Sestrin2在肝損傷中作用的研究進(jìn)展

張軼瀟 馮 瀾 鄭 強(qiáng) 粟 侖 黃 如

佳木斯大學(xué)，黑龍江省佳木斯市 154000

肝臟是人體內(nèi)功能最豐富的實(shí)質(zhì)器官，它承擔(dān)著機(jī)體物質(zhì)的合成分解代謝、生物轉(zhuǎn)化和內(nèi)外分泌等多種生理功能，它的血液供應(yīng)豐富，故更易受到體內(nèi)外各種致病因素或刺激因子的侵襲，進(jìn)而引起肝細(xì)胞損傷[1]。肝臟疾病一直是臨床研究的重點(diǎn),而急性肝損傷是幾乎所有肝臟疾病的開(kāi)端。

肝損傷是指一種或多種原因造成的肝細(xì)胞功能的損害，常見(jiàn)的原因有各種病毒、自身免疫因素、藥物、酒精等。其發(fā)病機(jī)制目前并未完全闡明，大量研究表明肝細(xì)胞氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)及自噬參與了肝臟病理?yè)p傷過(guò)程[2]。近年越來(lái)越多的調(diào)查研究表明Sestrin2可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖與凋亡、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、自噬及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等方式維持機(jī)體代謝平衡[3-4]，其在調(diào)節(jié)不同病因?qū)е碌募甭愿螕p傷的各種代謝過(guò)程中也起著關(guān)鍵和重要的作用[5]。本文主要總結(jié)Sestrin2在肝損傷中的分子機(jī)制及其對(duì)肝細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。

1 Sestrin2的基本特征

Sestrins是一個(gè)高度保守的應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白家族，在適應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)中發(fā)揮重要作用。在哺乳動(dòng)物中，Sestrins包括三種亞型:Sestrin1、Sestrin2和Sestrin3。Sestrin1為p53激活基因26(PA26)；Sestrin2被認(rèn)為是PA26相關(guān)蛋白，也被稱為Hi95，主要受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的p53調(diào)控；Sestrin3被鑒定為PA26結(jié)構(gòu)相關(guān)基因叉頭盒O(forkhead box O,FOXO)轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)的基因，也有助于誘導(dǎo)Sestrin1。在Sestrins家族的成員中，Sestrin2被證明在哺乳動(dòng)物中廣泛表達(dá)[6]，可通過(guò)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和代謝穩(wěn)態(tài)等多種途徑發(fā)揮對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用[7]。人類Sestrin2蛋白質(zhì)分子質(zhì)量為52～57kD，人類的Sestrin2晶體結(jié)構(gòu)包含具有兩個(gè)球狀子結(jié)構(gòu)域的雙重偽對(duì)稱，這有助于其生理功能。由于N端結(jié)構(gòu)域的螺旋—轉(zhuǎn)—螺旋氧化還原酶基序，Sestrin2具有還原烷基過(guò)氧化氫自由基的功能，從而減少過(guò)氧化物酶[8]。

2 Sestrin2在肝損傷中的分子機(jī)制

Sestrin2在肝臟損傷的過(guò)程中起著重要作用，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明上調(diào)或激活Sestrin2可在一定程度上對(duì)抗藥物過(guò)量或內(nèi)毒素所致的如D-半乳糖/脂多糖(D-Gal/LPS)、乙酰氨基酚(APAP)等誘導(dǎo)的急性肝損傷，以及慢性脂肪性肝臟損害等慢性肝損傷，對(duì)肝臟損傷的進(jìn)程起著緩解和保護(hù)的作用。總而言之，Sestrin2通過(guò)諸多機(jī)制在肝臟損傷時(shí)表達(dá)抗氧化、自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等作用，以保護(hù)肝細(xì)胞免受氧化應(yīng)激、炎癥因子侵害，正向調(diào)節(jié)肝臟的能量代謝。

2.1 Sestrin2抑制氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng) 氧化應(yīng)激(oxidative stress)是指機(jī)體在遭受各種刺激時(shí)，體內(nèi)活性氧、氮自由基等過(guò)度生成或減少，導(dǎo)致氧化與抗氧化之間失平衡，使體內(nèi)多種信號(hào)通路及相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子激活，參與靶器官炎癥、免疫、修復(fù)等過(guò)程[9]。過(guò)多的ROS將破壞DNA的結(jié)構(gòu)，造成線粒體及其他細(xì)胞器的損傷，肝臟易受氧化應(yīng)激的影響，因?yàn)樗?fù)責(zé)異種生物的解毒和能量代謝。Sestrin2可以直接或者間接地抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)。直接原因在于其N末端結(jié)構(gòu)域的氧化還原作用可在一定程度上減輕活性氧的蓄積，而其C末端結(jié)構(gòu)域可抑制mTOC1[10]。其間接主要通過(guò)部分氧化應(yīng)激通路及其相關(guān)因子起作用。Sestrin2的啟動(dòng)子上存在ARE,Nrf2是一種類似NF-E2的亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄激活因子[11]，是許多抗氧化酶表達(dá)的必要轉(zhuǎn)錄因子，也是ARE的下游因子，在各種細(xì)胞和組織中響應(yīng)氧化應(yīng)激時(shí)被激活。Nrf2在新陳代謝和解毒器官中含量豐富，尤其是肝臟，因此，Nrf2的激活已被廣泛研究用于預(yù)防和治療肝病。相關(guān)研究表明，Sestrin2是Nrf2通路的正調(diào)節(jié)因子[12]，Keap1被稱為E3泛素連接酶的適配器蛋白，可通過(guò)標(biāo)記多泛素化蛋白酶體降解，是Nrf2活性的抑制因子，Sestrin2表達(dá)上調(diào)可誘導(dǎo)Keap1的降解，從而導(dǎo)致Nrf2在細(xì)胞中積累。而Sestrin2的消融會(huì)阻斷Keap1的降解和Nrf2的激活，從而增加了肝臟對(duì)氧化損傷的敏感性。Sestrin2的表達(dá)除Nrf2外，還受p53和HIF-1α等多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。在肝細(xì)胞損傷過(guò)程中，損傷相關(guān)分子被釋放，并激活巨噬細(xì)胞上的Toll樣受體，誘導(dǎo)細(xì)胞因子形成促炎信號(hào)通路。最近報(bào)告顯示TLR信號(hào)在Sestrin2基因表達(dá)中的作用以及炎癥刺激調(diào)控作用顯著[13]。巨噬細(xì)胞在內(nèi)毒素的識(shí)別和清除中起著重要作用。Toll樣受體(TLRs)如脂多糖(LPS，TLR4配體)、肽聚糖(PGN，TLR2配體)或聚肌苷-聚胞苷酸(PolyI：C，TLR3配體)，在先天免疫應(yīng)答中起著關(guān)鍵作用。研究結(jié)果表明[13]，Sestrin2可以抑制TLR配體誘導(dǎo)的促炎基因表達(dá)。過(guò)表達(dá)Sestrin2的巨噬細(xì)胞抑制了TLRS誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子(如NO、TNF-α)的作用，減少了應(yīng)激情況下NO產(chǎn)生和iNOS的表達(dá)。脂多糖(LPS)是一種具有代表性的TLR4配體，它顯著提高了巨噬細(xì)胞中Sestrin2蛋白的水平。此外，用其他TLR配體(如PolyI：C或肽聚糖)處理巨噬細(xì)胞也能誘導(dǎo)Sestrin2的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)[14]，LPS介導(dǎo)的Sestrin2誘導(dǎo)受到AP-1和Nrf2的影響，AP-1是Jun、Fos或激活轉(zhuǎn)錄因子(ATF)的組合，主要作為Jun和Fos的異源二聚體。c-Jun的活動(dòng)多由MAPKs調(diào)控，并主要由JNK調(diào)控。這表明，Sesn2對(duì)AP-1的作用與JNK或p38有關(guān)。過(guò)表達(dá)c-Jun或Nrf2增加了Sestrin2蛋白水平和Sestrin2啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)活性。LPS通過(guò)激活p38和PI3K來(lái)誘導(dǎo)Sestrin2的表達(dá)。有研究證明可通過(guò)激活Nrf2抗氧化途徑來(lái)減輕過(guò)量乙酰氨基酚(APAP)誘導(dǎo)的肝毒性[15]，用d-半乳糖胺(Gal)/LPS處理的小鼠在肝臟中Sesn2的表達(dá)增強(qiáng)。使其體內(nèi)過(guò)表達(dá)Sens2顯著減少了Gal/LPS誘導(dǎo)的TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量，減少了細(xì)胞的受損和凋亡。Sestrin2通過(guò)多種通路在肝臟氧化應(yīng)激損傷中起作用，其中Sestrin2/Nrf2通路有著重要作用，可能是保護(hù)肝細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷的潛在靶點(diǎn)。

2.2 Sestrin2激活線粒體自噬 由上文已知氧化應(yīng)激是肝細(xì)胞損傷發(fā)生發(fā)展的主要病理生理機(jī)制之一，細(xì)胞內(nèi)ROS主要是由線粒體電子傳遞鏈產(chǎn)生，同時(shí)線粒體內(nèi)存在高濃度的抗氧化物可及時(shí)清除ROS，使其處于動(dòng)態(tài)的生理平衡，不對(duì)機(jī)體造成損害。但在某些藥物等有害因素刺激下[16]，ROS的過(guò)度產(chǎn)生，致使肝臟線粒體結(jié)構(gòu)受損，肝細(xì)胞自由基生成增加，線粒體膜損傷和細(xì)胞色素復(fù)合體功能受損，從而導(dǎo)致ATP生成減少，抗氧化能力降低，平衡被打破，過(guò)量的ROS逸入細(xì)胞質(zhì)中又會(huì)激活細(xì)胞質(zhì)膜上的氧化酶，細(xì)胞內(nèi)ROS堆積進(jìn)一步加重，從而產(chǎn)生大量自由基或有毒中間物，加重肝細(xì)胞損傷[17]。自噬也已作為藥物、炎癥等有害因素致肝細(xì)胞損傷的重要影響因素被廣泛研究，是一個(gè)依賴溶酶體降解來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞自我保護(hù)的過(guò)程。線粒體自噬即屬于其中的選擇性自噬[16]。即線粒體在ROS、饑餓、炎癥因子等刺激下可發(fā)生去極化和損傷，損傷的線粒體被特定的自噬小體識(shí)別并選擇性地運(yùn)輸?shù)饺苊阁w完成降解，以維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，進(jìn)一步減少臟器損傷。在應(yīng)激時(shí)，Sestrin2可直接與AMPK結(jié)合，或者通過(guò)對(duì)LKB(AMPK上游激酶)進(jìn)行調(diào)控來(lái)促進(jìn)AMPK的上調(diào)，抑制mTORC1直接或間接激活自噬。mTORCl參與機(jī)體生長(zhǎng)因子激活、蛋白質(zhì)翻譯等生物過(guò)程，在細(xì)胞的生長(zhǎng)、凋亡和自噬中發(fā)揮重要作用[10]。目前發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬的調(diào)控機(jī)制主要包括ATGs、BNIP3/NIX、PINK1/Parkin等介導(dǎo)的線粒體自噬[15]。其中PINK/Parkin途徑為當(dāng)前研究最廣泛的線粒體自噬主要途徑，線粒體自噬的激活取決于PINK1在線粒體外膜水平的高低。其水平在生理?xiàng)l件下可維持在低穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)線粒體損傷時(shí)，內(nèi)膜復(fù)合物被膜電位降低等有害因素干擾，PINK1降解被阻斷，一方面募集Parkin并使其活化，另一方面與自噬相關(guān)蛋白P62結(jié)合，進(jìn)而誘導(dǎo)受損線粒體靶向LC3陽(yáng)性的吞噬體，并在溶酶體中清除，最終激活線粒體自噬[18]。時(shí)紅波等[19]在D-Gal/LPS致小鼠急性肝損傷模型中發(fā)現(xiàn)，mTORC1抑制劑雷帕霉素可顯著提高LC3-Ⅱ的表達(dá)。在APAP致大鼠肝毒性的實(shí)驗(yàn)中報(bào)道[18]，肝損傷模型組肝臟組織組分中LC3、P62、PINK1、Parkin等線粒體自噬相關(guān)蛋白水平及自噬小體數(shù)目均顯著高于線粒體裂解抑制劑干預(yù)組。小鼠尾靜脈注射Sestrin2可抑制APAP誘導(dǎo)的血清ALT和AST水平，可顯著降低肝細(xì)胞變性和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)還可減弱APAP所致的MAPKs-JNK磷酸化事件，此外，上調(diào)Sestrin2可抑制APAP誘導(dǎo)的谷胱甘肽消耗和活性氧生成[20]。目前APAP所致肝損傷與線粒體自噬相關(guān)機(jī)制已足夠明確，但與線粒體自噬關(guān)聯(lián)緊密的Sestrin2在其中所起的自噬作用尚無(wú)明確論述，故筆者認(rèn)為Sestrin2在APAP所致肝損傷中通過(guò)激活自噬所起的保護(hù)作用可能成為未來(lái)藥物性肝損傷治療的新靶點(diǎn)。

3 Sestrin2在慢性肝損傷中的作用

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)主要以肝細(xì)胞脂肪變性、脂質(zhì)沉積為病理特征，但無(wú)過(guò)量飲酒史，很容易發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎、肝纖維化、肝硬化、肝細(xì)胞癌。由于高脂應(yīng)激所產(chǎn)生的Mst1對(duì)線粒體自噬起抑制作用，可阻斷AMPK-PINK1通路，從而減少Parkin表達(dá)，抑制線粒體自噬[21]，進(jìn)一步促進(jìn)了肝臟脂肪變性、炎癥和氧化應(yīng)激等損傷。過(guò)多的脂肪堆積可打破內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而引發(fā)慢性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，Sestrin2過(guò)表達(dá)可減少未折疊蛋白質(zhì)的積累，同時(shí)抑制哺乳動(dòng)物mTORCl，對(duì)肝細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激起保護(hù)作用，延緩和減輕肝細(xì)胞損傷的發(fā)生[10]，還可以通過(guò)Nrf2直接調(diào)節(jié)血紅素加氧酶-1(HO-1)來(lái)對(duì)抗氧化損傷，除此之外Sestrin2還可通過(guò)AMPK磷酸化發(fā)揮其有益作用[22]。

4 總結(jié)和展望

Sestrin2在肝細(xì)胞損傷病理生理過(guò)程中發(fā)揮著極其重要的作用，主要通過(guò)其本身的特殊結(jié)構(gòu)來(lái)直接發(fā)揮抗氧化作用，又可通過(guò)Nrf2、Keap1、TLRs、AMPK、mTORC1等通路和相關(guān)因子作用于肝損傷中的氧化應(yīng)激、炎癥及自噬。本文綜述了急慢性肝損傷中Sestrin2作用的機(jī)制，為后續(xù)的研究提供一些理論依據(jù)。肝損傷時(shí)，上調(diào)或激活Sestrin2可一定程度改善肝組織損傷，而上調(diào)Sestrin2的藥物及其作用療效需要進(jìn)一步研究與探索。