NR4A孤儿核受体亚家族在代谢综合征中的作用

张 池(综述)，胡 吉，张朝云3(审校)

(1.扬州大学附属兴化人民医院内科，江苏兴化225700;2.苏州大学附属第二医院内分泌科，江苏苏州215000;3.复旦大学附属华山医院内分泌科，上海200040)

核受体超家族，如过氧化物酶体增殖物激活受体和肝脏X受体亚群等，参与协调血糖、血脂平衡，控制炎症表达，根据这两者及其配体开发的药物已被运用至调节糖代谢、脂代谢中[1-2]。但目前尚有一组配体未知的核受体，称为孤儿核受体，其中包括NR4A孤儿核受体亚家族——Nur77(NR4A1)、Nurr1(NR4A2)和NOR1(NR4A3)。NR4A三名成员之间具有高度同源性，他们以非配体依赖的转录因子为特征，可以被环境中的刺激信号快速诱导，行使早期反应基因功能。该文将对NR4A受体的分子生物学、生理功能及其在糖代谢、脂代谢、胰岛素敏感性调节中的作用进行阐述。

1 NR4A受体的分子生物学

所有的核受体超家族成员有共同的高度保守的分子结构:一个可变的N端区、一个中心DNA结合区(DNA binding domain，DBD)和一个连接DBD到C端可变而连续的配体结合区。其中最保守的区域是DBD，它包含两个高度保守的锌指结构，能使蛋白锚靠在特异的DNA序列——激素反应元件上;配体结合区则包含了一个配体依赖的反式结构域AF-2。NR4A核受体亚家族的三个成员同样包括上述共有的结构组成，它们的DBD具有高度的同源性，其一致性达到了90%以上。

然而，对它们的配体结合区的进一步观察发现，NR4A的配体结合区并非是经典的核受体配体结合区的疏水性结构，它们表现出显著的亲水性表面活性，其活性主要依赖于N端的非配体依赖的结构域AF-1，而并非通过依赖配体结合产生，提示NR4A受体是主动性转录因子[3]。

NR4A受体被认为是迅速的早期反应基因，其表达水平在很大程度上决定其转录活性。多种细胞外刺激因素，包括分裂素、炎性刺激、细胞因子、肽类激素以及细胞应激都能快速诱导NR4A受体的表达[4]。一旦被激活，NR4A核受体便可以单体形式结合到神经生长因子诱导克隆B反应元件上诱导基因表达[5];此外，NR4A1和NR4A2可与视黄醇类X受体(retinoid X receptor，RXR)形 成 RXRoL/NR4A2、RXR/NR4A1等异源二聚体，通过9-顺式维甲酸依赖途径激活转录[6]。新的研究还发现，NR4A受体不仅能激活基因表达，还能通过诱导阻遏复合体抑制炎症基因启动子[7]。除了作为迅速的早期反应基因，NR4A受体也受转录后修饰所调节，三种NR4A受体都会在多种激酶作用下于丝氨酸残基上发生磷酸化，这些激酶包括丝裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇3-激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、c-Jun氨基端激酶及核糖体S6蛋白激酶;例如NR4A1的DBD内丝氨酸350位点和354位点发生磷酸化会抑制其转录活性;而丝氨酸105位点磷酸化会诱导RXRα/NR4A1二聚体出核，则可使NR4A1的转录活性下降[8-10]。除了磷酸化，所有NR4A受体均有泛素化修饰位点，如NR4A2的DBD内赖氨酸91位点发生泛素化后，NR4A2的转录活性可通过协同作用而被抑制[11]。

综上所述，NR4A受体转录活性并不依赖于配体，而主要依赖于受体本身的表达及其翻译后修饰。

2 NR4A受体与糖代谢

在禁食和胰高血糖素刺激下，肝脏的三种NR4A受体诱导显著增加，此外在糖尿病模型小鼠出现病理性糖异生时，肝脏的NR4A受体的表达量亦上升[12-14]。功能研究进一步表明，腺病毒过表达NR4A1可以使小鼠肝糖原合成及糖异生产量增加;值得一提的是，NR4A1过表达可以介导多个控制糖异生的基因，包括 G6pc、Fbp1、Fbp2及 enolase3，它们共同的特点是其启动子是神经生长因子诱导克隆B反应元件[13]。这项研究提供了NR4A受体调节糖异生作用的第一个实验证据，并推测NR4A受体可能为激素刺激与其下游代谢相关基因表达的纽带之一。

在骨骼肌中，NR4A受体可由生长因子、β肾上腺素能信号以及耐力运动诱导。在C2C12肌肉细胞中，利用腺病毒过表达NR4A1可以使参与糖代谢的基因表达增加;与此对应的是，NR4A1基因剔除小鼠骨骼肌中，与糖利用相关基因的表达下降[15]。另外一项研究的结果也与此相符，高脂饮食喂养的NR4A1基因剔除小鼠的骨骼肌出现葡萄糖转运蛋白4的低表达和胰岛素信号的改变，其更易出现胰岛素抵抗表现[16]。虽然目前尚无NR4A3基因剔除小鼠中糖代谢的研究，但在肌肉细胞中敲降NR4A3，调节脂肪酸氧化、丙酮酸使用的基因(过氧化物酶体增生物激活受体γ共激活因子1α/1β、lipin-1α、丙酮酸激酶脱氢酶磷酸酶1r/1c)显著衰减，表明NR4A3在氧化代谢中可能扮演着不可或缺的角色[17]。除此以外，NR4A3还被证明可以促进脂肪细胞胰岛素刺激的葡萄糖摄取，增强胰岛素信号和葡萄糖转运蛋白4转位[18]。另一个有趣的实验结果显示，将“高运动能力”小鼠伸趾长肌中的NR4A3表达与“低运动能力”小鼠相比，前者表达量更高，提示NR4A3可能与代谢相关[19]。

综合以上几点，可以知道NR4A受体在糖代谢和氧化作用扮演着重要角色。

3 NR4A受体与脂代谢

越来越多的证据表明，NR4A受体的三个成员可参与调节脂质代谢的各个方面，如脂肪分化等[20]。Maxwell等[21]认为，NR4A1在肌肉组织中对脂质合成起到了促进作用，而Pols等[22]则发现腺病毒过表达的NR4A1通过下调脂肪合成调节基因固醇调节元件结合蛋白1c(sterol response element-binding protein 1c，SREBP1c)活性，使小鼠血浆中高密度脂蛋白下降，而低密度脂蛋白上升，最终导致小鼠脂代谢功能紊乱，即NR4A1对小鼠肝脏中的脂质代谢及血浆中脂蛋白表达谱有调节作用。另一方面，高脂饮食喂养的NR4A1基因剔除小鼠中SREBP1c活性增加，同时出现肝脂肪变性，但在该研究中，Wan等[23]并未阐明NR4A1是直接作用于SREBP1c的基因表达。而Chao等[16]更倾向于认为这种脂代谢异常是继发于高胰岛素血症。

在3T3-L1前脂肪细胞上的实验中，Au等[24]将通过小RNA分子载体过表达NR4A受体，并未发现显著脂肪合成增加或显著的脂肪堆积。Chao等[16]认为虽然在骨骼肌和脂肪细胞中NR4A受体可能对代谢有重要作用，但这种作用可能并非不可或缺的。但在另一个3T3-L1前脂肪细胞上的实验中，Chao等[20]通过过表达 NR4A 受体(NR4A1、NR4A2 和NR4A3三者均有)发现，脂肪细胞的分化过程显著加快，尤其是NR4A1对其分化的影响区趋于稳定。Fumoto等[24]通过观察3T3-L1细胞分化过程中的NR4A1 mRNA和蛋白的表达发现，NR4A1可以在分化的初始阶段迅速出现mRNA和蛋白水平的表达增加，进一步影响细胞周期蛋白D和E的表达，最终使3T3-L1前脂肪细胞向脂肪细胞分化加快。可见，NR4A受体可能主要通过抑制3T3-L1细胞的有丝分裂而影响其分化，但具体机制尚待进一步研究发现。

除此以外，NR4A受体还与其他影响脂肪细胞转录的信号转导通路有交叉，如NR4A2和NR4A1与Wnt信号转导通路[7，26]和糖皮质激素受体[27]有相互交错的关系，后两者被认为是在脂肪合成过程中有重要作用[28-29]。

4 NR4A受体与能量代谢平衡

棕色脂肪组织通过解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP)的解偶联线粒体呼吸的作用，在参与产热的器官中发挥着重要作用，从而影响全身能量代谢平衡。Ijiri等[30]研究表明，冷暴露的情况下NR4A受体表达均可被诱导，而在棕色脂肪细胞的β肾上腺素能刺激诱导下NR4A1表达显著上升。Kanzleiter等[31]报道，棕色脂肪中NR4A1可以抑制UCP-1基因启动子启动，但在NR4A1基因剔除小鼠中，UCP-1的表达并无显著改变，提示这种抑制不是直接作用于UCP-1基因启动子上的。另一方面，NR4A3可以通过神经生长因子诱导克隆B反应元件位点与 UCP-1启动子结合，从而上调 UCP-1基因表达[32]。NR4A1与NR4A3两者在UCP-1表达上的不同表现，可能正是因为作用靶点不同。此外，冷刺激下过表达NR4A基因的骨骼肌细胞中的氧化肌纤维和线粒体DNA含量增加，提示NR4A受体参与骨骼肌的氧化代谢和线粒体活性的调控[33-34]。

NR4A3转基因鼠的肌肉组织中，葡萄糖耐量、氧消耗、运动耐力均有显著改善，提示NR4A3在肌肉等重要组织的生理功能和代谢能力中起着某种协调作用[35]。在严格控制饮食的棕色挪威大鼠肝脏及大脑中三个NR4A受体表达及其靶基因(UCP-3、磷酸腺苷激活性蛋白激酶γ3、过氧化物酶体增生物激活受体γ共激活因子1α/1β)表达均上升[15]，在小鼠第三脑室中注射NR4A3，可以发现小鼠摄食显著减少，伴随着体质量下降，提示NR4A受体可能通过影响摄食中枢调节饮食，进而影响糖代谢、脂代谢及胰岛素敏感性[36]。

5 展望

代谢综合征是一组以肥胖和脂代谢异常、血糖代谢异常和血压升高等多种代谢异常为特征的综合征。非配体依赖性的孤儿核受体NR4A核受体亚群是一组早期反应基因，其蛋白产物可被多种代谢刺激所诱导，其与代谢综合征各个组分之间均有密切关联。然而，NR4A受体在代谢中的作用及其机制尚无定论，甚而有些结果大相径庭;三种NR4A受体在相同细胞、组织中作用的异同并存及其机制，都有待进一步研究。尽管NR4A受体调节的靶基因、信号转导通路等尚不明确，但各种基因定位的动物模型的运用，将为进一步揭示代谢综合征致病基因等提供新的可能。更重要的是，如果能找到NR4A受体靶基因并阐明其机制，可对认识代谢综合征的发生、发展有重要意义。除此之外，对于基因靶点及其信号转录等机制的阐明，将会有巨大的药理学价值，对预防和治疗代谢综合征起到推动作用。

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