NR4A1与糖尿病的相关性研究

易文杰，于彤，樊雪飞，张国栋

（桂林医学院公共卫生学院，广西 桂林 541100）

NR4A1 属于孤核受体（NR4A）超家族的成员之一，也可称其为Nur77、TR3 或者NGFI-B，NR4A1 与NR4A 家族的另外两种亚型NR4A2、NR4A3 高度同源［1］。它们都具有相似的结构，一个N 端区域，包含一个不依赖配体的激活功能1（AF-1），也称为反激活域（TAD），一个由2 个锌指结构组成的中央DNA 结合域（DBD），一个C末端配体结合结构域（LBD）［2］。NR4A1 与经典的核受体不同的是NR4A1的LBD结构中含有大量的疏水残基而没有配体结合腔和缺乏经典的配体结合位点。因此，NR4A1 是一个无内源性配体的转录因子［3］。NR4A1 与炎症［4］、癌症［5-6］、葡萄糖转运、胰岛素信号转导、糖酵解和糖原分解［7］、衰老［1］等有关。NR4A1的活性调控和生理功能依赖于受体表达和翻译后修饰而不需要与配体结合。一些可能以非常规方式与NR4A1 相互作用的合成和天然化合物被确定为激动剂或拮抗剂，例如胞孔蛋白B（Csn-B）和阿米酮B 都是NR4A1的天然激动剂［8］。同时，NR4A1被归为早期反应基因，能对外界环境的变化做出快速反应，NR4A1 由一系列不同的信号诱导，包括脂肪酸、应激、生长因子、细胞因子和磁场、剪切应力等［9］。本文对NR4A1 的生理作用研究进展进行综述，并着重讨论了NR4A1与糖尿病之间的关系。

1 NR4A1的生物学作用

NR4A1 作为一个转录调控因子，具有许多的生物学功能。McEvoy 等［4］研究发现，可通过使用内毒素脂多糖（LPS）刺激NR4A1 的表达来调控机体的炎症反应，所以NR4A1 受体是炎症反应的关键调节因素，且NR4A1 主要调节核因子κB（NF-κB）髓细胞信号。Liu 等［10］利用全基因组分析方法发现，NR4A1 在耐受性T 细胞内高表达可抑制效应T 细胞的分化，而NR4A1 的缺失则增强了机体对肿瘤的免疫力，确定了NR4A1 是T 细胞功能障碍的关键调控因子，是肿瘤免疫治疗的潜在靶点。有趣的是，NR4A1 既可以作为抑癌基因也可以作为致癌基因，例如它是结直肠癌［5］和肺癌［11］的致癌基因，但是它在子宫内膜样癌［6］和急性髓系白血病［7］中有着抑癌作用。NR4A1与细胞增殖也有关系，Nomiyama 等［12］的研究表明，血管平滑肌细胞增殖受到NR4A1 调控，在血小板衍生生长因子（PDGF）的刺激下，血管平滑肌细胞通过细胞外调节蛋白激酶（ERK）信号通路诱导NR4A1 的快速表达，使血管平滑肌细胞增殖。NR4A1 是糖尿病的重要调控基因，与糖尿病中许多代谢过程有关。NR4A1启动子的DNA超甲基化降低了NR4A1 mRNA 表达，阻断2 型糖尿病（T2DM）患者的胰岛素信号转导；而NR4A1的过表达可以抑制DNA甲基转移酶1（DNMT1）的表达，胰岛素受体活化［13］。NR4A1表达降低可激活急性早幼粒细胞白血病细胞糖酵解途径［7］。NR4A1 是触发线粒体生物发生和改善线粒体固有功能的营养传感器，也是DNA 修复机制和原粒DNA修复的组成部分，因此NR4A1可能是抗衰老的潜在治疗靶点［1］。NR4A1 的多种生物学功能，使得NR4A1 与多种代谢性疾病有关，可能是代谢性疾病的潜在治疗靶点。

2 NR4A1与糖尿病的相关性

众所周知，糖尿病的最大特征是人体长期的慢性高血糖，这种慢性高血糖会持续对人体的心脏、血管、肾脏、神经、代谢等造成损害。Sheng等［14］的研究发现，NR4A1是被慢性高血糖刺激激活的，从而促进糖尿病的发病。糖尿病的发病机制主要是由于胰岛β细胞不足以应对慢性燃料过剩而引起的，从而导致血糖负荷、胰岛素抵抗和肥胖［15］。而糖和脂肪代谢、胰岛合成都与NR4A1的表达有关［8］。

2.1 NR4A1参与胰岛素信号通路 胰岛分泌的胰岛素具有血糖调节作用，可以维持机体血糖的动态平衡；胰岛素分泌不足和产生胰岛素抵抗，都可能导致糖尿病的发生［15］。Chen 等［13］采用构建含有人NR4A1片段的质粒，并瞬时转染到293T细胞和大鼠胰岛β 细胞瘤细胞（RIN-m5F） 中，RIN-m5F 细胞在高糖培养基中进行培养，实验表明NR4A1 的过表达抑制了DNMT1 的表达，诱导胰岛素受体的过度表达，并且NR4A1 的过表达进一步促进了高葡萄糖刺激的胰岛素分泌，提示NR4A1 参与胰岛素信号通路并受到DNMT1 的影响。T2DM 患者的特征之一是骨骼肌的胰岛素抵抗，胰 岛 素 敏 感 性 降 低［16］。Chao 等［17］建 立NR4A1 敲除小鼠模型，研究发现NR4A1 基因缺失的小鼠对饮食性肥胖和胰岛素抵抗的敏感性增加，在骨骼肌中的NR4A1 的表达缺失使胰岛素受体磷酸化的水平降低，胰岛素的信号通路被破坏，并且使葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）的表达显著降低。以上研究发现，NR4A1 的过表达会促进胰岛素的分泌。但是，Briand 等［18］的研究发现，脂肪酸激活NR4A1的表达，NR4A1的激活抑制了促胰岛素生成基因mafA 的表达，细胞内mafA 蛋白的浓度降低阻止胰岛素基因的激活，mafA对胰岛素基因的严格调控导致细胞内胰岛素浓度降低和胰岛素分泌受损。所以NR4A1 的过表达对胰岛素分泌的影响还有待进一步研究。

2.2 NR4A1是糖、脂代谢的转录调控因子

2.2.1 NR4A1 与糖代谢 机体通过调节胰岛素和胰高血糖素的肝脏葡萄糖产生以及肌肉和脂肪组织对周围葡萄糖的吸收来维持葡萄糖稳态。肝葡萄糖是通过食物，肝糖原和糖异生的分解而产生的。NR4A1与肝脏糖异生密切相关，NR4A1高表达，导致葡萄糖-6-磷酸酶催化亚基（G-6-pase）和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶（PEPCK）升高，这两个酶是调控肝脏糖异生的关键酶，从而糖异生增强，葡萄糖产量增加，导致血糖升高［8］。NR4A1还诱导了葡萄糖转运蛋白基因GLUT2的表达，该基因有助于血细胞摄取葡萄糖，造成机体的血糖上升［19］。Pei 等［20］使用腺病毒载体在小鼠肝细胞中表达了一个NR4A1 的激活域突变体（Nur77-m1），发现抑制性突变体NR4A1受体的表达可以拮抗糖异生基因表达并降低db/db小鼠的血糖水平。这些数据都说明了NR4A1 在肝脏葡萄糖产生中有着重要的作用。

骨骼肌肌肉细胞摄取葡萄糖形成肌糖原和剧烈运动后肌糖原分解产生乳酸后进一步产生葡萄糖，两者之间的相互调节来维持血糖水平的平衡，因此骨骼肌在葡萄糖代谢方面扮演着重要的角色。NR4A1 也与骨骼肌的葡萄糖代谢过程密切相关，如葡萄糖摄取、葡萄糖氧化、糖原合成和骨 骼 肌 生 长［21-23］。Kanzleiter 等［21］采 用 编 码NR4A1的腺病毒感染L6大鼠骨骼肌肌管，测定其脂质和葡萄糖氧化反应，发现NR4A1 的过表达使L6 细胞的葡萄糖氧化及糖原合成被促进，同时也显著增加L6 细胞中基础葡萄糖需要量和糖原合成。相关研究发现，急性运动可显著增加关键转录调节剂NR4A1 在骨骼肌中的表达和激活，并且NR4A1 的激活在T2DM 患者进行急性运动时被予以保留，而且使NR4A1 的上游调节因子p38 丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）和环磷腺苷效应元件结合蛋白（CREB）的磷酸化水平升高［24］。Kasch 等［25］研究发现，母体高脂喂养使子代股四头肌的NR4A1 的表达升高，子代自主运动后NR4A1 的基因表达恢复正常，改善了母代高脂喂养后的胰岛素敏感性下降的影响。NR4A1 是肌肉质量的重要决定因素，也是细胞代谢和肌肉生长之间潜在的转录联系，NR4A1 缺失的小鼠出现肌纤维体积和肌肉萎缩［23］。进一步说明，NR4A1 的缺失使骨骼肌的糖代谢紊乱，影响了骨骼肌的生长发育。这些数据证明NR4A1 是体内骨骼肌葡萄糖代谢的功能调节因子。

2.2.2 NR4A1 与脂代谢 Zhang 等［26］的研究表明NR4A1 是脂肪细胞祖细胞（APs）核心转录通路的组成部分，是对可塑性代谢有利的负调控因子，其通过对APs 自我更新的近端控制，在功能上抑制脂肪细胞分化，这种抗脂肪作用是通过其DBD负调控发挥作用，说明NR4A1是一种抗脂肪生成剂。Qin 等［27］的实验也发现，NR4A1 过表达抑制3T3-L1 前脂肪细胞系的脂肪生成，其机制可能是通过NR4A1 增强GATA 结合蛋白2 （GATA2）表达来抑制过氧化物酶体增殖激活受体γ（PPARγ）和上调p53 基因来抑制甾醇调节元件结合转录因子1（SREBP1）及其下游基因脂肪酸合成酶（FAS），这两个途径来延缓脂肪细胞的分化与成熟。

2.3 NR4A1与糖尿病并发症的关系 糖尿病肾病是一种慢性肾脏疾病，是一种严重的长期糖尿病并发症，是糖尿病患者死亡的一个危险因素［28］。NR4A1 是慢性肾脏疾病的易感基因，NR4A1 缺乏已被证实与肾脏损伤和肾功能障碍有关［29］。Sheng等［14］的研究表明，NR4A1是糖尿病肾病中的一种新的致病因子，NR4A1高表达激活p53，p53调控线粒体分裂因子（Mff）和Parkin 蛋白的转录，从而增强Mff相关的线粒体分裂和抑制Parkin介导的线粒体自噬来发挥作用；而NR4A1 的低表达中断了Mff相关的线粒体分裂和减少了Parkin介导的线粒体吞噬，减少了高血糖介导的线粒体损伤，从而改善了肾功能。

糖尿病的并发症——糖尿病视网膜病变［30］也与NR4A1有关。Dai等［31］的研究发现，NR4A1在高饱和脂肪饮食（HFD）小鼠的视网膜和暴露于饱和脂肪酸棕榈酸酯或神经酰胺类似物Cer6 的培养液中表达增加，促进视网膜细胞中谷氨酰胺-果糖-6-磷酸酰胺转移酶2（GFAT2）mRNA的表达而增加视网膜蛋白质的糖基化，这种不正常的糖基化会导致糖尿病视网膜病变的发生。同时，研究也发现NR4A1反活化的抑制也可以抑制Cer6诱导的GFAT2的表达。

3 小结

本文对NR4A1 的结构和生物学作用进行了简要的概述，NR4A1 是一个无内源性配体的转录因子，同时它又是一个即时早期反应基因，是机体炎症反应、免疫功能、细胞增殖与分化和代谢等的关键调节因素，但是NR4A1 的生物学作用机制目前尚不完全明确，仍需要在未来继续进行探讨。对NR4A1 和糖尿病之间的相关作用进行了着重的讨论，许多的证据表明NR4A1 是糖脂代谢的转录调控因子，在胰岛素的信号通路、葡萄糖的转运、葡萄糖的稳态和脂肪细胞的分化与成熟中发挥重要作用，所以NR4A1 可能是糖尿病的潜在治疗靶点之一。但是对于NR4A1 调控机制目前知之甚少，这是我们在未来应该进行进一步调查和研究的方向，以确定NR4A1 是糖尿病真正的潜在治疗靶点。