活化轉錄因子3與急性肺損傷

吳秀琳 陳復輝 錢斕蘭 郭亮 吳學玲 唐敏

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·綜述·

活化轉錄因子3與急性肺損傷

吳秀琳1，2陳復輝2錢斕蘭3郭亮3吳學玲4唐敏5

活化轉錄因子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致的肺泡上皮細胞及毛細血管內皮細胞損傷，造成彌漫性肺間質及肺泡水腫，進而發生急性低氧性呼吸功能不全。其由多種炎癥細胞(巨噬細胞、嗜中性粒細胞和淋巴細胞等)介導，導致肺臟局部炎癥反應和炎癥反應失控所致的肺毛細血管膜損傷，是臨床常見危重癥，病死率高，發病機制非常復雜，且不完全明確，為常見的進展迅速的炎癥性肺疾病[1-3]。急性肺損傷的發病機制較多, 多由細菌內毒素引起。內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。內毒素性急性肺損傷的發病率及死亡率很高,嚴重威脅著人類的健康。然而其發病機制錯綜復雜,尚無有效的治療方案[4]。目前,分子生物學技術的發展及內毒素相關研究的不斷深入,為研究內毒素性肺損傷的病理機制和治療提供了更為廣闊的空間,也為減少臨床上內毒素的病死率提供了更多的治療方案。近來發現活化轉錄因子3(activating transcription factor 3, ATF3)在炎癥信號通路具有重要調控作用，可能為內毒素性ALI治療的一個重要靶點[5-6]。現就ATF3在內毒素性急性肺損傷等炎癥中的作用的做一綜述。

一、ATF3蛋白質結構特點

ATF3基因定位于1q32.3，最初是從人子宮頸腺癌傳代細胞系 HeLa 細胞中分離獲得，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95%，因此統一命名為ATF3。 ATF3基因所編碼的蛋白質為 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-亮氨酸拉鏈(basic-region leucine zipper, bZIP) 的轉錄因子， 包括 CREB、CREBP1、ATF3、ATF4、ATF6、B-ATF、ATF7 等，這些蛋白質的共同特點是擁有bZIP區域，其堿性區主要負責與ATF/CREB 共 有 序 列 位 點 TGACGTCA結合，而亮氨酸拉鏈區與其他擁有bZIP的蛋白質形成同二聚體或異二聚體[7-8]。

目前發現ATF3 cDNA有全長型和可變剪接型。ATF3 全長 CDNA編碼的蛋白質含有 181個氨基酸，其相對分子質量為22×103。 ATF3與自身形成的同二聚體，與 ATF3位點結合后主要發揮抑制轉錄作用；另一方面ATF3 還可與其他bZIP蛋白結合形成異二聚體，這些異二聚體有的發揮激活轉錄活性，有的則抑制轉錄。ATF3剪接變異型包括ATF3ΔZip、ATF3ΔZip2a、ATF3ΔZip2b、ATF3ΔZip2c、ATF3ΔZip3和ATF3ΔZip3b。其中ATF3ΔZip，是經血清培養的 HeLa 細胞中分離得到的同源蛋白，其缺乏亮氨酸拉鏈區，不能結合 ATF/CRE 序列，然而仍能激活轉錄，有研究報道很可能靠阻遏協同抑制因子與啟動子接觸發揮作用。而ATF3ΔZip2a 和 ATF3ΔZip2b，兩者是經高半胱氨酸處理的 HUVECs 細胞中檢測到的，與 ATF3ΔZip 相似也缺少亮氨酸拉鏈區不結合 ATF/CRE 序列，單獨對轉錄不起作用，與全長 ATF3 協同表達時可顯著削弱ATF3 轉錄抑制作用，從而進一步刺激轉錄。因此，ATF3的變異剪輯在靶基因的調控中也是非常重要的[9-10]。

二、ATF3在內毒素性急性肺損傷等炎癥分子機制中的作用

炎癥是具有血管系統的活性組織對損傷因子所發生的防御反應，具有殺滅病原體、限制感染及修復損傷等作用，但需要精確調控的過程，否則過度炎癥反應會造成組織損傷，嚴重時可危及生命，如急性肺損傷就是炎癥反應失衡的后果。內毒素性急性肺損傷的發生主要是LPS進入機體后被脂多糖結合蛋白(lipopolysaccharide binding protein, LBP)識別,然后與CD14 結合,形成LPS/ LBP/ CD14,其通過信號轉導通路活化炎癥細胞釋放大量炎癥因子的過程錯綜復雜,迄今尚未完全闡明。

1. TLRs通路激活能提高ATF3蛋白表達水平: Toll 樣受體(Toll-like receptors, TLR)是一個模式識別受體家族， 它們在進化上高度保守，從線蟲到哺乳動物都存在 TLRs。目前已發現的鼠類有12種(TLR1-9，TLR11-13)，人類10種(TLR1-10)，果蠅12種(TLR1-9,18wheeler)。TLR可識別并結合不同的來自各種細菌或病毒的分解產物(pathogen-associated molecular patterns, AMP)，來啟動機體的天然免疫和引起獲得性免疫反應。PAMP是引起天然免疫的一些微生物共有的特定保守位點，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毒素的活性成分LPS，主要與TLR4受體結合。TLRs 的激活可誘導很強的免疫反應，有利于機體抵抗病原體感染或組織損傷，但是過度的免疫反應也會帶來不利影響，如產生內毒素休克等。為了保證 TLRs 介導正確的免疫應答，機體存在精密的負調控機制，及時抑制 TLRs 信號，維持機體的免疫平衡。TLR4作為 LPS 誘導的細胞應答的頂點,在 LPS介導的 ALI 的發病機制中發揮重要作用。如果能調節 TLR4的信號轉導,就可能在不同的病理階段將炎性反應水平調控在合適水平,從而有利于ALI的防治，并可作為藥物研發的靶點。

ATF3與TLRs的關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，基因芯片分析發現pIC/CpG-ODG通過與TLR3和9結合后，ATF3基因表達明顯上調[12]。此后，陸續發現，ATF3在靜息狀態下的細胞中低表達，TLRs激活單核巨噬細胞后，不僅LPS與TLR4結合，CpG-ODG與TLR9、酵母聚糖與TLR2和6的異二聚體結合等都能明顯使ATF3蛋白水平表達一過性增高，提示ATF3在TLR信號通路中起到關鍵的調節作用[12-14]。

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

早期在ATF3基因缺失骨髓來源的單核巨噬細胞中發現，LPS處理后，IL-6和IL-12b表達明顯增加；此后采用一系列TLRs活化ATF3缺失的原代巨噬細胞，都產生了較高的IL-6和IL-12p40[12-14]；而TRL9激活時還可以使TNF-α表達增加[15]。所以，ATF3很有可能是早期炎癥因子負調控子。內毒素誘導產生的細胞因子主要有 IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α等。這些細胞因子不僅可以直接導致肺損傷,還可以激活其他信號通路,促進炎癥因子的表達,導致肺損傷[16-17]。下調促炎因子或上調抗炎因子的產生,使其保持平衡,可使肺內環境由促炎反應向抗炎反應轉變,從而阻止肺內反應繼續進展。ATF3在TLR信號通路中的作用主要就與細胞因子平衡有關。那么ATF3是如何調控細胞因子目前尚不清楚。

炎癥反應相關的信號通路包括TLR-4介導的LPS信號轉導，TNF-α受體介導的TNF-α信號轉導，趨化因子受體介導的信號轉導通路。三個信號通路最終都會激活NF-κB。NF-κB是一種重要的轉錄因子,與目的基因結合位點結合,啟動和調控一系列參與炎癥反應的炎癥因子基因表達,參與ALI 的炎性反應進程,介導肺臟等器官功能損害。NF-κB 的持續活化與肺損傷的嚴重程度有關,阻斷 NF-κB 途徑有利于 ALI 的治療。

很多炎癥相關的細胞因子的基因啟動子上ATF/CREB結合位點與NF-κB轉錄因子結合位點非常接近，提示ATF3可能直接抑制NF-κB轉錄活性。其可能與ATF3和脫乙酰化酶(HADC1)結合，其與位于染色質中的組蛋白乙酰化位點結合，引起染色質構象變化進而阻止NF-κB與 DNA結合，影響其轉錄活性。另一方面也有研究顯示ATF3也可通過抑制IL-6的正向調控子CEBPδ這種間接的方法負性調控IL-6表達。

近年來，研究者們發現在各種炎癥疾病中，常伴隨著 ATF3 的表達異常， ATF3 基因與炎癥相關疾病的發生、發展的關系不斷被揭示。隨著研究的深入， ATF3 與急性肺損傷關系正逐步明確，以評價其是否能夠作為安全有效的治療靶點。與此同時，分子靶向治療的研究在不斷進展，相信在不久的將來能通過這個基因 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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國家自然科學基金資助項目(81270130)

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400037 重慶，第三軍醫大學新橋醫院呼吸科3

吳學玲， Email: wuxueling76@126.com

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200127 上海，上海交通大學醫學院仁濟醫院 呼吸科4

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