活化转录因子3与急性肺损伤

吴秀琳 陈复辉 钱斓兰 郭亮 吴学玲 唐敏



·综述·

活化转录因子3与急性肺损伤

吴秀琳1，2陈复辉2钱斓兰3郭亮3吴学玲4唐敏5

活化转录因子3； 急性肺损伤； TLRs； NF-κB

急性肺损伤(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是由各种直接和间接损伤导致的肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞损伤，造成弥漫性肺间质及肺泡水肿，进而发生急性低氧性呼吸功能不全。其由多种炎症细胞(巨噬细胞、嗜中性粒细胞和淋巴细胞等)介导，导致肺脏局部炎症反应和炎症反应失控所致的肺毛细血管膜损伤，是临床常见危重症，病死率高，发病机制非常复杂，且不完全明确，为常见的进展迅速的炎症性肺疾病[1-3]。急性肺损伤的发病机制较多, 多由细菌内毒素引起。内毒素的活性成分脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)是 ALI 的重要致病因子,肺脏是其损伤的敏感靶器官之一。内毒素性急性肺损伤的发病率及死亡率很高,严重威胁着人类的健康。然而其发病机制错综复杂,尚无有效的治疗方案[4]。目前,分子生物学技术的发展及内毒素相关研究的不断深入,为研究内毒素性肺损伤的病理机制和治疗提供了更为广阔的空间,也为减少临床上内毒素的病死率提供了更多的治疗方案。近来发现活化转录因子3(activating transcription factor 3, ATF3)在炎症信号通路具有重要调控作用，可能为内毒素性ALI治疗的一个重要靶点[5-6]。现就ATF3在内毒素性急性肺损伤等炎症中的作用的做一综述。

一、ATF3蛋白质结构特点

ATF3基因定位于1q32.3，最初是从人子宫颈腺癌传代细胞系 HeLa 细胞中分离获得，至今已先后从大鼠及小鼠中克隆了其同源基因 LRF1、 LRF21、 CRG5 及 TI241，因氨基酸序列与人ATF3 同源性高达95%，因此统一命名为ATF3。 ATF3基因所编码的蛋白质为 ATF/ CREB(activating transcription factor, ATF/cyclic AMP response element-binding, CREB) 家族中成员之一，其家族代表了一大群含碱性区-亮氨酸拉链(basic-region leucine zipper, bZIP) 的转录因子， 包括 CREB、CREBP1、ATF3、ATF4、ATF6、B-ATF、ATF7 等，这些蛋白质的共同特点是拥有bZIP区域，其碱性区主要负责与ATF/CREB 共 有 序 列 位 点 TGACGTCA结合，而亮氨酸拉链区与其他拥有bZIP的蛋白质形成同二聚体或异二聚体[7-8]。

目前发现ATF3 cDNA有全长型和可变剪接型。ATF3 全长 CDNA编码的蛋白质含有 181个氨基酸，其相对分子质量为22×103。 ATF3与自身形成的同二聚体，与 ATF3位点结合后主要发挥抑制转录作用；另一方面ATF3 还可与其他bZIP蛋白结合形成异二聚体，这些异二聚体有的发挥激活转录活性，有的则抑制转录。ATF3剪接变异型包括ATF3ΔZip、ATF3ΔZip2a、ATF3ΔZip2b、ATF3ΔZip2c、ATF3ΔZip3和ATF3ΔZip3b。其中ATF3ΔZip，是经血清培养的 HeLa 细胞中分离得到的同源蛋白，其缺乏亮氨酸拉链区，不能结合 ATF/CRE 序列，然而仍能激活转录，有研究报道很可能靠阻遏协同抑制因子与启动子接触发挥作用。而ATF3ΔZip2a 和 ATF3ΔZip2b，两者是经高半胱氨酸处理的 HUVECs 细胞中检测到的，与 ATF3ΔZip 相似也缺少亮氨酸拉链区不结合 ATF/CRE 序列，单独对转录不起作用，与全长 ATF3 协同表达时可显著削弱ATF3 转录抑制作用，从而进一步刺激转录。因此，ATF3的变异剪辑在靶基因的调控中也是非常重要的[9-10]。

二、ATF3在内毒素性急性肺损伤等炎症分子机制中的作用

炎症是具有血管系统的活性组织对损伤因子所发生的防御反应，具有杀灭病原体、限制感染及修复损伤等作用，但需要精确调控的过程，否则过度炎症反应会造成组织损伤，严重时可危及生命，如急性肺损伤就是炎症反应失衡的后果。内毒素性急性肺损伤的发生主要是LPS进入机体后被脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharide binding protein, LBP)识别,然后与CD14 结合,形成LPS/ LBP/ CD14,其通过信号转导通路活化炎症细胞释放大量炎症因子的过程错综复杂,迄今尚未完全阐明。

1. TLRs通路激活能提高ATF3蛋白表达水平: Toll 样受体(Toll-like receptors, TLR)是一个模式识别受体家族， 它们在进化上高度保守，从线虫到哺乳动物都存在 TLRs。目前已发现的鼠类有12种(TLR1-9，TLR11-13)，人类10种(TLR1-10)，果蝇12种(TLR1-9,18wheeler)。TLR可识别并结合不同的来自各种细菌或病毒的分解产物(pathogen-associated molecular patterns, AMP)，来启动机体的天然免疫和引起获得性免疫反应。PAMP是引起天然免疫的一些微生物共有的特定保守位点，包括革兰阴性菌的LPS、肽聚糖、脂磷壁酸、磷壁酸真菌的甘露聚糖、病毒的RNA、表面蛋白、革兰阳性菌的脂蛋白，细菌表毛蛋白，以及一些微生物的CpG DNA、dsRNA、ssRNA[11]。

ALI 的重要致病因子是内毒素的活性成分LPS，主要与TLR4受体结合。TLRs 的激活可诱导很强的免疫反应，有利于机体抵抗病原体感染或组织损伤，但是过度的免疫反应也会带来不利影响，如产生内毒素休克等。为了保证 TLRs 介导正确的免疫应答，机体存在精密的负调控机制，及时抑制 TLRs 信号，维持机体的免疫平衡。TLR4作为 LPS 诱导的细胞应答的顶点,在 LPS介导的 ALI 的发病机制中发挥重要作用。如果能调节 TLR4的信号转导,就可能在不同的病理阶段将炎性反应水平调控在合适水平,从而有利于ALI的防治，并可作为药物研发的靶点。

ATF3与TLRs的关系最初是在研究一种带有黑色素瘤抗原、dsRNA和CpG DNA的疫苗时，基因芯片分析发现pIC/CpG-ODG通过与TLR3和9结合后，ATF3基因表达明显上调[12]。此后，陆续发现，ATF3在静息状态下的细胞中低表达，TLRs激活单核巨噬细胞后，不仅LPS与TLR4结合，CpG-ODG与TLR9、酵母聚糖与TLR2和6的异二聚体结合等都能明显使ATF3蛋白水平表达一过性增高，提示ATF3在TLR信号通路中起到关键的调节作用[12-14]。

2. ATF3通过直接和间接的方法负性调节TLRs/NF-κB中炎症因子: TLRs最突出的生物学功能是促进细胞因子的合成与释放，引发炎症反应。单核巨噬细胞等通过TLRs识别入侵的病原体PAMP后，通过信号通路，活化NF-κB等核心转录因子，合成IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、IFN-γ等细胞因子和趋化因子，释放到胞外，引起粒细胞和巨噬细胞趋化聚集，毛细血管通透性改变，淋巴细胞浸润等炎症反应，发挥早期免疫应答的效应。

早期在ATF3基因缺失骨髓来源的单核巨噬细胞中发现，LPS处理后，IL-6和IL-12b表达明显增加；此后采用一系列TLRs活化ATF3缺失的原代巨噬细胞，都产生了较高的IL-6和IL-12p40[12-14]；而TRL9激活时还可以使TNF-α表达增加[15]。所以，ATF3很有可能是早期炎症因子负调控子。内毒素诱导产生的细胞因子主要有 IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α等。这些细胞因子不仅可以直接导致肺损伤,还可以激活其他信号通路,促进炎症因子的表达,导致肺损伤[16-17]。下调促炎因子或上调抗炎因子的产生,使其保持平衡,可使肺内环境由促炎反应向抗炎反应转变,从而阻止肺内反应继续进展。ATF3在TLR信号通路中的作用主要就与细胞因子平衡有关。那么ATF3是如何调控细胞因子目前尚不清楚。

炎症反应相关的信号通路包括TLR-4介导的LPS信号转导，TNF-α受体介导的TNF-α信号转导，趋化因子受体介导的信号转导通路。三个信号通路最终都会激活NF-κB。NF-κB是一种重要的转录因子,与目的基因结合位点结合,启动和调控一系列参与炎症反应的炎症因子基因表达,参与ALI 的炎性反应进程,介导肺脏等器官功能损害。NF-κB 的持续活化与肺损伤的严重程度有关,阻断 NF-κB 途径有利于 ALI 的治疗。

很多炎症相关的细胞因子的基因启动子上ATF/CREB结合位点与NF-κB转录因子结合位点非常接近，提示ATF3可能直接抑制NF-κB转录活性。其可能与ATF3和脱乙酰化酶(HADC1)结合，其与位于染色质中的组蛋白乙酰化位点结合，引起染色质构象变化进而阻止NF-κB与 DNA结合，影响其转录活性。另一方面也有研究显示ATF3也可通过抑制IL-6的正向调控子CEBPδ这种间接的方法负性调控IL-6表达。

近年来，研究者们发现在各种炎症疾病中，常伴随着 ATF3 的表达异常， ATF3 基因与炎症相关疾病的发生、发展的关系不断被揭示。随着研究的深入， ATF3 与急性肺损伤关系正逐步明确，以评价其是否能够作为安全有效的治疗靶点。与此同时，分子靶向治疗的研究在不断进展，相信在不久的将来能通过这个基因 研制出更好的药物，为急性肺损伤治疗提供更好的治疗方式。

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(本文编辑：王亚南)

吴秀琳，陈复辉，钱斓兰，等. 活化转录因子3与急性肺损伤[J/CD]. 中华肺部疾病杂志(电子版)， 2017， 10(2)： 215-217.

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.02.026

国家自然科学基金资助项目(81270130)

400061 重庆，武警重庆总队医院老年科1150086 哈尔滨，哈尔滨医科大学第二临床学院 呼吸科2

400037 重庆，第三军医大学新桥医院呼吸科3

吴学玲， Email: wuxueling76@126.com

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2016-11-23)

200127 上海，上海交通大学医学院仁济医院 呼吸科4

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