细胞功能调控的重要转录因子TFEB

收稿日期：2012-05-04
第一作者：陈太琪(1989-)，男，硕士生，E-mail: taiqichen123@
*通信作者：刘宁(1982-)，女，博士，助理研究员，E-mail: ningliu9@
细胞功能调控的重要转录因子TFEB
陈太琪1，姜 丛1，王 平1，刘 宁1,2*
(1华东师范大学生命科学学院生命医学研究所，上海 200241；2杭州师范大学医学部衰老研究所，杭州 310036)
摘要：转录因子TFEB (transcription factor EB)属于亮氨酸拉链bHLH-LZ (basic-helix-loop-helix leucine-zipper)类转录因子中的MiTF/TFE (microphthalmia-transcription factor E)家族成员，参与调控许多重要的细胞生理过程，例如胎盘血管新生、肾癌的发生等。

最近研究表明，TFEB 能通过调控细胞自噬和溶酶体相关的基因表达而调控细胞自噬以及溶酶体功能。

因此，对于TFEB 的生物学功能及其相关调控机制的研究，将为进一步阐释其生理病理发生过程及相关疾病的治疗提供重要的线索及理论依据。

关键词：转录因子TFEB ；自噬；溶酶体
Function and regulation of the transcription factor TFEB
CHEN Taiqi 1, JIANG Cong 1, WANG Ping 1, LIU Ning 1,2*
(1The Institute of Biomedical Sciences and School of Life Sciences, East China Normal University, Shanghai 200241, China;
2
Institute of Aging Research, Hangzhou Normal University School of Medicine, Hangzhou, 310036, China)
Abstract: TFEB is a member of the MiTF/TFE (microphthalmia-transcription factor E) subfamily of
bHLH-LZ (basic-helix-loop-helix leucine-zipper) factors. And TFEB-related pathway is involved in some of cellular physiological processes and its regulating aberration has been known to contribute to the pathogenesis of several human diseases, such as placenta angiogenesis and renal cell carcinoma. Recent studies have shown that TFEB could regulate autophagy and lysosome function through regulating the expression of the related genes. Future study on the function and mechanism of TFEB will help better understand the pathological process and provide new theory basis and clues for the treatment of TFEB-related diseases.Key words: transcription factor TFEB; autophagy; lysosome
细胞受到外部环境或内部信号刺激后，通过相应的信号通路激活转录因子，起始一个或一系列基因的转录，从而对胞内或胞外信号做出反应，这是细胞行使功能的一个重要途径。

转录因子TFEB 属于bHLH-LZ 转录因子MiTF/TFE 家族成员。

研究表明，TFEB 在个体发育、血管新生和细胞自噬等多种生理病理过程中发挥着重要的作用。

例如，TFEB 能够调控血管新生和肾癌发生[1,2]。

最近研究表明，转录因子TFEB 在细胞溶酶体合成和细胞自噬过程中也发挥着重要的作用。

本文将对
TFEB 的结构功能及调控机制的研究作一全面的阐述。

1 TFEB 的结构特点
TFEB 是由476个氨基酸残基组成的蛋白质，主要包括富谷氨酰胺、螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix, HLH)、亮氨酸拉链(leucine-zipper, LZ)和富脯氨酸等模体(图1)。

TFEB 蛋白主要发生磷酸化修饰，重要的磷酸化位点主要包括142位丝氨酸、211位丝氨酸和末端富含丝氨酸的序列。

TFEB 能
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够通过识别E-box 和 M-box 序列起始相应基因的转录，参与多种生理病理发生过程。

表达。

2.2 ERK2对TFEB 的调控
Settembre 等[5]在研究TFEB 与细胞自噬时发现促分裂原活化的蛋白激酶1 (mitogen-activated protein kinase 1, MAPK1)能够介导TFEB 142位的丝氨酸磷酸化，调控其在自噬中的细胞定位。

在正常条件下，MAPK1能与TFEB 作用介导其磷酸化；而在饥饿条件下，MAPK1不与TFEB 作用，去磷酸化的TFEB 能够进入细胞核调控与细胞自噬相关的基因的表达。

2.3 mTORC1对TFEB 的调控
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)是一种非典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其在细胞生长和代谢过程中发挥着重要作用。

mTOR 与Raptor 或Rictor 形成复合体分别称为mTORC1和mTORC2。

Peña-Llopis 等[3]运用微阵列方法发现液泡质子AT P 酶(为V 型AT P 酶, vacuolar H +-ATPase, V-ATPase)受mTORC1调控，而mTORC1对V-ATPase 的调控是TFEB 依赖的。

此外，TFEB 的定位受到mTORC1的调控，mTORC1能够通过调控TFEB 的C 端富含丝氨酸结构来影响TFEB 的细胞定位。

TFEB 被磷酸化后由胞质转移至细胞核中，从而起始V-ATPase 的表达，调节与
图1　TFEB 结构示意图
[3]
2 TFEB 相关的调控机制
TFEB 作为一种转录因子，能够调控很多下游基因的表达，参与多种生理病理发生过程，而其本身的转录活性也受到其它蛋白质的调控(图2)。

2.1 PGC-1α对TFEB 的调控
Tsunemi 等[4]在运用小鼠模型研究亨廷顿氏舞蹈病(Huntington’s disease, HD)时发现，过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α (peroxisome
proliferator-activated receptor γ, coactivator 1 α,
PPARGC1A , 又称PGC-1α)的表达能减少错误折叠蛋白质的集聚，并能在一定程度上减轻亨廷顿氏舞蹈病时神经退化等症状。

进一步研究发现PGC-1α所介导的这种作用是通过激活TFEB 的转录活性实现的，PGC-1α的表达能够增强TFEB 下游基因的
图2　TFEB
相关的调控机制
陈太琪, 等. 细胞功能调控的重要转录因子TFEB· 55 ·
溶酶体有关的信号通路。

此外，Settembre等[6]的研究也表明mTORC1能对TFEB进行调控，mTORC1可以磷酸化TFEB，但抑制其活性。

在正常生理条件下，V-ATPase、重组活化基因GTP酶[constitutively active (GTP-bound) Rag GTPase]和Rag GTPase调节因子能够形成复合体，募集mTORC1至溶酶体膜上，此时mTORC1处于激活状态。

激活状态的mTORC1通过对TFEB的142位丝氨酸磷酸化使其定位在细胞质中。

当细胞受到外界刺激(如饥饿)后，mTORC1从溶酶体上解离，此时mTORC1不能磷酸化TFEB，TFEB定位由胞质转移至细胞核。

同时，另外两个不同研究小组的结果表明在溶酶体功能正常的情况下，mTORC1能磷酸化TFEB 211位的丝氨酸，使其与14-3-3结合，TFEB此时定位在细胞质中。

当溶酶体功能受到抑制时，14-3-3与TFEB的结合减弱，TFEB进入细胞核行使转录功能，促进溶酶体的合成[7,8]。

2.4 TFEB的SUMO化修饰
除受mTORC1和MAPK1介导的磷酸化修饰外，TFEB还能够被类泛素蛋白SUMO (small ubiquitin-like modifier)修饰。

Miller等[9]在COS-7细胞中证明TFEB蛋白能够发生SUMO化修饰，对TFEB进行修饰的是SUMO-1。

此外，与TFEB属于同一家族的小眼畸形相关转录因子(microphthalmia-associated transcription factor, MITF)也可以发生SUMO化修饰。

3 TFEB的生物学功能
已有研究表明，TFEB参与调控的生物学功能主要包括血管新生、肾癌、溶酶体合成以及自噬等。

3.1 TFEB与血管新生
TFEB与胎盘血管新生有关。

TFEB突变失活的小鼠发育至第9.5天和第10.5天之间致死，其在发育过程中胎盘血管新生有缺陷，提示我们TFEB 突变失活的小鼠很可能是由于胎盘血管新生缺陷致死[1]。

3.2 TFEB与肾癌
TFEB与肾癌的发生有关。

在t(6;11) (p21;q13)阳性肾癌中，TFEB发生染色体易位，导致TFEB 转录启动活性增强，在肾癌中TFEB表达量比正常情况高，且较正常TFEB更容易定位至细胞核[2]。

在TFEB易位的肾癌中组织蛋白酶K (cathepsin-K)有高表达，有研究认为可用组织蛋白酶K免疫标记的方法来区分TFEC和TFEB易位导致的肾癌和其他原因导致的肾癌[10]。

3.3 TFEB与溶酶体合成
TFEB在溶酶体相关通路中发挥着很重要的作用。

溶酶体在细胞内具有消化和运输的作用。

溶酶体可以调节钙离子通道，钙流调节的失调很可能导致溶酶体贮积症(lysosomal storage disorder, LSD)等相关疾病的发生[11]。

Sardiello等[12]发现协同溶酶体表达和调控(coordinated lysosomal expression and regulation, CLEAR)元件在溶酶体相关的基因表达中有重要作用。

CLEAR包含E-box的重复序列，E-box是bHLH转录因子的结合位点。

通过对bHLH 类转录因子中MiTF/TFE家族成员的研究表明，TFEB在溶酶体合成和功能相关基因的表达中有重要作用。

在过表达的情况下，TFEB能显著增强溶酶体的合成，并与CLEAR元件结合，参与调控多种溶酶体相关基因的表达。

此外，TFEB能够调节溶酶体介导的胞吐作用。

Medina等[13]研究发现TFEB通过激活溶酶体相关的Ca2+离子通道蛋白MCOLN1 (mucolipin 1)来增加胞内Ca2+浓度，溶酶体与质膜的融合也相应增加。

溶酶体贮积症是由于体内基因突变，导致溶酶体无法对体内大分子进行降解，组织或器官功能发生异常的一种疾病。

当发生溶酶体贮积症时TFEB的表达能够在一定程度促进细胞内的代谢物的清除。

3.4 TFEB与细胞自噬
最近研究表明，转录因子TFEB是细胞自噬的重要调控蛋白之一。

自噬是细胞维持自我稳态的一种方式，细胞在受到饥饿、损伤等外界刺激或自身细胞器损伤时发生自噬。

在自噬过程中细胞内的多种物质(如蛋白质、受损伤的线粒体以及胞内微生物等)会发生降解，产生氨基酸等小分子物质[14]。

Settembre等[5]发现过表达TFEB可以增强细胞的自噬能力，而细胞自噬则随TFEB表达的下调而下调。

TFEB能够起始多个与细胞自噬相关基因的转录，可能的基因包括氯离子通道7 (chloride channel, voltage-sensitive 7, CLCN7)、液泡蛋白质分选因子18 [vacuolar protein sorting 18 homolog (S.
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cerevisiae),VPS18]、微管相关蛋白1轻链3β(microtubule-associated protein 1 light chain 3β, MAP1LC3B)、紫外线辐射抗性相关基因(UV radiation resistance associated, UVRAG)和磷酸肌醇相互作用蛋白质(WD repeat domain, phosphoinositide-interacting protein, WIPI)等。

饥饿条件下，TFEB能够入核发挥其转录功能。

3.5 TFEB与其他生物学功能
除调控溶酶体和细胞自噬相关基因的表达外，TFEB还能够激活其他重要基因的表达。

例如，VMD2 (又称BEST1, bestrophin 1) 在视网膜色素上皮细胞中编码bestrophin氯通道蛋白，TFEB及其家族成员MITF和TFEC能够激活VMD2的表达[15]；TFEB和TFE3能够激活组织型纤溶酶原激活物抑制因子1 (plasminogen activator inhibitor 1, PAI-1, 又称SERPINE1)的表达[16]；在3T3细胞中，TFEB和TFE3能够激活钙黏着蛋白E-cadherin及E-cadherin 激活因子Wilms’ tumor-1 [17]；TFEB和TFEC是CD40配体重要的激活因子[18]，能够通过调控CD40配体的表达对体液免疫进行调节。

4 结语
TFEB作为一种重要的转录因子，在个体发生发育过程中发挥着重要作用。

相关研究表明TFEB 在血管新生和肾癌中有重要作用[1,2,10]，TFEB及同属于MiTF/TFE家族的TFE3在胸腺依赖的体液免疫中有重要作用[18]。

最新研究表明TFEB在溶酶体和细胞自噬相关过程中有重要作用，多种溶酶体合成和细胞自噬相关基因的表达与TFEB有关[5]，TFEB的表达能够促进溶酶体介导的胞吐作用。

有关TFEB的调控及其相关信号通路的报道还比较少，目前已知其主要受mTORC1调控。

Peña-Llopis等[3]研究认为TFEB受mTORC1的调控是其C 端富含丝氨酸序列磷酸化入核，但Settembre等[5,6]研究表明mTORC1磷酸化TFEB的142位丝氨酸后使其定位在细胞质，而当细胞受到饥饿等刺激后其142位的丝氨酸去磷酸化入核，可见其在不同条件下所受到的调控方式及调控结果有所不同，具体的分子调控机制还有待进一步的阐释。

TFEB与溶酶体的功能联系紧密，通过TFEB介导的溶酶体功能调控也需作进一步研究。

综上所述，对TFEB蛋白功能及调控机制的研究，将进一步揭示与其相关的信号通路及疾病(如溶酶体相关的疾病)发生的机制，对其生理及病理功能的理解、相关疾病的治疗及药物的开发都有重要的理论指导意义。

参 考 文 献
[1] Steingrímsson E, Tessarollo L, Reid SW, et al.The
bHLH-Zip transcription factor Tfeb is essential for placental vascularization. Development, 1998, 125: 4607-
4616
[2] Kuiper RP, Schepens M, Thijssen J, et al. Upregulation of
the transcription factor TFEB in t(6;11)(p21;q13)-positive renal cell carcinomas due to promoter substitution. Hum Mol Genet, 2003, 12: 1661-1669
[3] Peña-Llopis S, Vega-Rubin-de-Celis S, Schwartz JC, et
al. Regulation of TFEB and V-ATPases by mTORC1.
EMBO J, 2011, 30: 3242-3258
[4] Tsunemi T, Ashe TD, Morrison BE, et al. PGC-1α
rescues Huntington's disease proteotoxicity by preventing oxidative stress and promoting TFEB function. Sci Trans Med, 2012, 4: 142ra97
[5] Settembre C, Di Malta C, Polito V A, et al. TFEB links
autophagy to lysosomal biogenesis. Science, 2011, 332: 1429-1433
[6] Settembre C, Zoncu R, Medina DL, et al. A lysosome-
to-nucleus signalling mechanism senses and regulates the lysosome via mTOR and TFEB. EMBO J, 2012, 31: 1095-1108
[7] Martina JA, Chen Y, Gucek M, et al. MTORC1 functions
as a transcriptional regulator of autophagy by preventing nuclear transport of TFEB. Autophagy, 2012, 8: 903-914 [8] Roczniak-Ferguson A, Petit CS, Froehlich F, et al. The
transcription factor TFEB links mTORC1 signaling to transcriptional control of lysosome homeostasis. Sci Signal, 2012, 5: ra42
[9] Miller AJ, Levy C, Davis IJ, et al. SUMOylation of
MITF and its related family members TFE3 and TFEB. J Biol Chem, 2004, 280: 146-155
[10] Martignoni G, Pea M, Gobbo S, et al.Cathepsin-K
immunoreactivity distinguishes MiTF/TFE family renal translocation carcinomas from other renal carcinomas.
Mod Pathol, 2009, 22: 1016-1022
[11] Lloyd-Evans E, Platt FM. Lysosomal Ca2+ homeostasis:
role in pathogenesis of lysosomal storage diseases. Cell Calcium, 2011, 50: 200-205
[12] Sardiello M, Palmieri M, di Ronza A, et al. A gene
network regulating lysosomal biogenesis and function.
陈太琪, 等. 细胞功能调控的重要转录因子TFEB· 57 ·
Science, 2009, 325: 473-477
[13] Medina D L, Fraldi A, Bouche V, et al. Transcriptional
activation of lysosomal exocytosis promotes cellular clearance.Dev Cell, 2011, 21: 421-430
[14] Mizushima N, Komatsu M. Autophagy: renovation of
cells and tissues. Cell, 2011, 147: 728-741
[15] Esumi N, Kachi S, Campochiaro PA,et al. VMD2
promoter requires two proximal E-box sites for its activity in vivo and is regulated by the MITF-TFE family.
J Biol Chem, 2006, 282: 1838-1850
[16] Grinberg A V, Kerppola T. Both Max and TFE3 cooperate
with Smad proteins to bind the plasminogen activator
inhibitor-1 promoter, but they have opposite effects on transcriptional activity. J Biol Chem, 2003, 278: 11227-
11236
[17] Huan C, Sashital D, Hailemariam T, et al. Renal carcinoma-
associated transcription factors TFE3 and TFEB are leukemia inhibitory factor-responsive transcription activators of E-cadherin. J Biol Chem, 2005, 280: 30225-
30235
[18] Huan C, Kelly ML, Steele R, et al. Transcription factors
TFE3 and TFEB are critical for CD40 ligand expression and thymus-dependent humoral immunity. Nat Immunol, 2006, 7: 1082-1091。