核受体NR4A1功能及调控的研究进展_谷亚龙

·综述·核受体NR4A1功能及调控的研究进展

谷亚龙 张新东 金保方

【摘要】 核受体NR4A1是核受体NR4A家族中的重要一员，可通过对靶细胞基因转录的调

节，参与细胞的增殖、凋亡调控，在肿瘤发生、血管重塑以及类固醇合成等重要生命活动过程中发

挥重要作用，其功能受到磷酸化、蛋白质相互作用等多种途径的调控。本文就有关NR4A1的生物学

功能及其调控机理的研究进展作一综述。

【关键词】细胞增殖；细胞凋亡； NR4A1； 类固醇合成

The research progress in function and regulation of nuclear receptor NR4A1Gu Yalong, Zhang

Xindong, Jin Baofang. Institute of Andrology, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023,

China

Corresponding author: Jin Baofang, Email: hexiking@

【Abstract】 NR4A1 is an important transcription factor that belongs to NR4A family. NR4A1

plays important roles in numerous cellular responses by regulating the transcription of genes from target

cells, including the cell proliferation and apoptosis, tumorigenesis, vascular remodeling and steroidogenic.

The function of NR4A1 is regulated by phosphorylation and other interactions among proteins. In this

paper, the research progress of NR4A1 in biological function and regulation was reviewed.

【Key words】 Cell proliferation; Apoptosis;NR4A1;Steroidogenic synthesis

细胞分化是细胞类型多样性的生理基础，此过程对于每一个有机体正常功能的维持必不可少。对于所有细胞来讲，其分化和功能受多种激素、信号分子和旁分泌因子的严密调控。这些信号经过传递与转化，引起某个基因组的应答，都需要一系列转录因子的参与。明确这些因子并阐明它们的作用机制，对于我们理解所有组织细胞的分化和功能至关重要。NR4A1是NR4A家族中的一员，该家族被归类为及早反应基因家族，其可以迅速但短暂地被一些刺激诱导表达，这些刺激包括化学因素：环磷酸腺苷、佛波醇酯、生长因子、肽类激素和神经递质等；物理因素：膜去极化、机械搅拌和磁场等。研究表明，NR4A1作为一种响应蛋白在信号传导的早期发挥作用[1]。接受信号刺激后的NR4A1分子构象发生改变，通过对靶基因调控区的特异性识别和结合发挥转录调控作用，参与细胞增殖、凋亡，肿瘤发生以及机体的免疫应激、能量代谢、类固醇合

DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2014.08.025

基金项目：国家自然科学基金（81273760）；国家自然科学基金青年基金（81302969）；科技部国家基础规划“973”项目（2010CB530401）作者单位：210023南京中医药大学男科学研究所

通讯作者：金保方，Email: hexiking@ 成等生命活动，并受蛋白酶降解、磷酸化、蛋白质相互作用等多种途径的调控。

NR4A1广泛表达于各种组织，包括：胸腺、肌肉、肺、肝、睾丸、卵巢、前列腺、肾上腺、甲状腺、垂体[2-4]。在这些组织中，NR4A1以多种形式参与细胞功能的调控。

一、NR4A1的结构特征

NR4A1由六个功能域组成保守的模体结构：一个氨基端长度可改变的转录激活域（AF-1），一个包含两个锌指结构的DNA结合域（DBD），一个构象可以改变的铰链区，一个包含二聚化位点的配体结合域（LBD），另一个配体依赖的转录激活域（AF-2），一个功能未知的可变羧基端结构域。不同核受体的AF-1在长度上和氨基酸的组成上呈现不同，此区域负责与其他转录因子相互作用，调节转录活性。DBD包含有两个高度保守的锌指结构，由此来介导核受体与DNA特异性的相互作用。同很多其他的转录因子一样，NR4A1的DBD结构域以α螺旋的方式同位于目标DNA大沟中的识别元件结合，调控基因表达。在激素识别的特异性和生理反应的选择性方面，LBD的功能必不可少，它被认为是一个分子开关，其与特异性的配体结合改变了核受体的分子构象，使核受体具备转录活性。

LBD还包括8～9个七肽重复序列的疏水性氨基酸，参与核受体的二聚化。

二、NR4A1的生物学功能

NR4A1的功能因细胞类型和刺激信号的不同而表现各异。近年来通过对NR4A1目的基因启动子区域的分析、基于细胞培养进行的NR4A1过表达与抑制实验以及建立动物（小鼠）NR4A1敲除模型等多种途径研究了NR4A1的生物学功能。

1. 参与细胞存活与凋亡：NR4A1的过表达能拮抗神经酰胺诱导的成熟B-淋巴细胞瘤的细胞凋亡，具有促存活和抗凋亡的功能。但同样是B-淋巴细胞瘤，NR4A1的过表达并没有拮抗FasL蛋白诱导的细胞凋亡，这可能意味着NR4A1不参与Fas 介导的凋亡途径[5]。NR4A1在小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中的表达可拮抗TNF诱导的细胞凋亡，而在转录激活域中的一个显性失活突变则显示其加速了TNF诱导的细胞凋亡进程[6]，这表明NR4A1在TNF介导的凋亡途径中的促存活效应。此外，在NR4A1超表达的MEF中，caspase 3和caspase 8的活性降低，进而调控细胞的凋亡。

NR4A1也可以引起相反的生物学效应，即促进细胞凋亡。过表达NR4A1的转基因小鼠，其胸腺细胞的凋亡水平增加，证实NR4A1在体内的促凋亡作用。但是，NR4A1基因沉默的小鼠，并没有观察到相反的趋势，这可能意味着NR4A1在体内存在某种基因的代偿冗余。NR4A1的促凋亡作用可能通过调控细胞内负责启动凋亡程序的某些基因得以实现，如：FasL 和TRAIL[7]。还有研究发现，NR4A1可以转运到细胞内的线粒体，与Bcl-2形成一个促凋亡复合物对诱导细胞凋亡的刺激作出响应[8]。对NR4A1进行结构域分析表明，其LBD域负责与Bcl-2的结合，这种结合导致Bcl-2的构象发生变化，继而导致NR4A1的定位改变。

2. 参与代谢性疾病：对于肥胖、糖尿病等代谢性疾病来说，核受体超家族的许多成员已经成为一大类潜在的治疗靶点。在这些复杂的疾病中，大多数信号通路通过调节转录因子，最终归结到控制相关疾病基因的表达。

β-肾上腺素能信号参与调节代谢功能，特别是在代谢活性很强的外周组织，如骨骼肌和脂肪，发挥重要作用。研究发现，β-肾上腺素能受体激动剂在体外培养的神经细胞当中，可诱导NR4A1的产生，并能够引起大鼠大脑皮质中去甲肾上腺素的释放。在体内或体外培养的骨骼肌细胞当中，β-肾上腺素可以瞬时诱导NR4A1 mRNA的表达，并且这种表达可以被β-肾上腺素能受体拮抗剂抑制。在失去神经支配的骨骼肌中，NR4A1的表达显著下降，表明交感神经在NR4A1的表达中起到一定作用。鉴于β-肾上腺素在骨骼肌细胞中对血脂、血糖、能量代谢的调节作用，β-肾上腺素能受体激动剂对于NR4A1的迅速诱导提示NR4A1在骨骼肌细胞中作为一个β-肾上腺素信号后的因子发挥作用。Maxwell等[9]使用小干扰RNA技术减少NR4A1在体外C2C12骨骼肌细胞中的表达，导致脂肪分解减少，并使得与调节脂质、碳水化合物和能量代谢相关的基因和蛋白质的表达发生变化。Ampkγ3、Fat/cd36、Glut4在抑制NR4A1表达后也相应减少，这表明NR4A1的表达可调节一些代谢相关的关键基因。Chao等[10]使用腺病毒对C2C12细胞中NR4A1进行超表达，导致了主要诱导葡萄糖转运，胰岛素信号，糖酵解和糖原分解相关的关键基因的表达。同这些基因表达变化相一致，葡萄糖转运也随着NR4A1的超表达而增强。

在体内，NR4A1调节代谢相关基因，特别是参与葡萄糖转运、胰岛素信号、糖酵解、糖原分解等基因的表达[9]。在正常饮食喂养下，NR4A1敲除小鼠的代谢改变不很明显，但是，在高脂喂养后，代谢变化相当显著，包括：体重明显增加、能量消耗降低、在骨骼肌中出现胰岛素抵抗、血葡萄糖清除率降低[11]。所有这些体内事件与在体外观察到的基因变化相一致。研究表明[12]，繁殖能力低下的一组大鼠中，其NR4A1及下游调节基因，包括CD36，UCP3， Ampkγ的核酸和蛋白水平显著较低。此外，NR4A1还参与调节哺乳动物其他多种组织的代谢功能，如：肾上腺、褐色和白色脂肪组织、肝脏、心肌、肾、肾上腺、胰腺、胃等[13-15]。

3. 参与血管重塑：越来越多的证据表明，NR4A1在血管基因表达的调控中作为重要的转录因子，并且在血管重塑中起到关键作用，如细胞存活、增殖和炎症。内皮细胞损伤，伴随着黏附分子的表达和随之而来的循环单核细胞的募集，是动脉粥样硬化开始的重要事件。在内皮细胞中，NR4A1可以被多种促粥样硬化的刺激有效诱导，这些刺激包括：动脉粥样硬化脂蛋白，炎性细胞因子，生长因子，缺氧。Arkenbout等[16]在内皮细胞进行了NR4A1的功能实验，证实超表达NR4A1的腺病毒