FoxO轉(zhuǎn)錄因子與紅細(xì)胞信號通路的研究進(jìn)展*

馮婷婷 綜述，冀林華 審校

(青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，青海西寧 810001)

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FoxO轉(zhuǎn)錄因子與紅細(xì)胞信號通路的研究進(jìn)展*

馮婷婷 綜述，冀林華△審校

(青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，青海西寧 810001)

FoxO轉(zhuǎn)錄因子；磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信號通路；紅細(xì)胞信號通路

紅細(xì)胞的生成是個復(fù)雜的過程，通過激活干細(xì)胞因子/干細(xì)胞因子受體(stem cell factor/stem cell factor receptor，SCF/c-kit)和促紅細(xì)胞生成素/促紅細(xì)胞生成素受體(erythropoietin/erythropoietin-receptor，EPO/EPOR)通路，完成紅細(xì)胞生長發(fā)育。叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子(forkhead transcription factor，F(xiàn)oxO)是一個與紅細(xì)胞關(guān)系密切的轉(zhuǎn)錄因子。磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB)通路是紅細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中SCF/c-kit和EPO/EPOR通路共同的一條通路，F(xiàn)oxO受PI3K/PKB磷酸化級聯(lián)通路的調(diào)節(jié)，其活性與磷酸化狀態(tài)直接相關(guān)。PI3K激活可使膜磷酸肌醇磷酸化，其產(chǎn)物可作為第二信使在細(xì)胞中傳遞信號，介導(dǎo)細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。FoxO轉(zhuǎn)錄因子與紅細(xì)胞信號通路關(guān)系密切，本文主要針對FoxO轉(zhuǎn)錄因子與紅細(xì)胞信號通路關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　FoxO轉(zhuǎn)錄因子家族的構(gòu)成特點(diǎn)及生物學(xué)特性

1.1FoxO轉(zhuǎn)錄因子家族的構(gòu)成FoxO轉(zhuǎn)錄因子家族含有約由110個氨基酸組成的DNA結(jié)合域(Fork head結(jié)構(gòu)域)，該結(jié)構(gòu)域相當(dāng)保守，也稱為翼狀螺旋結(jié)構(gòu)域[1]。其核心部分由N-末端的3個α-螺旋(H1、H2、和H3)依次排列，兩側(cè)由β-折疊(W1和W2)片連接了兩個“翼”的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此FoxO蛋白又稱翼狀螺旋蛋白[2]。此外，F(xiàn)ork head結(jié)構(gòu)域中多數(shù)氨基酸都相同，呈高度保守結(jié)構(gòu)。

1.2FoxO轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)有的命名法及其DNA結(jié)合域的同源性，F(xiàn)ox家族已被分為19個亞族(A～S)。目前，已經(jīng)證實(shí)FoxO蛋白對紅細(xì)胞生成的影響較大[3]。FoxO是Fox轉(zhuǎn)錄因子家族中的一個亞族，在人類的4個同源基因分別為FoxO1、FoxO2、FoxO3a和FoxO4[4]。在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)FoxO家族中的一個成員命名為FoxO5，在小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的另一個FoxO新成員命名為FoxO6[5]。FoxO蛋白有3個高度保守的PKB磷酸化位點(diǎn)，包括Thr24、Ser256和Ser319，其基本功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、細(xì)胞調(diào)亡、萎縮和體內(nèi)能量的平衡[6]。FoxO能夠與特異的序列結(jié)合，作為轉(zhuǎn)錄活化因子，其活性受多條信號通路的調(diào)節(jié)，主要方式是對FoxO特定的氨基酸位點(diǎn)進(jìn)行磷酸化/去磷酸化的調(diào)控[7]。

1.3FoxO轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)范圍FoxO蛋白表達(dá)范圍廣泛，在卵巢、前列腺、骨骼肌、腦組織、心臟、肺、肝臟、胰腺、胸腺、脾臟和睪丸組織中均有表達(dá)。FoxO1及FoxO3a的基因通過肺泡橫紋肌肉瘤中的染色體轉(zhuǎn)位被鑒定出[8]。FoxO4與急性淋巴系白血病中t(X;11)染色體轉(zhuǎn)位有關(guān)[9]。研究證實(shí)，在胚胎鼠和成年鼠中，F(xiàn)oxO1、FoxO3a及FoxO4在肌肉、脂肪組織和肝臟中表達(dá)最高，F(xiàn)oxO3a在心臟、大腦和腎臟中比FoxO1分布更廣[10]。FoxO3在整個大腦中均有表達(dá)，包括認(rèn)知和運(yùn)動區(qū)域。

1.4FoxO轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)功能FoxO轉(zhuǎn)錄因子的活性與磷酸化狀態(tài)直接相關(guān)。FoxO特異性的氨基酸位點(diǎn)被磷酸化后，從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中，失去轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性，功能被抑制。因此，F(xiàn)oxO在核內(nèi)外的轉(zhuǎn)位決定了其對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。下游調(diào)節(jié)的靶基因多與細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、衰老及代謝有關(guān)。FoxO1是成骨細(xì)胞增殖和維持機(jī)體氧化還原平衡所必須的轉(zhuǎn)錄因子，控制著骨的形成[11]。胰島素、類胰島素樣生長因子及其他轉(zhuǎn)錄因子與其特異的酪氨酸激酶受體結(jié)合后激活PKB，活化的PKB使上述3個位點(diǎn)磷酸化，導(dǎo)致FoxO1蛋白從細(xì)胞核易位到細(xì)胞質(zhì)中，從而抑制其轉(zhuǎn)錄活性，導(dǎo)致FoxO1靶基因的表達(dá)下降[12]，影響下游基因的表達(dá)。FoxO轉(zhuǎn)錄因子可參與多種生理及病理過程，例如細(xì)胞的增殖、凋亡、自噬、代謝、老化、癌癥及神經(jīng)系統(tǒng)疾病[13-14]。其中，F(xiàn)oxO3可能與炎性反應(yīng)有關(guān)，缺少FoxO3可能會引起年齡相關(guān)性不孕、神經(jīng)池細(xì)胞減少[3]；而FoxO4的缺失可引起腸炎，F(xiàn)oxO6與記憶相關(guān)性較大[15]。

2　紅細(xì)胞信號通路

紅細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要涉及SCF/c-kit、EPO/EPOR等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。SCF/c-kit通路分別激活Src家族通路,涉及調(diào)節(jié)因子Src、Yes、Lyn、Fyn、Lck、Blk、Fgr、Hck和Yrk；PI3K通路，涉及調(diào)節(jié)因子蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3，GSK3)；以及磷酸脂酶C-γ(phospholipase C-γ，PLC-γ)通路，涉及調(diào)節(jié)因子二脂酰甘油(diacylglycerol，DAG)、磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol 4,5-biphosphate，PIP2)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)。EPO/EPOR通路分別激活Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)通路，涉及調(diào)節(jié)因子JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2，TYK2)；Ras/絲裂原活化蛋白激酶(Ras/mitogen activated protein kinase，Ras/MAPK)通路，涉及調(diào)節(jié)因子Src同源區(qū)2結(jié)構(gòu)域蛋白C(Src homology domain 2 containingprotein，Shc)、Src同源區(qū)2(Src homology 2，SH2)、生長因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)和SOS(son of sevenless)；以及PI3K通路，涉及調(diào)節(jié)因子PKB、Akt和持續(xù)活化型Akt(constitutively active mutant of AKT，Myr-Akt)[16]。另外，SCF/c-kit激活Src，EPO/EPOR激活JAK2后，可共同作用于Ras，進(jìn)而激活MAPK，引起細(xì)胞核內(nèi)c-jun及c-fos的表達(dá)，促進(jìn)紅細(xì)胞的增殖分化。紅細(xì)胞分化發(fā)育過程中的兩條主要通路SCF/c-kit和EPO/EPOR既可分別發(fā)揮作用，又可通過Ras途徑互相聯(lián)系，共同促進(jìn)紅細(xì)胞的分化發(fā)育。PI3K通路是紅細(xì)胞生成發(fā)育的共同途徑，F(xiàn)oxO受PI3K/PKB磷酸化級聯(lián)通路的調(diào)節(jié)，其活性與磷酸化狀態(tài)直接相關(guān)。PI3K激活可使膜磷酸肌醇磷酸化，其產(chǎn)物可作為第二信使在細(xì)胞中傳遞信號，介導(dǎo)細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3　FoxO轉(zhuǎn)錄因子的信號通路及其與紅細(xì)胞信號通路的相互關(guān)系

3.1FoxO轉(zhuǎn)錄因子影響PI3K/PKB信號通路傳導(dǎo)的過程及效應(yīng)PKB也稱Akt，PI3K信號通路能夠使FoxO發(fā)生磷酸化，使其由細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)錄活性下調(diào)，從而抑制FoxO調(diào)控的下游基因的表達(dá)[17]。FoxO的乙酰化可削弱 FoxO1結(jié)合同源DNA序列的能力，進(jìn)而又加強(qiáng)FoxO的磷酸化，進(jìn)一步降低其轉(zhuǎn)錄活性。FoxO轉(zhuǎn)錄因子能夠調(diào)節(jié)PI3K/PKB信號通路中的下游基因。研究證實(shí)，F(xiàn)oxO在細(xì)胞凋亡、DNA損傷(修復(fù))、應(yīng)激、血管生成、糖代謝和腫瘤發(fā)生等過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。磷酸化和去磷酸化的修飾作用在介導(dǎo)各種生長因子信號傳導(dǎo)中最常見，胰島素和生長因子等與受體結(jié)合后激活PI3K/PKB信號通路，F(xiàn)oxO被PKB磷酸化，磷酸化的FoxO與受體蛋白結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生改變，從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，失去轉(zhuǎn)錄活性。

PI3K/PKB信號通路是紅細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中較為重要的一條通路，PI3K激活可使膜磷酸肌醇磷酸化，其產(chǎn)物可作為第二信使在細(xì)胞中傳遞信號，介導(dǎo)細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。PI3K激活后主要使4，5-二磷酸肌醇轉(zhuǎn)變生成3，4，5-三磷酸肌醇，隨后激活PKB、c-jun氨基末端激酶、PKC等下游磷酸化底物激酶[15]。PI3K通路主要與細(xì)胞有絲分裂、分化、存活、黏附及分泌有關(guān)。激活后的PI3K磷酸化小分子磷脂酰肌醇-2磷酸(PIP2)形成磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(phosphatidylinositol3，4，5-triphosphate，PIP3)。PIP3是PI3K/PKB信號途徑中一個重要的第二信使。3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1((3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDK1)和PKB的共同結(jié)構(gòu)域與PIP3結(jié)合定位到細(xì)胞膜，進(jìn)而PDK1使PKB磷酸化激活[18]。PKB激活后進(jìn)一步磷酸化調(diào)控下游基因，其中FoxO是一個重要基因，磷酸化的FoxO因子從細(xì)胞核穿梭并滯留到細(xì)胞質(zhì)中，這些磷酸化的蛋白導(dǎo)致DNA損傷，從而產(chǎn)生約束作用，形成新的復(fù)合物并從細(xì)胞核中脫出，抑制蛋白表達(dá)，不能發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄活性。無刺激因子時，F(xiàn)oxO停留在細(xì)胞核中，處于去磷酸化的狀態(tài)。處于細(xì)胞核中的FoxO轉(zhuǎn)錄因子可以與相關(guān)的靶基因相結(jié)合從而影響細(xì)胞周期、凋亡，以及新陳代謝和應(yīng)激反應(yīng)等[19]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在果蠅中約有277個基因的表達(dá)受FoxO直接或間接調(diào)節(jié)[20]。

3.2FoxO與紅細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)其他信號通路的關(guān)系FoxO1通過激活PKB，可以調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等炎性因子的轉(zhuǎn)錄活性[21]。紅細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)JAK/STAT通路被認(rèn)為是一種多種細(xì)胞外信號導(dǎo)致特異性靶細(xì)胞上基因表達(dá)快速改變的經(jīng)典途徑，可能是EPO實(shí)現(xiàn)抗炎、抗凋亡作用的重要途徑。磷酸化的JAK2可激活NF-κB通路，調(diào)控炎性反應(yīng)。對于NF-κB的抗凋亡機(jī)制，已證實(shí)NF-κB為PKB的靶分子并受其調(diào)控，且這些信號分子之間構(gòu)成了復(fù)雜的交叉信號通路以共同發(fā)揮作用。NF-κB可誘導(dǎo)凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis family of protein，IAP)家族的表達(dá)，從而調(diào)控細(xì)胞生成。因此，F(xiàn)oxO1可以通過PKB影響紅細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

4　小　　結(jié)

綜上所述，F(xiàn)oxO轉(zhuǎn)錄因子與PI3K/PKB信號通路影響紅細(xì)胞的生成、增殖、活力及凋亡。目前，關(guān)于FoxO轉(zhuǎn)錄因子的研究還在不斷深入，今后的研究重點(diǎn)將集中在FoxO轉(zhuǎn)錄因子與其他信號通路的關(guān)系上。筆者相信隨著對FoxO轉(zhuǎn)錄因子不斷深入的研究，將為探討紅細(xì)胞生成的調(diào)控機(jī)制提供更重要的依據(jù)。

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青海省國際合作項(xiàng)目基金資助項(xiàng)目(2014-HZ-808)。作者簡介：馮婷婷(1989-)，住院醫(yī)師，在讀碩士，主要從事慢性高原病研究。△

，E-mail：13997244508@163.com。

R331.14

A

1671-8348(2016)21-3002-03

2016-01-11

2016-03-02)

·綜述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.21.040