吳秀琳 陳復(fù)輝 錢斕蘭 郭亮 吳學(xué)玲 唐敏

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·綜述·

活化轉(zhuǎn)錄因子3與急性肺損傷

吳秀琳1，2陳復(fù)輝2錢斕蘭3郭亮3吳學(xué)玲4唐敏5

活化轉(zhuǎn)錄因子3； 急性肺損傷； TLRs； NF-κB

急性肺損傷(acute lung injury, ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是由各種直接和間接損傷導(dǎo)致的肺泡上皮細(xì)胞及毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，造成彌漫性肺間質(zhì)及肺泡水腫，進(jìn)而發(fā)生急性低氧性呼吸功能不全。其由多種炎癥細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等)介導(dǎo)，導(dǎo)致肺臟局部炎癥反應(yīng)和炎癥反應(yīng)失控所致的肺毛細(xì)血管膜損傷，是臨床常見危重癥，病死率高，發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，且不完全明確，為常見的進(jìn)展迅速的炎癥性肺疾病[1-3]。急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制較多, 多由細(xì)菌內(nèi)毒素引起。內(nèi)毒素的活性成分脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)是 ALI 的重要致病因子,肺臟是其損傷的敏感靶器官之一。內(nèi)毒素性急性肺損傷的發(fā)病率及死亡率很高,嚴(yán)重威脅著人類的健康。然而其發(fā)病機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜,尚無有效的治療方案[4]。目前,分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展及內(nèi)毒素相關(guān)研究的不斷深入,為研究內(nèi)毒素性肺損傷的病理機(jī)制和治療提供了更為廣闊的空間,也為減少臨床上內(nèi)毒素的病死率提供了更多的治療方案。近來發(fā)現(xiàn)活化轉(zhuǎn)錄因子3(activating transcription factor 3, ATF3)在炎癥信號通路具有重要調(diào)控作用，可能為內(nèi)毒素性ALI治療的一個(gè)重要靶點(diǎn)[5-6]?，F(xiàn)就ATF3在內(nèi)毒素性急性肺損傷等炎癥中的作用的做一綜述。

一、ATF3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ATF3基因定位于1q32.3，最初是從人子宮頸腺癌傳代細(xì)胞系 HeLa 細(xì)胞中分離獲得，至今已先后從大鼠及小鼠中克隆了其同源基因 LRF1、 LRF21、 CRG5 及 TI241，因氨基酸序列與人ATF3 同源性高達(dá)95%，因此統(tǒng)一命名為ATF3。 ATF3基因所編碼的蛋白質(zhì)為 ATF/ CREB(activating transcription factor, ATF/cyclic AMP response element-binding, CREB) 家族中成員之一，其家族代表了一大群含堿性區(qū)-亮氨酸拉鏈(basic-region leucine zipper, bZIP) 的轉(zhuǎn)錄因子， 包括 CREB、CREBP1、ATF3、ATF4、ATF6、B-ATF、ATF7 等，這些蛋白質(zhì)的共同特點(diǎn)是擁有bZIP區(qū)域，其堿性區(qū)主要負(fù)責(zé)與ATF/CREB 共 有 序 列 位 點(diǎn) TGACGTCA結(jié)合，而亮氨酸拉鏈區(qū)與其他擁有bZIP的蛋白質(zhì)形成同二聚體或異二聚體[7-8]。

目前發(fā)現(xiàn)ATF3 cDNA有全長型和可變剪接型。ATF3 全長 CDNA編碼的蛋白質(zhì)含有 181個(gè)氨基酸，其相對分子質(zhì)量為22×103。 ATF3與自身形成的同二聚體，與 ATF3位點(diǎn)結(jié)合后主要發(fā)揮抑制轉(zhuǎn)錄作用；另一方面ATF3 還可與其他bZIP蛋白結(jié)合形成異二聚體，這些異二聚體有的發(fā)揮激活轉(zhuǎn)錄活性，有的則抑制轉(zhuǎn)錄。ATF3剪接變異型包括ATF3ΔZip、ATF3ΔZip2a、ATF3ΔZip2b、ATF3ΔZip2c、ATF3ΔZip3和ATF3ΔZip3b。其中ATF3ΔZip，是經(jīng)血清培養(yǎng)的 HeLa 細(xì)胞中分離得到的同源蛋白，其缺乏亮氨酸拉鏈區(qū)，不能結(jié)合 ATF/CRE 序列，然而仍能激活轉(zhuǎn)錄，有研究報(bào)道很可能靠阻遏協(xié)同抑制因子與啟動(dòng)子接觸發(fā)揮作用。而ATF3ΔZip2a 和 ATF3ΔZip2b，兩者是經(jīng)高半胱氨酸處理的 HUVECs 細(xì)胞中檢測到的，與 ATF3ΔZip 相似也缺少亮氨酸拉鏈區(qū)不結(jié)合 ATF/CRE 序列，單獨(dú)對轉(zhuǎn)錄不起作用，與全長 ATF3 協(xié)同表達(dá)時(shí)可顯著削弱ATF3 轉(zhuǎn)錄抑制作用，從而進(jìn)一步刺激轉(zhuǎn)錄。因此，ATF3的變異剪輯在靶基因的調(diào)控中也是非常重要的[9-10]。

二、ATF3在內(nèi)毒素性急性肺損傷等炎癥分子機(jī)制中的作用

炎癥是具有血管系統(tǒng)的活性組織對損傷因子所發(fā)生的防御反應(yīng)，具有殺滅病原體、限制感染及修復(fù)損傷等作用，但需要精確調(diào)控的過程，否則過度炎癥反應(yīng)會(huì)造成組織損傷，嚴(yán)重時(shí)可危及生命，如急性肺損傷就是炎癥反應(yīng)失衡的后果。內(nèi)毒素性急性肺損傷的發(fā)生主要是LPS進(jìn)入機(jī)體后被脂多糖結(jié)合蛋白(lipopolysaccharide binding protein, LBP)識別,然后與CD14 結(jié)合,形成LPS/ LBP/ CD14,其通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活化炎癥細(xì)胞釋放大量炎癥因子的過程錯(cuò)綜復(fù)雜,迄今尚未完全闡明。

1. TLRs通路激活能提高ATF3蛋白表達(dá)水平: Toll 樣受體(Toll-like receptors, TLR)是一個(gè)模式識別受體家族， 它們在進(jìn)化上高度保守，從線蟲到哺乳動(dòng)物都存在 TLRs。目前已發(fā)現(xiàn)的鼠類有12種(TLR1-9，TLR11-13)，人類10種(TLR1-10)，果蠅12種(TLR1-9,18wheeler)。TLR可識別并結(jié)合不同的來自各種細(xì)菌或病毒的分解產(chǎn)物(pathogen-associated molecular patterns, AMP)，來啟動(dòng)機(jī)體的天然免疫和引起獲得性免疫反應(yīng)。PAMP是引起天然免疫的一些微生物共有的特定保守位點(diǎn)，包括革蘭陰性菌的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、革蘭陽性菌的脂蛋白，細(xì)菌表毛蛋白，以及一些微生物的CpG DNA、dsRNA、ssRNA[11]。

ALI 的重要致病因子是內(nèi)毒素的活性成分LPS，主要與TLR4受體結(jié)合。TLRs 的激活可誘導(dǎo)很強(qiáng)的免疫反應(yīng)，有利于機(jī)體抵抗病原體感染或組織損傷，但是過度的免疫反應(yīng)也會(huì)帶來不利影響，如產(chǎn)生內(nèi)毒素休克等。為了保證 TLRs 介導(dǎo)正確的免疫應(yīng)答，機(jī)體存在精密的負(fù)調(diào)控機(jī)制，及時(shí)抑制 TLRs 信號，維持機(jī)體的免疫平衡。TLR4作為 LPS 誘導(dǎo)的細(xì)胞應(yīng)答的頂點(diǎn),在 LPS介導(dǎo)的 ALI 的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。如果能調(diào)節(jié) TLR4的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),就可能在不同的病理階段將炎性反應(yīng)水平調(diào)控在合適水平,從而有利于ALI的防治，并可作為藥物研發(fā)的靶點(diǎn)。

ATF3與TLRs的關(guān)系最初是在研究一種帶有黑色素瘤抗原、dsRNA和CpG DNA的疫苗時(shí)，基因芯片分析發(fā)現(xiàn)pIC/CpG-ODG通過與TLR3和9結(jié)合后，ATF3基因表達(dá)明顯上調(diào)[12]。此后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，ATF3在靜息狀態(tài)下的細(xì)胞中低表達(dá)，TLRs激活單核巨噬細(xì)胞后，不僅LPS與TLR4結(jié)合，CpG-ODG與TLR9、酵母聚糖與TLR2和6的異二聚體結(jié)合等都能明顯使ATF3蛋白水平表達(dá)一過性增高，提示ATF3在TLR信號通路中起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[12-14]。

2. ATF3通過直接和間接的方法負(fù)性調(diào)節(jié)TLRs/NF-κB中炎癥因子: TLRs最突出的生物學(xué)功能是促進(jìn)細(xì)胞因子的合成與釋放，引發(fā)炎癥反應(yīng)。單核巨噬細(xì)胞等通過TLRs識別入侵的病原體PAMP后，通過信號通路，活化NF-κB等核心轉(zhuǎn)錄因子，合成IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、IFN-γ等細(xì)胞因子和趨化因子，釋放到胞外，引起粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞趨化聚集，毛細(xì)血管通透性改變，淋巴細(xì)胞浸潤等炎癥反應(yīng)，發(fā)揮早期免疫應(yīng)答的效應(yīng)。

早期在ATF3基因缺失骨髓來源的單核巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，LPS處理后，IL-6和IL-12b表達(dá)明顯增加；此后采用一系列TLRs活化ATF3缺失的原代巨噬細(xì)胞，都產(chǎn)生了較高的IL-6和IL-12p40[12-14]；而TRL9激活時(shí)還可以使TNF-α表達(dá)增加[15]。所以，ATF3很有可能是早期炎癥因子負(fù)調(diào)控子。內(nèi)毒素誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞因子主要有 IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α等。這些細(xì)胞因子不僅可以直接導(dǎo)致肺損傷,還可以激活其他信號通路,促進(jìn)炎癥因子的表達(dá),導(dǎo)致肺損傷[16-17]。下調(diào)促炎因子或上調(diào)抗炎因子的產(chǎn)生,使其保持平衡,可使肺內(nèi)環(huán)境由促炎反應(yīng)向抗炎反應(yīng)轉(zhuǎn)變,從而阻止肺內(nèi)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)展。ATF3在TLR信號通路中的作用主要就與細(xì)胞因子平衡有關(guān)。那么ATF3是如何調(diào)控細(xì)胞因子目前尚不清楚。

炎癥反應(yīng)相關(guān)的信號通路包括TLR-4介導(dǎo)的LPS信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，TNF-α受體介導(dǎo)的TNF-α信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，趨化因子受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。三個(gè)信號通路最終都會(huì)激活NF-κB。NF-κB是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,與目的基因結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合,啟動(dòng)和調(diào)控一系列參與炎癥反應(yīng)的炎癥因子基因表達(dá),參與ALI 的炎性反應(yīng)進(jìn)程,介導(dǎo)肺臟等器官功能損害。NF-κB 的持續(xù)活化與肺損傷的嚴(yán)重程度有關(guān),阻斷 NF-κB 途徑有利于 ALI 的治療。

很多炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子的基因啟動(dòng)子上ATF/CREB結(jié)合位點(diǎn)與NF-κB轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)非常接近，提示ATF3可能直接抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄活性。其可能與ATF3和脫乙酰化酶(HADC1)結(jié)合，其與位于染色質(zhì)中的組蛋白乙酰化位點(diǎn)結(jié)合，引起染色質(zhì)構(gòu)象變化進(jìn)而阻止NF-κB與 DNA結(jié)合，影響其轉(zhuǎn)錄活性。另一方面也有研究顯示ATF3也可通過抑制IL-6的正向調(diào)控子CEBPδ這種間接的方法負(fù)性調(diào)控IL-6表達(dá)。

近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)在各種炎癥疾病中，常伴隨著 ATF3 的表達(dá)異常， ATF3 基因與炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系不斷被揭示。隨著研究的深入， ATF3 與急性肺損傷關(guān)系正逐步明確，以評價(jià)其是否能夠作為安全有效的治療靶點(diǎn)。與此同時(shí)，分子靶向治療的研究在不斷進(jìn)展，相信在不久的將來能通過這個(gè)基因 研制出更好的藥物，為急性肺損傷治療提供更好的治療方式。

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(本文編輯：王亞南)

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.02.026

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81270130)

400061 重慶，武警重慶總隊(duì)醫(yī)院老年科1150086 哈爾濱，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院 呼吸科2

400037 重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院呼吸科3

吳學(xué)玲， Email: wuxueling76@126.com

R563

A

2016-11-23)

200127 上海，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院仁濟(jì)醫(yī)院 呼吸科4

400016 重慶，重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)系5