糖皮质激素及其受体在细胞数量稳态调节方面的作用及机制

染色质免疫沉淀技术(chromatin immunoprecipitation assay,CHIP)是目前唯 一研究体内DNA与蛋白质相互作用的方法. 基本原理:在活细胞状态下固定蛋白质-DNA复 合物,并将其随机切断为一定长度范围内的染 色质小片段,然后通过免疫学方法沉淀次复合 体,特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段,通 过对目的片段的纯化与检测,从而获得蛋白质 与DNA相互作用的信息. 该方法可以用来研究组蛋白的各种共价修饰 与基因表达的关系.

在以往研究GR对细胞增殖和凋亡调节的基础 上，选择了一些参与细胞增殖、凋亡和变形 运动的重要信号转导蛋白，研究了GC对它们 的表达/活性的影响，发现了以下一些表达受 GC调节的GR功能性靶基因。 小G蛋白RhoB
TGFβ1II型受体（TβRII） 信号调控蛋白（SIRPα）



1.小G蛋白RhoB

二、GC/GR通过调节基因表达发挥抑 制细胞增殖和抗细胞凋亡作用

作为转录调节因子，GR主要通过调节基因表 达介导GC的作用 GR促进或抑制基因表达的作用可以发生在转 录和转录后水平 目前了解比较多的是GR介导的转录调节。

Байду номын сангаас
（一）GC/GR调节基因转录的机制

迄今对GR调节基因转录的过程已有较深入的 研究，已证明没有与配体结合时GR主要存在 于胞浆，GC与GR结合可以导致其激活，激活 的GR转入核内，通过以下方式调节基因转录：
通过蛋白质－DNA相互作用直接调节靶基因转 录 通过蛋白质－蛋白质之间的相互作用间接调 节靶基因转录


1.通过蛋白质－DNA相互作用直接调节 靶基因转录



配体结合的GR在核内与靶基因启动子(promoter)中 具有增强子作用的糖皮质激素反应元件 （glucocorticoid response element, GRE ）结合， 在该部位募集转录辅因子（如共激活因子），对组 蛋白进行部位特异性的修饰，使染色质从紧密的抑 制状态转为疏散的易于转录的激活状态。 之后，核受体与RNA聚合酶II以及通用转录因子 （GTF）相互作用，直接促进基因的转录； 或者通过与负性的GRE（nGRE）结合，取代该部位 原有的转录因子，抑制靶基因的转录。
RhoB是小G蛋白Rho亚族成员，有报道该蛋白 具有抑制细胞增殖的作用，并能被多种细胞 毒应激原，如紫外线（UV）和化疗药5-FU， 顺铂等诱导。 Dex在人卵巢癌HO-8910和骨肉瘤细胞中能以 浓度和时间依赖性的方式上调RhoB mRNA和蛋 白质表达，GR的抑制剂RU38486能够抑制Dex 上调RhoB的作用，表明这种作用通过GR介导。

在多种疾病中，都存在组蛋白编码错误的 迹象。因此，有人将组蛋白编码称之为 “第二套遗传密码”。组蛋白的乙酰化修 饰对于研究基因的表达调控至关重要。 蛋白的乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节 的一种重要的形式，通过乙酰化或去乙酰 化，改变了染色质结构或是转录因子的活 性，可以调节基因转录的活性。


（二）介导GC/GR对细胞增殖和凋亡 调控作用的靶基因
已证实GC/GR的增殖抑制作用是通过对细
胞周期（如G1期）的阻滞实现的.
并发现GC抑制细胞增殖的作用与其调节细
胞周期的调节性蛋白的表达有关。
GC/GR也可以通过调节凋亡相关蛋白的
表达发挥抗凋亡作用，如有报道GC可以 抑制凋亡诱导因子Fas或Bcl-2蛋白家族 中促凋亡成员表达，上调Bcl-2蛋白家 族中抗凋亡成员Bcl-2或凋亡抑制因子 （Inhibitors of apoptosis, IAPs） 的表达产生抗凋亡作用。

人工合成的GC－地塞米松（Dex）能抑制人卵 巢癌细胞系（HO-8910）以及骨肉瘤HOS-8603 细胞的增殖 . 观察Dex与顺铂联用对卵巢癌HO-8910细胞 的作用:发现Dex单用可以抑制细胞增殖（2530%），但是与化疗药物顺铂联用时，却可以 明显降低顺铂诱导该细胞凋亡的作用（细胞 凋亡从70%降至30%） 。 由于GC/GR在同一细胞中既能抑制细胞增殖， 又具有抗凋亡的作用，这就强烈提示Dex对细 胞数量的调控并非单向的。
糖皮质激素及其 受体在细胞数量 稳态方面的调节 作用及机制
研究结果表明，糖皮质激素 （glucocorticoids,GC）一方面能够抑制体 内多种细胞的增殖，另一方面还对多种凋亡 诱导因子导致的细胞凋亡具有拮抗作用。 因此，认为GC能通过上述作用来保持细胞数 量的稳定，这种对细胞数量的稳态调节可能 是GC对机体稳态调节的一个重要方面。 本次课主要讲授糖皮质激素/受体抑制细胞增 殖和抗细胞凋亡的作用及其作用机制。这方 面的研究有助于充分了解GC的生理和药理作 用以及副作用产生的机制，同时对我们同学 做一些较深入的新药研究工作可能会有一定 的启发。

将野生型的RhoB表达载体转入HO-8910细
胞，使其过度表达，可以使Dex抑制该细 胞增殖的作用增强；而用RNA干扰技术抑 制RhoB的表达，则可明显阻断Dex的上述 作用。
以上结果表明，GR上调RhoB参与了GC对
该细胞的增殖抑制作用。
用同样的方法也证明RhoB的上调与Dex
诱导该细胞形态改变有关。近期的研究 发现RhoB过表达或RhoB激活能使NF-кB 的核转位增加，基础转录活性增强，因 此，推测过表达的RhoB有可能参与了GC 对该细胞顺铂诱导的抗凋亡作用。

GC对机体的作用广泛而复杂，除了其受体介 导的对基因表达的调节作用外，近年来的研 究已证明GC还有非基因组（nongenomic action）作用，而GR也可能有配体非依赖性 的作用。 GC可以通过多种复杂机制影响在细胞增殖和 细胞凋亡通路中起关键作用的效应分子以及 上游的信号转导蛋白和通路，调节细胞增殖 和凋亡，维持细胞数量的稳态。

GC/GR抑制增殖和抗凋亡的作用还与它们在多 种细胞中诱导下列蛋白表达有关，如与 AKT/PKB有高度同源性的血清和糖皮质激素调 节蛋白激酶－1（serum and glucocorticoid regulated kinase,Sgk）、MAPK磷酸酶 （MAPKphosphatase-1,MKP-1）、胰岛素样生 长因子结合蛋白1、细胞抑制和DNA损伤诱导 的蛋白（growth arrest and DNA damageinducible,GADD45）等。

Dex对多种上皮来源的肿瘤细胞的数量调节可 能是一种稳态调节。它能使上皮来源的肿瘤 细胞在多种刺激因素的作用下既不会过度增 殖，也不因出现凋亡诱导因素而导致细胞数 量的过度减少。 GC/GR对细胞数量的稳态调节不仅与GC的生理 作用（如调节生长发育，维持內环境稳定等） 有关，还与GC的药理作用及其副作用（生长 障碍、伤口愈合缓慢、骨质疏松、肌肉萎缩 等）有关。 因此，研究GC/GR对细胞数量稳态的调节作用 及其作用机制是非常必要的。
糖皮质激素可以抑制某些转录因子和相应基 因的表达，如AP－1和NF—кB，从而抑制炎症 反应。有证据显示，糖皮质激素可能是目前 最强的NF－кB抑制因子。糖皮质激素可通过 结合糖皮质激素受体，抑制活化的NF－кB （细胞胞浆内和细胞核核内），同时能抑制 NF－кB与靶基因结合，起到抑制异常炎症反 应的作用。最新研究显示，糖皮质激素还能 增加NF－кB的抑制因子IкB的转录和表达。 由此可以推测：GC通过抑制NF—кB而抑制肿 瘤细胞的增殖的机制可能与其上述抗炎机制 是类似的。

NF－кB与自身免疫性疾病
目前已有证据表明核转录因子NF－кB可
能通过信号传导通路，调控基因的表达， 从而参与了很多自身免疫性和炎症性疾 病的发生和发展。

在正常情况下，NF－кB位于细胞胞浆内，一 般由两个功能亚单位，即P65和P50，所组成， 同时和其天然性的抑制因子IкB－a和IкB－b 结合在一起，而后者阻止NF－кB进入细胞核， 调控相关的靶基因。一旦细胞受到刺激（感 染、氧化和抗原等），IкB磷酸化，相应的蛋 白酶体发生降解，NF—кB激活，进入细胞核， 与靶基因结合，后者可产生大量的炎症介质 （如白介素1b和肿瘤坏死因子a），引起炎症 反应的发生，同时基因的产物会进一步激活 NF－кB，从而扩大局部的异常炎症反应。
以及维持机体稳态的重要激素，该激素 和其受体（GR）在保持细胞数量的稳态 方面具有重要作用.
一、GC/GR抑制细胞增殖和抗凋亡的作用

GC能够抑制胸腺细胞、淋巴细胞和白血病细 胞的增殖（后来证实GC还能诱导这些细胞凋 亡），因此，GC被临床广泛用于抗炎，治疗 自身免疫性疾病和淋巴细胞性肿瘤。

GC还能抑制成纤维细胞、成骨细胞的增殖， 这是临床长时间应用GC后导致皮肤萎缩、伤 口愈合障碍、骨质疏松、甚至股骨头坏死（如 在SARS治疗中出现的情况）的重要原因。

GR与转录因子AP-1、NF-кB 、p53、STAT5等 的相互作用在GC/GR对细胞增殖和凋亡调控中 亦具有重要作用。 已证明核转录因子NF-кB的靶基因IL-6对激素 非依赖性的前列腺癌（AIPC）细胞具有明显 增殖促进作用，Dex能抑制AIPC细胞的增殖。 国内外研究结果均表明，GC/GR抑制NF-кB的 转录活性和IL-6的表达是GC抑制AIPC细胞增 殖的重要机制之一。

2.通过蛋白质－蛋白质之间的相互作用 间接调节靶基因转录
GR可在转录水平与其他转录因子相互作用， 调节启动子中不含GRE的基因表达。这种方式 不需要GR与DNA结合。 与其他转录因子相互作用的结果以抑制基因 表达为主，其确切机制还不清楚，有可能与 不同转录因子之间竞争数量有限的共激活因 子有关。 GR与AP-1 、NF-к B等转录因子之间的相互作 用是GC/GR抗炎作用的重要机制之一。
态的调控机制。
该机制一方面可以防止细胞过度增殖而
导致的细胞数量异常增多（肿瘤发生的 基础），另一方面还可以保护细胞免于 各种有害刺激所致的细胞凋亡或坏死。
维持细胞数量的稳态对于有机体的生长
发育、组织器官功能的维持以及防止肿 瘤等疾病的发生发展具有重要意义。
糖皮质激素（GC）是调节机体生长发育

GC还能抑制上皮细胞（如胃上皮细胞）及多 种上皮来源的肿瘤细胞（如肺癌细胞、乳腺 癌、卵巢癌、前列腺癌等）的增殖，这种作 用是通过受体介导的。 除了能抑制多种细胞的增殖外，GC对细胞凋 亡同样具有重要的调节作用。如GC可诱导淋 巴细胞、白血病细胞、多种骨髓瘤细胞凋亡.


但对另一些细胞却有抗凋亡作用。如在神经 细胞、心肌细胞、中性粒细胞、原代培养的 肝细胞、肺上皮细胞以及卵巢卵泡细胞中， GC能拮抗有害刺激如去除血清或生长因子、 缺氧、缺血/再灌、TNF-α等诱导的细胞凋 亡。 有报道在乳腺癌细胞、胰腺癌细胞、肺癌细 胞、前列腺癌细胞以及神经纤维肉瘤细胞等 肿瘤细胞中，由于放射线、抗癌药顺铂、卡 铂等诱导的细胞凋亡也能被GC明显抑制。
组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋
白, 是一类小分子碱性蛋白质, 有五种 类型：H1 、H2A 、H2B 、H3 、H4，它 们富含带正电荷的碱性氨基酸, 能够与 DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。
组蛋白是染色质中核小体的主要结构元件。 核小体主要由四种组蛋白（H2A,H2B,H3和H4） 构成。这四种组蛋白和缠绕着组蛋白的DNA共 同组成了染色质。 研究发现基因的表达并不仅仅由DNA决定，组 蛋白的修饰（乙酰化、磷酸化和甲基化）所 引起的结构变化同样能影响基因的开关，并 且这种变化同样也调控着基因的转录，影响 着基因的表达。 组蛋白的乙酰化和去乙酰化能打开或关闭某 些基因，增强或抑制某些基因的表达。

细胞对一些体内外刺激（缺氧、炎症、
基因毒物质、活性氧、血液中某些神经 内分泌激素浓度的过度增高等）的反应 取决于刺激的强度和细胞本身所处的状 态。
适度的刺激可以通过激活细胞内信号转
导途径导致细胞的增殖反应，而过强的 有害刺激则可诱导细胞凋亡或导致细胞 坏死。
因此,体内必然存在着维持细胞数量稳