NR4A1在糖尿病肾病发病中作用的研究进展

吕文玥，李金梦，李 含，刘 雷，王 娜*

1.济宁医学院 临床医学院，山东 济宁 272029；2.济宁医学院附属医院 全科医学科，山东 济宁 272029

糖尿病肾病(diabetic nephropathy, DN)是由于糖尿病导致的慢性肾脏病,是糖尿病主要的微血管并发症之一,伴发DN的糖尿病患者多达50%。病变可累及全肾(包括肾小球、肾小管、肾间质等),临床表现以蛋白尿为主。DN发病原因复杂,受炎性反应途径激活、自噬功能障碍、氧化应激、晚期糖基化终产物(advanced glycosylation end products, AGEs)等影响。随着糖尿病等代谢性疾病患者的增加,DN发病率在中国呈上升趋势,在终末期肾脏病中仅次于各种肾小球肾炎。深入研究DN相关机制,寻找高效的治疗靶点具有重要意义。核受体亚家族4A成员1(nuclear receptor subfamily 4 group A member 1, NR4A1)在机体内各组织器官中分布广泛,参与葡萄糖转运、脂质代谢、炎性反应等各类活动,与癌、心血管疾病及代谢性疾病密切相关。目前已有研究证实NR4A1参与DN进程,可能是DN治疗的重要靶点。

1 NR4A1简介

NR4A1作为核受体亚家族的一员,广泛分布于各组织、器官。它由 598个氨基酸组成,包含 A/B、C、D、E 5个结构域。其中A/B区为非结构的氨基末端结构域;C区于中央区为双锌指DNA结合结构域(DNA-binding domain, DBD),具有高度保守性;D区的铰链结构为其提升了灵活性;E区是由12个α-螺旋组成的羧基末端配体结合结构域(ligand binding domain,LBD),尚未发现其配体。NR4A1结合蛋白可以分为3类,分别是转录因子、转录辅助调节因子和激酶[1]。其中DBD可以识别靶基因的特异序列,依靠其双锌指结构与DNA直接结合,也可以通过单体形式与生长因子诱导的基因B反应元件(nerve growth factor-induced gene-B,NBRE)(AAA GGTCA)结合或者以二聚体形式与Nur反应元件(TGATATTTX6AAATGCCA)结合,进而调节靶基因的表达[1];LBD 含有数个疏水氨基酸残基,内含一个配体依赖的AF-2 转录激活结构域,参与核受体二聚化,当与配体结合时,可以改变核受体构象,使核受体获得转录活性[1]。

2 NR4A1在DN发病机制中的作用

2.1 NR4A1调节氧化应激

氧化应激是DN患者发病的最关键因素之一。高血糖环境下葡萄糖进行非酶反应,使得肾脏细胞产生AGEs。糖尿病基础上AGEs的产生,使得活性氧(reactive oxygen species, ROS) 积累增强,氧化应激水平上调,致使细胞组织受损,进而机体出现系膜扩张、肾小球肥大、蛋白尿等情况[2]。临床上可通过抑制ROS生成、维持氧化/抗氧化动态平衡控制氧化应激。

ROS主要来源于受损的线粒体,应激状态下,线粒体过度裂变会诱导ROS过度产生。长期高血糖环境中NR4A1上调激活p53信号通路,诱导活化线粒体动力相关蛋白1的受体线粒体裂变因子(mitochondrial fission factor, Mff)且抑制线粒体与溶酶体融合,调节线粒体分裂和吞噬,促使高血糖介导的线粒体损伤加重,增加ROS的产生,造成肾功能进一步恶化[3];ROS可以通过激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)导致细胞凋亡。一方面,NR4A1通过增强泛素连接酶的表达来促进丝裂原激活蛋白激酶激酶4的降解来抑制JNK的激活[4];另一方面则通过增强胰腺β细胞中p-JNK的靶向磷酸酶表达减轻ROS诱导的JNK激活降低JNK磷酸化程度[4],减少细胞损害。二甲双胍是目前临床上治疗糖尿病的一线药物,具有降糖以外的肾保护作用,还可以与NR4A1羧基端的两种脯氨酸相互作用,抑制线粒体复合物I激活磷酸腺苷活化蛋白激酶,从而减少肾组织中ROS的产生,减轻ROS带来的伤害[5]。

通过对NR4A1的调控,可以调节机体的氧化/抗氧化水平,使其处于动态平衡状态,在DN病理过程中减轻胰腺β细胞、肾脏细胞的应激状态。

2.2 NR4A1与AGEs影响纤维化

晚期糖基化终产物(advanced glycosylation end products, AGEs)是糖与蛋白质相互聚合经过一系列反应后形成的的共价化合物,它与糖基化终末期产物受体(receptor of AGEs, RAGE)构成的AGEs/RAGE通路是DN重要发病机理之一。AGEs既可直接对肾脏细胞造成损坏,也可以同RAGE一起激活下游信号转导通路,共同参与DN的氧化应激、炎性反应、足细胞凋亡等活动。此外AGEs可以加速血管钙化过程,诱导肾小管上皮细胞间充质转化,导致肾小管纤维化发生[6]。

一种含Jumonji结构域1A(Jumonji C domain-containing 1A, JMJD1A)的组蛋白去甲基化酶,可以将基质金属蛋白酶抑制剂-1激活并释放于心肌细胞的细胞外基质中促使心肌纤维化发生[6]。近期相关实验表明,JMJD1A同样参与DN的纤维化过程。当JMJD1A在HK-2细胞中过表达时,纤维化相关因子转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、结缔组织生长因子、波形蛋白表达均升高,加快纤维化发生发展进程[6];并且通过抑制TGF-β信号通路抑制分子,JMJD1A激活TGF-β1/Smad2/3信号转导通路,从而促进纤维化的发生[7]。CD-1小鼠肾小管上皮细胞中的JMJD1A和NR4A1在受到AGEs单独刺激时表达量均增多,可能是由于TGF-β诱导的NR4A1短暂上调[8]。JMJD1A与NR4A1二者相互制约,当JMJD1A被敲除后,NR4A1表达上升,纤维化症状减轻;当JMJD1A过表达后,NR4A1表达受到抑制,促进纤维化的发生。由此推断JMJD1A是通过NR4A1调节由AGEs诱导的肾小管上皮纤维化[6]。

2.3 NR4A1抑制自噬

自噬是一种具有高度保守性的、依赖溶酶体途径对胞质蛋白和细胞器进行降解的过程,是细胞的自我保护机制之一。自噬参与细胞分化、营养代谢等多种生理机制,越来越多的疾病被证实与其失调有关。自噬通过多种途径参与DN发生发展过程,包括但不限于氧化应激、内质网应激、糖代谢,造成足细胞损伤,且长时间的自噬缺陷状态可导致足细胞损伤的积累,加快DN进程。

NR4A1参与自噬细胞死亡过程[9]。在心肌细胞中,NR4A1促进线粒体裂变因子Mff磷酸化,诱发线粒体过度分裂,并下调线粒体自噬受体蛋白活性,抑制线粒体自噬发生。Mff的激活导致线粒体基因转录表达下调,蓄积的大量线粒体ROS促使细胞色素C渗透,启动线粒体凋亡途径,加重心肌微循环损伤。在高糖诱导的DN小鼠体内,NR4A1的表达水平显著上调,促使线粒体分裂加强的同时抑制线粒体自噬,加重肾脏损伤,促进DN发展[3]。处于高糖培养基中的HEK-293细胞,其神经激肽1受体与胰岛素样生长因子1受体需要自噬机制的核心蛋白磷脂酰肌醇-3-激酶、自噬效应蛋白和自噬相关蛋白7活性诱导自噬,而这些受体参与的转导途径均与NR4A1的激活有关[10]。乳酸的促钙化作用调节着线粒体分裂。在高乳酸环境中NR4A1基因敲除可以保护线粒体结构的完整性,促进自噬体、线粒体的融合以及线粒体自噬,恢复线粒体网络[11]。

2.4 炎性反应

代谢紊乱、肾脏血流动力学改变等因素均会加重肾脏损伤,促进炎性反应因子的产生。在DN发生发展过程中,微炎性反应(micro-inflammatory response)通过磷脂肌醇信号途径、多元醇途径和AGEs途径诱导肾小球损伤,加快DN进展[12]。

NR4A1的表达水平被证实与慢性低度炎性反应和脂质代谢紊乱有关,其调节、表达被认为是预防和治疗炎性疾病的潜在靶点。当足细胞处于高血糖状态时,会大量产生白细胞介素-6(interleukin- 6,IL-6),激活JAK2/STAT3通路,最终导致足细胞肥大发生[13];核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是巨噬细胞中重要的转录因子之一,可被多种细胞因子激活,诱导肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)等促炎介质生成,导致糖尿病肾损伤[14]。DN患者高水平的氧化低密度脂蛋白、TNF-α刺激巨噬细胞致使NR4A1的转录升高[15]。而当NR4A1过表达后,由TNF-α和IL-1β刺激的NF-κB启动子的活性将显著降低,同时上调NF-κB抑制蛋白的表达进而抑制NF-κB的易位[16],降低炎性反应,减轻肾损伤。一种五环三萜类抗炎药物——雷公藤红素可以促使NR4A1从细胞核转移至线粒体中,并与肿瘤坏死因子受体结合,促进自噬、抑制炎性反应[17]。

2.5 NR4A1平衡脂质代谢

血脂异常被认为是肾脏疾病进展可逆的危险因素。肾小球硬化和肾小管间质损伤与脂质在肾脏中积累有关。糖尿病患者持续的高血糖促进了脂肪酸和甘油三酯的积累诱导脂毒性的产生,而此过程影响着DN的发生发展,脂毒性和脂质积累会导致足细胞功能障碍并引起细胞凋亡[18]。

截至今日,脂肪形成的分子基础与调控机制尚未明确。近年来,越来越多研究认为NR4A1作为控制糖脂稳态的重要调节因子在多种代谢相关组织中表达。NR4A1在乳腺癌中通过下调CD36和脂肪酸结合蛋白4的表达,抑制癌细胞增殖[19];在调节脂质代谢中也起着重要作用。通过高脂饲料喂养小鼠发现,NR4A1基因敲除后,小鼠更易发生肥胖,有关脂质合成的过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)表达量增加,虽未检测到二者有直接联系,但通过其对前脂肪细胞的抑制行为推测,NR4A1可能会抑制脂肪生成和脂质积累[20];脂肪细胞的发育与脂肪细胞祖细胞(adipocyte progenitors,AP)的增殖分化有关,而NR4A1通过抑制AP增殖从而抑制体内的脂肪生成[21]。

3 问题与展望

DN是由多种因素如氧化应激、细胞自噬等共同作用导致的,这些因素影响疾病的持续进展,目前暂无特效治疗药物,临床治疗方法以控制血糖血压延以缓病程发展,但仍有较大局限性。以上论述证明NR4A1在DN发病发展中发挥重要作用,通过药物或分子干预NR4A1及其相关信号通路有望成为一种新的DN治疗或延缓疾病进展的策略。但目前有关NR4A1是如何参与DN病理进程的研究尚未臻成熟,未来对其具体分子机制与临床应用价值的探索,将有助于找到DN治疗新靶点,从而缓解或阻断疾病进展。