FoxO1转录因子与肝纤维化的关系研究进展

作者:未知

  [摘要] FoxO1作为叉头转录因子家族中的成员,能够促进肝细胞糖异生基因的表达,同时促进ApoC-Ⅲ的表达,形成非酒精性脂肪肝病导致肝纤维化;FoxO1通过调节自噬基因的表达及参与肝星状细胞自噬来调节肝纤维化;FoxO1能通过参与肝星状细胞细胞周期阻滞而调节肝纤维化;PDGF因子可以通过调节FoxO1表达参与肝星状细胞的活化而调节肝纤维化;FoxO1通过参与脂肪细胞、肌纤维细胞的分化来调节肝纤维化的形成。本文将从上述方面阐述FoxO1与肝纤维化的关系进行综述。
  [关键词] FoxO1;肝纤维化;肝星状细胞;糖脂代谢;自噬;细胞周期阻滞;细胞分化
  [中图分类号] R575.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2019)05(a)-0054-04
  Advances in the relationship between FoxO1 transcription factors and liver fibrosis
  LIAO Dan1 QIAN Bo2 XU Min1
  1.Department of Gastroenterology, Shanghai First People′s Hospital, Nanjing Medical University, Shanghai 200080, China; 2.Department of Internal Medicine, Maternal and Child Health Hospital of Jiangsu Province, Jiangsu Province, Qidong 226200, China
  [Abstract] FoxO1, as a member of the forkhead transcription factor family, can promote the expression of gluconeogenesis genes in hepatocytes, and promote the expression of ApoC-Ⅲ to form liver fibrosis caused by nonalcoholic fatty liver disease; FoxO1 regulates the expression of autophagy genes. Participate in autophagy of hepatic stellate cells to regulate liver fibrosis; FoxO1 can participate in hepatic stellate cell cycle arrest to regulate liver fibrosis; PDGF factor can regulate FoxO1 expression involved in hepatic stellate cell activation and regulate liver fibrosis; FoxO1 participates in fat differentiation of cells and myofibroblasts regulates the formation of liver fibrosis. This article will review the relationship between FoxO1 and liver fibrosis in the above aspects.
  [Key words] FoxO1; Liver fibrosis; Hepatic stellate cells; Glycolipid metabolism; Autophagy; Cell cycle arrest; Cell differentiation
  流行病学资料表明[1],肝硬化影响全球数亿人,它占全世界成年人死亡的常见原因的第14位(肝硬化导致每年死亡约103万人)。而肝纤维化是慢性肝病向肝硬化发展的中间环节,并且肝纤维化是可逆的。如果能够阻断、减轻或逆转肝纤维化,就能改善慢性肝病的预后。目前研究[2]发现,肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSCs)活化在肝纤维化中具有主导作用,HSCs的持续活化是肝纤维化发生发展过程中的关键环节,所以采取有效措施干预HSCs活化对肝纤维化的治疗至关重要,然而,FoxO1作为叉头转录因子家族中的成员,受到蛋白质间相互作用和磷酸化、乙酰化、泛素化等翻译后修饰,与肝纤维化及HSCs有密切的关系。FoxO1主要通过参与肝细胞糖脂代谢、HSCs自噬、HSCs周期阻滞、HSCs分化等来调节肝纤维化。认为对FoxO1深入研究也许是肝纤维化的新切人点,为肝纤维化的发病机制研究带来了新思路,同时为肝纤维化的分子靶向治疗带来了新的前景,也能改善慢性肝病的预后。
  1 肝纤维化的发生机制
  肝纤维化是各类致病因素引起肝脏发生损伤-修复反应的结果,其主要病理改变为肝内弥漫性细胞外基质的过度沉积,外基质的合成和降解失衡。在目前的研究中HSCs活化在肝纤维化中具有主导作用,HSCs的持续活化是肝纤维化发生发展过程中的关键环节[3-4]。静止的HSCs富含维生素A脂肪小滴,HSCs吞噬维生素A脂肪小滴提供能力而激活,激活后的HSCs可表达肌原性表型,如a-SMA、肌原性转录因子MyoDl0、炎性细胞因子、趋化因子和细胞外基质蛋白。FoxO1可能通过降低自噬相关基因表达,降低HSCs自噬作用,使HSCs的失活终止纤维化[5]。采取有效措施干预HSCs活化对肝纤维化的治疗至关重要。
  2 FoxO1转录因子的自述
  fox基因即Forkhead,命名来源于果蝇的“叉头”突变,是1989年首次发现的[6]。现已经发现100多个Fox基因,全具有Forkhead保守区,FoxO是Fox家族的一个亚群,包括FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6。转录因子FoxO1是FoxO家族成员,有一段大约100个氨基酸残基组成的保守叉头盒序列。FoxO1是叉头转录因子家族中的成员,受到蛋白质间相互作用和磷酸化、乙酰化、泛素化等翻译后修饰,主要参与细胞周期阻滞、细胞分化、自噬、糖脂代谢和血管生成等生命过程。FoxO1是磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路的直接下游信号蛋白,FoxO1可以被磷酸化,磷酸化后的FoxO1由胞核转运至细胞质[7]。FoxO1转录因子表达于成人的各组织器官中,包括心、肝、脑、肺、肺、肝、胎盘、前列腺和外周血白细胞等器官[8],FoxO1转录因子在肝脏中参与肝纤维化起了重要的作用。本文主要从IRS-2/PI3K/AKT/ FoxO1信号通路调节糖脂代谢参与非酒精性脂肪肝病的形成;PI3K/AKT/ FoxO1/ Beclin1信号通路调节HSCs自噬参与肝纤维化的形成;FoxO1/ p27kip1、MnSOD信号通路调节HSCs的细胞周期来参与肝纖维化;PDGF/PI3K/AKT/ FoxO1信号通路与HSCs细胞的关系参与调节肝纤维化;FoxO1与脂肪细胞,肌纤维细胞的分化有关参与肝纤维化的形成等几方面进行综述。   3 FoxO1与肝纤维化的关系
  3.1 IRS-2/PI3K/Akt/ FoxO1信号通路调节糖脂代谢参与非酒精性脂肪肝病的形成
  Younossi等[9]估计影像学诊断的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)全球患病率为25%左右。在中国NAFLD的发病率为10%~30%,NAFLD在全球的患病率逐年增加,已成为我国第一大慢性肝脏疾病[10],与肥胖和糖尿病呈同步增长。根据组织学将其分为两类:①非酒精性肝病,包括独立的脂肪变性伴随或者不伴随轻度的非特异性炎症。②非酒精性脂肪性肝炎,与前者最大的差别在于其可出现肝细胞损伤甚至纤维化,被认为是NAFLD一种进展性的亚型。目前认为肥胖及胰岛素抵抗是NAFLD的主要原因。当胰岛素抵抗时,胰岛素受体磷酸化胰岛素受体底物(IRS-2)蛋白,IRS-2蛋白激活磷酸肌苷3激酶,磷酸肌苷3激酶又激活AKT[11]。FoxO1是PI3K/AKT信號通路的直接下游信号分子,FoxO1可以被磷酸化,磷酸化后的FoxO1由胞核转运至细胞质。磷酸化的FoxO1能够促进糖异生基因葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)的表达,然而G6Pase和PEPCK是糖异生途径的两种限速酶,二者表达水平的升高,使得肝葡萄糖产生增多,血糖升高,这种胰岛素抵抗可能与非酒精性脂肪肝病有关,最终形成肝纤维化。同时磷酸化的FoxO1可结合到ApoC-Ⅲ启动子上,促进ApoC-Ⅲ的表达,加重高三酰甘油血症。磷酸化后FoxO1刺激肝脏MTP表达微粒体三酰甘油转运蛋白(MTP)是内质网上一种伴侣蛋白,在肝脏极低密度脂蛋白(VLDL)的组装和产生中发挥重要作用。FoxO1的磷酸化有助于促进肝脏MTP表达和VLDL产生。肝组织内异常增加的脂质(特别是过氧化的脂质)刺激库弗细胞释放炎症介质,促进HSCs激活、增殖、转化并产生大量细胞外基质,发生肝纤维化乃至肝硬化。这可能部分解释了许多与当前肥胖流行相关的非酒精性脂肪性肝炎的显著纤维化和HSCs活化。
  3.2 PI3K/Akt/ FoxO1/ Beclin1信号通路调节肝星状细胞自噬参与肝纤维化的形成
  自噬是真核细胞具有的生命现象,细胞自噬是指细胞将自身胞浆蛋白或细胞器包裹形成囊泡,并在溶酶体降解自身成分以维持细胞稳态的过程。目前在肿瘤疾病中的自噬的调控机制广泛研究,也是肝纤维化基础和临床的研究方向。HSCs是自噬消耗细胞内含有维生素A酯的脂滴释放能量,为启动和维持HSC的活化表型提供能量。因此,脂滴消失被认为是HSC激活的标志之一[12]。阻止HSCs活化过程中的自噬体和自噬基因的产生,从而起到抗纤维化的作用。自噬相关基因Beclin1在自噬过程中发挥重要作用,PI3K/AKT信号通路是自噬活性调节的信号通路,而PI3K/AKT信号通路的直接下游信号分子是FoxO1,所以FoxO1调控自噬相关基因的表达,而影响自噬活性。自噬的调节对于肝纤维化的形成有巨大意义,抑制FoxO1的表达有可能成为肝纤维化治疗新的分子靶点。郭静等[13]在试验中证明FoxO1在PCOS患者子宫内膜中表达降低,可能通过降低自噬相关基因Beclin1表达而降低自噬作用,进而促进子宫内膜病变。提示FoxO1可以抑制自噬相关基因Beclin1表达,降低自噬作用FoxO1和自噬相关基因Beclin1在PCOS患者子宫内膜中的表达水平;张悦等[14]研究表明miR-27a可通过靶向抑制FoxO1的表达调控自噬相关蛋白p53、BCL-2、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ水平来抑制胃癌细胞凋亡;徐俊等[15]认为SIRT1-foxo自噬通路可使去乙酰化的自噬相关基因Atg5、Atg7、Atg8的表达产物,直接影响自噬;二是细胞核内的SIRT1通过激活FoxO1诱导自噬。Lodder等[16]数据显示,暴露于CCl4的Atg5/小鼠肝细胞凋亡增强,强调巨噬细胞自噬是一种额外的肝保护机制,可能有助于其抗纤维化作用。同理可推测核内的FoxO1能通过降低自噬基因的表达来抑制HSCs的活化。有研究[17]报道,在HSC活化过程中,自噬潮增加,通过自噬抑制因子干预自噬可抑制HSCs的活化。
  3.3 FoxO1/ p27kip1、MnSOD信号通路调节肝星状细胞的细胞周期来参与肝纤维化
  细胞核内FoxO1可以通过影响细胞周期的靶基因使细胞周期停留在G1期进而抑制HSCs增殖。p27kip1和锰超氧化物歧化酶(MnSOD)被目前认为是FoxOl在细胞中的靶基因[18]。通过流式细胞术分析细胞周期研究发现FoxO1控制细胞增殖的机制。PDGF,胰岛素或Δ256-FoxO1诱导细胞积聚在S/G2/M期细胞周期。相反,即使是在PDGF或胰岛素治疗后,抗磷酸化ADA-FoxO1可导致细胞在G0/G1期积累。这些结果表明,活性(核)FoxO1通过诱导细胞在G1期周期阻滞来抑制增殖[19]。张扬等[20]认为复方中药CFF-1使前列腺癌细胞周期阻滞在G1期,CFF-1能下调PI3K/AKT活性,降低FoxO1磷酸化水平,最后影响周期相关基因的表达。故活性(核)FoxO1通过诱导HSCs在G1期周期阻滞来抑制增殖。Zhang等[21]认为黄连素明显抑制CFSC增殖,诱导G1期细胞周期阻滞。其研究结果显示,小檗碱能显著降低p21和p27的表达。黄连素还降低了AKT磷酸化和FoxO1磷酸化,导致FoxO1核易位。黄连素能有效地预防CCl4诱导的小鼠肝纤维化,从而减少活化的肝细胞数量。因此,黄连素可以通过抑制肝星状细胞的增殖来预防肝纤维化。
  3.4 PDGF/PI3K/Akt/ FoxO1信号通路与肝星状细胞细胞的关系参与调节肝纤维化
  HSCs活化可分为两个主要阶段:起始期和持续期。HSCs活化的起始期是指肝损伤后邻近细胞旁分泌刺激引起的基因表达和表型的早期变化。持续暴露于旁分泌细胞因子和自分泌细胞因子[如转化生长因子β和血小板衍生因子(PDGF)]可导致HSCs的长期存在,并导致细胞外基质的产量增加。目前认为血小板衍化生长因子是激活HSCs细胞因子之一,是HSCs最强的促有丝分裂剂[22]。PDGF可激活PI3K/Akt信号转导通路,而该通路调节的下游转录因子是FoxO1,故FoxO1能参加HSC的激活形成肝纤维化。PDGF能通过PI3K/Akt信号通路使FoxO1磷酸化导致FoxO1的亚细胞分布发生改。倪达等[23]试验表明PDGF可促进平滑肌细胞的增殖,且呈明显的剂量恶化时间依赖关系。PDGF可明显升高AKT和FoxO1的磷酸化水平。PI3K抑制剂可阻断PDGF促进平滑肌细胞的增殖和增高AKT和FoxO1磷酸化的作用。PDGF通过激活AKT/FoxO1信号途径促进血管平滑肌细胞的增殖。   3.5 FoxO1与脂肪细胞,肌纤维细胞的分化有关参与肝纤维化的形成
  FoxO因子控制细胞分化,主要包括脂肪细胞和成肌细胞[24-26]。故FoxO1可能参与了造血干细胞的转分化过程。这些发现增加了造血干细胞从脂肪细胞表型转分化为肌成纤维细胞表型的可能性。邹磊等[27]认为组蛋白乙酰转移酶PCAF通过胰岛素通路(PI3K/PDPK1/AKT/FOXO1)参与对脂肪细胞分化的转录调控。FoxO1在肝纤维化中对造血干细胞的转分化和增殖具有重要作用。静止的HSCs可表达脂肪细胞具有的表型[28-29],而转录活性的FoxO1抑制造血干细胞从脂肪细胞表型转分化为肌成纤维细胞表型,从而抑制肝纤维化的形成。
  4 总结
  总之,肝纤维化与糖脂代谢,自噬有关。HSCs在肝纤维化的形成中具有重要地位,FoxOl与HSCs有密切关系,主要是从抑制HSCs细胞周期,和P13K/AKT信号通路参与HSCs激活、增殖和迁移来参与肝纤维化。目前认为FoxO1具有抗肝纤维化作用,对FoxO1深入研究也许是肝纤维化的新切人点,为肝纤维化的分子靶向治疗带来了新的前景。
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  (收稿日期:2018-12-25 本文编辑:封 华)
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