轉錄因子SOX9在腎病中作用的研究進展

陳健文，黃夢杰，陳香美

解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心 腎臟病科，解放軍腎臟病研究所，腎臟疾病國家重點實驗室，國家慢性腎病臨床醫(yī)學研究中心，腎臟疾病研究北京市重點實驗室，北京 100853

SOX9(sex determining region Y related highmobility group box protein 9)是SOX(SRY related high-mobility group box)家族重要的轉錄因子。SOX家族由于其與位于男性Y染色體上的SRY(sex determining region of ychromosome)基因具有同源性而得名。SOX家族是一類含有進化高度保守的HMg(high-mobility group box)盒結構域的轉錄因子，該結構域由79個氨基酸組成，能識別基因組中的(A/T)(A/T)CAA(A/T)G序列，參與DNA的結合、轉錄調控、蛋白相互作用等[1]。目前，在脊椎動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SOX家族有超過20個成員，根據(jù)蛋白質的結構同源性分為A ～ H組[2-3]。其中，SOX9、SOX8、SOX10同屬SOXE亞族。SOX家族在胚胎發(fā)育階段及許多細胞的分化中起到關鍵作用[4]；在腫瘤發(fā)生發(fā)展和轉移、炎癥等生物學過程中也發(fā)揮著重要作用[3]；能在轉錄、轉錄后及翻譯后等不同層面調節(jié)效應蛋白的活性[5]。本文綜述了轉錄因子SOX9及其在腎疾病中的研究進展，探討SOX9在腎疾病中的重要作用。

1 SOX9蛋白的結構和功能

SOX9基因最早由Edwina等[6]在小鼠胚胎發(fā)育中發(fā)現(xiàn)。Wagner等[7]分離并鑒定了SOX9，發(fā)現(xiàn)在性別逆轉并有短指發(fā)育不良(campomelic dysplasia，CD)的患者中SOX9突變失活。Foster等[8]進一步證實了SOX9基因的突變引起了這一系列疾病的發(fā)生。SOX9蛋白在人、猴、鼠、雞、斑馬魚等不同物種中都有高度保守性。人類SOX9基因位于第17號染色體長臂24.3 ～ 25.1區(qū)，包含3個外顯子和2個內含子，其mRNA在NCBI中編號為NM_000346，長度為3 931 bp，其中CDS區(qū)長度為1 530 bp，共編碼509個氨基酸。小鼠的SOX9基因位于11號染色體，其mRNA在NCBI中編號為NM_011448，長度為4 146 bp，其中CDS區(qū)長度為1 523 bp，編碼507個氨基酸，與人的SOX9蛋白同源性達97%。

SOX9主要由四個結構域構成：1個能與DNA結合的HMG盒(N-端)，1個二聚結構域(N-端)，2個轉錄激活域(C-端)；其中1個轉錄激活域富含脯氨酸(Pro)/谷氨酰胺(Gln)/丙氨酸(Ala)，1個轉錄激活域富含脯氨酸/谷氨酰胺/絲氨酸(Ser)。SOX9主要通過HMG盒結合并識別靶基因，反式激活含有AACAAAG序列的基因轉錄，發(fā)揮轉錄因子的活性，其激活域位于SOX9的C端402 ～509位的氨基酸[9-10]。越來越多的研究表明，SOX9在胚胎形成、組織器官發(fā)育、分化中起重要作用，并廣泛參與腎、前列腺、肺、肝、胰腺、皮膚、乳腺、卵巢等多種器官腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程[3]。

2 SOX9在腎發(fā)育過程中的作用

SOX9在腎、軟骨、胰腺、肝、心臟瓣膜、睪丸等多個臟器發(fā)育過程中廣泛表達[11]，其在腎輸尿管的發(fā)育中具有重要的作用，約有1/3的克羅恩病患者有腎發(fā)育異常[12]。SOX9在輸尿管芽分支頂端表達，并誘導分化形成后腎輸尿管和集合管系統(tǒng)[13-14]。Reginensi等[15]發(fā)現(xiàn)，SOX9在腎發(fā)育的早期階段，胚胎期第11.5天，就開始表達于輸尿管芽的頂端，并且表達呈區(qū)域化。隨著腎單位的發(fā)育，SOX9的表達局限在S形體的中間和遠端區(qū)域。在輸尿管誘導形成時期，上皮細胞SOX9的表達被局限于輸尿管，并在腎發(fā)育過程中持續(xù)表達。在胚胎發(fā)育的第11天，輸尿管周圍的間質細胞也表達SOX9，其最終發(fā)育成輸尿管平滑肌。敲除SOX9會導致腎單位的缺失和異位腎單位形成[15]。在腎中，SOX9和與其密切相關的家族成員SOX8在腎的發(fā)育過程中起到關鍵的作用，其聯(lián)合缺失可導致嚴重的腎發(fā)育不全，在泌尿系統(tǒng)中控制分支形態(tài)發(fā)生方面具有一些相同的作用。SOX8和SOX9是RET通路激活所必需的，其聯(lián)合缺失導致RET(ret proto-oncogene)通路下游基因Etv5、Cxcr4、Sprouty1等表達顯著降低。Airik等[16]發(fā)現(xiàn)SOX9的缺失可導致Col2a1、Vcan、Thbs1、Car3等的缺失，從而影響輸尿管間質的發(fā)育，導致輸尿管梗阻、腎積水。SOX9在腎和輸尿管的發(fā)育過程中局限在一個特定的時間框，長時間過表達SOX9容易導致異位腎單元的形成等不利于腎和輸尿管發(fā)育的情況出現(xiàn)[16]。

3 SOX9在腎腫瘤中發(fā)生發(fā)展的作用

SOX9在某些組織中異常表達可誘導正常細胞轉變?yōu)槟[瘤細胞，并與腫瘤細胞的增殖、分化、侵襲、遷移和凋亡等密切相關。SOX9基因的異常表達與膠質瘤、乳腺癌、非小細胞肺癌、結腸癌、肝癌、前列腺癌、黑色素瘤、胃癌及白血病等腫瘤或血液疾病的發(fā)生密切相關[17-25]。這提示SOX9在包括腫瘤在內的疾病中必定起著某些關鍵的調控作用，促進腫瘤的發(fā)生[3]。

Li等[26]發(fā)現(xiàn)SOX9在腎細胞癌中表達升高，且其表達通過激活Raf/MEK/ERK通路參與酪氨酸激酶抑制劑的耐藥，SOX9陽性患者對酪氨酸激酶抑制劑治療的反應較陰性患者差。Hu等[27]發(fā)現(xiàn)，SOX9是RCC細胞系768-O、ACHN、A498、Caki-1和OS-RC-2中miR-138的靶點，miR-138在腎細胞癌中可通過結合SOX9 mRNA的3’UTR，負向調控SOX9的表達。該miRNA在腎腫瘤組織和腎癌細胞系中均表達下調，能夠抑制生存能力、增殖和遷移以及SOX9基因和蛋白的表達。敲低SOX9后腎癌細胞的增殖和侵襲能力明顯降低。Wan等[28]通過分析TCGA數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)SOX9表達高的腎細胞癌患者，腎病理分級更高、臨床分期更晚，生存時間更短，SOX9的表達水平是腎細胞癌患者預后的獨立危險因素。在對臨床樣本的驗證中，也發(fā)現(xiàn)SOX9在腎細胞癌患者腎腫瘤中表達升高，SOX9高表達與腎癌的病理分級、臨床分期、預后等密切相關[28]。

4 SOX9在急性腎損傷中的作用

Liu等[29]通過對腎細胞特異性標記小鼠進行急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)造模后進行高通量測序，發(fā)現(xiàn)AKI早期SOX9表達升高。Kumar等[30]通過構建SOX9報告基因小鼠，證實殘存的腎小管上皮細胞可以去分化、再分化為上皮細胞修復損傷，損傷前表達SOX9的細胞和損傷后新出現(xiàn)的表達SOX9的細胞均參與損傷修復，主要由損傷后新出現(xiàn)的這群SOX9+腎小管上皮細胞參與修復。在AKI后28 d，血清肌酐、尿素氮已經(jīng)恢復正常，但SOX9、Kim1、Lnc2等基因依舊處于較高的表達水平，這可能是AKI向慢性腎疾病(chronic kidney disease，CKD)轉變的早期征兆。免疫熒光發(fā)現(xiàn)約40%的SOX9+細胞在腎損傷后增殖并擴增，表明SOX9可促進受損腎小管上皮細胞的修復。Kang等[31]研究表明，SOX9在損傷后表達升高，SOX9陽性細胞具有很強的增殖和分化能力，通過一系列體內體外實驗，他們認為SOX9陽性細胞是腎再生修復的節(jié)段特異性祖細胞。

AKI后腎小管發(fā)生損傷，可能出現(xiàn)萎縮、凋亡、壞死等不同表現(xiàn)，修復過程目前有三種可能機制。第一種機制，即Kumar等[30]的研究，認為AKI后腎小管上皮細胞先去分化，誘導SOX9表達，再由表達SOX9陽性的細胞發(fā)生增殖，促進修復；第二種，直接由殘存的小管上皮細胞增殖進行修復；第三種，就是Kang等[31]的觀點，認為腎損傷是由腎固有干細胞修復的，SOX9陽性細胞是腎的干細胞，即SOX9是損傷前就有的，并且在損傷后，由原來的SOX9陽性細胞增殖并分化。Kumar與Kang的研究結論相同之處是SOX9在AKI后表達升高，且促進修復。Zhu等[32]研究表明，使用脂肪來源的間充質干細胞尾靜脈注射，可以通過招募外泌體使腎小管SOX9表達升高，增加去分化和有效增殖，改善細胞周期停滯和缺氧，阻止炎癥細胞的浸潤，促進腎小管修復和再生，從而抑制AKI向CKD的轉化。Ma等[33]發(fā)現(xiàn)SOX9在腎部分切除手術模型中表達升高，并能持續(xù)20 d余，他們也證實SOX9陽性細胞具有增殖能力，可以再生修復除足細胞外的各個階段的腎小管。這些研究都證明了SOX9在腎損傷后表達升高，并促進了腎損傷修復，但是到底是什么因素直接促進了SOX9的表達，SOX9表達升高后又通過何種通路促進腎小管上皮細胞損傷后再生修復，目前仍不清楚。

5 SOX9在慢性腎疾病中的作用

慢性腎疾病是全球主要死亡原因之一[34]。CKD的發(fā)病原因多種多樣，若損傷持續(xù)存在，其最終的結局都將走向腎纖維化。腎纖維化主要包括腎小球纖維化、腎間質纖維化。局灶節(jié)段性腎小球硬化是終末期腎疾病的主要原因之一。Bennett等[35]通過微陣列芯片數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在人硬化腎小球中SOX9表達顯著升高，且其與Col1al和Col1a2的表達呈正相關性。Sumi等[36]通過體內體外實驗均證實，小鼠腎炎模型中的系膜細胞中SOX9和Co14a2表達升高，且SOX9能結合Col4a2的增強子區(qū)域，促進腎小球纖維化。Kishi等[37]研究發(fā)現(xiàn)，SOX9能誘導腎小球系膜細胞發(fā)生成軟骨表型轉變，從而促進糖尿病腎病的進展。過表達SOX9能引起系膜細胞內蛋白聚糖和Col2a1的表達升高。糖尿病腎病小鼠中，SOX9與HIF1α、BMP4部分共定位，且SOX9的表達能通過HIF1α、BMP4誘導，從而促進成軟骨表型轉變。Prochnicki等[38]采用免疫熒光檢測到大鼠抗腎小球基底膜腎炎模型中腎小球SOX9陽性細胞數(shù)量增加，并與增殖活性有關。

Li等[39]在葉酸損傷模型及單側輸尿管梗阻模型(unilateral ureteral obstruction，UUO)等不同CKD模型中，以及腎纖維化的患者腎活檢組織中均發(fā)現(xiàn)SOX9的表達升高。Zhu等[32]發(fā)現(xiàn)敲低SOX9后，能減輕TGF-β誘導的腎纖維化。體外使用TGF-β刺激腎成纖維細胞，證實TGF-β/Smad可結合SOX9的保守增強子區(qū)域，顯著上調SOX9表達，從而促進細胞纖維化。在CKD模型小鼠體內通過質粒注射敲低SOX9后，腎纖維化減輕，而SOX9的過表達則加重腎纖維化。Nakagawa等[40]通過對CKD患者組織的微陣列芯片研究，發(fā)現(xiàn)SOX9在CKD患者中表達升高，小鼠UUO的腎纖維化模型中SOX9 mRNA表達也升高[40-42]。Kumar等[30]發(fā)現(xiàn)UUO模型第10天有98.4%±0.5% SOX9陽性細胞表達腎損傷因子。Airik等[16]研究發(fā)現(xiàn)尿路梗阻后損傷的腎組織SOX9表達升高，SOX9的持續(xù)表達可導致輸尿管間質細胞外基質蓄積，從而導致纖維化，輸尿管平滑肌特異敲除SOX9可減輕纖維化，SOX9的缺失還可導致輸尿管平滑肌發(fā)育障礙。De Schutter等[43]研究發(fā)現(xiàn)SOX9的表達水平與尿毒癥患者主動脈鈣化密切相關。Li等[44]報道，高濃度的血磷能通過激活PKD和AKT通路，上調SOX9的表達，從而加劇CKD患者主動脈瓣間質細胞的鈣化。

6 結語

在腎疾病中，轉錄因子SOX9能促進腎發(fā)育，促進AKI后腎小管損傷的修復，同時也能促進CKD的進展，促進晚期腎病的腎纖維化，還能促進腫瘤發(fā)生和轉移。總之，SOX9在腎疾病中起著非常重要的作用，但SOX9在腎疾病中的具體作用機制仍然需要進一步深入研究。