Sestrin2在不同疾病纤维化过程中的作用研究进展

徐瑶，刘剑芳，王梦龙，叶晶，袁文慧，姜慧敏，王震，万军

• 综述 •

Sestrin2在不同疾病纤维化过程中的作用研究进展

徐瑶1，刘剑芳1，王梦龙1，叶晶1，袁文慧1，姜慧敏1，王震1，万军1

成纤维细胞的过度增殖和大量细胞外基质的沉积是纤维化的主要病理特征，Sestrin2（Sesn2）是高度保守的应激反应蛋白Sestrin家族的一员，具有抗氧化活性。最近研究发现Sesn2在诸多器官纤维化发生发展过程中起到重要调节作用。本文就Sesn2在肺脏、肝脏、肾脏、心脏等常见器官纤维化中的作用及其可能的分子机制做一综述，以期为抗纤维化治疗提供新的分子靶点。

1 纤维化概述

纤维化是以成纤维细胞过度增殖和大量细胞外基质（ECM）沉积为主要特征的病理变化过程，是导致器官或组织功能障碍甚至衰竭的重要原因之一。各种损伤和炎症反应可引起细胞外基质的合成、降解及分布失调，最终引起器官或组织的纤维化。

研究证实成纤维细胞的增殖及分化在纤维化发生及发展中起到的关键作用[1]。现有研究提示多种细胞因子如转化生长因子-β（TGF-β）、结缔组织生长因子（CTGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）及血管活性肽类，如血管紧张素Ⅱ（AngII）和内皮素-1（ET-1）等均参与了纤维化的病理、生理过程。同时，氧化应激、炎症反应等过程在纤维化进程中发挥了重要作用[2,3]。通过干预纤维化的不同环节从而延缓或逆转纤维化进程，对多种疾病的治疗及改善患者预后具有重要作用[2,4,5]。

2 Sestrin2概述

Sestrins（Sesns）家族是一类分子质量在54～57kDa的高度保守的应激反应蛋白。大部分无脊椎物种仅表达一种Sesn基因，而哺乳动物细胞中表达3种Sesn蛋白，分别是Sestrin1（Sesn1或PA26）、Sestrin2（Sesn2或Hi95）和Sestrin3（Sesn3）[6-8]。不同的环境应激，如DNA损伤、氧化应激、缺氧等条件下，Sesns蛋白被激活。活化的Sesns可通过其本身具有的亚磺酸还原酶活性促进过氧化物氧化还原酶Peroxiredoxin (Prx)的再循环，从而降低活性氧（ROS）的水平。同时，Sesns可不依赖自身抗氧化活性发挥作用。研究证实Sesns可调节腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1（mTORC1）信号途径，参与不同的病理生理过程[9]。现有研究证实Sesns可通过依赖或不依赖抗氧化应激的方式调节代谢平衡、脂质沉积、细胞凋亡、纤维化等病理生理过程[10,11]。

Sesn2基因于2002年从人类神经胶质瘤细胞系A172中克隆得到，定位于人类染色体1p35.3上，并在人类组织中广泛表达[7]。人类Sesn2晶体结构的研究表明，其相应的球状子域（N末端结构域和C末端结构域）呈内部对称性。虽然在结构上类似，但这两个结构域在功能上截然不同：N末端结构域的作用是还原烷基过氧化物自由基，C末端结构域表现为抑制mTORC1[12]。据报道，Sesn2基因表达的调节涉及p53、核因子E2相关因子2（Nrf2）和缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）等多个分子[7,13,14]。而Sesn2表达后可通过AMPK-mTORC1途径参与细胞自噬、内质网应激等过程[15-17]。研究发现内质网应激可以诱导Sesn2表达，Sesn2调节使未折叠蛋白反应（UPR）的衍生信号以间接方式调控mTORC1活性，阻止蛋白质翻译，从而阻碍内质网应激进一步恶化[18]。另外有研究表明，Sesn2可激活AMPK依赖的细胞自噬途径而具有保护神经元作用[19]。随着对Sesn2的研究不断深入，人们发现Sesn2在器官或组织纤维化过程中也发挥着重要作用。

3 Sestrin2与纤维化

3.1 Sestrin2与肺纤维化 肺纤维化是一种以细胞外基质过度沉积和肺结构重建为特征的慢性肺部病理过程，发病机制包括炎症、氧化应激和凝血障碍等。多种细胞因子如TGF-β、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、PDGF、Wnt等均参与了肺纤维化的发生及发展[20]。

研究表明，在Ltbp4S基因敲除致小鼠小叶中心型肺气肿模型中证实LTBP-4具有2种独立功能，分别是调节弹性纤维组装及TGF-β水平[21]。缺乏弹性蛋白及弹性蛋白降解加速是导致肺气肿的重要病理过程[22]。Frank等利用上述Ltbp4S基因敲除肺气肿模型发现，与Ltbp4S-/-Sesn2+/+模型组相比，Ltbp4S-/-Sesn2-/-双敲小鼠的肺功能得到部分恢复，可能是因为Sesn2突变失活可激活包括编码弹性蛋白在内的部分TGF-β信号通路，而并未激活TGF-β具有特征性的促纤维化基因（胶原Ⅰ和胶原Ⅲ）的表达[23]。Heidler等报道表明与健康者的肺相比，吸烟伴慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者肺脏中Sesn2表达显著升高，PDGFRβ水平显著减低，提示Sesn2-PDGFRβ负性调节关系可能参与COPD发病过程。该团队进一步采用暴露于慢性吸烟环境的COPD小鼠模型探讨了Sesn2在COPD中的作用。结果发现Sesn2突变失活抑制小鼠发展为肺气肿，且PDGFFRβ信号通路活性增强在其中发挥重要作用。Sesn2则可通过以下两条途径抑制PDGFRβ：①Sesn2失活可诱导ROS蓄积和氧化应激，而O2-参与了ROS对于PDGFRβ的调节，因此Sesn2可能通过减少细胞内O2-的方式来直接或间接抑制PDGFRβ表达；②Sesn2可以激活Nrf2，从而促进多种抗氧化分子的转录合成减少O2-表达水平，参与调节PDGFRβ表达[24]。众所周知，TGF-β和PDGFRβ是介导纤维化形成的重要信号分子，上述研究证实Sesn2是二者重要的抑制分子,因此，我们推测Sesn2可能通过抑制TGF-β和PDGFRβ信号通路参与肺纤维进程。

3.2 Sestrin2与肝纤维化 肝脏是一个代谢活跃的器官，更易受到氧化损伤的影响，这种氧化损伤可导致多种疾病，如肝炎、纤维化、肝硬化甚至肝癌[25,26]。肝脏纤维化主要与活化的肝星状细胞大量分泌细胞外基质有关。实验表明，各种损伤因素导致肝细胞死亡和肝脏炎症反应增加，从而促进肝星状细胞转化为肌纤维母细胞，引起大量胶原成分的合成与分泌[27]。

Yang等[28]发现过表达Sesn2可以改善脂多糖刺激后，血浆中丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶水平和肝细胞的变性程度。进一步分析发现，Sesn2可抑制激活蛋白-1介导的促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表达，发挥肝脏的保护作用。有研究证实，肥胖可通过内质网应激信号途径促进肝脏Sesn2的表达，而Sesn2表达后可通过AMPK-mTORC1途径抑制内质网应激。在Sesn2缺乏的肥胖小鼠中，其内质网应激程度加重，肝脏脂肪变性程度明显增加。同时，在Sesn2缺乏的肥胖小鼠肝脏中可发现大量活化的肝星状细胞。与之对应的是，Sesn2敲除的肥胖小鼠肝脏中胶原沉积增多，纤维化程度加重。因此，Sesn2可能通过调节内质网应激途径参与肥胖引起的肝脏损伤过程，敲除Sesn2加重肝脏脂肪变性和肝纤维化程度[29]。

3.3 Sestrin2与肾纤维化 肾脏纤维化与多种疾病过程密切相关，包括原发于肾脏的疾病（如急慢性肾炎、肾病综合征）和全身性疾病（如糖尿病肾病、高血压肾病[30,31]）。细胞间隙、肾小球毛细血管壁中病理性基质沉积是加重肾脏损伤的重要因素[32]。

研究发现在大鼠缺血再灌注引起的急性肾损伤模型中，Sesn2转录水平显著上调。体外细胞实验证实，在肾小管细胞中存在2种独立的途径诱导自噬，包括p53- Sesn2 和HIF-1α-BNIP3，这些途径可能被不同类型的应激反应激活，以保护急性肾损伤时的肾小管[33]。研究表明在正常大鼠的肾小球中，Sesn2主要表达于肾小球壁层上皮细胞（PECs）。不论在阿霉素诱导的局灶节段性肾小球硬化模型亦或是氨基核苷嘌呤霉素诱导的微小病变性肾病模型中，Sesn2在PECs中表达均减少，且与蛋白尿的出现和球旁纤维化的增强密切相关。当PAN肾病模型中蛋白尿缓解后，伴随的球旁纤维化发生逆转，与此同时，PECs中Sesn2表达也基本恢复正常。可能是因为Sesn2和mTOR在PECs中的作用具有两面性，因为在正常肾中高水平的Sesn2活性和低水平的mTOR活性可能有利于维持PECs动态平衡；在损伤或激活的PECs中，Sesn2表达减少导致mTOR活性增强，则引起PECs活化或增殖或凋亡, 导致肾小球硬化[34]。在抗肾小球基底膜肾炎中，Sesn2的表达减少及mTOR活性增强与PECs增殖形成新月体相关[35]。而在肾小球系膜细胞（MCs）中的研究发现，高糖刺激可下调MCs中Sesn2的表达，导致AMPK活性降低，加重Nox4依赖的内皮型一氧化氮合酶（eNOS）功能障碍和MCs纤维化反应。而过表达Sesn2激活AMPK途径，可缓解高糖诱导的eNOS功能障碍及纤维蛋白沉积[36]。以上结果提示：尽管涉及的分子机制可能不同，但高水平Sesn2对不同肾脏纤维化病理过程均具有一定程度的保护作用。

3.4 Sestrin2与心肌纤维化 心肌纤维化是心脏重构的主要病理变化之一[37]。多种心脏疾病（如心肌梗死、高血压心脏病、糖尿病心肌病、肥厚性心肌病、扩张性心肌病等），在终末阶段均出现明显的心肌纤维化，因此寻找抗纤维化治疗的靶点具有重要意义。

Alex等研究发现，当野生型和Sesn2敲除小鼠同时行缺血再灌注损伤时，Sesn2敲除小鼠的心肌梗死面积较野生型小鼠显著增大，同时，Sesn2敲除小鼠在缺血后心脏的收缩功能更差。因此，在缺血再灌注损伤中，Sesn2具有重要的心脏保护作用[38]。另有研究发现同等程度的射线照射心脏后，Sesn2敲除小鼠放射性损伤所造成的左室射血分数的下降较野生型小鼠更为显著，提示Sesn2可能参与了放射性损伤所致心肌病（如心肌纤维化）的调节[39]。而我们的近期研究表明，与正常心肌组织相比，Sesn2在心衰患者心肌中的表达明显上调，且Sesn2表达水平与心衰严重程度及心肌纤维化程度呈正相关[40]，进一步提示Sesn2可能参与了心肌纤维化的病理过程。但Sesn2在心肌纤维化发生及发展过程中的作用及具体机制尚未完全阐明，需进一步深入研究。

4 结语

作为抗氧化家族Sesn家族的一员，Sesn2可由氧化应激、DNA损伤、代谢应激等应激反应诱导产生，而Sesn2表达后可通过依赖ROS的和不依赖ROS的途径参与抗氧化损伤、代谢调节、炎症反应及细胞活性与增殖能力的调节等多种病理、生理过程。而纤维化是导致多个器官组织功能衰竭的重要原因之一。现有证据表明，Sesn2可通过调节TGF-β、PDGFRβ、AMPK-mTOR等多种途径参与肺脏、肝脏、肾脏及心脏等器官纤维化病理过程中，尽管机制尚未明确，但Sesn2有望成为潜在的抗纤维化治疗靶点。

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本文编辑：孙竹

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