維甲酸相關孤兒受體在免疫系統的研究進展

時靜祥(綜述)，杜　智(審校)

(天津醫科大學附屬天津市第三中心醫院肝膽外科 天津市人工細胞重點實驗室，天津 300070)

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維甲酸相關孤兒受體在免疫系統的研究進展

時靜祥△(綜述)，杜智※(審校)

(天津醫科大學附屬天津市第三中心醫院肝膽外科 天津市人工細胞重點實驗室，天津 300070)

摘要：維甲酸相關孤兒受體屬于類固醇激素受體超家族；在機體免疫系統的分化成熟中至關重要，其在次級淋巴組織發育、T淋巴細胞分化成熟及T細胞的譜系分化過程中均起重要作用。近年來，人們通過深入研究進一步闡明了該受體為配體依賴的轉錄因子；并揭示了其在一些疾病過程中的作用，包括自身免疫病及腫瘤。該文對其相關研究進行綜述。

關鍵詞：維甲酸相關孤兒受體；類固醇激素受體；免疫

20世紀80年代，隨著類固醇激素受體克隆的出現，人們發現了其內若干種孤兒受體，其中包括維甲酸相關孤兒受體(retinoid-related orphan receptors，RORs)亞家族，包括RORα、RORβ及RORγ。RORs相關基因已經從許多哺乳動物中克隆出來[1]。其在機體發育、生理節律、細胞代謝等生理過程中發揮著非常重要的作用[2-3]。現主要介紹RORs在免疫系統及相關疾病中的研究進展。

1RORs的結構

1.1RORs基因結構RORα定位于人染色體15q22.2，由15個外顯子構成，基因跨度730 kb；RORβ定位于人染色體9q21.13，基因跨度188 kb；RORγ定位于染色體1q21.3，基因跨度僅24 kb。由于啟動子及外顯子剪接順序不同，每個ROR基因產生多個不同的亞型。人類RORα有4個亞型，為RORα1～4，鼠類僅有RORα1和RORα42個亞型；人類RORβ僅有β11個亞型，而鼠類有β1與β22個亞型；人類與鼠類RORγ均包括γ1和γ22個亞型[1,4]。這些亞型均展示了明顯的組織特異性表達[1-4]。例如，人RORα3僅在睪丸組織中表達，RORα1及RORα4在鼠小腦中均有表達[1]；在小鼠中RORβ1在大腦皮質、丘腦、下丘腦中均有表達，而RORβ2僅在松果體及視網膜表達[1]；RORγ1在肝臟、骨骼肌、脂肪組織及腎臟中表達，而RORγ2(又稱為RORγt)僅在免疫組織中表達[1-2]。

1.2RORs蛋白結構RORs基因編碼產物長短不一，其包含氨基酸序列從459～556不等。RORs蛋白展示了明顯的細胞核受體的結構特點，即由4個主要的功能區組成：分別是N端(A/B)區域、高度保守的DNA結合區(DNA-binding domain，DBD)、鉸鏈區以及C端的配體結合區(ligand-binding domain，LBD)[1-3]。其通過結合目標基因的特異性DNA反應元件(ROR response elements，ROREs)來調節轉錄。不像其他細胞核受體，RORs以單體的形式與ROREs進行識別與結合。另外一類細胞核受體REV-ERBs能與RORs競爭相同的DNA反應元件，且在許多組織中與RORs共表達[5- 6]；該受體是配體依賴的轉錄抑制因子，在許多組織中能對抗RORs的功能[7-8]。RORs的LBD是中度保守的，RORα與RORβ及RORγ分別有63%與58%的同源性。

2RORs在免疫系統中的作用

2.1RORγ在次級淋巴組織發育中的作用許多文獻均表明RORγ是機體免疫系統的重要調節者。淋巴組織誘導(lymphoid tissue inducer，LTi)細胞在淋巴結的形成過程中起重要作用；其起源于胎兒肝臟的造血干細胞，通過與間充質組織細胞的相互作用進入淋巴結的間葉原基，其表面的淋巴毒素α1、β2與間充質組織細胞的受體結合導致淋巴結的形成。研究顯示，基因剔除RORγ的脾臟、腸系膜、小腸內缺乏LTi細胞，表明RORγ在LTi細胞的產生和維持中起重要作用[9]。另外有文獻指出，基因剔除RORγ的小鼠缺乏小腸隱斑及孤立淋巴濾泡等淋巴組織，并進一步表明是由于LTi細胞的缺乏所導致[9]。也有文獻表明，一種新的淋巴細胞亞群在腸道中被鑒定，稱為NKp46+NK1.1intCD127+RORγhi，有可能起源于腸道隱斑的LTi類似細胞，基因剔除RORγ的小鼠缺乏此類細胞的產生，推測可能是由于LTi類似細胞減少所致[10-12]。

2.2RORγ在T淋巴細胞分化成熟中的作用很多研究都證實RORγt在T淋巴細胞分化成熟中起重要作用。在其分化過程中，T細胞的先導CD25-CD44+CD4-CD8-雙陰性(double negative，DN1)通過中間階段(DN2、DN3、DN4)分化成未成熟的單陽性(immature single positive，ISP)CD3-CD4-CD8low細胞；ISP細胞進一步分化為CD4+CD8+雙陽性(double positive，DP)胸腺細胞。此后，經過TCRα基因重排，DP細胞轉化為成熟單陽性(single positive，SP)的CD4+CD8-輔助性T細胞及CD4-CD8+細胞毒性T細胞，并定植到脾臟及淋巴結等次級淋巴組織中[13]。在ISP向DP的轉化過程中，RORγt短暫的表達，它可以促進ISP-DP的轉化并增強抗凋亡基因Bcl-xL的表達，Bcl-xL可以提高細胞的存活并促進TCRα的重排；缺乏RORγt導致DP細胞凋亡的加速，并損傷TCRα的重排[1]。基因剔除RORγ的小鼠出現了ISP細胞的積聚以及DP細胞缺乏，證明了其在ISP-DP轉化過程中的作用[14]。

2.3RORs在T細胞譜系分化中的作用研究顯示,RORs在調節輔助性T細胞的譜系分化過程中起非常重要的作用[15-16]。有文獻指出，RORγt在CD4+T細胞分化成T輔助細胞17(T helper cell 17,Th17)的過程中是必需的[17-18]。在TCR的信號刺激以及白細胞介素(interleukin，IL)6和轉化生長因子β細胞因子的共同作用下，幼稚CD4+T細胞內的信號轉導與轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)可以被激活，STAT3可以進一步調節RORγt的表達，RORγt通過與IL-17基因的RORE結合促進其釋放，RORγt也可以促進IL-23R的表達，IL-23R與IL-23的結合可以延長Th17的存活時間，RORγt缺失的小鼠Th17分化的能力明顯下降證實了其的重要作用[18]。隨后的研究顯示， RORα在Th17的分化過程中也起著重要的作用，缺乏RORα減少IL-17和IL-23R的表達，而外源性的RORα可以增強輔助性T細胞中IL-17和IL-23R的表達[19]。因此，RORγt和RORα在Th17分化的過程中都發揮著重要作用，但前者起主要作用，因為單獨抑制RORγt可以完全抑制人類Th17的分化[17]。然而，最近的研究表明Th17的分化是一個由多種基因以及許多細胞因子共同調節的網絡，RORγt并不是此過程的主要調節者，它與其他細胞因子共同調節一小部分Th17相關基因的表達[20]。因此，RORγt在Th17中的作用需要進一步研究。

3RORs配體依賴的轉錄因子

細胞核受體的典型特征是配體依賴的轉錄因子，配體結合到LBD區導致受體構象的變化，從而提供了輔因子結合位點，輔因子可以是激活劑也可以是阻遏劑[2]。作為細胞核受體的一種RORs除了具有上述特征外，還存在自己的特點：即在配體缺乏的情況下，此類受體與輔激活物相結合處于持續激活的狀態；激動劑與LBD區結合會導致更多的輔激活物與受體結合從而增強轉錄活動；反向激動劑與LBD區結合會導致輔激活物與受體分離，輔阻遏物與受體結合，從而抑制轉錄活動[2,17]。20-α羥膽固醇通過與RORγ的LBD區結合會增強輔激活物與受體的結合，因此它是一種激動劑[21]。24S-羥膽固醇是RORα和RORγ的高親和力配體，它作為一種反向激動劑抑制RORα和RORγ的轉錄活動[22]。

除上述所說的內源性配體會影響RORs的功能，合成的配體也會影響RORs的功能。合成配體SR1078最初被認為是RORs的反向激動劑，因為它可以抑制RORα和RORγ的轉錄活動；進一步的研究表明，它可以刺激肝臟中RORs靶基因G6Pase與成纖維細胞生長因子21的表達起到激動劑的作用[23]。研究顯示，RORα在乳腺癌、前列腺癌及卵巢癌內的表達水平下降，通過SR1078激活RORα可引起p53升高及細胞凋亡增加，從而為這些腫瘤的治療提供靶標[24]。由于RORα和RORγ在Th17發育以及自身免疫病中的重要作用，最近發現了Th17的反向激動劑SR1001，它可以與RORα和RORγ的LBD區直接結合，導致其構象的變化，降低與輔激活物的親和力，增加與輔阻遏物的親和力，從而抑制Th17介導的自身免疫病[25]。有文獻指出，強心藥物地高辛是RORγ的小分子抑制物，它可以抑制RORγ介導的免疫活動，但并不影響RORα的免疫行為，不僅可以減輕Th17介導的自身免疫病，還可以減少相應的不良反應[26-27]。研究表明,SR2211作為RORγ反向激動劑，能與RORγ的LBD區特異性結合而抑制受體的功能，因此其可以作為RORγ的有效調節器來抑制Th17介導的自身免疫病[28]。由于RORs的此種特性，其可以作為治療Th17相關疾病的有效靶標。

4RORs與疾病

4.1RORs與自身免疫病研究表明,Th17在機體一系列自身免疫性疾病(如腦脊髓炎、關節炎、多發硬化癥、炎性腸病、移植物抗宿主病)中起重要作用[17,29-30]。Th17細胞通過釋放IL-17可以促進一系列細胞因子、趨化因子及金屬蛋白酶的分泌，從而介導自身免疫病。缺乏IL-17的小鼠不容易患抗原誘導的關節炎及多發硬化癥；而用抗體中和IL-17可以抑制中樞神經系統的自身免疫性炎癥。研究表明，向患有結腸炎的小鼠模型內注入無RORγ的T細胞會降低黏膜內IL-17的水平，從而抑制結腸炎的發展；在此基礎上注入IL-17會導致結腸炎的快速發展[30]。上述研究表明，RORγ通過控制IL-17的釋放以及Th17細胞的分化在自身免疫病中起重要作用，因此其可以作為藥物治療的靶標。

4.2RORs與腫瘤很多研究表明RORs在腫瘤發生和發展中起非常重要的作用。缺乏RORγ的小鼠發生淋巴瘤的概率升高且容易轉移到肝臟及脾臟，其壽命明顯縮短，其機制可能是胸腺細胞分化及增殖過程的異常[31]。有文獻指出，在人胃癌及卵巢癌中Th17細胞相關基因RORγ、IL-17高于癌旁組織，其相關促炎因子的升高有可能導致腫瘤發病，改變RORγ的表達能導致Th17相關促炎細胞因子的變化，從而影響腫瘤的進展[32-33]。有文獻已經揭示了RORα的表達與缺氧之間的關系，而缺氧是血管生成與腫瘤進展的一個關鍵因素[1]。缺氧通過激活低氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α)從而引起多層面的細胞反應。研究表明，外源的RORα可以增加HIF-1α與血管內皮生長因子蛋白的表達水平，進一步的研究指出，RORα的DBD區與HIF-1α的相互作用可增加其穩定性，放大相關反應，從而促進腫瘤的進展；相反，使用RNA干擾技術剔除RORα可減少HIF-1α與血管內皮生長因子蛋白的表達水平，從而抑制腫瘤的進展[34]。因此，RORs有望成為腫瘤治療的靶標。

5問題與展望

雖然RORs在機體中起著非常重要的作用，但其進一步應用也面臨諸多問題：如免疫系統是復雜的調節網絡，RORs的確切信息通路和調控機制以及其與其他細胞受體之間的關系等，都需要更加深入的研究。總之，RORs在免疫系統中起著必不可少的作用，在許多疾病中發揮重要作用，相信隨著實驗和臨床研究的進一步深入，其有可能成為臨床治療的良好靶標。

參考文獻

[1]Jetten AM.Retinoid-related orphan receptors (RORs):critical roles in development,immunity,circadian rhythm,and cellular metabolism[J].Nucl Recept Signal,2009,7:e003.

[2]Solt LA,Burris TP.Action of RORs and their ligands in (patho)physiology[J].Trends Endocrinol Metab,2012,23(12):619-627.

[3]Jetten AM,Kang HS,Takeda Y.Retinoic acid-related orphan receptors α and γ:key regulators of lipid/glucose metabolism,inflammation,and insulin sensitivity[J].Front Endocrinol (Lausanne),2013,4:1.

[4]Jetten AM,Joo JH.Retinoid-related Orphan Receptors (RORs):Roles in Cellular Differentiation and Development[J].Adv Dev Biol,2006,16:313-355.

[5]Solt LA,Kojetin DJ,Burris TP.The REV-ERBs and RORs:molecular links between circadian rhythms and lipid homeostasis[J].Future Med Chem,2011,3(5):623-638.

[6]Yin L,Wu N,Lazar MA.Nuclear receptor Rev-erbalpha:a heme receptor that coordinates circadian rhythm and metabolism[J].Nucl Recept Signal,2010,8:e001.

[7]Burris TP.Nuclear hormone receptors for heme:REV-ERBalpha and REV-ERBbeta are ligand-regulated components of the mammalian clock[J].Mol Endocrinol,2008,22(7):1509-1520.

[8]Yin L,Wu N,Curtin JC,etal.Rev-erbalpha,a heme sensor that coordinates metabolic and circadian pathways[J].Science,2007,318(5857):1786-1789.

[9]Eberl G.Inducible lymphoid tissues in the adult gut:recapitulation of a fetal developmental pathway?[J].Nat Rev Immunol,2005,5(5):413-420.

[10]Cupedo T,Crellin NK,Papazian N,etal.Human fetal lymphoid tissue-inducer cells are interleukin 17-producing precursors to RORC+CD127+natural killer-like cells[J].Nat Immunol,2009,10(1):66-74.

[11]Luci C,Reynders A,Ivanov II,etal.Influence of the transcription factor RORgammat on the development of NKp46+cell populations in gut and skin[J].Nat Immunol,2009,10(1):75-82.

[12]Sanos SL,Bui VL,Mortha A,etal.RORgammat and commensal microflora are required for the differentiation of mucosal interleukin 22-producing NKp46+cells[J].Nat Immunol,2009,10(1):83-91.

[13]Zhang N,Hartig H,Dzhagalov I,etal.The role of apoptosis in the development and function of T lymphocytes[J].Cell Res,2005,15(10):749-769.

[14]Guo J,Hawwari A,Li H,etal.Regulation of the TCRalpha repertoire by the survival window of CD4+CD8+thymocytes[J].Nat Immunol,2002,3(5):469-476.

[15]Coomes SM,Pelly VS,Wilson MS.Plasticity within the αβ+CD4+T-cell lineage:when,how and what for? [J].Open Biol,2013,3(1):120157.

[16]Zhou L,Chong MM,Littman DR.Plasticity of CD4+T cell lineage differentiation[J].Immunity,2009,30(5):646-655.

[17]Huh JR,Littman DR.Small molecule inhibitors of RORγt:targeting Th17 cells and other applications[J].Eur J Immunol,2012,42(9):2232-2237.

[18]Ivanov II,McKenzie BS,Zhou L,etal.The orphan nuclear receptor RORgammat directs the differentiation program of proinflammatory IL-17+T helper cells[J].Cell,2006,126(6):1121-1133.

[19]Okamoto K,Iwai Y,Oh-Hora M,etal.IkappaBzeta regulates T(H)17 development by cooperating with ROR nuclear receptors[J].Nature,2010,464(7293):1381-1385.

[20]Ciofani M,Madar A,Galan C,etal.A validated regulatory network for Th17 cell specification[J].Cell,2012,151(2):289-303.

[21]Jin L,Martynowski D,Zheng S,etal.Structural basis for hydroxycholesterols as natural ligands of orphan nuclear receptor RORga-mma[J].Mol Endocrinol,2010,24(5):923-929.

[22]Wang Y,Kumar N,Crumbley C,etal.A second class of nuclear receptors for oxysterols:Regulation of RORalpha and RORgamma activity by 24S-hydroxycholesterol (cerebrosterol)[J].Biochim Biophys Acta,2010,1801(8):917-923.

[23]Wang Y,Kumar N,Nuhant P,etal.Identification of SR1078,a synthetic agonist for the orphan nuclear receptors RORα and RORγ[J].ACS Chem Biol,2010,5(11):1029-1034.

[24]Wang Y,Solt LA,Kojetin DJ,etal.Regulation of p53 stability and apoptosis by a ROR agonist[J].PLoS One,2012,7(4):e34921.

[25]Solt LA,Kumar N,Nuhant P,etal.Suppression of TH17 differentiation and autoimmunity by a synthetic ROR ligand[J].Nature,2011,472(7344):491-494.

[26]Huh JR,Leung MW,Huang P,etal.Digoxin and its derivatives suppress TH17 cell differentiation by antagonizing RORγt acti-vity[J].Nature,2011,472(7344):486-490.

[27]Fujita-Sato S,Ito S,Isobe T,etal.Structural basis of digoxin that antagonizes ROR gammat receptor activity and suppresses Th17 cell differentiation and interleukin (IL)-17 production[J].J Biol Chem,2011,286(36):31409-31417.

[28]Kumar N,Lyda B,Chang MR,etal.Identification of SR2211:a potent synthetic RORγ-selective modulator[J].ACS Chem Biol,2012,7(4):672-677.

[29]Serody JS,Hill GR.The IL-17 differentiation pathway and its role in transplant outcome[J].Biol Blood Marrow Transplant,2012,18(1 Suppl):S56-61.

[30]Leppkes M,Becker C,Ivanov II,etal.RORgamma-expressing Th17 cells induce murine chronic intestinal inflammation via redundant effects of IL-17A and IL-17F[J].Gastroenterology,2009,136(1):257-267.

[31]Jetten AM,Ueda E.Retinoid-related orphan receptors (RORs):roles in cell survival,differentiation and disease[J].Cell Death Differ,2002,9(11):1167-1171.

[32]Zhang F,Meng G,Strober W.Interactions among the transcription factors Runx1,RORgammat and Foxp3 regulate the differentiation of interleukin 17-producing T cells[J].Nat Immunol,2008,9(11):1297-1306.

[33]Miyahara Y,Odunsi K,Chen W,etal.Generation and regulation of human CD4+IL-17-producing T cells in ovarian cancer[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(40):15505-15510.

[34]Kim EJ,Yoo YG,Yang WK,etal.Transcriptional activation of HIF-1 by RORalpha and its role in hypoxia signaling[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2008,28(10):1796-1802.

Research Advances of Retinoid-related Orphan Receptors in Immune SystemSHIJing-xiang,DUZhi.(DepartmentofHepatobiliarySurgery,theThirdCentralHospitalAffiliatedtoTianjinMedicalUniversity,KeyLaboratoryofArtificialCell,Tianjin300070,China)

Abstract:Retinoid-related orphan receptors are transcription factors belonging to the steroid hormone receptor superfamily; they play critical roles in immune system,as revealed in several studies that they are essential for the development of lymphoid tissues,differentiation and maturation of T lymphocytes and T cell lineage specification.Recent reports confirmed the receptors are ligand dependent transcription factors and revealed their roles in some diseases,including several autoimmune diseases and tumors.Here is to make a review of the preceding aspects of the receptors.

Key words:Retinoid-related orphan receptors; Steroid hormone receptor; Immunity

收稿日期：2014-07-01修回日期：2014-12-30編輯：樓立理

基金項目：天津市應用基礎及前沿技術研究計劃(11JCYBJC27700)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.11.007

中圖分類號：R392.12

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)11-1937-03