Small Maf转录因子在神经系统疾病中的作用研究进展

高飞 刘佰运 茆翔

Small Maf转录因子（small Maf transcription factors，sMafs）是Maf家族蛋白中的小型蛋白分子，由一组分子量为18 000的高度同源性蛋白组成，包含MafF、MafG、MafK，主要存在于细胞核中，但自身缺乏转录激活结构域[1]。sMafs在胚胎的发生过程中有着复杂的表达模式，并且在体内广泛表达，但是在不同组织中的表达水平差异明显[2]。尽管sMafs缺乏转录激活域，却已经成为体内重要的转录调节因子，并且在生物学方面表现出的多种作用[3]。神经系统疾病目前仍然是医学疾病中较为复杂而庞大的系统疾病，其发病的详细机制尚未完全阐明，目前对于其部分疾病仍缺乏有效的治疗方法。随着当今神经医学的发展，神经发育、神经损伤、神经认知以及神经退行性疾病等得到了更多的关注，阐明其相关的发病机制是预防和治疗此类疾病的基础，对降低医疗负担、社会成本以及提高生活质量具有重要的意义。sMafs在体内具有复杂的基因调控网络，有研究表明其在氧化应激和炎症反应等过程中发挥着抗氧化和抗炎症的作用[4]。本文针对sMafs在抗氧化和抗炎症的作用以及其在神经系统疾病中的作用机制进行探讨，现综述如下。

一、sMafs概述

1989年，致癌基因V-Maf，最早从肌肉腱膜纤维肉瘤（Maf）分离的禽类逆转录病毒的基因组中分离鉴定出来[5]。Maf家族是碱性亮氨酸拉链（the basic leucine zipper，bZIP）型转录因子的一个亚群，是V-Maf癌蛋白同源物[3]。与其他bZIP家族转录因子一样，Maf蛋白也具有高度保守进化的碱性亮氨酸拉链结构域，但功能更加多样化，其碱性的结构域与DNA结合，而亮氨酸拉链结构则与其他的bZIP家族转录因子进行结合，形成同源或异源二聚体[6]。Maf在生物的基因调控、分化以及肿瘤的发生和发育中发挥着重要的作用。

Maf家族蛋白分为大型Maf家族蛋白和小型Maf家族蛋白。由c-Maf、MafA、MafB和NRL构成的大型Maf家族，含有N末端的酸性反式激活结构域，在各种造血和神经组织的分化和发育中起着关键的作用[7]。小型Maf家族蛋白即sMafs蛋白，主要存在于细胞核中，也有研究发现其在核外的定位，并猜测核外的sMafs蛋白可能会抑制某些蛋白的靶基因的诱导[8,9]。在sMafs蛋白的碱性结构域附近具有一个独特的结构域，被称之为扩展同源区，这同时也是大型Maf蛋白所具有的保守的结构域，现已证明其主要是与DNA的特异性结合相关[10]。

sMafs的三种蛋白MafF、MafK、MafG，在bZIP结构上没发现三者之间的功能差异，但两两结合则会产生诸如MafFMafK、MafF-MafG等同源二聚体[1]。sMafs同源二聚体的共同识别结合基序为回文序列（TGCTGACTCAGCA），这个基序也被称为Maf识别元件（Maf recognition element，MARE）。由于Maf家族蛋白的碱性结构域中含有特定的赖氨酸残基，Maf转录因子的碱性区域除了核心区域外，还可以识别MARE侧翼的GC盒，从而使sMafs可以特异性地识别DNA[11,12]。

sMafs与Cap‘n’Collar（CNC）转录因子[包括p45 NF-E2和NF-E2相关因子（Nrf1、Nrf2和Nrf3）]以及Bach家族转录 因子（Bach1和Bach2）形成异源二聚体[13]。除此之外，sMafs还被证明可以与多种不同的蛋白质相互作用，从而在体内发挥更多更复杂的作用[14]。CNC家族和Bach家族单体不能有效地与DNA结合发挥作用，sMafs蛋白是其不可缺少的伴侣[1]。sMafs之间形成的同源二聚体，由于其缺乏转录激活域，因此其同源二聚体相当于与CNC和Bach蛋白互相竞争，特别是sMafs在体内过表达的时候，sMafs同源二聚体则充当转录抑制因子，抑制了CNC和Bach蛋白的靶基因表达[15,16]。大量证据表明，sMafs在体内的二聚体参与多种生物学过程，比如氧化应激、炎症反应、脂质代谢以及细胞凋亡等，并且参与多种神经系统疾病的发生和发展过程[17,18]。

二、sMafs抗氧化以及抗炎症作用

氧化应激主要是由于体内产生的氧化物质和抗氧化物质之间的不平衡所引发的损伤。在正常条件下，体内的抗氧化物质可以中和活性氧（reactive oxygen species，ROS）等氧化物质所带来的影响，但是在ROS等氧化物质过量产生时，体内的抗氧化能力不足以将其清除，从而会导致蛋白质的氧化、脂质的过氧化以及细胞变性和氧化损伤等一系列损伤[19,20]。炎症是一个十分复杂的生物过程，其中有血管、分子介质和免疫细胞的参与[21]。慢性炎症是许多慢性疾病和神经系统疾病的共同特征，会产生大量的ROS，同时也会产生大量的炎性介质，如细胞因子和趋化因子等，从而引发一系列的炎症级联反应，产生相应的损伤[22,23]。

相关研究发现MafG与冬眠动物体内的血红素加氧酶1（heme oxygenase-1，HMOX-1）之间存在调节关系[24,25]。哺乳动物在冬眠的过程中会产生较高的ROS，因此需要有效的抗氧化机制去抵抗ROS。相关报道表示冬眠哺乳动物体内HMOX-1的转录水平和蛋白水平都有所增加，并发现其各种器官内Nrf2和MafG的蛋白水平增加[25]。另有研究发现在氧化应激的条件下，Nrf2可以稳定地进入细胞核与sMafs蛋白结合形成异源二聚体，通过抗氧化反应元（antioxidant response element，ARE）激活特定的靶基因[23,26]。在sMafs基因的敲除小鼠中，发现其抗氧化的能力明显下降[4]。

MafG可以通过对Nrf2细胞内定位进行调节来控制其转录的活性。MafG与Nrf2的异源二聚体掩盖了Nrf2的bZIP结构域的核输出信号，从而增加了Nrf2在细胞核内的含量[27]。有人认为MafG与Nrf2的异源二聚体有利于其在细胞核的积累并导致其稳定化，并发现Nrf2-sMaf二聚体可以调节Ⅱ期解毒酶的表达，包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、醌氧化还原酶1、谷胱甘肽过氧化物酶、铁蛋白和HMOX-1等并发挥抗炎作用，从而在神经系统疾病中使细胞免受炎性损伤，并影响疾病的发生发展[28-30]。

基于以上证据可以发现sMafs可通过多种途径参与体内的氧化应激和炎症反应。

三、sMafs在神经系统中的作用

sMafs在体内的氧化应激、炎症反应以及解毒途径中发挥了抗氧化和抗炎的作用，但其在人类神经系统疾病中的病理机制及其发挥的作用仍知之甚少，而氧化应激和炎症反应是大多数神经系统疾病的共同特征，现探讨目前sMafs与神经系统疾病的一些相关联系。

（一）sMafs在神经损伤中的作用

在sMafs敲除鼠中发现，MafG敲除和MafG::MafK复合敲除鼠均可以表现出神经损伤缺陷的神经行为学变化。在MafG敲除鼠中发现肢体挛缩和协调性下降的异常行为[31]。MafG::MafK复合敲除鼠表现出相比于MafG单独敲除鼠更为严重的神经元进行性退变的运动性共济失调[32]。究其原因为sMafs在体内与CNC蛋白结合形成二聚体发挥作用，在神经系统疾病中特异性的Nrf1敲除鼠与MafG敲除鼠、MafG::MafK复合敲除鼠相比，表现出类似的神经行为学表型[33]。在sMafs突变小鼠中表现出Maf剂量依赖性的神经肌肉性功能障碍，并且其在神经系统疾病的神经障碍形态学的变化中，与甘氨酸受体数量的减少具有一定的相关关系[32]。以上数据均证明sMafs在神经系统疾病中与神经损伤缺陷有着密不可分的关系。

（二）sMafs在神经认知中的作用

认知功能障碍是许多神经系统疾病中共有的临床表现，主要表现为语言、记忆力、注意力、觉醒等存在缺陷，以及在社会交往和信息处理中存在障碍[34-36]。氧化应激和炎症反应被认为与许多的神经系统疾病的认知功能障碍相关，如阿尔茨海默病、亨廷顿病、帕金森病以及创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）中的继发性损伤[37]。

在认知功能障碍疾病的相关研究报道中发现，MafF在帕金森病患者的嗅神经球衍生细胞中存在差异调节，其相关的诱导由L-sulforaphane发挥作用，并且发现MafF只在帕金森病细胞中被诱导，而MafG在帕金森病和健康细胞中均被诱导[38]。另有研究发现Nrf2缺失的小鼠在TBI后24 h内会有严重的神经认知功能障碍，结果显示Nrf2的激活剂可以显著改善TBI后的神经功能障碍[39,40]。

Nrf2是体内主要的抗氧化反应的调节因子，主要与sMafs形成异源二聚体，通过ARE通路可以对多种细胞及因子进行调控，从而对氧化应激进行防御[41]。Nrf2在许多神经退行性疾病的氧化损伤过程中发挥着抗氧化的保护作用，例如有研究通过熊果酸激活Nrf2途径抑制氧化损伤标志物以减轻TBI后的氧化应激，从而减弱认知功能障碍[42]。还有相关的Meta分析表示在帕金森病和阿尔茨海默病中，MafF与Nrf2的基因调控网络存在一定的相关关系[43]。这些相关的数据均可表明sMafs在由氧化应激引起的认知障碍中发挥着减轻氧化损伤的作用。

相关研究表明，MafF可以减轻表皮生长因子诱导的丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号传导的表达，而MAPK信号传导在神经元分化以及炎症反应中均是重要的传导途径[44]。Nrf2也被认为在炎症反应中起着抗炎的作用，其中由Nrf2介导的HMOX-1及其代谢产物具有显著的抗炎作用[23,45,46]。有研究发现在小鼠的BV2神经小胶质细胞中可以通过介导Nrf2调节HMOX-1的表达，影响神经炎症来使小鼠海马HT22细胞免受损伤[47]。总之，sMafs异源二聚体在神经系统的氧化应激和炎症反应中发挥着至关重要的作用，从而影响神经认知功能。

（三）sMafs在神经发育中的作用

sMafs与神经元的分化相关。PC12嗜铬细胞瘤细胞和未成熟的端脑神经元在经过神经生长因子处理后，发现MafK出现上调的现象。研究发现MafK可以调节神经生长因子在PC12嗜铬细胞瘤细胞和未成熟的端脑神经元中促进轴突的产生和神经元的分化[48]。因此，sMafs在神经元分化和神经轴突外生长中发挥着至关重要的作用。研究已显示蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）对神经元分化进行负调节并充当抗凋亡的神经元保护剂，并且其可以抑制PC12嗜铬细胞中的MafK的表达。此外，MafF被鉴定为在PC12嗜铬细胞中的微列阵分析中的神经生长因子的早期立即响应基因，从而表明MafF在神经细胞分裂发育中的作用[6,49]。sMafs的浓度变化可能在神经系统疾病中起着关键作用，sMafs蛋白可能将是神经系统疾病新的治疗靶点，但其相关的机制未见明确报道。

（四）sMafs在神经系统中的其他作用

sMafs与Nrf2的二聚体可能在神经系统疾病中具有减轻细胞的凋亡和缓解脑水肿的作用。在TBI后的小鼠模型中，末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记结果显示通过激活Nrf2途径有助于减轻细胞的凋亡[50]。研究发现Nrf2缺失的小鼠在TBI后表现出更为严重的脑水肿，并且Nrf2的激活剂可以显著减轻TBI后的脑水肿[39]。目前虽然尚未有直接的证据证明sMafs参与其中的调控，但sMafs作为Nrf2必不可少的伴侣，Mafs与Nrf2有可能一起参与了其中的调控。

四、sMafs的未来展望

sMafs在氧化应激、炎症反应以及神经系统疾病中起着抗氧化和抗炎反应等作用，其在体内与其他信号蛋白相互作用调控，发挥着十分复杂而庞大的作用。sMafs在细胞核内具有复杂的调控作用，但其在细胞核外的作用及机制尚需进一步研究。sMafs的三个高度同源蛋白以及其在进行性神经元变性、氧化应激、白内障等功能重叠的蛋白之间的相互作用及机制也将会是未来的重要研究方向。今后将继续研究sMafs在神经系统疾病中更多的作用机制，以发现新的治疗靶点，为临床的治疗提供指导意义。