PPARγ磷酸化與非磷酸化的研究進展

宋 揚(綜述)，吳 榮(審校)

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院腫瘤科，沈陽 110021)

過氧化物酶增殖活化受體(peroxisome proliferator-activated receptors，PPAR)是一類由配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，屬于Ⅱ型核受體超家族。由于這類新型的核受體可以被過氧化物酶體增殖劑激活，將其命名為PPAR。PPAR能夠識別內(nèi)源性或外源性的特異性配體，發(fā)生激活并轉(zhuǎn)錄一系列靶基因，從而參與眾多生理功能的調(diào)控。目前認為PPAR共包括3種亞型，即α、β/δ、γ。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)PPARγ與多種疾病密切相關(guān)，如糖尿病、腫瘤、動脈粥樣硬化等[1]。PPARγ的轉(zhuǎn)錄后修飾(磷酸化、乙?；⒎核鼗?也越來越引起人們的關(guān)注。

1 PPARγ簡介

1.1PPARγ PPAR是配體依賴的核受體超家族的成員之一，包括三個相近同源基因的亞型PPARα(NR1C1)、PPARβ/δ(NR1C2)和PPARγ(NR1C3)。與其他核受體相似，PPARγ主要包含以下四個不同的功能結(jié)構(gòu)域:A/B、C、D和 E/F[1]。N端非配體依賴的轉(zhuǎn)錄活化域(A/B區(qū))，亦稱為激活功能1(activation function 1，AF-1)，主要負責(zé)PPARγ的磷酸化[2]。DNA結(jié)合域或稱為C區(qū)可以促進靶基因啟動子區(qū)PPARγ與過氧化物酶體增殖物反應(yīng)元件的結(jié)合[3]。D區(qū)是輔助因子結(jié)合區(qū)域。E區(qū)，也稱配體結(jié)合域(ligand-binding domain，LBD)，負責(zé)配體特異性及PPAR的激活從而增加靶基因的表達[4]。通過PPARγ輔助因子的集聚來輔助基因轉(zhuǎn)錄過程是通過配體依賴的AF-2實現(xiàn)的，位于E/F區(qū)。E/F區(qū)也是與配體形成二聚體的區(qū)域(圖1)[4]。

PPARγ有3個異構(gòu)體，分別為PPARγ1、PPARγ2和PPARγ3[5]。根據(jù)組織的不同，PPARγ的表達也有不同。PPARγ1分布于大部分組織，而PPARγ2僅局限于脂肪組織，PPARγ3在巨噬細胞、大腸及白脂肪組織中表達豐富[5-6]。

PPARγ：過氧化物酶體增殖物激活受體γ；AF-1：配體非依賴性激活結(jié)構(gòu)域； DBD：DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域；LBD:配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域；AF-2：配體依賴性激活結(jié)構(gòu)域；RXR：視黃酸X受體；PPRE:過氧化物酶體增殖反應(yīng)元件

圖1PPARγ的結(jié)構(gòu)和活化圖

1.2PPARγ的轉(zhuǎn)錄后修飾 機體可以從不同層次上對PPARγ轉(zhuǎn)錄活性進行調(diào)控，包括蛋白表達水平、配體以及轉(zhuǎn)錄輔助因子等。PPARγ的AF-1區(qū)域負責(zé)各種各樣的蛋白翻譯后修飾，這是機體調(diào)節(jié)PPARγ轉(zhuǎn)錄活性的一種重要方式。已知的PPARγ轉(zhuǎn)錄后修飾包括磷酸化、蛋白化、乙?；头核鼗?。它們不僅能夠改變蛋白構(gòu)象，調(diào)控蛋白相互作用，而且可以改變受體與配體間的親和力，從而調(diào)控下游基因的轉(zhuǎn)錄。同時，PPARγ的蛋白翻譯后修飾與一些疾病(如糖尿病、腫瘤等)密切相關(guān)。因而，對PPARγ蛋白翻譯后修飾的研究有重要意義。

2 PPARγ的磷酸化

磷酸化修飾是PPARγ第一個被鑒定的翻譯后修飾方式。在不同的細胞和刺激下，PPARγ發(fā)生磷酸化位點也各不相同，產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也多種多樣。

2.1絲裂原活化蛋白激酶 在體內(nèi)外實驗中發(fā)現(xiàn)PPAR的激活可以通過已知的絲裂原活化蛋白激酶(mitagen-activated protein kinases,MAPK)的三種途徑來實現(xiàn)磷酸化過程，分別是細胞外信號調(diào)節(jié)激酶、p38、c-Jun氨基端激酶[7-8]。關(guān)于PPARγ磷酸化的第一個研究是通過觀察MAPK誘導(dǎo)的生長因子(包括表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、血小板源性生長因子)能夠抑制脂肪形成發(fā)現(xiàn)的。Ser112突變成α-丙氨酸既阻止了生長因子刺激Ser112位點的磷酸化，也抑制了血小板源性生長因子和表皮生長因子在PPARγ轉(zhuǎn)錄活性中的作用[9]。在AF-1功能域上PPARγ在Ser112位點由MAPK介導(dǎo)的磷酸化可調(diào)節(jié)配體與C端LBD的結(jié)合抑制PPARγ的活性(圖2)[10]。

MAPK:絲裂原活化蛋白激酶；PKA:cAMP依賴蛋白激酶；JNK:c-Jun氨基端激酶；ERK:細胞外信號調(diào)節(jié)激酶；PPAR:過氧化物酶體增殖物激活受體

圖2包含PPAR家族轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)節(jié)及磷酸化的激酶途徑

2.2細胞周期素依賴的蛋白激酶5 除A/B結(jié)構(gòu)域外，最新研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ位于DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和LBD之間鉸鏈區(qū)的S273可以被細胞周期素依賴的蛋白激酶5(cyclin-dependent kinase 5,Cdk5)磷酸化[11]。Cdk5依賴的磷酸化被認為在神經(jīng)生物學(xué)和神經(jīng)變性疾病方面有重要作用[12]，但這種激酶也在非神經(jīng)組織中表達，如能夠分泌胰島素的胰島β細胞[13]及脂肪細胞[11]。Cdk5的活性可以在肥胖及胰島素抵抗的狀態(tài)下通過腫瘤壞死因子α在脂肪組織中上調(diào)來調(diào)節(jié)[14-15]。在脂肪組織中由Cdk-5介導(dǎo)的PPARγ的磷酸化被認為與肥胖相關(guān)[11]。更重要的是，用有高度親和力的PPARγ配體胰島素增敏藥物噻唑烷二酮處理，可以增加PPARγ的轉(zhuǎn)錄活性，并減少在Ser273位點上PPARγ2 Cdk5依賴的磷酸化。然而，一般來說PPARγ2在Ser273位點上Cdk5的磷酸化不會調(diào)節(jié)PPARγ的轉(zhuǎn)錄活性，但會改變在脂肪細胞中重要靶基因代謝的表達。而且，不如噻唑烷二酮有效，但有胰島素增敏效果的PPARγ激動劑，也能抑制Cdk5介導(dǎo)的PPARγ2磷酸化。脂肪細胞中缺乏核輔阻遏物(NCoR)的轉(zhuǎn)基因小鼠在脂肪生成，減少炎癥，增強全身胰島素敏感性和顯著減少Cdk5介導(dǎo)的Ser273位點PPARγ磷酸化激活表現(xiàn)出改善。這些研究表明，NCoR可以作為一種適應(yīng)蛋白來增加Cdk5結(jié)合并磷酸化PPARγ的能力[16]。也就是說，由Cdk5介導(dǎo)的Ser273位點的PPARγ磷酸化是控制全身胰島素敏感性的一個關(guān)鍵，基于這一點，新一類的抗糖尿病藥物可能誕生。

2.3其他 最近發(fā)現(xiàn)，Cdk7和Cdk9能夠修飾Ser112增加PPARγ的活性。Cdk9的異構(gòu)體p55在脂肪生成過程中高度上調(diào)，人們發(fā)現(xiàn)它能夠在體外與AF-1區(qū)域的PPARγ結(jié)合并于Ser112位點蛋白磷酸化[17]。Cdk9的過表達能夠增加PPARγ介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄過程，刺激脂肪細胞分化。Cdk7激酶是一般轉(zhuǎn)錄因子Ⅱ H復(fù)合體的基本轉(zhuǎn)錄因子的亞基，在DNA修復(fù)和轉(zhuǎn)錄上有重要作用[18]。Cdk7介導(dǎo)的磷酸化刺激了PPARγ的轉(zhuǎn)錄活性，因為PPARγ靶基因的表達水平相對于野生型大鼠來說在著色性干皮病互補集團D缺乏的大鼠上低表達。而有報道指出，Cdk7介導(dǎo)的磷酸化抑制了PPARγ促脂肪細胞分化的能力，表明磷酸化調(diào)控PPARγ轉(zhuǎn)錄活性的模式十分復(fù)雜，特定的細胞中和特定的刺激下，參與的激酶類型不同，招募的轉(zhuǎn)錄輔助因子也不同，從而導(dǎo)致PPARγ活性的上調(diào)或下降[18]。

此外，細胞周期蛋白D3可以與PPARγ相互作用，招募并激活Cdk6，進而使A/B結(jié)構(gòu)域磷酸化，從而促進脂肪細胞生成[19]。PPARγ A/B結(jié)構(gòu)域上的S16與S21位點可以被酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化，從而促進其從細胞核向細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運[20]。在腎小管細胞中胰島素和C-肽可以激活PPARγ，此效應(yīng)依賴于磷脂酰肌醇3激酶介導(dǎo)的A/B區(qū)磷酸化[21]。

3 PPARγ的非磷酸化

3.1PPARγ與配體 PPARγ與維甲酸X受體α以異源二聚體的形式存在，通過結(jié)合到靶基因啟動子區(qū)的特異反應(yīng)元件上調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)其未與配體結(jié)合時，二聚體招募許多包含組蛋白脫乙?；富钚缘妮o助抑制因子，如核受體輔助抑制因子、維甲酸和甲狀腺激素受體沉默調(diào)節(jié)子等結(jié)合到靶基因上，使得靶基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制；當(dāng)有特異性配體結(jié)合PPARγ時，上述輔助抑制因子發(fā)生泛素化并被降解輔助激活因子包括類固醇受體輔助活化因子1和PPAR結(jié)合蛋白(其具有組蛋白乙?；富钚?被招募并結(jié)合到PPARγ/維甲酸X受體α異源二聚體上，引起組蛋白乙酰化并導(dǎo)致核小體結(jié)構(gòu)重塑，從而招募RNA聚合酶Ⅱ，激活下游參與脂肪生成、胰島素敏感性調(diào)節(jié)、脂質(zhì)代謝和炎性反應(yīng)的靶基因轉(zhuǎn)錄。研究表明，PPARγ主要通過配體依賴的轉(zhuǎn)錄激活機制，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性，它可以通過配體依賴的轉(zhuǎn)錄調(diào)控抑制核因子κB、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子、環(huán)腺苷酸效應(yīng)元件結(jié)合蛋白和活化蛋白質(zhì)1等的表達來抑制炎性細胞因子的表達及分泌，阻斷炎性細胞的黏附和遷移，并減弱血管收縮和血栓形成，從而在抗炎抗增殖及抗動脈粥樣硬化過程中發(fā)揮重要作用[22]。

3.2PPARγ與炎性分子 PPAR可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、單核細胞/巨噬細胞及T細胞中的趨化因子、趨化因子受體及黏附分子來干擾炎癥應(yīng)答的不同步驟。分子學(xué)研究表明，PPARγ可以在體外干擾炎癥途徑，如核因子κB與p50和p65的生理反應(yīng)。格列酮可抑制c-fos在血管平滑肌細胞的表達，這可能是PPARγ激活蛋白1抑制途徑的另一種機制[23]。PPARγ通過干擾信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和轉(zhuǎn)錄激活因子1，激活蛋白1及核因子κB途徑來抑制誘導(dǎo)性一氧化氮合酶的表達[24]。在T淋巴細胞中，PPARγ配體通過這種核受體與活化T細胞核因子的相互作用減少白細胞介素2的分泌。

4 PPARγ的磷酸化與疾病

4.1PPARγ的磷酸化與糖尿病 PPARγ是重要的糖尿病相關(guān)基因之一，迄今為止，在糖尿病及相關(guān)代謝疾病中已發(fā)現(xiàn)了PPARγ的多種突變。機體的胰島素耐受可以通過PPARγ的磷酸化調(diào)控其轉(zhuǎn)錄活性來調(diào)控。實驗表明，PPARγ S112A轉(zhuǎn)基因小鼠在高脂喂食下能夠維持較高的胰島素敏感性，體質(zhì)量卻不會顯著增加，這與非磷酸化形式的PPARγ能有效上調(diào)脂連蛋白的表達相關(guān)[25]。在體內(nèi)，酪氨酸激酶1的下游可以負調(diào)控Ras/甲基乙基酮/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶級聯(lián)反應(yīng)，從而間接調(diào)控PPARγ磷酸化[26]。PPARγ配體和激動劑羅格列酮可誘導(dǎo)Cdk5介導(dǎo)的S273位磷酸化，同時改善胰島素耐受，而S112位磷酸化不受配體影響。臨床數(shù)據(jù)也顯示，糖尿病患者PPARγ(S273)的磷酸化狀態(tài)與胰島素敏感性呈顯著負相關(guān)[27]。這些結(jié)果不僅讓人們對PPARγ配體的作用機制有了新的認識，同時也提示，Cdk5介導(dǎo)的PPARγ S273位磷酸化可作為2型糖尿病治療的新靶點。

4.2PPARγ與腫瘤 PPARγ在多種腫瘤細胞(如結(jié)腸癌、乳腺癌、肝癌及肺癌)中均有表達，它通常被認為是抑癌基因，但其在腫瘤發(fā)展的功能中所起的作用可能與PPARγ的翻譯后修飾有一定聯(lián)系。PPARγ配體通常能夠抑制腫瘤的生長，但在呈遞抗原細胞基因突變的結(jié)腸癌中反而促進腫瘤細胞增殖，這與PPARγ介導(dǎo)的β聯(lián)蛋白調(diào)控有部分關(guān)聯(lián)，也可能與配體誘導(dǎo)的PPARγ翻譯后修飾有關(guān)。有實驗表明，在乳腺癌MDA-MB-231細胞中，過表達小細胞蛋白β可以增加Cdk9介導(dǎo)的PPARγ1 S82的磷酸化，并促進其下游相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制腫瘤的發(fā)展[28]。在結(jié)腸癌中，促胃液素可以刺激腫瘤細胞的增殖，此效應(yīng)與細胞外信號調(diào)節(jié)激酶，成纖維細胞生長因子受體介導(dǎo)的PPARγ磷酸化及蛋白酶體降解相關(guān)；如果將磷酸化位點進行突變(S84A)則可逆轉(zhuǎn)促胃液素的效應(yīng)[28]。綜上所述，PPARγ的磷酸化修飾在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中有重要的調(diào)控作用，從而利用這一點，PPARγ的磷酸化修飾也能作為腫瘤治療的靶點。

5 小 結(jié)

目前，肥胖癥、高血壓、高血脂、腫瘤等已嚴重威脅人類的健康，而PPARγ的生物活性與這些疾病的發(fā)生、發(fā)展有密切的聯(lián)系。但有許多PPARγ的信號通路目前還不清楚，參與轉(zhuǎn)錄后修飾的蛋白酶所調(diào)控的蛋白相互作用以及下游靶基因仍是目前研究的熱點，通過對信號通路的調(diào)控及靶基因影響的研究，開發(fā)針對翻譯后修飾的配體藥物，有望對相關(guān)疾病的預(yù)防和治療起到重要作用。

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