转录因子Ets在肾脏细胞外基质重塑中的作用

沈京群,刘殿阁

(东南大学附属中大医院肾内科,江苏南京 210009)

肾脏纤维化是肾脏疾病进展至终末期肾衰竭必经之路,主要表现为肾小球硬化及肾间质纤维化,病理特征是肾间质毛细血管丧失及细胞外基质(ECM)过度积聚,但肾脏ECM重塑过程发生机制尚未完全明确。Ets作为转录因子,具有多种生物学功能,与编码蛋白酶的启动基因相互作用,包括基质金属蛋白酶(MMP)及尿纤溶酶原激活物(u-PA),并且能提高这些基因的启动活性,在多种纤维化疾病中发挥重要作用[1-2]。作者就近年来转录因子Ets在肾脏基质重塑中作用的研究进展作一综述。

1 Ets基因的发现

美国马里兰州的Frederic国家癌症研究所在研究禽类反转录病毒E26时发现了癌基因v-ets。E26为禽类白血病病毒,是一个复制缺陷的反转录病毒,该病毒转录一个5.7 kb RNA,并编码了一个相对分子质量为135的三联核内磷酸蛋白,即一个v-ets的序列结合了滤过性病毒的gag基因和癌基因v-myb。随后,一系列细胞Ets基因被发现,都与E26拥有高度保守的同源序列,可决定基因结构、识别开放阅读框及编码特定蛋白。因此,根据E26(E-twenty-six)的英文缩写而将该基因命名为Ets。Ets家族属转录因子,依据Ets结构域的同源性,将Ets基因家族分为几个亚族,主要包括Ets-1、Ets-2、Erg-2、Fli-1、Fev、GABPα、TEL(ETV6)等20多种成员[2]。

2 Ets家族的调控机制

Ets家族作为细胞内最大的信号依赖转录调控因子家族之一,存在复杂的调控机制,归纳起来包括以下几种:(1)分子内调控机制。Ets-1和Ets-2氨基末端存在一个特殊的抑制序列,可以抑制其与DNA的结合。这种抑制作用在蛋白质和一些辅助因子结合后被解除,因此这些辅助因子作为此类蛋白质的激活因子发挥作用。(2)组合调控机制。Ets蛋白调控不同组织和细胞的多种基因表达。组合调控是Ets家族特征之一,其中包括与其它一些关键转录因子的相互作用[3]。(3)Ets调控的基因所结合的蛋白质与其它蛋白质相结合,在溶液中形成稳定的多亚基复合物。(4)生长调控因子在转录后调控水平及蛋白质稳定性水平影响Ets蛋白的活性,如有丝分裂信号改变Ets-1与Ets-2磷酸化状态,从而抑制其与DNA的结合能力,故有丝分裂信号可以抑制Ets-1及Ets-2的活性;另外,v-ets通过转录因子激活蛋白-1(activator protein 1,AP-1)激活基质降解酶和胶原酶的启动子,这可能与一些内原性基因如Fos和Jun的激活有关[4-5]。

3 转录因子Ets信号传导

转录因子Ets对靶基因的调控作用由复杂的调控网络组成,在信号传导通路中,Ets家族中有两个重要的亚家族已被进行了深入研究,一是Ets,包括Ets-1、Ets-2和Pointed(Pt2),该组基因都包括C末端保守的DNA结合域和N末端的Pointed域并且含有一个距Pointed域比较近的MAPK磷酸化位点[6];第二个是三重复合物因子(ternary complex factors,TCFs),包括Elk1、Sap1a、Sap1b、Fli-1和NetTCF,含有多个丝苏氨酸残基的磷酸化位点,磷酸化后可以增强其激活转录功能[7-8]。MAPK信号通路的ERK1/2、p38和JNK将外部刺激传到核内,激活数种因子,引起下游基因表达的变化[9]。这些信号传导通路的下游转录调节因子包括Ets家族,Ets转录因子家族激活后对特定基因表达的调节是通过与其它种类的转录因子在DNA组件上形成某种特异的复合物得以实现[10-11]。Ca2+依赖的信号通路和MAPK一样可以通过磷酸化而控制Ets-1活性。Ca2+依赖性磷酸化位点在Ets-1的DNA结合域附近第7外显子编码区的6个丝氨酸残基上,Ca2+特异性的磷酸化作用增加Ets-1折叠构象的稳定性而阻断其与DNA结合。此外,Ets家族成员通过作用于转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)受体在TGF-β信号转导通路中起重要作用[12]。血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)作用于AT1受体激活下游信号通路,可以调控Ets的功能,提高了在肾小球系膜细胞Ets-1转录因子的表达。肾素-血管紧张素系统(RAS)对于适应不良的激活作用已被证实,在慢性肾脏病发病机制上起着关键作用。对于AngⅡ的许多非血流动力学影响作用,活性氧簇(ROS)是一个关键的信号。研究已证实,AngⅡ通过NADPH氧化酶增加了肾小球系膜和皮质环氧合酶-2(COX-2)的表达和活性,转录因子Ets-1已被确定为一个生长相关反应和炎症的调节因子[13]。

4 Ets家族的生理作用

在细胞、组织和器官水平,Ets家族作为转录因子参与多种哺乳动物的生长发育过程,包括细胞增殖、分化、迁移、凋亡和细胞间相互作用。在组织发育过程中,骨髓系统、淋巴组织、中枢神经系统及乳腺组织中均可见到不同类型的Ets表达。在正常的血管形成过程中,上皮细胞可检测到Ets-1、Erg-1和Fil-1的表达,它们调控上皮特异的基因表达,而后者对于新生血管的形成至关重要。骨的形成是一个复杂的过程,包括成骨细胞的前体——间叶细胞分化成前成骨细胞、成骨细胞和成熟的成骨细胞,最终发生ECM的积累和骨化。在前成骨细胞中检测到Ets-1表达,而在分化成熟的成骨细胞中检测到Ets-2的表达[14]。在所有细胞中,具有转录活性的Ets家族成员(如Erf、Net和Tel)受到有丝分裂信号的调控,可能参与细胞周期的循环。具有转录抑制活性的Ets家族成员可能在细胞外信号的引导下,对维持发育期间细胞增生和分化之间的平衡起关键作用。

5 转录因子Ets与肾脏ECM重塑

各种肾脏疾病均以ECM过度积聚为主要特征。因此,阐明ECM的代谢调节机制对有效防治慢性肾脏病的进展至关重要。正常肾小球胞外基质主要由各种类型的胶原蛋白、层粘连蛋白、纤维连接素及硫酸多糖组成,肾小管胞外基质则主要为胶原Ⅲ、胶原Ⅳ及层粘连蛋白组成。病理状态下,表型转化的肾小管上皮细胞大量分泌胶原蛋白,而引起ECM过度沉积[15],这些成分合成与降解之间的不平衡与ECM积聚密切相关,从而导致肾脏疾病进展。

基质金属蛋白酶(MMPs)和基质金属蛋白酶组织抑制物(TIMPs)是调控ECM代谢的重要酶系,MMPs-TIMPs系统平衡紊乱与肾小球硬化、肾小管间质损伤及肾间质纤维化形成相关联。MMPs是铅依赖性蛋白酶,根据特性不同分为5种类型:胶原酶(MMP-1、-8、-13、-18)、明胶酶(MMP-2、MMP-9)、间质溶 解素(MMP-3、MMP-10)、膜型MMP(MMP-14、-15、-16、-17)和其它类型MMP(MMP-7、-11、-12、-19)[16]。胶原酶,譬如MMP-1具有降解胶原的能力,在各种肾脏疾病中的ECM重塑中起着重要作用。因此,MMP表达或是活性的改变将直接影响ECM的降解,最终导致肾小球瘢痕形成及肾间质纤维化发生。

在形态发生过程中,Ets家族在脉管结构和组织结构中都有表达,也包括肾脏。在肾脏方面,有关Ets家族地位和作用的研究正逐渐展开。Honda等[17]利用凝胶电泳及Southern blot方法研究发现,Ets家族某些因子通过结合EBSs位点对Tsc2基因起负调节作用而参与了肾透明细胞癌进展过程。Ets-1蛋白在细胞周期G0期起着重要作用,因其在肿瘤侵袭过程中的基质重塑作用而在肿瘤生物学研究中备受关注。研究表明,Ets-1是MMP-1、MMP-3、MMP-9、u-PA和整合素β3(integrinβ3)的转录调节因子,这些物质可通过降解ECM及基底膜,使肿瘤细胞粘着性降低,并易于游走,有利于肿瘤细胞的生长、浸润、转移和肿瘤血管生成。Ets-1蛋白通过DNA连接区域结合中央GGA的核心序列(PEA3),在AP-1位点与c-Fos/c-Jun复合物相互作用,从而激活特定的启动因子表达,表明Ets-1原癌基因在对基质蛋白酶的调控中起着关键性作用[18]。Reisdorff等[19]研究转录因子Ets-1在系膜细胞中调节明胶酶A(MMP-2)的表达中,提及明胶酶A在系膜细胞激活表型转化中的作用,明胶酶A通过Ets-1的基因转录反式激活在炎症反应中可能起着重要作用。我们曾在大鼠新月体性肾小球肾炎模型中,发现Ets-1在肾小球硬化及间质纤维化进程中与MMP-3关系密切,并指出通过Ets-1诱导的MMP-3蛋白表达上调可能在损伤肾组织中参与基质重塑过程[20]。Naito等[21]在大鼠肾小管上皮细胞培养中发现,Ets-1蛋白表达上调诱导了IL-1介导的MMP-9表达显著增加,但未见IL-1介导的MMP-2、-3表达明显增高。另外,与ECM降解及重塑有关的MMP-1、3、9在其他研究中也被证实同样受Ets-1的调节。Puri等[22]发现在多囊肾疾病中,Fli-1能下调PKD1基因的表达,而Ets-1则上调其表达。最近我们研究表明,Ets-1转录因子可能通过动态调节MMP-1与TIMP-1酶系统的平衡,对胶原Ⅲ在肾间质内沉积产生影响,进而参与顺铂相关性肾病ECM重塑过程[20]。

Ets-1基因敲除小鼠的肾脏呈现出肾小球发育不成熟、肾小球数量减少、肾小球硬化、肾小管萎缩及严重肾间质纤维化形成,这可能说明Ets-1蛋白过度表达对肾小球正常结构破坏及间质纤维化形成起着一定防护作用[23]。研究表明,Ets-1在肾小球系膜细胞培养中的表达上调可以有效阻止TGF-β诱导的胶原Ⅰ产生,Ets-1基因转染的肾小球内MMP-1、3、9 mRNA表达增加并伴有系膜ECM沉积、层粘连蛋白及胶原Ⅰ表达降低;而在Ets-1敲除的肾小球内可见大量ECM沉积,因此得出Ets-1促使ECM降解而在维持肾小球结构重塑中起着关键性作用[23]。报道还指出,泛醌能可逆性地通过与靶蛋白的赖氨酸残基共价键结合来调节Ets-1转录因子的活性,但不清楚其对蛋白酶降解途径是否有对抗性作用[24]。因此,有必要进一步研究Ets-1原癌基因在各种类型肾小球肾炎进程中的不同阶段,是充当疾病的进展因素还是保护因素。

总之,转录因子Ets家族在肾脏ECM重塑调节中的作用备受关注。在肾脏疾病进展的不同病理生理时期,通过合理调控Ets的表达,在转录水平和蛋白质水平上调节MMPs/TIMMPs系统平衡,进而影响肾脏ECM重塑,可有效防治早期肾损伤及晚期肾脏纤维化形成,为治疗肾脏纤维化提供创新性治疗靶点。

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