SGK1功能的研究进展及临床意义

孟琴琴，郭美亮，袁定芬，邓辉

(上海交通大学附属第六人民医院皮肤科,上海 200000)

磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)蛋白家族参与细胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖转运等多种细胞功能的调节。多种生长因子和信号转导复合物，包括成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子、肝细胞生长因子、血管紧张素Ⅰ、胰岛素均能启动PI3K的激活过程。PI3K激活后，促使第二信使三磷酸磷脂酰肌醇的生成，三磷酸磷脂酰肌醇与胞内含有PH结构域的信号蛋白磷酸肌醇依赖性激酶1结合，使磷酸肌醇依赖性激酶1磷酸化蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)的Ser308残基[1]。血清和糖皮质激素诱导蛋白激酶(serum and glucocorticoid-regulated protein kinase,SGK)1在结构上与Akt具有54%的同源性，三磷酸磷脂酰肌醇通过磷酸肌醇依赖性激酶1和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)复合物2磷酸化下游的SGK1[2]。SGK2和SGK3的催化结构域的氨基酸序列具有80%的同一性，且与SGK1催化结构域的氨基酸序列具有同一性，但目前关于SGK2和SGK3转录调节的研究相对较少。SGK1与SGK3在哺乳动物的几乎所有组织中均能检测到，但SGK2的信使RNA(messenger RNA,mRNA)仅在肝脏、肾脏、胰腺有显著表达，在大脑表达较低[3]。随着对SGK1研究的深入，人们发现SGK1不仅在应激状态下生理功能明显增加，而且参与包括肿瘤在内的多种疾病的病理学过程[4-12]。现就SGK1功能的研究进展及其临床意义予以综述。

1 SGK1概述

1.1SGK1的发现 SGK1在1993年被鉴定为迅速活化的早期基因，当细胞暴露于血清或糖皮质激素或同时暴露于两者时，其mRNA水平在30 min内急剧增加[13]。糖皮质激素是引起SGK1转录反应的主要刺激因素，因为SGK的启动子在转录起始上游1.0 kb处含有糖皮质激素反应元件共有序列。SGK1 mRNA在成年大鼠的多种组织中表达，尤其在胸腺、卵巢和肺中水平最高[14]。

1.2SGK1的活化 SGK1是蛋白激酶AGC家族成员，与AGC家族其他激酶相同，SGK1的激活由激酶结构域T环内苏氨酸残基(Thr256)和位于C端疏水基序列内的丝氨酸残基(SGK1中的Ser422)的磷酸化触发。磷酸肌醇依赖性激酶1磷酸化SGK1的T环，mTOR复合物2控制疏水基序磷酸化，从而导致SGK1的激活[15]。用胰岛素、胰岛素样生长因子-1或过钒酸盐诱导人胚肾293细胞会导致SGKs蛋白表达量增至其基础表达量的3～12倍，PI3K抑制剂LY294002对细胞进行预处理后，SGKs的激活完全被阻断。因此，SGKs是PI3K诱导的信号转导途径的靶标[16]。PI3K-SGK1通路参与多种临床生理病理过程。17β-雌二醇通过PI3K/Akt/SGK1介导的体内外上皮细胞钠通道上调抑制脂多糖诱导的急性肺损伤[17]。Akt/SGK依赖性的糖原合成酶激酶-3α/β(glycogen synthase kinase-3α/β，GSK-3α/β)的磷酸化在胆钙化醇过载的小鼠的血管钙化中发挥重要作用[18]。

2 SGK1主要的临床生理功能

2.1SGK1与Na+转运 目前关于SGK1对Na+调节作用的研究主要集中在肠上皮和肾小管上皮中。葡萄糖诱导的电流(Ig)(反映肠上皮Na+-偶联葡萄糖协同转运蛋白1的活性)在SGK1敲除小鼠(SGK1-/-)和它们的野生型同窝小鼠(SGK1+/+)中几乎相同；然而，持续糖皮质激素刺激4 d后，SGK1+/+小鼠的Ig增加约3倍，而SGK1-/-小鼠的Ig则不增加。δpH(反映Na+/H+交换蛋白3活性)在SGK1-/-和SGK1+/+小鼠中相似。糖皮质激素持续4 d刺激后，在SGK1+/+小鼠中δpH增加约3倍，在SGK1-/-小鼠中增加约2倍，在特异性Na+/H+交换蛋白3阻断剂S-3226(10 μmol/L)存在下δpH增加效果显著减弱[19]。总之，在肠道中钠葡萄糖共转运载体1和Na+/H+交换蛋白3的基本功能基本不需要SGK1刺激。然而，糖皮质激素通过SGK1对钠葡萄糖共转运载体1的影响是完全的，而Na+/H+交换蛋白3则部分地依赖于SGK1。肾小管上皮Na+通道上皮细胞钠通道受mTOR2/SGK1通路调节[20]。SGK1参与肾脏Na+的重吸收并具有重要调节作用，mTOR2/SGK1通路的调节会导致敏感的肾脏的Na+保留增加从而导致细胞外液体积增加伴随血压升高。SGK1敲除的(SGK1-/-)小鼠的肾脏Na+保留功能受损,导致肾脏的重吸收功能降低。SGK1在醛固酮调节水盐平衡方面也发挥重要作用，醛固酮通过SGK1使神经前体细胞表达发育调控样蛋白4基因对肾小管上皮氯化钠协同转运蛋白(由SLC12A3编码)的抑制作用降低，从而发挥醛固酮的保钠保水作用[21]。噻嗪类利尿剂通过抑制由SLC12A3编码的氯化钠协同转运蛋白发挥利尿作用，具体通路见图1[22]。

Aldosterone:醛固酮；SGK:血清和糖皮质激素诱导蛋白激酶；NEDD4L：神经前体细胞表达发育调控样蛋白4：Thiazide diuretics:噻嗪类利尿剂

图1 SGK1在醛固酮调节水盐平衡中的作用

2.2SGK1的炎症抑制作用 多种精神和神经疾病的病理生理学均涉及小胶质细胞，如肌萎缩侧索硬化和精神分裂症。SGK1和SGK3在多个小胶质细胞系中表达，并且它们的抑制剂增强了脂多糖对小胶质细胞的毒性作用(产生炎症物质如肿瘤坏死因子-α和诱导型一氧化氮合酶)[23]。因此，SGK1在中枢神经系统疾病中的作用有待进一步研究。SGK1不仅在中枢神经系统具有炎症抑制作用，也是Toll样受体诱导的炎症的负调节剂。体外实验中，SGK1的药理学作用抑制或通过干扰小RNA抑制都会导致SGK1功能缺陷的细胞中促炎细胞因子[肿瘤坏死因子、白细胞介素(interleukin,IL)-12、IL-6]产生增加。在小鼠内毒素模型中，SGK1抑制剂会加重多器官损害，并通过增加促炎因子和中性粒细胞的浸润促进炎症反应[24]。这些发现揭示了SGK1潜在的细胞内抗炎机制，并首次确立了SGK1作为控制炎症疾病的新的干预靶点。

2.3SGK1参与T细胞的极化分型 SGK1调节辅助性T细胞(helper T cell,Th细胞)1和Th2细胞的分化，同时以IL-23依赖性方式介导Th17细胞的分化。mTOR复合物2的激活进一步刺激SGK1负调节E3泛素-蛋白连接酶NEDD4-2 介导的转录因子JunB的降解来促进Th2细胞的分化，导致IL-4产生[25]。SGK1通过调节Th17细胞中IL-23受体表达和失活叉头框蛋白(forkhead box protein)O1(IL-23受体表达的直接抑制因子)来稳定Th17细胞表型。氯化钠浓度的适度增加诱导SGK1表达，促进IL-23受体表达并增强Th17细胞体外分化和体内自身免疫的发展。SGK1的缺失以IL-23依赖性方式消除Na+介导的Th17细胞的分化[26]。研究表明，SGK1参与Th17细胞和调节性T细胞(regulatory T cell,Treg细胞)的分化不平衡并在血管紧张素Ⅱ诱导的高血压小鼠模型中参与靶器官的损伤。在血管紧张素Ⅱ诱导的高血压小鼠脾脏以及肾脏和心脏周围浸润的淋巴细胞中，Th17细胞明显增加伴随Treg细胞明显下降。SGK1的抑制剂EMD638683可以逆转由血管紧张素Ⅱ诱导的高血压小鼠的肾功能损伤和心功能障碍以及Th17细胞和Treg细胞分化的不平衡[27]。SGK1通过促进Th2细胞的分化，负调节体内免疫的活化，避免体内的适应性免疫应答过度。在炎症疾病中，SGK1促Th17细胞的分化作用激活体内的免疫应答，在银屑病及其他免疫性疾病中的作用亟待研究。

2.4SGK1参与脂肪细胞分化 SGK1的表达在脂肪细胞的早期分化中可能起关键作用，通过敲低干扰小RNA使前脂肪细胞中SGK1下调，并导致脂肪细胞分化的抑制。SGK1通过FoxO1调节脂肪细胞的分化，SGK1使FoxO1的苏氨酸24、丝氨酸256和丝氨酸319残基磷酸化，导致FoxO1从细胞核转移到细胞质，从而降低了FoxO1的抑制脂肪细胞分化的作用[28]。FoxO1是脂肪细胞中SGK1的直接靶标，并为SGK1产生的促脂肪效应提供了潜在机制。地塞米松不能影响FoxO1在SGK1-/-细胞中的亚细胞定位，因此其对脂肪细胞分化的促进作用也是通过SGK1对FoxO1的作用介导。

2.5SGK1与自噬 自噬是一种细胞自我降解的过程，以清除受损或多余的蛋白质和细胞器。研究表明，SGK1抑制自噬并且在自噬启动因子unc-51样激酶1的上游调节自噬[2]。在由GSK650394(SGK1抑制剂)或SGK1 短发夹RNA介导的SGK1抑制诱导细胞G2/M期阻滞，细胞凋亡和自噬。SGK1抑制剂SI113通过增加细胞自噬诱导子宫内膜癌细胞存活率降低，从而揭示了子宫内膜癌治疗的新方向[29]。在人多形胶质母细胞瘤细胞中SGK1抑制剂同样诱导细胞毒性自噬[30]。SGK1抑制剂抑制前列腺癌的新机制，至少部分由mTOR-FoxO3a途径诱导的自噬依赖性细胞凋亡介导[31]。缺氧预处理对体外缺氧/复氧损伤期间的肾脏保护作用依赖于SGK1/FoxO3a/缺氧诱导因子-1α信号通路对自噬的促进作用[32]。SGK1抑制剂对自噬的促进作用为肿瘤的治疗提供了新的方向和思路。同时，SGK1在缺氧预处理期间促进细胞轻度的自噬，为体外缺氧/复氧期间肾脏的损伤作用提供了一定的保护作用。

3 SGK1与疾病的关系

3.1SGK1与心肌纤维化 有研究分离野生型小鼠和SGK1敲除小鼠(SGK1-/-)的心脏成纤维细胞并进行循环拉伸刺激，结果显示，机械拉伸增加了野生型小鼠心脏成纤维细胞中SGK1的表达和活化，但没有增加其同种型SGK2和SGK3的表达[33]。超拉伸同样增加了野生型小鼠心脏成纤维细胞中趋化因子的释放，但SGK1-/-小鼠由于下游核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的激活受阻显著减弱心脏成纤维细胞趋化因子的分泌。因此，超拉伸可刺激小鼠心脏成纤维细胞中SGK1的表达进而促进趋化因子的分泌，趋化因子的分泌促进巨噬细胞的迁移进而导致其分泌的促纤维化介质上调[33]。尽管SGK1不直接影响机械牵张诱导的肌成纤维细胞分化，但SGK1通过巨噬细胞分泌的促纤维化介质的上调促进肌成纤维细胞分化进而激活心脏成纤维细胞。这些结果表明，SGK1可用做治疗心脏纤维化和心力衰竭的潜在靶点。

3.2SGK1与溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC) 炎症性肠病是一种由遗传和环境因素相互作用导致的免疫性疾病，是一种由于免疫反应的不平衡引起的特殊炎症反应。通过免疫组织化学和实时定量聚合酶链反应分析来自不同肠道黏膜活组织中SGK1的表达，结果显示，UC患者病变部位的SGK1 mRNA和蛋白表达低于同一患者和正常健康对照组织的正常周围区域[34]。荧光激活细胞分选术揭示了UC患者外周血单个核细胞中SGK1表达增加，特别是富含Th17细胞的CD4+细胞群中。IL-17/IL-13在UC患者中增加并且与SGK1表达相关。因此推测，CD4+T细胞中的SGK1过表达诱导炎症细胞因子IL-17和IL-13的分泌，其下调靶组织中SGK1的表达，从而揭示了UC发病的一种新机制，即CD4+T细胞中SGK1的过表达与结肠上皮细胞中SGK1表达下降之间的矛盾，SGK1在细胞和组织中的表达差异可能是炎症性肠病研究所需要解决的问题之一[34]。

3.3SGK1与血管钙化 SGK1通过NF-κB信号通路诱导血管平滑肌细胞钙化，SGK1基因的抑制会减轻慢性肾脏病中血管钙化，对慢性肾脏病的治疗具有指导作用。在人主动脉平滑肌细胞中，SGK1S422D的过表达显著增加了同源(异型)框基因2/Wnt信号级联(骨化级联反应)，MSX2,Wnt7A和Wnt3A mRNA水平，成骨标志性因子核心结合因子1 mRNA和成骨酶碱性磷酸酶mRNA的表达、转录活性也升高，说明在SGK1S422D转染的人主动脉平滑肌细胞中SGK1显著增加会促进成骨/软骨细胞转分化。研究进一步表明，SGK1S422D诱导NF-κB p65蛋白的核移位，上调NF-κB转录活性，并增加锌指蛋白36(NF-κB活化的下游产物)的mRNA表达[35]。因此，SGK1S422D可作为治疗血管钙化相关疾病的靶标。

3.4SGK1与肿瘤 SGK1在多种肿瘤中作为判断预后的标志和治疗的靶点。SGK1基因较少的拷贝数与多形性胶质母细胞瘤较差的生存相关。通过分析 665例多形性胶质母细胞瘤患者的SGK1基因拷贝数(log2肿瘤/正常)和生存时间关系发现，当SGK1基因拷贝数≤0.009 700时，283例患者的中位生存期是382 d；当SGK1基因拷贝数≥0.009 700时，288例患者的中位生存期是455 d。SGK1拷贝数的增加可能增强肿瘤氧合作用，从而导致肿瘤细胞更好的生存，但上述研究表明SGK1拷贝数增加会延长患者的中位生存期，这可能是因为更好的肿瘤氧合作用会增加放疗和化疗的治疗效果，这种治疗效果超过了肿瘤本身的生长作用，因此，SGK1的增加有利于多形性胶质母细胞瘤患者的生存[12]。但在胃食管腺癌中，SGK1的高表达被证明与较差的总体存活率显著相关。胃食管腺癌患者中SGK1强阳性者的平均生存期限明显低于SGK1表达阴性患者(26.08个月比39.10个月)[4]。虽然SGK1在胃食管腺癌患者中的发病机制不明确，但激活的SGK1具有免疫抑制作用，会降低促炎细胞因子的产生，如肿瘤坏死因子、IL；SGK1的高表达会抑制细胞因子导致的免疫细胞活化，从而导致肿瘤细胞的免疫逃避；SGK1磷酸化FoxO3导致其从细胞核输出到细胞质，可能使FoxO3的抗肿瘤特性失活；SGK1的激活促进了前基质金属蛋白酶9的表达，这有助于解释胃食管腺癌患者中高表达SGK1的促转移作用[4]。总之，SGK1是胃食管腺癌早期临床诊断、干预治疗和预后的新靶点。SGK1在非小细胞肺癌中的过表达不仅通过激活β联蛋白/T细胞因子信号转导促进非小细胞肺癌细胞的生长和迁移[5]，而且在非小细胞肺癌对化疗的抗性中起作用，SGK1高表达可降低非小细胞肺癌患者的总体生存率[6]。SGK1在结直肠癌中的研究相对较多，SGK1抑制剂增加p27(抑癌因子)表达并促进结直肠癌细胞中p27在细胞核的积累，因此，抑制SGK1的表达可抑制结直肠癌细胞增殖[7]。QGY-5-114-A是GSK650394(SGK1抑制剂，可有效阻止体外肿瘤的生长)的新型类似物，不仅可显著抑制结直肠癌细胞的增殖，并且可显著抑制体外结直肠癌细胞的增殖和迁移[8]。但也有研究证实SGK1在结直肠细胞正常的分化中发挥重要作用，其可能抑制结直肠癌的转移，在结直肠癌细胞系中促进SGK1基因表达产生原位异种移植模型中的分化特征，细胞迁移率降低并且转移抑制[9]。敲除长的非编码RNA HOTTIP通过靶向SGK1抑制结肠直肠癌细胞增殖和迁移并诱导细胞凋亡[10]。总之，抑制SGK1基因的表达可能是治疗结直肠癌的新策略。在前列腺癌的研究中，SGK1抑制剂通过增加细胞自噬逆转上皮-间充质转化，使前列腺癌的转移降低[11]。SGK1在多种肿瘤中均可促进癌症进展。在多形性胶质母细胞瘤中SGK1的高表达虽然也促进肿瘤细胞的生存，但肿瘤细胞更好的氧合作用反而有助于放疗和化疗的效果，增加肿瘤患者的中位生存期。

4 小 结

SGK1可磷酸化下游的多个靶蛋白，在多个临床生理和病理过程中发挥作用。在正常的病理生理过程中，SGK1的表达水平较低，但在外界刺激下(糖皮质激素、盐皮质激素、卵泡刺激素、休克、缺血、转化生长因子-β等)SGK1迅速转录激活。同时，SGK1在炎症抑制，脂肪分化和血管钙化中发挥重要作用，在肿瘤的靶向治疗研究中具有潜在价值。未来有望探索SGK1在其他人体组织中的作用，开发更多针对SGK1的治疗靶点的药物对某些疾病进行靶向治疗。在皮肤病研究方面，SGK1在银屑病等免疫性疾病发病机制中的作用亟待研究。