家族某些因子通過結合EBSs位點對Tsc2基因起負調節作用而參與了腎透明細胞癌進展過程。Ets-1蛋白在細胞周期G0期起著重要作用,因其在腫瘤侵襲過程中的基質重塑作用而在腫瘤生物學研究中備受關注。研究表明,Ets-1是MMP-1、MMP-3、MMP-9、u-PA和整合素β3(integrinβ3)的轉錄調節因子,這些物質可通過降解ECM及基底膜,使腫瘤細胞粘著性降低,并易于游走,有利于腫瘤細胞的生長、浸潤、轉移和腫瘤血管生成。Ets-1蛋白通過DNA連接區域結合中央GGA的核心序列(PEA3),在AP-1位點與c-Fos/c-Jun復合物相互作用,從而激活特定的啟動因子表達,表明Ets-1原癌基因在對基質蛋白酶的調控中起著關鍵性作用[18]。Reisdorff等[19]研究轉錄因子Ets-1在系膜細胞中調節明膠酶A(MMP-2)的表達中,提及明膠酶A在系膜細胞激活表型轉化中的作用,明膠酶A通過Ets-1的基因轉錄反式激活在炎癥反應中可能起著重要作用。我們曾在大鼠新月體性腎小球腎炎模型中,發現Ets-1在腎小球硬化及間質纖維化進程中與MMP-3關系密切,并指出通過Ets-1誘導的MMP-3蛋白表達上調可能在損傷腎組織中參與基質重塑過程[20]。Naito等[21]在大鼠腎小管上皮細胞培養中發現,Ets-1蛋白表達上調誘導了IL-1介導的MMP-9表達顯著增加,但未見IL-1介導的MMP-2、-3表達明顯增高。另外,與ECM降解及重塑有關的MMP-1、3、9在其他研究中也被證實同樣受Ets-1的調節。Puri等[22]發現在多囊腎疾病中,Fli-1能下調PKD1基因的表達,而Ets-1則上調其表達。最近我們研究表明,Ets-1轉錄因子可能通過動態調節MMP-1與TIMP-1酶系統的平衡,對膠原Ⅲ在腎間質內沉積產生影響,進而參與順鉑相關性腎病ECM重塑過程[20]。

Ets-1基因敲除小鼠的腎臟呈現出腎小球發育不成熟、腎小球數量減少、腎小球硬化、腎小管萎縮及嚴重腎間質纖維化形成,這可能說明Ets-1蛋白過度表達對腎小球正常結構破壞及間質纖維化形成起著一定防護作用[23]。研究表明,Ets-1在腎小球系膜細胞培養中的表達上調可以有效阻止TGF-β誘導的膠原Ⅰ產生,Ets-1基因轉染的腎小球內MMP-1、3、9 mRNA表達增加并伴有系膜ECM沉積、層粘連蛋白及膠原Ⅰ表達降低;而在Ets-1敲除的腎小球內可見大量ECM沉積,因此得出Ets-1促使ECM降解而在維持腎小球結構重塑中起著關鍵性作用[23]。報道還指出,泛醌能可逆性地通過與靶蛋白的賴氨酸殘基共價鍵結合來調節Ets-1轉錄因子的活性,但不清楚其對蛋白酶降解途徑是否有對抗性作用[24]。因此,有必要進一步研究Ets-1原癌基因在各種類型腎小球腎炎進程中的不同階段,是充當疾病的進展因素還是保護因素。

總之,轉錄因子Ets家族在腎臟ECM重塑調節中的作用備受關注。在腎臟疾病進展的不同病理生理時期,通過合理調控Ets的表達,在轉錄水平和蛋白質水平上調節MMPs/TIMMPs系統平衡,進而影響腎臟ECM重塑,可有效防治早期腎損傷及晚期腎臟纖維化形成,為治療腎臟纖維化提供創新性治療靶點。

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