趙 丹綜述 孫長(cháng)顥審校哈爾濱醫科大學(xué)公共衛生學(xué)院;營(yíng)養與食品衛生教研室,哈爾濱 150086
維生素A類(lèi)是指含有視黃醇結構,并具有其生物活性的一大類(lèi)物質(zhì),包括已形成的維生素A和維生素A原以及其代謝產(chǎn)物。類(lèi)維生素A是指視黃醇及其代謝產(chǎn)物以及合成類(lèi)似物。哺乳動(dòng)物體內具有視黃醇生物活性功能的類(lèi)維生素A包括視黃醇、視黃醛和視黃酸。 在生物體內,維生素A呈現多種作用,如調節胚胎發(fā)育、調節細胞增殖分化和抗炎癥等作用,而這些作用往往都是通過(guò)視黃酸調節靶細胞靶基因的表達實(shí)現的。 很久以來(lái),一直認為類(lèi)維生素A可直接調節靶組織內的特定基因的表達。但是,近十幾年來(lái),成功克隆并識別了類(lèi)維生素A受體后,發(fā)現類(lèi)維生素A并非直接調節靶基因,而是通過(guò)其受體間接調節基因的表達。而且,類(lèi)維生素A調節基因表達具有自身的特點(diǎn),類(lèi)維生素A受體與靶基因的啟動(dòng)子具有高度的親和力,在沒(méi)有結合配體的情況下便與反應基因結合,經(jīng)配體--維生素A活化后,才發(fā)揮轉錄因子的作用。 類(lèi)維生素A受體包括視黃酸受體(retinoic acid receptor RARs)和類(lèi)維生素A X受體(retinoid X receptor RXRs),它們屬于類(lèi)固醇激素核受體超家族。RARs和RXRs是配體依賴(lài)性轉錄因子,它們調節基因表達的方式有兩種:(1)與位于啟動(dòng)子的視黃酸反應元件(retinoic acid response elements,RAREs)結合上調基因的表達;或(2)通過(guò)與某些轉錄因子結合,如AP1和NFIL6,拮抗增強子的作用,從而下調基因的表達。 RARs和RXRs均具有3種不同的亞型(α,β和γ),它們分別由不同的基因編碼。RARs可被全反式視黃酸和9順式視黃酸激活。每種RAR由于N端的A區的不同又分出幾種異構體。RAR α主要有2種異構體(α1和α2),RARβ具有4種異構體(β1、β2、β3和β4),RARγ具有兩種異構體(γ1和γ2)。和RARs一樣,RXRs也可以由一個(gè)基因的表達產(chǎn)物衍變出多種異構體。
1 RARsRXRs的結構 與大部分核激素受體相同,RAR的分子結構由6個(gè)保守區域構成,它們分別是AF區。 C區是第一高度保守區,該區為DNA結合結構域(DNA binding domain DBD),其中含有DNA識別序列。 E區是第二個(gè)高度保守區,相對應的稱(chēng)作配體結合結構域(ligand binding domain,LBD)。由于既含有配體結合口袋,又是主要的二聚化結構域,又含有配體依賴(lài)的反式激活因子(AF2),所以是多功能復合體。 AB區的N端具有配體依賴(lài)性轉錄激活因子(AF1)。 D區是構成DBD和LBD之間的鉸合部,也稱(chēng)鉸鏈,其作用是允許DBD自由旋轉。由于D區的存在,DBD和LBD可以排除空間阻遏的問(wèn)題形成不同的構象。 RARs含有F區,RXRs不含有F區。F區的作用還不清楚。但是,該區域可被磷酸化,據推測可能與雌激素受體一樣,它可能參與調節AF1和AF2的功能。
2 RARRXR對基因表達調控的機制 大量研究表明,要激活某一基因的表達,類(lèi)維生素A受體必須與染色質(zhì)阻遏結構相抗衡。實(shí)際上,大部分靶基因處于休眠狀態(tài)時(shí)均呈現密集的染色質(zhì)結構,結合了配體的類(lèi)維生素A受體參與構成一組蛋白復合體,包括輔助激活因子、開(kāi)鏈因子和修飾因子,它們協(xié)同作用和/或以結合形式將染色質(zhì)解壓縮,引導RNA聚合酶Ⅱ和通用轉錄因子(general transcription factor,GTFs)結合到啟動(dòng)子上。下面,將其調節過(guò)程分為3個(gè)步驟詳細說(shuō)明。 第一步:類(lèi)維生素A受體與位于靶基因調節序列的反應元件結合 在沒(méi)有配體的情況下,類(lèi)維生素A受體主要存在于細胞核內。它們以不對稱(chēng)的RAR/RXR異源二聚體形式與特異性DNA序列或視黃酸反應元件(RAREs)結合。RXR同源二聚體和RAR/RXR異源二聚體通過(guò)DBD與DNA深溝結合。結合后通過(guò)DBDs之間的協(xié)同作用,使蛋白蛋白、蛋白DNA之間的相互作用得到增強。為了結合不同的反應元件,受體DBD可根據RARE的間隔利用不同區域產(chǎn)生不同的二聚化內表面,以提高DNA結合效率。 第二步:配體結合,輔助激活因子摻入和染色質(zhì)解鏈 在沒(méi)有結合配體——類(lèi)維生素A時(shí),類(lèi)維生素A受體實(shí)際上發(fā)揮轉錄輔助抑制因子的作用。核小體結構不影響RARRXR異源二聚體與其DNA識別序列結合,未結合配體的類(lèi)維生素A受體通過(guò)招募一些輔助抑制因子(如NcoR和SMRT)發(fā)揮抑制基因轉錄的作用。這些輔助抑制因子可構成或摻入到某些高分子量復合體當中,高分子復合體具有組蛋白脫乙酰基酶的活力,脫乙酰基作用可增加組蛋白N端與核小體DNA的相互作用,維持染色質(zhì)的緊密結構。 為了激活基因的表達,啟動(dòng)轉錄機制,類(lèi)維生素A受體必須與緊密的染色質(zhì)結構抗衡。類(lèi)維生素A受體與配體結合后,配體誘導的受體構象改變可導致輔助抑制因子與DNA分離,或同時(shí)結合輔助激活因子,并在此基礎上形成大的復合體,從而使緊密的染色質(zhì)結構解壓縮,暴露出啟動(dòng)子,啟動(dòng)轉錄。 第三步:轉錄前起始復合物的形成 密集的染色質(zhì)結構一旦被解壓縮,輔助調節因子的交換就發(fā)生了,輔助因子釋放后,類(lèi)維生素A受體就可以與所謂的SMCCSrb and mediator protein containing complex中間蛋白復合物結合,募集參與形成轉錄前起始復合物的分子。中間蛋白復合物的形成加速了轉錄前起始復合物與啟動(dòng)子的結合,結合過(guò)程通過(guò)RNA PolⅡ全酶與啟動(dòng)子的識別實(shí)現。此外,該過(guò)程還需要6個(gè)GTFs的參與。轉錄起始過(guò)程一旦啟動(dòng),RNA PolⅡ就沿著(zhù)轉錄的基因向下游滑動(dòng)。此過(guò)程中,染色質(zhì)處于松散的狀態(tài),同時(shí)需要延長(cháng)因子和RNA PolⅡ的參與。最后,組蛋白尾脫乙酰基,氨基酸殘基甲基化,導致染色質(zhì)重新恢復緊密的結構。
3 類(lèi)維生素A受體介導的其他調節方式 3.1 泛素-蛋白酶體系統降解類(lèi)維生素A受體,通過(guò)類(lèi)維生素A受體數量的改變調節基因表達泛素-蛋白酶體系統的主要作用是降解轉錄因子。最近研究表明,RARRXR異源二聚體與反應元件結合后,在類(lèi)維生素A的作用之下,二者均可被蛋白酶體降解。在降解過(guò)程中,首先RARs被泛素化,然后蛋白酶體結合到AF2功能區上,降解RARs。據推測,該降解機制可能是類(lèi)維生素A調節基因轉錄的機制之一。其可能的機制是破壞轉錄起始復合物從而進(jìn)入延伸過(guò)程,或者激發(fā)了其它更為快速有效的轉錄過(guò)程。 3.2 類(lèi)維生素A受體磷酸化介導的轉錄調節 2002年,又發(fā)現了一種新的類(lèi)維生素A受體調節方式,即磷酸化調節。類(lèi)維生素A受體可以通過(guò)磷酸化參與多種信號通路,也可以認為類(lèi)維生素A是多種信號傳導通路的共同分子。 RARs和RXRs是很多激酶的底物。與TFⅡH作用之后,RARsRARα和RARγN端的AB區被TFⅡH的cdk7亞基磷酸化,TFⅡH具有細胞周期蛋白依賴(lài)的蛋白激酶活性。研究表明,TFⅡH亞基突變可導致cdk7激酶不能催化其底物的磷酸化反應,導致RARα不能磷酸化,依賴(lài)類(lèi)維生素A的轉錄過(guò)程被迫減少。磷酸化可能促進(jìn)轉錄起始復合物的形成,穩定轉錄起始復合物,促進(jìn)轉錄過(guò)程。但是,不排除磷酸化后,RARα同轉錄抑制因子分離的可能,也不排除磷酸化后RARα從轉錄起始復合物上釋放,從而進(jìn)入延伸過(guò)程的可能。 在某些情況下RARγ亞型雖然必須被TFⅡH磷酸化,但是反應量不大。實(shí)際上RARγ還需要另外一個(gè)氨基酸殘基位點(diǎn)被p38MAPK磷酸化,然后才能夠被類(lèi)維生素A激活。RARγ的反式激活和降解都需要兩處氨基酸殘基的磷酸化。 此外 ,在其它信號的刺激下,RARα和RARγ的轉錄活性也能夠被其它激酶磷酸化調節。實(shí)際上,位于螺旋H9和H10之間的絲氨酸369被PKA磷酸化后,可上調RARα的轉錄活性,磷酸化后可能增強了輔助調節因子與RARRXR異源二聚體的結合,或增強了DNA與RARRXR異源二聚體結合。在PKC信號的刺激下,RARαDBD的磷酸化有助于異源二聚體的形成和與DNA的結合。
4 類(lèi)維生素A受體RXR與其它信號通路的交連對話(huà) RXRs除了可以與RARs形成異源二聚體外,還可以與其它幾個(gè)核受體,如過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)和肝X受體(liver X receptor,LXR)形成異源二聚體,因此它可以廣泛的參與基因表達的調節。 而且,類(lèi)維生素A靶基因啟動(dòng)子除了含有RAREs外,往往還含有其它調節序列,它們可以與其它轉錄激活因子結合。如,在細胞因子存在的情況下,信號傳導子和轉錄激活因子5(signal transductors and activator of transcription 5,STAT 5)與RA-靶基因的相互作用可以達到最大的轉錄效率。這種協(xié)同作用的產(chǎn)生很可能就是多個(gè)輔助調節因子同時(shí)作用的結果。
5 類(lèi)維生素A調節基因及其實(shí)際意義 通過(guò)差異顯示法、差減雜交法或基因微陣列分析技術(shù),發(fā)現了很多類(lèi)維生素A調節基因(見(jiàn)表1)。其中包括類(lèi)維生素A受體、參與維生素A代謝的酶類(lèi),以及其它物質(zhì)代謝的關(guān)鍵酶。因此,維生素A在體內可以參與調節其它物質(zhì)的代謝,發(fā)揮著(zhù)類(lèi)似于″激素″樣的作用。

類(lèi)維生素A可抑制某些異常分化或炎癥相關(guān)基因的表達。因此類(lèi)維生素A可用于治療腫瘤和痤瘡。例如,IL6,卡波氏肉瘤細胞的自分泌生長(cháng)因子,由于類(lèi)維生素A可以下調其表達,因此臨床上用于治療卡波氏肉瘤。 RXR特異性配體,還可以激活RXRPPARγ異源二聚體的轉錄反應,具有降糖和降脂的作用。并且,聯(lián)合使用RXR和PPARγ特異性配體具有協(xié)同作用。目前,已經(jīng)有采用RXR和PPARγ特異性配體治療糖尿病和其它代謝性疾病的報道。 此外,類(lèi)維生素A在胚胎發(fā)育過(guò)程中也具有十分重要的作用。如在胚胎發(fā)育的過(guò)程中,通過(guò)調節同源異性盒基因(homeobox基因)家族成員Hox基因在不同組織內的時(shí)空特異性表達,保證器官組織的正常發(fā)育,防止畸形或出生缺陷的發(fā)生2。
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