重组人帕金森蛋白7基因在肾脏疾病中的研究进展

谭俊杰 江欣欣

清远市妇幼保健院儿科，清远 511510

重组人帕金森蛋白7（Parkinson's disease 7，PARK7）基因在1997 年被发现，是一种新的丝裂原依赖型癌基因。随后在2003 年，被证实是帕金森病（Parkinson's disease，PD）家族的致病基因之一［1］。PARK7广泛存在于人体的脑、肝、肾、骨骼肌和生殖器官中，参与线粒体自噬途径和细胞死亡、细胞氧化应激、抑制细胞凋亡、基因转录调控、信号转导途径、分子伴侣等生物功能，参与肿瘤细胞的生存、生长、抗氧化、转移、侵袭及增殖，具有促进细胞的抗化疗能力［2-5］。

PARK7基因及蛋白的结构特点

PARK7基因位于染色体1的P36.2～P36.3，长约24 kb，包含8 个外显子，其中2 个外显子不参与编码，也不参与蛋白质翻译。PARK7 mRNA含有567个编码子，编码189个氨基酸残基的PARK7 蛋白［6］。PARK7 蛋白相对分子量约为20 kDa，有189个氨基酸，主要以二聚体形式存在，二级结构由8 个α 螺旋和11 条β 链组成的α∕β 折叠，属于保守的PARK7∕ThiJ∕PfpI 蛋白超家族［7］。在原核及真核细胞中，PARK7 基因具有高度的保守性，在人类与大鼠的进化过程中，PARK7基因结构是密切相似的［1］。

PARK7的生理功能

1.参与线粒体自噬

线粒体自噬是一种特异选择性清除损伤的线粒体自噬现象，即自噬过程大致为：在饥饿、炎症损伤、败血症、氧化应激等情况下，DNA 突变、活性氧自由基产生增加、线粒体膜电位改变等共同作用下，线粒体出现功能障碍，进而引起线粒体自噬相关蛋白激活，形成隔离膜包裹线粒体，导致线粒体自噬体的形成，线粒体自噬体与溶酶体融合，进而形成线粒体自噬-溶酶体，线粒体在细胞溶酶体中完全降解，其降解产物可导致大量细胞因子的产生［8-9］。

PARK7 可通过参与PTEN诱导假定激酶1（PINK1）∕Parkin 经典自噬通路［10-11］：PINK1 首先激活免疫复合物1（complex 1）、磷酸化Parkin 蛋白、钙平衡调节及线粒体囊泡形成，进而通过调节线粒体融合和分裂平衡性，参与线粒体稳态的调节。同时，PINK1 能够聚集电压依赖性阴离子通道1（VDAC1）、miro 等蛋白，直接介导线粒体自噬过程。PINK1参与主要是通过抑制蛋白激酶A（PKA）的磷酸化，激活自噬蛋白LC-3 和裂解蛋白Drp-1。Parkin 蛋白具有4 个锌指结构域：RING0、RING1、IBR 和RING2，但是只有Ring1 是经典的Ring 泛素化连接酶组装E2 泛素化连接酶，它能促进E2 泛素化连接酶结构域硫脂键的释放。当线粒体受损时，PINK1 的MTS 序列会诱导线粒体膜电位的去极化，完整的PINK1稳定地固定在线粒体外膜并自身激活，同时，它将细胞质中未被抑制的Parkin 招募并激活到受损的线粒体上，然后激活Parkin泛素化线粒体融合蛋白2（Mfn2）和线粒体电压依赖性阴离子选择通道1（VDAC1）等蛋白，再募集LC-3等蛋白家族，进而形成线粒体自噬-溶酶体，最后通过自噬作用将因老化受损的线粒体消除［12-13］。

小鼠过表达PARK7 蛋白可增加线粒体自噬标志蛋白LC3Ⅱ和Beclin-1的表达，激光共聚集及投射电镜显示自噬标志物微结构的改变及增加。当线粒体膜电位JC-1 下降时，PARK7 蛋白发生转移，引起线粒体自噬，进一步清除老化受损的线粒体，说明PARK7 直接参与线粒体自噬［3，14］。Lopert 和Patel［15］研究表明敲除PARK7 基因后，小鼠早期线粒体中H2O2含量明显升高，PARK7 依赖的线粒体缺失直接导致氧化应激诱导细胞死亡∕凋亡的敏感性增加。

2.参与氧化应激

PARK7 通过多种机制发挥抗氧化作用，包括可通过清除活性氧自由基直接发挥抗氧化活性。PARK7 通过Cys106 残基与凋亡信号调节激酶 1（apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1）结合，从而以两种不同的方式阻止ASK1 的活化。首先，PARK7 阻止ASK1 的同源聚合化，从而阻止ASK1 激活凋亡途径；其次，PARK7 通过调节另一种抑制剂血清硫氧还蛋白（thioredoxin，TRX）的结合来阻止ASK1 的活化。在正常静息情况下，减少的TRX 与ASK1结合，抑制ASK1活性，使其处于非活性状态。当细胞发生氧化应激时，TRX 被氧化并释放ASK1，ASK1 促进细胞凋亡。当PARK7 与ASK1 结合，阻止TRX 释放ASK1，从而为细胞提供抗氧化保护作用［16-17］。

PARK7 调节许多转录因子的活性，包括Nrf2、p53 和NF-κB 等［17］。核因子E2 相关因子2（Nrf2）是上调细胞中抗氧化基因表达的最相关转录因子，它与抗氧化反应元件（ARE）结合，包括TRX和谷胱甘肽系统等关键成员。其中，Nrf2∕ARE 参与细胞抗炎，亦在抗凋亡和免疫损伤中发挥重要作用。PARK7 在Nrf2 的调控中起着关键作用，通过激活Nrf2 有助于发挥抗氧化反应。研究表明，PARK7∕Nrf2 信号通路的激活对机体抗氧化应激损伤起到内源性保护作用，证实PARK7 和Nrf2 蛋白均是内源性保护蛋白［18］。此外，PARK7 通过降低Nrf2 的泛素化，稳定Nrf2 蛋白及其下游的Ⅱ相解毒酶及抗氧化酶等表达。体外实验报道，激活Nrf2 蛋白可有效保护糖尿病肾脏的氧化应激损伤，启动内源性保护机制，在糖尿病早期阶段PARK7 蛋白表达代偿性增加，证明PARK7 激活Nrf2 相关信号通路可发挥内源性保护作用［19］。当PARK7 基因被敲除后，细胞的线粒体形态和功能受到影响，其中包含线粒体呼吸链损伤、活性氧产生增加、线粒体膜电位降低以及线粒体形态改变，导致溶酶体活性也下降，老化或损伤的线粒体使体内活性氧过量蓄积，部分线粒体发生自噬作用，进一步导致细胞凋亡或死亡［20］。

3.参与转录调控

PARK7通过参与调控细胞内外转录分子来发挥抗氧化应激和介导细胞存活等主要功能，常见下游分子包括人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（PTEN）、Nrf2、胞外信号调节激酶（ERK）、ASK、p53、Bcl-2 等［21］。PTEN 是PARK7 下游分子，Oswald 等［22］提出氧化后的PARK7 可与PTEN 紧密结合，抑制其功能，由此增加了磷脂酰肌醇3-激酶∕蛋白激酶B（PI3K∕Akt）的磷酸化的活性状态，介导结构性突触末端的可塑性。PARK7 通过激活ERK1∕2 途径介导细胞存活和增殖，并通过抑制ASK1 激活来减弱细胞死亡信号传导，在癌症发病机理和神经元存活中具有独特作用［23］。p53蛋白是一种转录因子，可以诱导转录一些基因，参与DNA 修复、细胞周期调节和程序性细胞死亡等蛋白的编码。PARK7可直接与p53结合，抑制p53的磺酰化，从而影响肿瘤抑制因子p53∕Bax-caspase 途径触发的细胞凋亡［21］。PARK7 还通过调节Bcl-2 基因家族编码的凋亡分子调控细胞凋亡，如PARK7 降低凋亡效应分子Bax（BCL2-Associated X 蛋白）的表达，以氧化还原依赖性的方式诱导细胞存活［3，24］。

4.参与抑制凋亡

PTEN 基因作为PI3K∕Akt 信号通路的主要负性调控因子，是一个具有双重特异磷酸酶活性的抑癌基因。在外界因素刺激下，细胞中的磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）可被激活，并使磷酯酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）磷酸化产生磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（PIP3）。PIP3 可使PKD 聚集并使活化的激酶PKB∕Akt磷酸化，形成有利于细胞生长的微环境，促进细胞生长和增殖。实验表明，PTEN 基因可以抑制PIP2 磷酸化，从而减少PIP3 产生，阻断PI3K∕PKB∕Akt 通路的激活，抑制生长和增殖。PARK7 是PTEN∕PI3K∕Akt 信号通路上游的负性调控因子，通过干扰沉默PARK7 后，PTEN 基因被释放，PTEN∕PKB∕Akt 通路被阻断激活，抑制细胞的生长和增殖，从而促进细胞凋亡［14，25-26］。在活性氧刺激下，细胞胞核中的PARK7 蛋白能够与死亡域相关蛋白（DAXX）结合，抑制DAXX 出细胞核，并阻止DAXX 与细胞质中的ASK1结合，从而抑制细胞凋亡［27］。

5.参与分子伴侣

Knobbe 等［28］对细胞进行质谱定量分析，结果表明PARK7 可与糖酵解酶、热休克蛋白Hsp70∕Hsp90 和过氧化物酶发生相互作用，Hsp70 可被PARK7 特异性识别结合后直接相互作用，在氧化应激下PARK7 可抑制错误折叠蛋白的积累，并通过与Hsp90 相互作用调节Akt 信号通路。此外，在氧化应激状态下，PARK7蛋白被激活，并抑制壳聚糖、谷胱甘肽S-转移酶和突触核蛋白等分子形成多聚复合物的形成，直接参与分子伴侣的作用［29-30］。

6.PARK7参与其他通路

PARK7 还与许多细胞信号通路相互作用，参与细胞的生存，如Akt、HER3 等。其中，HER3 蛋白在细胞增殖和存活中起着至关重要的作用，乳腺癌患者的肿瘤组织HER3 和PARK7 的显著共表达。PARK7 与HER3 结合的神经蛋白（NRG）可诱导HER3 与其他靶向表皮生长因子受体家族受体的异构化，导致其磷酸化。癌细胞中PARK7 的过度表达可以增加HER3 的水平，促进细胞增殖和肿瘤生长。因此，PARK7 在乳腺癌细胞中的高表达预示HER3 信号转导增加［31］。此外，PARK7 还能调节转录因子核因子-κB（NF-κB），增强其核运输和细胞存活率，NF-κB亦参与了癌症的发生发展［32-33］。

PARK7与肾脏疾病的关系

1.PARK7与糖尿病肾病

糖尿病肾病可引起肾小球病变的主要病理变化为肾小球基底膜增厚，肾小球系膜肥大扩张，系膜细胞外基质和蛋白质的积聚，导致肾小球滤过功能受损。Wu 等［34］研究中，研究组蛋白在高诱导的足细胞损伤中，发现沉默Pim1（原癌基因蛋白质c-pim-1）基因后可逆转组蛋白诱导的足细胞内PARK7 下降，同时发现组蛋白诱导的保护性自噬分子机制与雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路相关，证明PARK7∕mTOR通路参与了糖尿病肾病的发病。Das 等［35］体外应用葡萄糖孵育肾小球系膜细胞，发现高糖可诱导PARK7 刺激Akt 激酶磷酸化，激活mTOR。当沉默PARK7 基因后，Akt 磷酸化随之下降，高葡萄糖诱导的TORC1 活化被逆转，说明三者呈正相关关系。此外，实验发现PARK7 和PTEN 聚合增加，加强了高糖环境下PTEN 的下调，由此推断，高糖环境下肾小球足细胞和系膜细胞内上调的PARK7 可通过PARK7∕mTOR 途径减少高糖诱导的氧化损伤。Sun 等［36］在研究糖尿病大鼠心肌缺血∕再灌注（MIR）引起的急性肾损伤（AKI）发生机制时，与空白组、MIR 组和糖尿病组相比，糖尿病+MIR 组的PARK7 和Nrf2 表达显著增加。在糖尿病条件下，MIR 诱发加剧肾功能下降，引起PARK7∕Nrf2 信号通路的上调，表明由MIR 诱导的糖尿病大鼠AKI可能与PARK7∕Nrf2途径的激活有关。

2.PARK7与急性肾损伤

Leeds等［37］研究表明，脓毒症相关性急性肾损伤是一种自身炎症失衡，导致组织氧化应激和自由基形成增加，从而使多种形式的细胞死亡。PARK7 是一种过氧化物酶蛋白，具有多种生物功能，包括抗细胞氧化应激的能力，并证实脓毒血症在PARK7 基因缺陷小鼠中引起更严重的肾损伤。实验证实PARK7 缺失会增加肾脏氧化应激，与肾小管凋亡和DAXX 的表达增加有关。与体内模型相似，使用髓样收集导管细胞系（mIMCD3）和细胞毒性血清进行的体外实验显示，从野生型小鼠获得的血清可使s100A8∕s100A9、DAXX的表达增加。研究表明脓毒血症中PARK7 通过控制氧化应激，肾脏炎症和DAXX 依赖性细胞凋亡，进一步说明对肾小管具有保护作用。PARK7 缺失会增加肾脏氧化应激，与肾小管凋亡和DAXX的表达增加有关。

3.PARK7与肾小管疾病

Shen等［38］通过大鼠肾小管近曲小管细胞在模拟不同糖浓度下，发现较低糖浓度时，PARK7 蛋白表达增加，但在暴露于高糖48 h 后，细胞中PARK7 蛋白表达降低。当血糖浓度过高时，PARK7表达的降低可增加糖尿病患者对肾缺血∕再灌注损伤的脆弱性。当质粒转染过表达PARK7 后，相关肾脏损伤指标被逆转，Nrf2 表达上升，证明PARK7 的过表达及PARK7∕Nrf2 途径参与肾近曲小管细胞的氧化应激损伤。Yao 等［39］研究表明上调PARK7 后可通过抑制细胞质PTEN 表达和Akt 活化来促进肾小管间充质转化，进一步解释了PARK7的表达和PTEN在纤维化中关系的调控作用。

4.PARK7与常染色体显性多囊肾病（ADPKD）

Li 等［3］通过在IMCD3 细胞中敲除PARK7 以评估PARK7 对体外细胞表型和线粒体功能的影响。PARK7 在ADPKD 模型中被下调，依据p53 信号通路介导的增殖、凋亡、氧化应激和线粒体代谢，减轻肾脏功能障碍和病理损害。

5.PARK7与肾脏纤维化

Eltoweissy 等［40］用促纤维化激动剂血管紧张素Ⅱ处理肾脏成纤维细胞和上皮细胞，使PARK7 的表达明显上调，监测肾脏纤维化小鼠模型的肾脏提取物和组织切片中的PARK7 表达，揭示了该蛋白的疾病分级调控。通过研究促纤维化激动剂对PARK7的影响，PARK7及其突变体的相互作用配偶体的亲和沉淀，揭示了膜联蛋白在PARK7 抗氧化应激反应机制中的重要作用，并明确了该蛋白在肾纤维化中的作用。

6.PARK7与肾脏肿瘤

肾透明细胞癌是成人的一种高度恶性肿瘤。Trivedi等［41］的研究表明，通过siRNA 敲除PARK7 和使用质粒过表达，PARK7 基因被显著下调，突显了PARK7 在肾细胞癌中对顺铂诱导的细胞凋亡反应。PARK7的过表达导致细胞凋亡显著减少，而蛋白敲除则伴随着顺铂处理的Caki-2 和A498细胞凋亡的增加，强调了PARK7在顺铂诱导的癌细胞凋亡中的重要作用。

虽然PARK7 在肾脏疾病中的作用尚未完全明确，但PARK7 作为新的多功能丝裂原依赖型癌基因，参与机体许多生理过程的调控，并参与肾脏疾病发生发展的病理过程。因此，随着对PARK7 的不断深入研究，加深了我们对于肾脏疾病的认识及理解，确定PARK7 能否作为特异性生物标志物或治疗靶点，将为新的潜在治疗方案提供科学依据。

作者贡献声明谭俊杰：实施研究，起草文章，对文章的知识性内容作批评性审阅，获取研究经费，行政、技术或材料支持；江欣欣：分析∕解释数据，对文章的知识性内容作批评性审阅，行政、技术或材料支持