Sestrin2在肝損傷中作用的研究進展

張軼瀟 馮 瀾 鄭 強 粟 侖 黃 如

佳木斯大學，黑龍江省佳木斯市 154000

肝臟是人體內功能最豐富的實質器官，它承擔著機體物質的合成分解代謝、生物轉化和內外分泌等多種生理功能，它的血液供應豐富，故更易受到體內外各種致病因素或刺激因子的侵襲，進而引起肝細胞損傷[1]。肝臟疾病一直是臨床研究的重點,而急性肝損傷是幾乎所有肝臟疾病的開端。

肝損傷是指一種或多種原因造成的肝細胞功能的損害，常見的原因有各種病毒、自身免疫因素、藥物、酒精等。其發病機制目前并未完全闡明，大量研究表明肝細胞氧化應激、炎性反應及自噬參與了肝臟病理損傷過程[2]。近年越來越多的調查研究表明Sestrin2可通過調節細胞增殖與凋亡、炎癥反應、氧化應激、自噬及內質網應激等方式維持機體代謝平衡[3-4]，其在調節不同病因導致的急慢性肝損傷的各種代謝過程中也起著關鍵和重要的作用[5]。本文主要總結Sestrin2在肝損傷中的分子機制及其對肝細胞損傷的保護作用。

1 Sestrin2的基本特征

Sestrins是一個高度保守的應激誘導蛋白家族，在適應細胞應激狀態中發揮重要作用。在哺乳動物中，Sestrins包括三種亞型:Sestrin1、Sestrin2和Sestrin3。Sestrin1為p53激活基因26(PA26)；Sestrin2被認為是PA26相關蛋白，也被稱為Hi95，主要受氧化應激誘導的p53調控；Sestrin3被鑒定為PA26結構相關基因叉頭盒O(forkhead box O,FOXO)轉錄因子誘導的基因，也有助于誘導Sestrin1。在Sestrins家族的成員中，Sestrin2被證明在哺乳動物中廣泛表達[6]，可通過調節氧化應激、炎癥反應、自噬、內質網應激和代謝穩態等多種途徑發揮對機體的保護作用[7]。人類Sestrin2蛋白質分子質量為52～57kD，人類的Sestrin2晶體結構包含具有兩個球狀子結構域的雙重偽對稱，這有助于其生理功能。由于N端結構域的螺旋—轉—螺旋氧化還原酶基序，Sestrin2具有還原烷基過氧化氫自由基的功能，從而減少過氧化物酶[8]。

2 Sestrin2在肝損傷中的分子機制

Sestrin2在肝臟損傷的過程中起著重要作用，近年來，國內外越來越多的相關實驗證明上調或激活Sestrin2可在一定程度上對抗藥物過量或內毒素所致的如D-半乳糖/脂多糖(D-Gal/LPS)、乙酰氨基酚(APAP)等誘導的急性肝損傷，以及慢性脂肪性肝臟損害等慢性肝損傷，對肝臟損傷的進程起著緩解和保護的作用。總而言之，Sestrin2通過諸多機制在肝臟損傷時表達抗氧化、自噬、內質網應激等作用，以保護肝細胞免受氧化應激、炎癥因子侵害，正向調節肝臟的能量代謝。

2.1 Sestrin2抑制氧化應激與炎癥反應 氧化應激(oxidative stress)是指機體在遭受各種刺激時，體內活性氧、氮自由基等過度生成或減少，導致氧化與抗氧化之間失平衡，使體內多種信號通路及相關轉錄因子激活，參與靶器官炎癥、免疫、修復等過程[9]。過多的ROS將破壞DNA的結構，造成線粒體及其他細胞器的損傷，肝臟易受氧化應激的影響，因為它負責異種生物的解毒和能量代謝。Sestrin2可以直接或者間接地抑制氧化應激反應。直接原因在于其N末端結構域的氧化還原作用可在一定程度上減輕活性氧的蓄積，而其C末端結構域可抑制mTOC1[10]。其間接主要通過部分氧化應激通路及其相關因子起作用。Sestrin2的啟動子上存在ARE,Nrf2是一種類似NF-E2的亮氨酸拉鏈轉錄激活因子[11]，是許多抗氧化酶表達的必要轉錄因子，也是ARE的下游因子，在各種細胞和組織中響應氧化應激時被激活。Nrf2在新陳代謝和解毒器官中含量豐富，尤其是肝臟，因此，Nrf2的激活已被廣泛研究用于預防和治療肝病。相關研究表明，Sestrin2是Nrf2通路的正調節因子[12]，Keap1被稱為E3泛素連接酶的適配器蛋白，可通過標記多泛素化蛋白酶體降解，是Nrf2活性的抑制因子，Sestrin2表達上調可誘導Keap1的降解，從而導致Nrf2在細胞中積累。而Sestrin2的消融會阻斷Keap1的降解和Nrf2的激活，從而增加了肝臟對氧化損傷的敏感性。Sestrin2的表達除Nrf2外，還受p53和HIF-1α等多個轉錄因子的調控。在肝細胞損傷過程中，損傷相關分子被釋放，并激活巨噬細胞上的Toll樣受體，誘導細胞因子形成促炎信號通路。最近報告顯示TLR信號在Sestrin2基因表達中的作用以及炎癥刺激調控作用顯著[13]。巨噬細胞在內毒素的識別和清除中起著重要作用。Toll樣受體(TLRs)如脂多糖(LPS，TLR4配體)、肽聚糖(PGN，TLR2配體)或聚肌苷-聚胞苷酸(PolyI：C，TLR3配體)，在先天免疫應答中起著關鍵作用。研究結果表明[13]，Sestrin2可以抑制TLR配體誘導的促炎基因表達。過表達Sestrin2的巨噬細胞抑制了TLRS誘導的炎癥介質和細胞因子(如NO、TNF-α)的作用，減少了應激情況下NO產生和iNOS的表達。脂多糖(LPS)是一種具有代表性的TLR4配體，它顯著提高了巨噬細胞中Sestrin2蛋白的水平。此外，用其他TLR配體(如PolyI：C或肽聚糖)處理巨噬細胞也能誘導Sestrin2的表達。研究發現[14]，LPS介導的Sestrin2誘導受到AP-1和Nrf2的影響，AP-1是Jun、Fos或激活轉錄因子(ATF)的組合，主要作為Jun和Fos的異源二聚體。c-Jun的活動多由MAPKs調控，并主要由JNK調控。這表明，Sesn2對AP-1的作用與JNK或p38有關。過表達c-Jun或Nrf2增加了Sestrin2蛋白水平和Sestrin2啟動子驅動活性。LPS通過激活p38和PI3K來誘導Sestrin2的表達。有研究證明可通過激活Nrf2抗氧化途徑來減輕過量乙酰氨基酚(APAP)誘導的肝毒性[15]，用d-半乳糖胺(Gal)/LPS處理的小鼠在肝臟中Sesn2的表達增強。使其體內過表達Sens2顯著減少了Gal/LPS誘導的TUNEL陽性細胞的數量，減少了細胞的受損和凋亡。Sestrin2通過多種通路在肝臟氧化應激損傷中起作用，其中Sestrin2/Nrf2通路有著重要作用，可能是保護肝細胞免受氧化應激損傷的潛在靶點。

2.2 Sestrin2激活線粒體自噬 由上文已知氧化應激是肝細胞損傷發生發展的主要病理生理機制之一，細胞內ROS主要是由線粒體電子傳遞鏈產生，同時線粒體內存在高濃度的抗氧化物可及時清除ROS，使其處于動態的生理平衡，不對機體造成損害。但在某些藥物等有害因素刺激下[16]，ROS的過度產生，致使肝臟線粒體結構受損，肝細胞自由基生成增加，線粒體膜損傷和細胞色素復合體功能受損，從而導致ATP生成減少，抗氧化能力降低，平衡被打破，過量的ROS逸入細胞質中又會激活細胞質膜上的氧化酶，細胞內ROS堆積進一步加重，從而產生大量自由基或有毒中間物，加重肝細胞損傷[17]。自噬也已作為藥物、炎癥等有害因素致肝細胞損傷的重要影響因素被廣泛研究，是一個依賴溶酶體降解來實現細胞自我保護的過程。線粒體自噬即屬于其中的選擇性自噬[16]。即線粒體在ROS、饑餓、炎癥因子等刺激下可發生去極化和損傷，損傷的線粒體被特定的自噬小體識別并選擇性地運輸到溶酶體完成降解，以維持細胞內環境的穩定，進一步減少臟器損傷。在應激時，Sestrin2可直接與AMPK結合，或者通過對LKB(AMPK上游激酶)進行調控來促進AMPK的上調，抑制mTORC1直接或間接激活自噬。mTORCl參與機體生長因子激活、蛋白質翻譯等生物過程，在細胞的生長、凋亡和自噬中發揮重要作用[10]。目前發現，線粒體自噬的調控機制主要包括ATGs、BNIP3/NIX、PINK1/Parkin等介導的線粒體自噬[15]。其中PINK/Parkin途徑為當前研究最廣泛的線粒體自噬主要途徑，線粒體自噬的激活取決于PINK1在線粒體外膜水平的高低。其水平在生理條件下可維持在低穩定狀態，當線粒體損傷時，內膜復合物被膜電位降低等有害因素干擾，PINK1降解被阻斷，一方面募集Parkin并使其活化，另一方面與自噬相關蛋白P62結合，進而誘導受損線粒體靶向LC3陽性的吞噬體，并在溶酶體中清除，最終激活線粒體自噬[18]。時紅波等[19]在D-Gal/LPS致小鼠急性肝損傷模型中發現，mTORC1抑制劑雷帕霉素可顯著提高LC3-Ⅱ的表達。在APAP致大鼠肝毒性的實驗中報道[18]，肝損傷模型組肝臟組織組分中LC3、P62、PINK1、Parkin等線粒體自噬相關蛋白水平及自噬小體數目均顯著高于線粒體裂解抑制劑干預組。小鼠尾靜脈注射Sestrin2可抑制APAP誘導的血清ALT和AST水平，可顯著降低肝細胞變性和炎癥細胞浸潤還可減弱APAP所致的MAPKs-JNK磷酸化事件，此外，上調Sestrin2可抑制APAP誘導的谷胱甘肽消耗和活性氧生成[20]。目前APAP所致肝損傷與線粒體自噬相關機制已足夠明確，但與線粒體自噬關聯緊密的Sestrin2在其中所起的自噬作用尚無明確論述，故筆者認為Sestrin2在APAP所致肝損傷中通過激活自噬所起的保護作用可能成為未來藥物性肝損傷治療的新靶點。

3 Sestrin2在慢性肝損傷中的作用

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)主要以肝細胞脂肪變性、脂質沉積為病理特征，但無過量飲酒史，很容易發展為非酒精性脂肪性肝炎、肝纖維化、肝硬化、肝細胞癌。由于高脂應激所產生的Mst1對線粒體自噬起抑制作用，可阻斷AMPK-PINK1通路，從而減少Parkin表達，抑制線粒體自噬[21]，進一步促進了肝臟脂肪變性、炎癥和氧化應激等損傷。過多的脂肪堆積可打破內質網穩態，進而引發慢性內質網應激，Sestrin2過表達可減少未折疊蛋白質的積累，同時抑制哺乳動物mTORCl，對肝細胞的內質網應激起保護作用，延緩和減輕肝細胞損傷的發生[10]，還可以通過Nrf2直接調節血紅素加氧酶-1(HO-1)來對抗氧化損傷，除此之外Sestrin2還可通過AMPK磷酸化發揮其有益作用[22]。

4 總結和展望

Sestrin2在肝細胞損傷病理生理過程中發揮著極其重要的作用，主要通過其本身的特殊結構來直接發揮抗氧化作用，又可通過Nrf2、Keap1、TLRs、AMPK、mTORC1等通路和相關因子作用于肝損傷中的氧化應激、炎癥及自噬。本文綜述了急慢性肝損傷中Sestrin2作用的機制，為后續的研究提供一些理論依據。肝損傷時，上調或激活Sestrin2可一定程度改善肝組織損傷，而上調Sestrin2的藥物及其作用療效需要進一步研究與探索。