NR4A1與糖尿病的相關性研究

易文杰，于彤，樊雪飛，張國棟

（桂林醫學院公共衛生學院，廣西 桂林 541100）

NR4A1 屬于孤核受體（NR4A）超家族的成員之一，也可稱其為Nur77、TR3 或者NGFI-B，NR4A1 與NR4A 家族的另外兩種亞型NR4A2、NR4A3 高度同源［1］。它們都具有相似的結構，一個N 端區域，包含一個不依賴配體的激活功能1（AF-1），也稱為反激活域（TAD），一個由2 個鋅指結構組成的中央DNA 結合域（DBD），一個C末端配體結合結構域（LBD）［2］。NR4A1 與經典的核受體不同的是NR4A1的LBD結構中含有大量的疏水殘基而沒有配體結合腔和缺乏經典的配體結合位點。因此，NR4A1 是一個無內源性配體的轉錄因子［3］。NR4A1 與炎癥［4］、癌癥［5-6］、葡萄糖轉運、胰島素信號轉導、糖酵解和糖原分解［7］、衰老［1］等有關。NR4A1的活性調控和生理功能依賴于受體表達和翻譯后修飾而不需要與配體結合。一些可能以非常規方式與NR4A1 相互作用的合成和天然化合物被確定為激動劑或拮抗劑，例如胞孔蛋白B（Csn-B）和阿米酮B 都是NR4A1的天然激動劑［8］。同時，NR4A1被歸為早期反應基因，能對外界環境的變化做出快速反應，NR4A1 由一系列不同的信號誘導，包括脂肪酸、應激、生長因子、細胞因子和磁場、剪切應力等［9］。本文對NR4A1 的生理作用研究進展進行綜述，并著重討論了NR4A1與糖尿病之間的關系。

1 NR4A1的生物學作用

NR4A1 作為一個轉錄調控因子，具有許多的生物學功能。McEvoy 等［4］研究發現，可通過使用內毒素脂多糖（LPS）刺激NR4A1 的表達來調控機體的炎癥反應，所以NR4A1 受體是炎癥反應的關鍵調節因素，且NR4A1 主要調節核因子κB（NF-κB）髓細胞信號。Liu 等［10］利用全基因組分析方法發現，NR4A1 在耐受性T 細胞內高表達可抑制效應T 細胞的分化，而NR4A1 的缺失則增強了機體對腫瘤的免疫力，確定了NR4A1 是T 細胞功能障礙的關鍵調控因子，是腫瘤免疫治療的潛在靶點。有趣的是，NR4A1 既可以作為抑癌基因也可以作為致癌基因，例如它是結直腸癌［5］和肺癌［11］的致癌基因，但是它在子宮內膜樣癌［6］和急性髓系白血病［7］中有著抑癌作用。NR4A1與細胞增殖也有關系，Nomiyama 等［12］的研究表明，血管平滑肌細胞增殖受到NR4A1 調控，在血小板衍生生長因子（PDGF）的刺激下，血管平滑肌細胞通過細胞外調節蛋白激酶（ERK）信號通路誘導NR4A1 的快速表達，使血管平滑肌細胞增殖。NR4A1 是糖尿病的重要調控基因，與糖尿病中許多代謝過程有關。NR4A1啟動子的DNA超甲基化降低了NR4A1 mRNA 表達，阻斷2 型糖尿病（T2DM）患者的胰島素信號轉導；而NR4A1的過表達可以抑制DNA甲基轉移酶1（DNMT1）的表達，胰島素受體活化［13］。NR4A1表達降低可激活急性早幼粒細胞白血病細胞糖酵解途徑［7］。NR4A1 是觸發線粒體生物發生和改善線粒體固有功能的營養傳感器，也是DNA 修復機制和原粒DNA修復的組成部分，因此NR4A1可能是抗衰老的潛在治療靶點［1］。NR4A1 的多種生物學功能，使得NR4A1 與多種代謝性疾病有關，可能是代謝性疾病的潛在治療靶點。

2 NR4A1與糖尿病的相關性

眾所周知，糖尿病的最大特征是人體長期的慢性高血糖，這種慢性高血糖會持續對人體的心臟、血管、腎臟、神經、代謝等造成損害。Sheng等［14］的研究發現，NR4A1是被慢性高血糖刺激激活的，從而促進糖尿病的發病。糖尿病的發病機制主要是由于胰島β細胞不足以應對慢性燃料過剩而引起的，從而導致血糖負荷、胰島素抵抗和肥胖［15］。而糖和脂肪代謝、胰島合成都與NR4A1的表達有關［8］。

2.1 NR4A1參與胰島素信號通路 胰島分泌的胰島素具有血糖調節作用，可以維持機體血糖的動態平衡；胰島素分泌不足和產生胰島素抵抗，都可能導致糖尿病的發生［15］。Chen 等［13］采用構建含有人NR4A1片段的質粒，并瞬時轉染到293T細胞和大鼠胰島β 細胞瘤細胞（RIN-m5F） 中，RIN-m5F 細胞在高糖培養基中進行培養，實驗表明NR4A1 的過表達抑制了DNMT1 的表達，誘導胰島素受體的過度表達，并且NR4A1 的過表達進一步促進了高葡萄糖刺激的胰島素分泌，提示NR4A1 參與胰島素信號通路并受到DNMT1 的影響。T2DM 患者的特征之一是骨骼肌的胰島素抵抗，胰 島 素 敏 感 性 降 低［16］。Chao 等［17］建 立NR4A1 敲除小鼠模型，研究發現NR4A1 基因缺失的小鼠對飲食性肥胖和胰島素抵抗的敏感性增加，在骨骼肌中的NR4A1 的表達缺失使胰島素受體磷酸化的水平降低，胰島素的信號通路被破壞，并且使葡萄糖轉運蛋白4（GLUT4）的表達顯著降低。以上研究發現，NR4A1 的過表達會促進胰島素的分泌。但是，Briand 等［18］的研究發現，脂肪酸激活NR4A1的表達，NR4A1的激活抑制了促胰島素生成基因mafA 的表達，細胞內mafA 蛋白的濃度降低阻止胰島素基因的激活，mafA對胰島素基因的嚴格調控導致細胞內胰島素濃度降低和胰島素分泌受損。所以NR4A1 的過表達對胰島素分泌的影響還有待進一步研究。

2.2 NR4A1是糖、脂代謝的轉錄調控因子

2.2.1 NR4A1 與糖代謝 機體通過調節胰島素和胰高血糖素的肝臟葡萄糖產生以及肌肉和脂肪組織對周圍葡萄糖的吸收來維持葡萄糖穩態。肝葡萄糖是通過食物，肝糖原和糖異生的分解而產生的。NR4A1與肝臟糖異生密切相關，NR4A1高表達，導致葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基（G-6-pase）和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶（PEPCK）升高，這兩個酶是調控肝臟糖異生的關鍵酶，從而糖異生增強，葡萄糖產量增加，導致血糖升高［8］。NR4A1還誘導了葡萄糖轉運蛋白基因GLUT2的表達，該基因有助于血細胞攝取葡萄糖，造成機體的血糖上升［19］。Pei 等［20］使用腺病毒載體在小鼠肝細胞中表達了一個NR4A1 的激活域突變體（Nur77-m1），發現抑制性突變體NR4A1受體的表達可以拮抗糖異生基因表達并降低db/db小鼠的血糖水平。這些數據都說明了NR4A1 在肝臟葡萄糖產生中有著重要的作用。

骨骼肌肌肉細胞攝取葡萄糖形成肌糖原和劇烈運動后肌糖原分解產生乳酸后進一步產生葡萄糖，兩者之間的相互調節來維持血糖水平的平衡，因此骨骼肌在葡萄糖代謝方面扮演著重要的角色。NR4A1 也與骨骼肌的葡萄糖代謝過程密切相關，如葡萄糖攝取、葡萄糖氧化、糖原合成和骨 骼 肌 生 長［21-23］。Kanzleiter 等［21］采 用 編 碼NR4A1的腺病毒感染L6大鼠骨骼肌肌管，測定其脂質和葡萄糖氧化反應，發現NR4A1 的過表達使L6 細胞的葡萄糖氧化及糖原合成被促進，同時也顯著增加L6 細胞中基礎葡萄糖需要量和糖原合成。相關研究發現，急性運動可顯著增加關鍵轉錄調節劑NR4A1 在骨骼肌中的表達和激活，并且NR4A1 的激活在T2DM 患者進行急性運動時被予以保留，而且使NR4A1 的上游調節因子p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）和環磷腺苷效應元件結合蛋白（CREB）的磷酸化水平升高［24］。Kasch 等［25］研究發現，母體高脂喂養使子代股四頭肌的NR4A1 的表達升高，子代自主運動后NR4A1 的基因表達恢復正常，改善了母代高脂喂養后的胰島素敏感性下降的影響。NR4A1 是肌肉質量的重要決定因素，也是細胞代謝和肌肉生長之間潛在的轉錄聯系，NR4A1 缺失的小鼠出現肌纖維體積和肌肉萎縮［23］。進一步說明，NR4A1 的缺失使骨骼肌的糖代謝紊亂，影響了骨骼肌的生長發育。這些數據證明NR4A1 是體內骨骼肌葡萄糖代謝的功能調節因子。

2.2.2 NR4A1 與脂代謝 Zhang 等［26］的研究表明NR4A1 是脂肪細胞祖細胞（APs）核心轉錄通路的組成部分，是對可塑性代謝有利的負調控因子，其通過對APs 自我更新的近端控制，在功能上抑制脂肪細胞分化，這種抗脂肪作用是通過其DBD負調控發揮作用，說明NR4A1是一種抗脂肪生成劑。Qin 等［27］的實驗也發現，NR4A1 過表達抑制3T3-L1 前脂肪細胞系的脂肪生成，其機制可能是通過NR4A1 增強GATA 結合蛋白2 （GATA2）表達來抑制過氧化物酶體增殖激活受體γ（PPARγ）和上調p53 基因來抑制甾醇調節元件結合轉錄因子1（SREBP1）及其下游基因脂肪酸合成酶（FAS），這兩個途徑來延緩脂肪細胞的分化與成熟。

2.3 NR4A1與糖尿病并發癥的關系 糖尿病腎病是一種慢性腎臟疾病，是一種嚴重的長期糖尿病并發癥，是糖尿病患者死亡的一個危險因素［28］。NR4A1 是慢性腎臟疾病的易感基因，NR4A1 缺乏已被證實與腎臟損傷和腎功能障礙有關［29］。Sheng等［14］的研究表明，NR4A1是糖尿病腎病中的一種新的致病因子，NR4A1高表達激活p53，p53調控線粒體分裂因子（Mff）和Parkin 蛋白的轉錄，從而增強Mff相關的線粒體分裂和抑制Parkin介導的線粒體自噬來發揮作用；而NR4A1 的低表達中斷了Mff相關的線粒體分裂和減少了Parkin介導的線粒體吞噬，減少了高血糖介導的線粒體損傷，從而改善了腎功能。

糖尿病的并發癥——糖尿病視網膜病變［30］也與NR4A1有關。Dai等［31］的研究發現，NR4A1在高飽和脂肪飲食（HFD）小鼠的視網膜和暴露于飽和脂肪酸棕櫚酸酯或神經酰胺類似物Cer6 的培養液中表達增加，促進視網膜細胞中谷氨酰胺-果糖-6-磷酸酰胺轉移酶2（GFAT2）mRNA的表達而增加視網膜蛋白質的糖基化，這種不正常的糖基化會導致糖尿病視網膜病變的發生。同時，研究也發現NR4A1反活化的抑制也可以抑制Cer6誘導的GFAT2的表達。

3 小結

本文對NR4A1 的結構和生物學作用進行了簡要的概述，NR4A1 是一個無內源性配體的轉錄因子，同時它又是一個即時早期反應基因，是機體炎癥反應、免疫功能、細胞增殖與分化和代謝等的關鍵調節因素，但是NR4A1 的生物學作用機制目前尚不完全明確，仍需要在未來繼續進行探討。對NR4A1 和糖尿病之間的相關作用進行了著重的討論，許多的證據表明NR4A1 是糖脂代謝的轉錄調控因子，在胰島素的信號通路、葡萄糖的轉運、葡萄糖的穩態和脂肪細胞的分化與成熟中發揮重要作用，所以NR4A1 可能是糖尿病的潛在治療靶點之一。但是對于NR4A1 調控機制目前知之甚少，這是我們在未來應該進行進一步調查和研究的方向，以確定NR4A1 是糖尿病真正的潛在治療靶點。