肝细胞核因子4α与糖尿病

马 润综述，杨红英审校

(昆明医学院第二附属医院，云南 昆明 650101)

肝细胞核因子(HNF)是一类异质的保守转录因子，参与调节肝脏内糖代谢、脂质代谢相关基因的表达。肝细胞核因子4α(HNF-4α)作为细胞核受体超家族成员之一，具有脂溶性激素受体的特性，能够直接进入胞核调节基因转录，它通常在肝脏、肾脏、肠及胰腺表达，从而参与调节胰岛β细胞和肝脏的发育、分化及功能，维持葡萄糖稳态[1]。HNF-4α是青少年发病的成年型糖尿病 (Maturity-Onset Diabetes of the Young,MODY)的致病基因，即MODY1基因。近年来国外大量的科学研究发现，HNF-4α基因多态性与2型糖尿病之间存在密切的关联。现就HNF-4α与糖尿病的关系作一综述。

1 HNF-4α的概述

HNF家族有6个成员，分别是HNF-1(包括HNF-1α 和 HNF-1β)、HNF-3(包括 HNF-3α、HNF-3β 和 HNF-3γ)、HNF-4(包括 HNF-4α 和 HNF-4γ)、CCAATP增强子结合蛋白 (CPEBP)、D2结合蛋白(DBP)和HNF-6。其家族的共同特点是(1)在肝脏中高水平表达；(2)含有进化上相当保守的DNA结合区；(3)在转录水平调节肝脏内基因的特异性表达；(4)转录因子间相互作用并形成网络系统——HNFs调节网络；(5)功能上的交叉表现为靶基因谱的部分交叉重叠，其靶基因包括载脂蛋白、脂肪酸及葡萄糖代谢相关基因等[2]。

肝细胞核因子4α(Hepatocyte nuclear factor-4α gene，HNF-4α)是核受体超家族配基激活型转录因子的高度保守成员之一，在分化成熟的肝细胞中高表达，是调控肝细胞分化和维护肝细胞生物学功能的重要转录蛋白，在肝脏的形成和成人肝脏许多基因的转录调节中起关键的作用[3]，其基因结构大致

图1 HNF-4α的结构

可分为 A、B、C、D、E 和 F 区[4](见图 1)。 其中 A/B 区即氨基末端区，含有反式激活功能域AF-1，其功能与启动子特殊序列有关。C区具有高度保守的锌指结构，并可与D区形成铰链-DNA结合域(DBD)。DBD可与靶基因特殊DNA—序列激素反应元件(HREs)结合。E区是一个长疏水区，可形成配基结合域(LBD)，并具有受体二聚体化和配基结合等功能。DBD和LBD均为保守区域，是核受体超家族的特征。E区还具有一个由7个氨基酸组成的核心序列即激活功能域AF-2。羧基端的F区可协助AF-2发生构相变化，从而易化AF-2与其他辅活化子或转录因子顺式反应元件的结合[5]。HNF-4α的表达受两个选择性启动子的调控，P1及P2，而在胰腺β细胞中P2启动子的转录则是主要的。

HNF-4α的功能主要通过两种方式来实现。一种是由于HNF-4α在肝、肠、肾及胰的表达，参与组织分化和能量代谢，从而调控机体的各种生理活动；另一种方式是通过与其他HNF分子共同组成在组织分化过程中所必需的转录因子调节网络——HNFs调节网络[6]，调控胚胎发育过程中各种基因的表达，HNFs 调节网络系统包括 HNF-4α、HNF-1α、HNF-1β、HNF-3α 和 HNF-3β 等，它们在机体中相互依赖，形成交互调节的网络。

2 HNF-4α与MODY

MODY是一种高度异质性的单基因疾病，与β细胞功能中单基因缺陷相关。临床研究显示其发病与葡萄糖刺激的胰岛素不正常分泌有关[7]，其胰岛素不足程度介于1型和2型糖尿病之间，临床表现具有两者的某些特点，构成了糖尿病疾病谱的中间过渡类型。临床特征是：(1)诊断糖尿病时年龄小于25岁，少年期往往无症状，仅在等应激状态下出现症状；(2)确诊后至少2年内不需要用胰岛素治疗；(3)一般无酮症酸中毒；(4)空腹血清C肽≥0.3nmol/L，葡萄糖刺激后≥0.6nmol/L；(5)累及3代以上的家族成员，呈常染色体显性遗传，而与HLA无关；(6)少年期MODY病人以非肥胖者居多；(7)可有大血管和微血管并发症。MODY患病率具有明显的种族差异，随着基因及候选基因克隆技术的发展，目前已发现至少有 6种 MODY致病基因，即 HNF-4α/MODY1 、葡 萄 糖激酶 (GCK)/MODY2、HNF-1α/MODY3、胰岛素启动因子1(IPF2-1)/MODY4、HNF-1β MODY5 及 (NeuroD1/BetaA2)/MODY6， 其 中HNF-4α基因突变所致的MODY1比较罕见(迄今只在13个家族中发现)，患者无胰岛素抵抗(IR)，但胰岛β细胞分泌功能受损[8-13]。

199 6 年发现MODY患者HNF-4α基因的第268位密码子可发生CAG(G)→TAG(Am)无意义突变，即Q268X突变型，认定HNF-4α是第一个与MODY相关的基因，即MODY1基因。近年来，在MODY1患者体内发现的突变有 13个[14，15]：无义突变2个(Q268X和R154X)、移码突变2个(F75f sdel T和K99f sdelAA)、插入突变1个(V328-329)和8个错 义 突 变 (G115S、R127W、T130I、V255M、E276Q、V393I、P441I和I454V)，这些位点分别位于HNF-4α基因的反式激活域及DNA结合域，直接影响其与所调节基因的结合及转录调控。这些突变损伤HNF-4α功能的可能机制总结为：(1)无义突变使激活功能区域AF2激活作用缺失，如Q268X的突变使其失去了二聚体形成、再识别位点结合和转录激活功能，从而引起基因表达失控；(2)DNA结合区域突变使DNA结合能力丧失，如E276Q的突变，使其在体内不稳定，丧失了与DNA结合的能力，导致HNF-4α转录活性受损，影响胰腺β细胞代谢途径，从而诱发糖尿病的发生[16]；(3)辅激活因子及其他转录激活因子募集受损。辅激活因子是作为核受体转录激活的桥梁，从而调节不同靶细胞的表达。腺病毒E1A相关蛋白(p300)是与HNF-4α相互作用的重要辅激活因子，而R154X、E276Q等基因的突变可使p300募集反应受损，从而影响HNF-4α的表达；(4)错义突变如G115S(Gly115--Ser)产生一个蛋白激活A(PKA)磷酸化位点[17]，PKA介导的磷酸化使HNF-4α转录活性受损。HNF-4α是一种磷蛋白，其活性受磷酸化调节。酪氨酸磷酸化为HNF-4α核定位所必需。丝氨酸及苏氨酸对维持HNF-4α的正常功能发挥重要作用。cAMP依赖的PKA使位于A盒的丝氨酸磷酸化，导致HNF-4α DNA结合及转录活性丧失。

3 HNF-4α与2型糖尿病

糖尿病是一组由环境因素和遗传因素相互作用而产生的临床综合征，其中遗传因素在糖尿病，尤其在2型糖尿病的发病机制中扮演着重要角色。在双胞胎之一有2型糖尿病的情况下，若是同卵双生那么另一个患此病的机率为41%～55%；若是异卵双生，那么发病几率为10%～15%[18]。2002年5月15日《美国医学协会杂志(JAMA)》公布了一篇由凯撒医学机构调查的研究结果。调查显示，由于基因的关系，亚裔在各族裔当中，2型糖尿病的发病率高居榜首，发病率比其它族裔高出50%，首次从基因的角度解释2型糖尿病在不同族裔当中的发病率。该研究负责人卡特表示，遗传因素在2型糖尿病发病过程中起决定作用，族裔的基因差别被认为是2型糖尿病发病的重要原因。

国内外大量的科学研究发现，HNF-4α基因与2型糖尿病之间存在密切的关联。HNF-4α的变异，最先在MODY患者中被发现。早在1998年，Hani等[19]对法国糖尿病家系进行基因扫描时，发现HNF-4α基因标记位点与2型糖尿病连锁。HNF-4α基因第393位碱基发生错意突变，导致缬氨基酸变成异亮氨酸，该突变与糖尿病共分离，并与胰岛素分泌受损有关，体外表达时发现该突变物使胰岛素基因转录活性明显下降。随后Love-Gregory[20]的研究又发现，在这基因启动子区有一可变区域，这一区域与2型糖尿病有确切相关性。正是这一启动子区的多态性，导致了胰腺β细胞中的基因的剪接的变化。研究者在这一区域选取了9个SNPs(Single nucleotide polymorphisms，单核苷酸多态性)排列它们的单倍型，结果发现了在德国犹太人中4个与2型糖尿病密切相关的SNPs，即rs4810424、rsl884613、rsl884614 与 rs2144908。最近，Barroso等[21]对德系犹太人的研究也同样发现在HNF-4α启动子附近的rs1884613和rs2144908与2型糖尿病相关，Neuman等[22]的研究也验证了在这一人群中rs1884613与2型糖尿病相关。在芬兰，Silander等[23]用受累同胞对的分析方法，将2型糖尿病的易感基因定位于20q13.12-20q13.13，这一区域正好是HNF-4α所在的染色体区域，其中与2型糖尿病相关最显著的是位于P2启动子附近的rs2144908和位于外显子附近的rsl884613。而在日本，Hara等[24]的研究也证明了这一结论，Hara等发现，在日本人群中HNF-4α基因P2启动子区包含的两个SNPs(rs1884614和rs2144908)的单体型与2型糖尿病显著相关，相关程度随检测位点与P2启动子区的距离成反比。最近，Jafar-Mohammadi等[25]对1000多例英国2型糖尿病患者研究发现，T130I突变型(rs1800961)与2型糖尿病相关。在国内，LI等[26]对中国人群的研究中发现rs11574736与中国汉族人群患2型糖尿病相关。HNF-4α基因中的SNPs能增加糖尿病患病风险的机理可能是由于在胰腺中，SNPs影响了HNF-4α中的P2启动子，从而影响了HNF-4α的基因表达，进而引起了β细胞功能受损，导致糖尿病。

然而，对HNF-4α基因SNPs的研究还存在与上述截然相反的结论。Vaxillaire等[27]在法国人群中未证实 P2启动区附近的 4个 SNPs(rs2144908、rs6031552、rs2425637、rs1884614)与 2 型糖尿病的相关性。Winckler等[28]对瑞典、加拿大、芬兰等地区的研究也得出了阴性结果，未能证明HNF-4α基因的SNPs与2型糖尿病有关。最近，Muller等[29]研究了Pima印第安人HNF-4α基因启动子和编码区的19个SNPs，结果表明HNF-4α基因变异可能不是Pima 2型糖尿病的主要相关因素。在国内，Wang等[30]的研究发现rs2144908与北京汉族人群患2型糖尿病无关，Chen等[31]对近2000名中国汉族2型糖尿病病人的研究也发现rs184614和rs2425637与中国汉族人群患2型糖尿病无关。这种研究结果的不一致可能反映了2型糖尿病的异质性，在与2型糖尿病连锁的HNF-4α基因区20q12-20q13.1，不同的种群、不同的生活环境以及不同的生活习惯可能有不同的易感位点，也可能是由于研究对象来自2型糖尿病家系，导致过高评价群体发病率而造成的。

4 结束语

随着糖尿病的发病率逐年上升，遗传因素在2型糖尿病中的作用越来越受人们重视。HNF-4α自1996年被确定为MODY1的致病基因后，其在2型糖尿病中的作用也开始受到人们的关注。HNF-4α作为2型糖尿病的候选基因，现在发现的突变类型多在欧美地区分布，但由于族裔的差异可能存在尚未发现的变异类型。因此全面系统分析HNF-4α在我国人群中的遗传变异，研究在我国人群2型糖尿病发病中的作用，对预防和治疗2型糖尿病具有十分重要的临床意义。

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