轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子NUPR1在相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用及其機(jī)制研究進(jìn)展

李丁

(天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院/國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津300060)

核蛋白1(nuclear protein-1，NUPR1)又名p8、Com1，是一種細(xì)胞脅迫相關(guān)蛋白，在多種器官包括唾液腺、胃腸、肝臟、胰腺、腎臟及肺部均有低水平的組成型表達(dá)，壓力條件包括養(yǎng)分缺乏、高糖、活性氧物質(zhì)增多、代謝廢物聚集、遺傳物質(zhì)不穩(wěn)定等均會(huì)促進(jìn)其表達(dá)，并入核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)功能，參與調(diào)控大量基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，觸發(fā)不同的細(xì)胞信號(hào)通路[1]。近年的研究發(fā)現(xiàn)，NUPR1基因的不正常表達(dá)與多種細(xì)胞病理過(guò)程相關(guān)，參與了大量疾病的發(fā)生發(fā)展?，F(xiàn)將NUPR1基因及蛋白的結(jié)構(gòu)和生化特點(diǎn)、在不同疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，及其如何通過(guò)調(diào)控細(xì)胞生物學(xué)功能影響疾病發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展情況綜述如下。

1 NUPR1基因及其蛋白的結(jié)構(gòu)和生化特性

人類(lèi)NUPR1基因定位于16號(hào)染色體p11.2，其C端所編碼蛋白具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子典型的螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)，并有核定位序列，決定其能夠入核發(fā)揮作用；其N(xiāo)端編碼PEST(Pro/Glu/Ser/Thr)序列，在細(xì)胞內(nèi)受泛素降解系統(tǒng)調(diào)節(jié)。細(xì)胞內(nèi)mRNA的剪切機(jī)制能夠使NUPR1基因產(chǎn)生兩種同源異構(gòu)體，其中同源異構(gòu)體a比b多出18個(gè)氨基酸，幾乎在所有的組織中都有同源異構(gòu)體a的表達(dá)，但其功能尚不清楚。迄今，有關(guān)NUPR1的研究幾乎都集中在同源異構(gòu)體b上，該同源異構(gòu)體一共有82個(gè)氨基酸，分子量為8 872.7 Da，生化及蛋白結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示其等電點(diǎn)為9.6～10.4，具有14%的酸性氨基酸、20%～24%的堿性氨基酸、14%～17%能夠被磷酸化的氨基酸(絲氨酸、蘇氨酸及酪氨酸)、6%～9%的脯氨酸和5%～6%的甘氨酸，N端有負(fù)電荷定位，而C端所具有的核定位序列內(nèi)含有兩個(gè)保守的乙?；稽c(diǎn)，其乙酰化的狀態(tài)是調(diào)節(jié)NUPR1蛋白在細(xì)胞中定位的關(guān)鍵[2]。

NUPR1蛋白非常保守，從線蟲(chóng)到人類(lèi)均有較高的同源性，但與其他已知功能的蛋白沒(méi)有明顯的同源性，雖然與高遷移性非組蛋白家族(high mobility group，HMG)，尤其是HMG-I/Y亞家族蛋白存在相似的生化特性，比如相似的分子量、等電點(diǎn)、熱穩(wěn)定性及電荷分布等，但二者之間僅有35%的同源性。

2 NUPR1在相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的NUPR1能夠調(diào)節(jié)大量基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而直接或間接參與多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，產(chǎn)生不同的生理病理效應(yīng)，這一特點(diǎn)使其成為維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要因子，但同時(shí)NUPR1的不恰當(dāng)表達(dá)，或結(jié)構(gòu)、功能發(fā)生改變也會(huì)導(dǎo)致各種細(xì)胞功能的紊亂，參與影響多種疾病的發(fā)生發(fā)展，包括腫瘤及非腫瘤性疾病。

2.1 NUPR1在腫瘤性疾病發(fā)生發(fā)展中的作用 在腫瘤性疾病中，NUPR1在不同的腫瘤微環(huán)境中可以產(chǎn)生不同的效應(yīng)，既可以促進(jìn)也可以抑制腫瘤的進(jìn)程，如同一柄“雙刃劍”。在胰腺癌中，腫瘤細(xì)胞存在NUPR1的高表達(dá)(而胰腺纖維囊腫和正常胰腺細(xì)胞中并未發(fā)現(xiàn)其高表達(dá))，NUPR1通過(guò)促進(jìn)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1的表達(dá)改變DNA甲基化水平，抑制了Kirsten大鼠肉瘤病毒原癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞衰亡，促進(jìn)了胰腺上皮內(nèi)瘤樣病變[3]。在乳腺癌中，NUPR1的高表達(dá)是早期乳腺癌患者不良預(yù)后的重要因素，并且NUPR1能夠促進(jìn)人類(lèi)乳腺癌細(xì)胞在所接種器官里的生長(zhǎng)，與其轉(zhuǎn)移性有一定關(guān)系[4]。NUPR1在正常人類(lèi)肺組織中有中等程度表達(dá)，下調(diào)其表達(dá)不僅能夠降低非小細(xì)胞肺癌的增殖、體外克隆形成及其在裸鼠體內(nèi)的成瘤性，也能使細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，此外還能通過(guò)調(diào)節(jié)自噬潮促使細(xì)胞衰亡[5]。在髓性甲狀腺腫瘤中，NUPR1的表達(dá)水平與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移直接相關(guān)，并且NUPR1表達(dá)較高的患者中24.8%出現(xiàn)了復(fù)發(fā)[6]。在前列腺癌細(xì)胞中，過(guò)表達(dá)NUPR1能夠增加細(xì)胞對(duì)環(huán)格列酮的敏感性，可能起到腫瘤抑制因子的作用[7]。

2.2 NUPR1在非腫瘤性疾病發(fā)生發(fā)展中的作用 NUPR1使內(nèi)皮素誘導(dǎo)腎臟系膜增生，從而誘發(fā)糖尿病腎病[8]。在心肌疾病中，NUPR1是誘導(dǎo)心肌纖維母細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP) 所必須的，其高表達(dá)能導(dǎo)致心衰及心肌肥厚，下調(diào)NUPR1的表達(dá)能夠阻斷內(nèi)皮素及腎上腺素類(lèi)似物誘導(dǎo)的心肌肥厚[9]。在急性胰腺炎中，NUPR1能夠通過(guò)誘導(dǎo)胰腺炎相關(guān)蛋白Ⅰ的表達(dá)，減輕急性炎癥對(duì)胰腺的損傷，同時(shí)也能通過(guò)調(diào)節(jié)凋亡維持免疫反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)而保護(hù)胰腺組織[10]。NUPR1通過(guò)維持細(xì)胞色素P450 2E1的活性減輕四氯化碳對(duì)肝臟的毒性作用[11]。NUPR1在不同疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用，體現(xiàn)了其功能的多樣性。

3 NUPR1在相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

NUPR1對(duì)不同疾病發(fā)生發(fā)展的作用是通過(guò)對(duì)各種細(xì)胞功能的調(diào)控完成的，包括上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)、細(xì)胞周期調(diào)控、染色質(zhì)重塑、細(xì)胞凋亡及自噬等。

3.1 NUPR1參與調(diào)控EMT EMT是在胚胎發(fā)生過(guò)程中上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，上皮細(xì)胞獲得間充質(zhì)細(xì)胞的特性，失去極性，細(xì)胞骨架發(fā)生改變，細(xì)胞形態(tài)由多邊形或立方形轉(zhuǎn)變?yōu)榧忓N形，表現(xiàn)為細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與基質(zhì)間的連接性和黏附力下降，細(xì)胞遷移能力增強(qiáng)，該過(guò)程不僅與組織器官重建及傷口愈合有著密切的關(guān)系，同時(shí)也被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞能夠抵抗外界壓力，向其他器官轉(zhuǎn)移的重要因素。在小鼠實(shí)驗(yàn)[12]中發(fā)現(xiàn)，缺失NUPR1的小鼠在壓力應(yīng)激下MMP9表達(dá)下降，MMP是一類(lèi)在一級(jí)結(jié)構(gòu)上差異很大，但其活性中心較為保守、依靠活性中心的金屬離子催化肽鍵水解的蛋白水解酶，能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)包括各種膠原酶及彈性蛋白酶等，不僅能參與細(xì)胞的轉(zhuǎn)移也能誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生EMT；NUPR1通過(guò)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)表達(dá)，與相應(yīng)受體結(jié)合，形成活化的配體-受體復(fù)合物，進(jìn)而磷酸化SMAD家族蛋白中SMAD2和SMAD3，使其與SMAD4形成復(fù)合體，該復(fù)合體與DNA結(jié)合后能夠誘導(dǎo)MMP9的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞EMT的發(fā)生，SMAD結(jié)合元件依賴(lài)的啟動(dòng)子在NUPR1基因缺失的小鼠成纖維細(xì)胞中的活性相比對(duì)照細(xì)胞明顯下降。此外，NUPR1及TGF-β能夠參與細(xì)胞周期的抑制，這被認(rèn)為提供了足夠的時(shí)間使上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而間接參與了EMT的調(diào)節(jié)[13]。

3.2 NUPR1參與調(diào)控細(xì)胞周期 不同的外界壓力會(huì)觸發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生不一的胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，使細(xì)胞周期短暫停止后重新啟動(dòng)，或者使細(xì)胞不再進(jìn)入新的周期而直接發(fā)生凋亡。NUPR1作為壓力應(yīng)激蛋白，被發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞壓力應(yīng)激情況下參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。NUPR1缺失的纖維母細(xì)胞相比對(duì)照細(xì)胞生長(zhǎng)速度更快，并且相比NUPR1缺失的纖維母細(xì)胞，正常表達(dá)NUPR1的纖維母細(xì)胞經(jīng)血清饑餓處理后細(xì)胞周期的停止更加明顯，NUPR1能夠介導(dǎo) C-Jun結(jié)合蛋白將細(xì)胞周期依賴(lài)激酶抑制劑p27由胞核重新定位于胞質(zhì)并降解，阻滯細(xì)胞通過(guò)S期的進(jìn)程[14]。Clark等[15]也證實(shí)，乳腺癌中NUPR1能夠與p53及組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶p300形成復(fù)合體，從而上調(diào)細(xì)胞周期依賴(lài)蛋白激酶抑制劑p21的表達(dá)，阻滯細(xì)胞通過(guò)G1～S期各個(gè)階段的進(jìn)程。與上述研究相反，在促性腺細(xì)胞系(LbetaT2)、人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系(U251)、人星型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系(U87)及非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，下調(diào)NUPR1蛋白會(huì)使細(xì)胞阻滯在G0/G1期，認(rèn)為NUPR1具有促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程的作用[16]?？梢?jiàn)，NURP1對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)具有雙面性，這取決于細(xì)胞種類(lèi)及其所處的內(nèi)外環(huán)境，同時(shí)也從另一方面反應(yīng)出NUPR1功能的多樣性。

3.3 NUPR1參與調(diào)控染色質(zhì)重塑 染色質(zhì)的重塑是指染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和位置發(fā)生了變化，主要涉及核小體與DNA相對(duì)位置的變化，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)尤其是局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變是控制基因表達(dá)的重要組成部分。研究[17]表明，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄之間存在著密切而連續(xù)的關(guān)系，只有處于“活化”狀態(tài)的染色質(zhì)才能夠發(fā)生基因轉(zhuǎn)錄，組蛋白的乙?；癄顟B(tài)是決定染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素；NUPR1能與染色質(zhì)蛋白MSL1結(jié)合，改變組蛋白乙?；富钚?，影響組蛋白乙酰化狀態(tài)，如阻止組蛋白H4第16位賴(lài)氨酸的乙?；?，從而參與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)；此外，NUPR1還可以與p300相互作用，通過(guò)調(diào)節(jié)基因組乙?；稗D(zhuǎn)錄后乙酰化修飾，改變基因的表達(dá)水平[18]。近期研究[19]發(fā)現(xiàn)，NUPR1能夠與S-核糖核酸酶結(jié)合蛋白家族1B(S-ribonuclease binding protein family protein, RING 1B)相互結(jié)合，RING1是Polycomb復(fù)合體中的一種蛋白，該復(fù)合體功能涉及染色質(zhì)重塑及基因轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)反應(yīng)等，研究認(rèn)為NUPR1通過(guò)與RING 1B的結(jié)合參與了染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)及腫瘤的發(fā)生。

3.4 NUPR1參與調(diào)控細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是清除受損細(xì)胞、維持機(jī)體正常內(nèi)環(huán)境的重要過(guò)程，NUPR1被證明參與細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)[20]發(fā)現(xiàn)，NUPR1與酸性蛋白α胸腺素原相互作用形成穩(wěn)定的異二聚體復(fù)合物，通過(guò)抑制Caspase-9的活性，使其不能對(duì)Caspase-3及其他半胱天冬蛋白酶進(jìn)行酶切，進(jìn)而抑制凋亡發(fā)生；乳腺癌及胰腺癌細(xì)胞NUPR1的表達(dá)水平與其凋亡呈負(fù)相關(guān)，NUPR1通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子RelB 及早期應(yīng)答基因抑制凋亡而幫助細(xì)胞抵御壓力，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[21]。在缺氧和葡萄糖缺乏狀態(tài)下，NUPR1可以通過(guò)上調(diào)紫外線抵抗相關(guān)蛋白幫助胰導(dǎo)管腺癌細(xì)胞抵御代謝壓力引起的凋亡，促進(jìn)腫瘤發(fā)生[22]。在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，通過(guò)下調(diào)NUPR1，可以增加細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2、p38、絲裂原活化蛋白激酶及Caspase-3的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡加速。此外，NURP1還參與了自噬及線粒體介導(dǎo)的凋亡，在骨肉瘤及心肌細(xì)胞中，NUPR1能夠?qū)OXC3蛋白由細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，抑制其誘導(dǎo)自噬相關(guān)基因bnip3的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而抑制自噬介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[23,24]；在甲基苯丙胺引起的上皮細(xì)胞線粒體凋亡過(guò)程中，Nupr1-Chop/p53-PUMA/Beclin1途經(jīng)是必須的，有研究[25]認(rèn)為這條途經(jīng)的發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究如何抵御甲基苯丙胺造成的心臟毒性提供了很大幫助。

3.5 NUPR1參與調(diào)控細(xì)胞自噬 自噬作為細(xì)胞自我消化過(guò)程，是細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)降解再循環(huán)的重要途經(jīng)[26]。NUPR1能夠通過(guò)不同的途經(jīng)調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，影響疾病的發(fā)生發(fā)展。通過(guò)對(duì)小鼠皮下接種的人星形膠質(zhì)瘤細(xì)胞及小鼠胚胎成纖維細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，NUPR1的表達(dá)能夠促進(jìn)活化的轉(zhuǎn)錄因子ATF4及C/EBP同源蛋白的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，ATF4與CHOP形成的復(fù)合體通過(guò)增加pseudo-kinase TRB3的表達(dá)，抑制mTORC1進(jìn)而上調(diào)細(xì)胞自噬水平，ATF4對(duì)NUPR1還存在正反饋?zhàn)饔?，更促進(jìn)了自噬的發(fā)生[27]。在心肌細(xì)胞中，NURP1可以影響FOXO3表達(dá)及核定位，沉默NUPR1能夠促進(jìn)FOXO3與bnip3啟動(dòng)子結(jié)合，導(dǎo)致自噬相關(guān)蛋白bnip3轉(zhuǎn)錄表達(dá)增多，促進(jìn)細(xì)胞自噬。NUPR1還通過(guò)上調(diào)lncRNA(TGFB2-OT1)的表達(dá)，促進(jìn)3種microRNA(miR3960、miR4488、miR4459)相應(yīng)靶蛋白(CERS1、NAT8L及LARP1)的表達(dá)，而這些蛋白正是自噬過(guò)程中的關(guān)鍵因子[28]。在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，NUPR1通過(guò)突觸相關(guān)蛋白25與溶酶體SNAPE相關(guān)蛋白VAMP8形成復(fù)合物,進(jìn)而促進(jìn)自噬小體與溶酶體融合并降解，下調(diào)NUPR1的表達(dá)會(huì)干擾自噬潮，影響自噬溶酶體的清除，造成細(xì)胞衰亡，這一發(fā)現(xiàn)提示NUPR1對(duì)自噬的調(diào)節(jié)不僅僅是單純的促進(jìn)或抑制，更是維持自噬穩(wěn)態(tài)、保障細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的關(guān)鍵所在[5]。

綜上所述，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子NUPR1作為壓力脅迫蛋白，在不同的細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境下，能夠影響眾多基因的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。但相關(guān)研究并不能完全闡明該蛋白在不同疾病中所參與的過(guò)程，隨著研究的不斷深入，新的機(jī)制將被發(fā)現(xiàn)，這對(duì)疾病的預(yù)防、診斷及尋找新的治療靶點(diǎn)都有著重要的意義。