转录激活因子3与慢性肝脏疾病相关性的研究进展

辜群利, 李 晖, 邓秀秀， 曾子键， 董海舰

1 成都中医药大学附属医院 中心实验室， 成都 610072；

2 成都中医药大学临床医学院， 成都 610072

肝脏疾病涉及的组织与细胞类型复杂多样，目前认为细胞信号转导与基因表达的异常是其重要的分子机制。在众多信号分子中，转录因子能够直接调节基因表达，在调节细胞功能与疾病进展中发挥关键作用。转录激活因子3(activating transcription factor 3,ATF3)是一种应激诱导的适应性反应基因[1]，作为信号中枢与肝细胞和肝星细胞相互作用引起一系列生物活性的变化。然而，关于ATF3在肝脏疾病中的表达和功能的报道很少，其在肝脏中作用机制尚不明确，本文将对ATF3与慢性肝脏疾病中的相关性进行综述，以期寻找新的潜在治疗靶点。

1 ATF3概述

典型ATF3最初是从血清诱导的HeLa细胞中分离出来的，它编码181个氨基酸，分子量为22 kDa，是ATF/cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)家族的一员，它以共有序列TGACGTCA与许多启动子中的环腺苷酸反应元件(CRE)结合。ATF3已在不同的细胞系统中鉴定出五种选择性剪接亚型，包括ATF31zip、ATF31zip2 (ATF31zip2a和ATF31zip2b)、ATF31zip2c、ATF31zip3、ATF3b，在功能上，除了ATF3b，其他亚型(亮氨酸拉链结构域缺陷)不能结合DNA并抵消标准ATF3的转录抑制[2]。

ATF3的表达和功能取决于其受到的诱导信号及其相互作用蛋白等多种因素的影响。在生理条件下，ATF3的表达受到包括脂肪因子、趋化因子、细胞因子、缺氧和化疗药物等多种应激信号的刺激[1,3-8],这些细胞外信号激活ATF3诱导表达如NF-κB、Smad、ERK、TGFβ、JNK和p38等信号通路[9-10],从而引起一系列细胞生物学变化。ATF3在细胞对压力的反应中起着重要的作用，通过修复DNA损伤来缓解应激,而通过抑制Id-1和调节p21、p53、细胞周期蛋白控制细胞周期来影响细胞凋亡[11-12]。ATF3 可与自身结合形成同源二聚体对靶基因启动子发挥转录抑制作用,也可与其他ATF/CERB家族蛋白或CCAAT/增强子结合蛋白(C/EBP)家族蛋白合作形成异源二聚体，根据细胞和启动子的不同条件发挥转录抑制或转录激活双向调节作用[13]。

ATF3的活性还受翻译后修饰(post translational modifications，PTM)的调控，ATF3被认为是许多细胞转导过程中的枢纽，具有许多潜在的PTM位点。它有1个酪氨酸、21个丝氨酸/苏氨酸和17个赖氨酸残基，这是最常见的修饰氨基酸[1]，在所有预测的PTM中，实验分析表明ATF3经历了磷酸化、乙酰化和泛素化。

2 ATF3在肝脏代谢中的作用

2.1 ATF3调节肝脏葡萄糖代谢 ATF3参与多种器官和组织的葡萄糖代谢，包括胰腺、肝脏、脂肪组织、下丘脑和心脏。研究[14]发现，在转甲状腺素运载蛋白(transthyretin,TTR)启动子驱动的肝脏和胰腺中过度表达ATF3的转基因小鼠表现出葡萄糖稳态失调和围产期致死率升高，并证明ATF3在肝脏中的表达抑制了编码糖异生酶如磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和果糖-1、6二磷酸酶的基因表达。此外，TTR-ATF3转基因小鼠表现出肝功能障碍的迹象，如血清丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、胆红素和胆汁酸增加[15]。

最近研究发现ATF3在乙醇介导的降糖作用中起关键作用。乙醇的摄入很可能是一种应激信号，会增加胰腺和肝脏中ATF3的表达。使用小干扰核糖核酸靶向破坏ATF3导致酒精依赖性β细胞功能障碍的逆转，以及葡萄糖激酶和胰岛素上调[16]。ATF3与β细胞中的胰腺和十二指肠同源盒因子-1(pancreatic and duodenal homeobox factor-1,PDX-1)启动子结合并抑制其转录，从而提供了ATF3改变葡萄糖稳态的额外机制[17]；同样，乙醇消耗后ATF3的增加导致PDX-1与葡萄糖激酶启动子的结合减少[16-17]。乙醇还通过减少CREB及其辅激活剂CREB调节转录辅激活剂2向糖异生基因启动子的募集并抑制其表达来降低空腹血糖水平；而ATF3沉默逆转了禁食小鼠和培养肝细胞中乙醇的这些效应，证明了CREB和CREB调节转录辅激活剂2对糖异生启动子的募集依赖于ATF3[18]。

ATF3还可以通过防止促凋亡基因信号转导与转录激活因子1(signal transducerand activator of transcription 1,STAT1)在肝细胞的泛素化和蛋白酶体降解来稳定STAT1，从而促进链脲佐菌素诱导的糖尿病损伤[19]。

2.2 ATF3调节肝脏脂肪代谢 ATF3在肥胖小鼠的白色脂肪组织中上调，ATF3可下调CCAAT/增强子结合蛋白α(CCAAT/enhancer binding protein alphal,C/EBPα)或过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated reeptor γ, PPARγ)的表达，抑制脂肪细胞分化[20-22]。以往有研究发现ATF3负性调节脂联素基因及其受体的表达。Jang等[20]证明ATF3参与了脂肪细胞缺氧调节的肥胖线粒体功能障碍，线粒体相关基因如核呼吸因子1、过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α、细胞色素C氧化酶1、细胞色素C氧化酶2和超氧化物歧化酶在脂肪细胞特异性ATF3转基因小鼠的白色脂肪组织中与野生型(WT)小鼠相比下调。最近Cheng等[23]研究表明，与喂食高脂野生组(HFD-WT)小鼠相比，ATF3 基因敲除小鼠表现出代谢失调，包括肥胖和胰岛素抵抗；在体外，ATF3的过度表达诱导白色脂肪细胞转分化为米色/棕色脂肪细胞；他们进一步研究发现，ST32da，一种从ATF3特异性启动子筛选平台中选择的合成ATF3诱导剂，通过抑制碳水化合物反应元件结合蛋白-硬脂酰辅酶a去饱和酶-1轴(ChREBP-SCD-1)增强ATF3表达以下调脂肪因子基因并诱导脂肪细胞褐变；而ATF3诱导剂ST32da调控棕色和米色脂肪细胞代谢的信号通路和机制有待进一步研究。Kim等[24]研究表明，用查尔酮(包括2,2,4-三羟基查尔酮和丁烯)治疗可导致ATF3的强烈诱导和C3H10T1/2细胞分化的抑制。综上所述，这些发现表明ATF3在调节脂肪细胞生成、脂肪形成、成脂分化三方面起着有益的作用。

肝脏脂肪变性是由于甘油三酯合成、分解和分泌失调所致。ATF3基因缺陷小鼠出现肝脏脂肪变性，并在肝脏和多个免疫器官显示髓源抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells,G-MDSCs)的扩张。经糖皮质激素(GC)处理或ATF3缺陷的G-MDSCs可促进肝脏脂质堆积，而耗尽G-MDSCs可减轻这些影响。进一步研究[25]表明，在MDSCs中，ATF3通过直接与负GR反应元件结合而被GC受体GR反式转录，而S100A9是G-MDSCs中ATF3的主要转录靶点，沉默S100A9可明显减轻ATF3缺乏或GC处理引起的G-MDSCs增殖和肝脂肪变性。

2.3 ATF3调节肝脏免疫功能 目前ATF3在先天免疫和炎症性疾病中的作用已经得到了很好的研究。在先天免疫中，ATF3通过与NF-κB相互作用和抑制促炎细胞因子如IL-6、IL-12b和Toll样受体4 (TLR-4)在脂多糖处理的小鼠中起免疫调节剂的作用，但在内皮细胞中，ATF3主要在对TLR活化的反应中表达并促进炎症[2]。de Nardo等[26]发现，高密度脂蛋白对TLR介导的炎症的保护作用依赖于ATF3。在高密度脂蛋白存在的情况下，ATF3与IL-6、IL-12p40和TNF的启动子结合。在应激诱导的免疫细胞激活后，ATF3被上调，随后通过与其启动子结合下调靶基因的表达，包括细胞因子(如IL-1β、IL-4、IL-5、IL-6、IL-12p40、IL-12b、IL-13、TNF和IFNβ/γ)和促凋亡基因(如Bak和Bax)。此外，ATF3通过TIAM2的表达增强中性粒细胞的趋化性。这些观察表明，ATF3在调节免疫反应和维持正常宿主防御中起着至关重要的作用。

ATF3在自然杀伤细胞(NK细胞)内起调节抗病毒反应的作用。ATF3是巨噬细胞促炎细胞因子表达的负性调节因子，ATF3缺陷小鼠更容易内毒素休克。有研究[27]证明了ATF3与NK细胞中IFNγ基因的顺式调控元件相互作用，并且ATF3缺失的NK细胞显示出IFNγ的转录和分泌增加；NK细胞来源的IFNγ对小鼠巨细胞病毒(murine cytomegalovirus,MCMV)感染具有保护作用，ATF3基因缺失的小鼠在受到MCMV攻击时表现出肝病毒载量减少和肝组织病理学改变；用ATF3缺失NK细胞重组NK缺陷小鼠比用WT细胞重组小鼠更有效地控制了MCMV感染，表明ATF3在NK细胞内发挥调节抗病毒效应的作用。此外，在活性氧胁迫下，小鼠ATF3的丧失可防止细菌和真菌感染，活性氧增加ATF3的表达并抑制IL-6的产生，ATF3基因敲除小鼠易受感染[28]。

Zhu等[29]研究了肝脏缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusioninjury,IRI)模型中ATF3/mTOR/HIF-1轴调节免疫反应的机制。ATF3的缺失加剧了肝损伤，这可以通过血清ALT水平的升高、肝内巨噬细胞/中性粒细胞的转运、肝细胞凋亡和促炎介质的上调来证明。ATF3缺乏促进mTOR和p70S6K磷酸化，激活高迁移率族蛋白1和TLR4，抑制脯氨酰羟化酶1，增加缺氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factor 1α,HIF-1α)活性，导致IRI肝脏Foxp3下调和RORγt、IL-17A上调。在体外，阻断ATF3基因敲除(KO)小鼠的mTOR或p70S6K或骨髓来源的巨噬细胞可下调高迁移率族蛋白1、TLR4和HIF-1α，上调脯氨酰羟化酶1，增加Foxp3和降低IL-17A水平。HIF-1α在ATF3 KO小鼠中的沉默改善了IRI诱导的肝损伤，同时下调了IL-17A在ATF3缺陷小鼠中的表达。这些发现表明ATF3缺乏激活mTOR/p70S6K/HIF-1α信号，这对于调节TLR4驱动的炎症反应和T淋巴细胞发育至关重要，为肝移植后肝IRI的治疗提供了潜在的治疗靶点。这些结果强调了ATF3介导的mTOR/p70S6K/HIF-1α信号在肝脏炎症损伤过程中调节先天免疫和获得性免疫中的作用。

3 ATF3与肝脏疾病的相关性

3.1 ATF3与非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) Kim等[30]采用Zucker糖尿病肥胖大鼠针对ATF3的体内-jetPEI siRNA递送系统用于功能丧失实验，发现ATF3在Zucker糖尿病肥胖大鼠的肝脏和患有NAFLD或2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D)的人群中高度表达，首次证明了ATF3有作为诱导肝脂肪变性和T2D有效调节因子的新功能。该实验结果表明，胰岛素抵抗和肝脂肪变性与ATF3表达增加及通过线粒体功能障碍减少脂肪酸氧化有关，而线粒体功能障碍通过体内ATF3沉默而减弱，这表明ATF3可能是预测NAFLD进展和T2D发展的生物标志物。

Fang等[31]使用小鼠的功能获得和丧失方法发现,ATF3被干扰素调节因子-2结合蛋白2(interferon regulatory factor binding proteins,IRF2BP2)转录抑制调节NAFLD。他们确定IRF2BP2部分通过ATF3发挥作用，是抑制肝脂肪变性、胰岛素抵抗和炎症的整合转录抑制因子，并在控制NAFLD中充当内在抑制因子。将IRF2BP2作为治疗靶点，利用其内在的限制性机制，可以为NAFLD的预防和治疗开辟一条新的途径。

Tu等[32]通过转录组学分析确定ATF3是脂肪心磷脂合成酶1(adipose cardiolipin synthase 1, CRLS1)基因敲除小鼠差异表达的关键基因，进一步研究发现，CRLS1在棕榈酸刺激的肝细胞中抑制ATF3的表达及其活性，而ATF3则部分逆转了代谢应激下CRLS1过表达所抑制的脂质堆积和炎症。这些发现揭示了CCRLS1通过抑制ATF3的表达和活性，减轻非酒精性脂肪性肝炎病理过程中的胰岛素抵抗、肝脏脂肪变性、炎症和纤维化，对开发更具体的NAFLD治疗策略具有重要的临床意义。

3.2 ATF3与肝纤维化 以往研究表明ATF3在CCl4诱导的肝纤维化小鼠模型和胆管结扎的肝纤维化患者的肝组织样本中上调，ATF3在活化的肝星状细胞(HSC)和损伤的肝细胞中过度表达。

为了探讨ATF3在肝纤维化中的作用，Shi等[33]首次提供了ATF3过度表达导致肝纤维化的证据，报告了ATF3在小鼠和人类纤维化肝脏、激活的HSC和损伤的肝细胞中过度表达。他们在体内和体外的研究表明，ATF3通过促进纤维化前基因的表达和HSC的激活而不是调节肝细胞的凋亡及增殖来加重肝纤维化；此外，ATF3核定位的增加促进了纤维化基因和在肝纤维化过程中过表达且具有人鼠同源性的长链非编码RNA(lnc-SCARNA10)的转录，lnc-SCARNA 10通过募集SMAD3到这些基因的启动子，在肝纤维化中作为TGFβ信号传导的新的正调节因子发挥作用；进一步实验发现lnc-SCARNA10以TGFβ/SMAD3依赖的方式促进ATF3的表达，揭示了TGFβ/ATF3/lnc-SCARNA10轴通过激活HSC促进肝纤维化。综上所述，TGFβ/ATF3/lnc-SCARNA10轴通过激活HSC促进肝纤维化，这拓宽了ATF3的调节网络，加深了对肝纤维化分子机制的理解，说明ATF3在激活HSC中的调节可能代表了抗肝纤维化的新治疗方法,ATF3可能是开发肝纤维化治疗策略的有用靶点。

3.3 ATF3与肝细胞癌 有研究[34-35]发现，ATF3在人肝细胞癌组织中的表达水平较低，有包膜侵袭的肝癌组织中ATF3的蛋白表达水平低于无包膜侵袭的肝癌组织。因此，基于ATF3的低表达，推测其在人肝细胞癌变过程中可能具有肿瘤抑制作用。Li等[36]已经表明ATF3的过表达抑制癌细胞生长，降低细胞周期进程，并增加HepG2细胞的凋亡活性。Wang等[35]通过细胞MTT实验显示，ATF3过表达的HepG2细胞增殖受到抑制，ATF3的低表达可能通过抑制细胞周期蛋白D1在肝癌中发挥抑癌作用。Chen等[37]发现ATF3在体内外均能明显抑制肝癌细胞的增殖和迁移；富含半胱氨酸的血管生成诱导物61(cysteine-rich angiogenic inducer 61，CYR61)是ATF3转录调控的关键靶点；ATF3和CYR61在人肝癌组织中持续下调，其表达水平呈显著正相关，ATF3通过靶向和调节CYR61在HCC中发挥肿瘤抑制作用。据报道[38]，ATF3参与睾丸孤核受4(testicular orphan receptor 4,TR4)上调肝癌细胞顺铂化疗敏感性，TR4可能通过在转录水平改变ATF3的表达来增强顺铂的化疗敏感性，并通过ATF3-siRNA阻断ATF3的表达来逆转TR4增强的顺铂化疗敏感性。而通过改变TR4-ATF3信号来提高顺铂的疗效也为更好地抑制肝癌进展提供了一种新的潜在的治疗途径。Weng等[39]发现，ATF3在氯硝柳胺诱导肝癌细胞内质网应激激活和诱导细胞凋亡中起着不可或缺的作用，氯硝柳胺上调肝癌细胞中ATF3、ATF4、CCAAT增强子结合蛋白和蛋白激酶R样内质网激酶抗原的表达，可明显诱导肝癌细胞凋亡；进一步研究发现经氯硝柳胺处理后，ATF3基因敲除的肝癌细胞比对照细胞具有更高的细胞活力。

然而，ATF3的过度表达增加了Hepa 1-6小鼠肝癌细胞的DNA合成和细胞周期蛋白D1的表达从而刺激肝细胞的增殖[14]。另外，Lin等[40]发现，当细胞骨架蛋白和SMAD3不起作用时，CREB-2和ATF3在肝癌形成中作为信号转导的STAT3具有致癌作用。这些实验研究结果表明，ATF3在肝癌中作为阻遏或激活因子起着抑制或促进成瘤的双重作用，针对ATF3表达的干预可能代表了一种预防和治疗肝癌的新方法。

4 总结与展望

ATF3作为细胞应激反应的关键调节剂，已被证明通过激活信号或调节靶基因的表达参与肝脏多种生理和病理过程。ATF3在肝脏中通过抑制糖异生、协调脂肪生成、激活免疫反应来调节肝脏代谢功能；而通过调节细胞周期进程对肝脏肿瘤起双重调控作用。目前ATF3调控肝脏疾病的作用机制研究主要集中在NAFLD、肝癌中，ATF3在肝纤维化中被诱导的机制未被广泛探索，ATF3的功能和对肝脏其他慢性疾病的调控作用也还未明确。 因此,深入探讨 ATF3调控肝脏疾病发生、发展的分子机制对肝脏疾病的预防和治疗至关重要，靶向ATF3可能为治疗肝脏疾病发掘新的潜在靶点。未来的研究可集中在ATF3的蛋白质-蛋白质相互作用上，以期为肝病的预防和治疗提供新的策略。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：辜群利负责课题设计，资料分析，撰写论文；李晖负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿参；邓秀秀、曾子健、董海舰负责收集数据，修改论文。