Nur77对葡萄糖代谢调控作用的研究进展

黄玉兰，严慧玲 综述 蒋玉洁 审校

1.右江民族医学院研究生学院，广西 百色 533000；

2.右江民族医学院附属医院呼吸与危重症医学科，广西 百色 533000

孤儿核受体Nur77 是核受体超家族成员之一，广泛分布于肺脏、肝脏、骨骼肌、脂肪组织、心脏、大脑、肾脏、胸腺中，并参与其能量转换、能量代谢及多种病理生理过程，具有复杂的生物学功能。Nur77可以调节葡萄糖代谢、脂肪代谢及能量代谢。近年研究显示，Nur77对葡萄糖代谢的调控作用除了与代谢性疾病密切相关外，其可能在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的发生发展中发挥作用。本文旨在对Nur77分子生物学功能及其表达、Nur77对葡萄糖代谢的调控及可能在急性呼吸窘迫综合征中的作用的研究进展给予综述。

1 Nur77概述

核受体超家族(nuclear receptor superfamily)是一组由配体(含类固醇激素受体和非类固醇激素受体)激活的转录因子家族，参与机体的生长发育、新陈代谢、细胞分化及体内许多生理过程，除了有明确配体激活的转录因子外，核受体超家族还包括大量配体及生理功能未知的孤儿核受体亚家族。孤儿核受体亚家族包含三个成员，即Nur77 (NR4A1)、Nurr1 (NR4A2)和NOR1(NR4A3)。Nur77 作为核受体超家族的成员之一，是一种调控多个靶基因表达的早期应答基因，Nur77 与其他两个成员具有共同的核受体结构，该结构由位于N 端结合结构域、DNA 结合结构域(DNA binding domain，DBD)和配体结合结构域(ligand binding domain，LBD)组成，在其基因组结构和DNA 结合区的保守性方面具有共同结构和高度的同源性[1]。Nur77 定位于12 号染色体上，其蛋白由598 个氨基酸组成，包含不典型的A/B、C、D 和E 配体结合结构域，其无特定的内源性配体可结合[2]。尽管如此，越来越多的研究揭示许多小分子和亲脂配体可通过靶向Nur77 配体结合域与之相互作用，并通过诱导Nur77配体结合位点的构象变化从而调控受体活性[3]。

NR4A 受体作为早期即时反应基因，由生长因子、炎性刺激、细胞因子、激素和细胞应激等多种生理及病理刺激后在多种代谢及能量依赖组织中被迅速诱导表达，其组织有肺脏、肝脏、骨骼肌、脂肪组织、心脏、大脑、肾脏、胸腺等[4]。近年研究显示，Nur77 参与了包括哮喘、急性肺损伤和肺纤维化在内的肺部疾病的发病机制，尽管目前在肺病理生理中作用的研究数据仍较缺乏，但Nur77的激活在这些疾病中极具治疗潜力。

2 Nur77对葡萄糖代谢的调控

2.1 Nur77参与肝脏葡萄糖代谢 肝脏是体内代谢与解毒的主要器官。Nur77 是肝脏糖异生的转录调节因子，是环磷腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)在控制葡萄糖代谢作用中的下游介质。饥饿、禁食及胰高血糖素等生理刺激可诱导cAMP 轴激活致Nur77 在肝脏中的表达，在病理性糖异生的小鼠模型中，其肝脏的Nur77表达增加[5]。Nur77 过表达诱导小鼠糖异生相关基因的表达，如葡萄-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase，G-6-Pase)、果糖二磷酸酶1(fructose diphosphatase 1，FBP1)、果糖-1，6-二磷酸酶2 (fructose-1，6-bisphosphatase 2，FBP2)和烯醇化酶-3(Eno3)[6-7]，从而刺激体内外葡萄糖的生成，提高血糖水平；相反，Nur77抑制剂可以下调糖异生基因的表达使血糖水平有所下降。Chao 等[8]研究报道称，Nur77 缺陷小鼠在接受高脂饮食时会发生肝脂肪变性，并在肝脏中加剧胰岛素抵抗，从而对肝脏葡萄糖生成的抑制作用减弱，无法保护高脂喂养的小鼠免受肝胰岛素抵抗。Nur77 的激活剂Cytosporone B 可上调Nur77 的表达，从而在小鼠体内诱导肝糖异生发挥调节血糖的生理功能[9]。小檗碱即一种口服降糖药物，已被证明能激活腺苷5-单磷酸(adenosine 5-monophosphate，AMP-)为蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，并通过Nur77增加肝脏成纤维细胞生长因子21 (fibroblast growth factor，FGF21)的表达，故FGF21 可能是Nur77 的靶基因[10]。研究发现甘油激酶(glycerokinas，GYK)过表达可抑制Nur77 与Nur77 的应答元件(NGFI-B response element，NBRE)结合，抑制Nur77-靶糖原基因在肝脏糖代谢中的转录，拮抗Nur77 对肝脏糖异生的调节作用，从而抑制Eno3 和血清载脂蛋白(ApoA5)的表达，导致Eno3、G-6-Pase和F-1、6-BP表达降低[11]，最终导致循环血糖水平下降，其结果在链脲佐菌素组小鼠和db/db组小鼠中也得到了验证[12]。

2.2 Nur77参与骨骼肌葡萄糖代谢 骨骼肌作为人体中最大的葡萄糖利用器官，在维持血糖和调节血糖水平方面发挥着不可替代的作用。在骨骼肌中，β-肾上腺素能信号、胰岛素和耐力运动可诱导Nur77 的表达[8，13-15]。敲除Nur77 会导致肌肉细胞中的脂解作用降低以及调节能量消耗和脂质稳态基因的表达[13]。Nur77 直接影响骨骼肌葡萄糖应用途径，β-肾上腺素能可以刺激诱导两个NR4A 家族成员即Nur77 和NOR1 的表达[16]，此外，Nur77 在C2C12 骨骼肌细胞或电穿孔的原代骨骼肌细胞中的过表达可诱导糖代谢相关基因的表达，而敲除Nur77 则降低了参与糖酵解基因的表达，包括葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)、磷 酸果 糖激 酶(phosphofructokinase，PFK)、磷酸甘油酸突变酶(phosphoglycerate mutase 2，PGAM2)和甘油磷酸穿梭，以及降低了糖异生相关基因的表达。Nur77 可与GLUT4 和Eno3 的启动子结合，接受高脂饮食的全身Nur77 敲除小鼠由于胰岛素信号改变、GLUT4及糖酵解基因表达降低而发展为骨骼肌胰岛素抵抗，导致葡萄糖耐量受损，进而循环胰岛素水平升高，相反，胰岛素可显著上调培养的L6 骨骼肌细胞Nur77 的表达[17]。Nur77 可在急性应激时激活交感神经系统，从而使骨骼肌中的葡萄糖摄取、糖酵解和糖原分解作用被激活。经检测，小鼠骨骼肌磷酸化激酶(Phka1)和磷酸化酶(Pygm)和GLUT4 存在潜在的Nur77结合反应元件(NBRE)，提示骨骼肌Phka1，Pygm和GLUT4启动子是Nur77的直接靶标[18]。Mey等[19]对健康者、肥胖者和2型糖尿病患者进行高胰岛素-正常血糖钳夹及骨骼肌活检发现，肥胖和2 型糖尿病患者Nur77 和NOR1 胰岛素反应性减弱，该数据再次证实Nur77是体内骨骼肌葡萄糖代谢的重要调节因子。

2.3 Nur77 参与脂肪组织葡萄糖代谢 Nur77 在脂肪组织中也参与了葡萄糖的利用。研究显示脂肪细胞中的Nur77 和NR4A3 可通过刺激胰岛素依赖的葡萄糖摄取激活胰岛素信号通路。Fu 等[20]通过在人骨骼肌cDNA芯片分析中观察到了胰岛素改变Nur77的表达，而胰岛素受体和胰岛素增敏药(吡格列酮和曲格列酮)在脂肪细胞中诱导Nur77 的高表达，增加3T3-L1 脂肪组织葡萄糖的摄取。该数据支持Nur77控制脂肪细胞的葡萄糖代谢的可能。

2.4 Nur77 参与胰岛β细胞葡萄糖代谢 Nur77作为胰岛β细胞中的一种压力传感器，它对葡萄糖刺激的胰岛素分泌有负性调控的作用。在胰腺β细胞中，Nur77可以被葡萄糖和饱和脂肪酸所诱导，调控糖酵解基因并调节葡萄糖利用和胰岛素分泌。Susini等[21]证明葡萄糖可引起胰腺β细胞In-1 中Nur77的转录激活，在高血糖的适应过程中起着重要作用。Mazuy 等[22]发现暴露在饱和脂肪酸棕榈酸盐的β细胞所发生的脂毒性休克增加了Nur77 的表达，并发现了位于翻译起始位点上游-1534 和-1512 bp之间的调节盒，介导了Nur77 启动子在棕榈酸盐暴露下的激活从而影响胰岛素分泌，表明Nur77 在胰腺中的表达和胰岛素分泌之间的关系具有一定作用。Nur77可降低胰岛中β细胞的密度，Nur77过表达则诱导β细胞增殖，而β细胞线粒体呼吸依赖于Nur77 和NR4A3，并且在缺乏Nur77和NR4A3的情况下β细胞线粒体呼吸功能会明显减弱，抑制葡萄糖刺激下的胰岛素分泌[23]。在缺失Nur77或NR4A3的832/13 INS-1β细胞系中，糖酵解基因烯醇化酶1(Eno1)的表达降低，并且在MI-6细胞中也发现了类似结果，在棕榈酸的诱导下可以增加Nur77 的表达，从而增加糖酵解基因Eno3 的表达，表明Nur77和NR4A3 可以调节胰腺β细胞中糖酵解基因的表达，从而影响葡萄糖的利用和胰岛素的分泌[24]。

2.5 Nur77 参与免疫系统葡萄糖代谢 孤儿核受体亚家族可调节各种免疫细胞类型，尤其在T 细胞中起着重要的作用。Nur77 是T细胞刺激后数小时内在T 细胞中表达的一种早期反应基因，Nur77 被诱导后T 细胞的基础呼吸和最大呼吸能力增强，同时糖酵解能力也得到了增强。Nur77 参与糖酵解酶和TCA酶的激活，从而促进细胞能量生成的级联，而糖酵解基因的抑制增加了Tre 细胞的数量，激活Akt/mTOR轴促进葡萄糖代谢也可以导致Tre 分化的降低[25]。Nur77 表达的胸腺细胞代谢的增强可能会抑制向Tre系的分化，糖酵解的转录激活通过缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF1α)依赖性机制优先促进Th17而不是Tre的分化[26]。研究还发现Nur77对线粒体呼吸和有氧糖酵解的依赖效应最早可以在αCD3刺激后24 h观察到，Nur77作为转录因子，可能通过与其他转录因子相互作用而成为调节T细胞代谢的主要转录因子[27]。这些数据表明Nur77参与免疫细胞的糖酵解过程。

2.6 Nur77参与肿瘤细胞葡萄糖代谢 孤儿核受体具有原癌或抑癌活性，在癌症中具有重要的时间特异性作用。研究证明Nur77 是肝癌发生的抑制因子，Nur77可与WAP四二硫化物核心域2(WAP four-disulfide core domain 21 pseudogene，FDC21P)启动子上的反应元件结合，从而诱导WFDC21 转录后抑制肝细胞增殖、肿瘤生长和体内转移，且WFDC21P通过与糖酵解关键酶即磷酸果糖激酶(phosphofructokinase，PFK)和M2 型丙酮酸激酶(pyruvate kinase M2 isoform，PKM2)同时作用而抑制糖酵解。Nur77 激动剂即CsnB 可刺激WFDC21P 的表达，其中Nur77 为通过降低PEPCK的SUMO化和泛素化而与糖异生的限速酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶-1(PEPCK1)相互作用，促进肝细胞癌的糖异生，从而有效地抑制肝细胞癌糖酵解[28]。Nur77在急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia，AML)发生发展过程中作为肿瘤抑制因子[29-30]，即Nur77缺陷诱导AML发展，与健康供体相比，AML的两种不同模型即NB4和THP1细胞系的Nur77表达明显降低，shRNA 介导Nur77 基因敲除可促进GLUT1 和乳酸脱氢酶亚基(lactate dehydrogenase A，LDHA)的表达及乳酸产量的升高，该数据表明，在AML细胞中，Nur77的丢失导致葡萄糖摄取增加和无氧糖酵解[31]。

3 Nur77与急性呼吸窘迫综合征

ARDS 作为呼吸系统疾病的危重症疾病，具有高死亡率和高发病率[32]，是由各种肺内外致病因素所致的急性弥漫性肺损伤和进而发展的急性呼吸衰竭[33]。ARDS 大鼠模型的研究揭示Nur77 通过抑制NF-κB和p38MAPK 降低ET-1 在LPS 诱导的急性呼吸窘迫综合征大鼠模型A549 细胞中的表达。在ARDS 大鼠中，Cytosporone B 作为Nur77 的激动剂，可降低ET-1的表达进而发挥全身保护作用。LPS 导致大鼠肺组织ET-1 的表达增加可被Cytosporone B 阻断，经Cytosporone B 所激活，Nur77 下调活化介导的NF-κB 信号通路传导而抑制内皮素-1的表达。p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)是一类进化上保守的丝氨酸苏氨酸丝裂原活化蛋白激酶[34]，其在各种细胞外刺激下被激活，参与炎症反应过程，p38 MAPK 同NF-κB 参与细胞因子的产生，进而参与ARDS的病理生理过程，研究表明，p38 MAPK 是促使骨骼肌代谢适应运动的多种信号通路之一，其可通过诱导葡萄糖转运中GLUT1和GLUT4的转录，促进胰岛素依赖的葡萄糖转运[35]，此外，抑制p38 MAPK还可以抑制肝糖异生，同时抑制关键的葡萄糖生成基因的表达，包括磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶，从而降低肝脏葡萄糖释放和降低血糖水平[36-37]，因此，研究在ARDS 病理生理中Nur77是否与p38 MAPK存在相互作用而影响GLUT1和GLUT4介导的葡萄糖转运仍需进一步研究。

ARDS 作为急危重症疾病，其患者机体因应激激素、炎症介质、细胞因子等而处于高代谢状态，其内环境出现严重代谢紊乱，其中糖代谢紊乱表现为糖异生增加、葡萄糖直接氧化供能减少、无氧酵解增加和胰岛素抵抗而使葡萄糖利用障碍。研究显示，早期营养支持、机体代谢可使机体降至最低水平，而糖代谢异常是肠外营养并发症之一[38]。因此，探究Nur77 调控葡萄糖代谢在ARDS病理生理中的发生机制将可能为ARDS新的药物治疗提供依据。

4 小结

Nur77 作为核孤儿受体家族中的一员，其表达与激活受多种生理和病理刺激所诱导，在多种组织、细胞葡萄糖代谢过程中发挥重要作用。目前ARDS尚无有效药物治疗方法，需探索新的治疗靶点，近年研究数据显示Nur77可通过抑制NF-κB和p38 MAPK通路在ARDS 的病理生理过程发挥作用，为ARDS 药物治疗的潜在靶点，因此，深入研究Nur77 的作用机制、调控葡萄糖代谢过程其在炎症相关性肺疾病中的作用及治疗潜力将为ARDS 提供新的治疗靶点。