王藝璇 王可 張舒

空軍軍醫(yī)大學(xué)航空航天生物動力學(xué)教研室/航空航天醫(yī)學(xué)教育部重點實驗室，陜西 西安 710032

Ets轉(zhuǎn)錄因子屬于進(jìn)化上保守的最大的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族之一，該家族由30多個成員組成，可參與細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，在人類生理和病理過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[1]。轉(zhuǎn)錄激活因子ETS樣蛋白1(ETS-like 1 transcription factor, Elk-1)屬于Ets結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子家族，具有調(diào)控細(xì)胞增殖、分化和凋亡等功能，在骨骼系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要的作用[2]。本文將對近年來關(guān)于Elk-1的生理作用及其調(diào)節(jié)骨骼系統(tǒng)功能的研究進(jìn)行綜述。

1 Elk-1概述

根據(jù)Ets結(jié)構(gòu)域的序列同源性，人類Ets因子可分為12個亞組：ETS、ERG、PEA3、ETV、TCF、GABP、ELF1、SPI1、TEL、ERF、SPDEF和ESE，Elk-1屬于三元復(fù)合因子(ternary complex factor，TCF)亞家族[3]。TCF是因其與靶DNA序列的血清效應(yīng)元件(serum response elements，SREs)、二級轉(zhuǎn)錄因子血清效應(yīng)因子(serum response factor，SRF)結(jié)合形成三元復(fù)合物的能力而得名[4]。除了Elk-1，TCF亞家族還包括SAP-1和SAP-2/Net。每個TCF包含三個保守的結(jié)構(gòu)域：結(jié)合DNA的N-末端Ets結(jié)構(gòu)域、參與SRF相互作用的B-盒結(jié)構(gòu)域(B-box region)和包含MAPK多個磷酸化位點的C-末端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。Elk-1還具有一個抑制性結(jié)構(gòu)域，可被小泛素樣修飾蛋白(small ubiquitin-related modifier, SUMO)結(jié)合，Elk-1的SUMO化修飾是通過大量募集組蛋白脫乙酰酶來抑制轉(zhuǎn)錄活性。ERK通路的激活可誘導(dǎo)Elk-1的磷酸化和去SUMO化，從而使Elk-1從轉(zhuǎn)錄抑制型轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)錄激活型[5]。ETS轉(zhuǎn)錄因子可與含有DNA核心序列的GGAA/T識別并結(jié)合，該富含嘌呤核心的側(cè)翼序列兩端決定了Ets結(jié)構(gòu)域蛋白與這個前導(dǎo)序列的親和力。Ets結(jié)構(gòu)域的蛋白結(jié)合功能具有一定的冗余性。研究[6]發(fā)現(xiàn)，Elk-1基因缺陷小鼠和野生型小鼠在表型上無明顯區(qū)別，組織學(xué)分析也未發(fā)現(xiàn)明顯異常，表明其他的TCF具有代償作用，在體內(nèi)可補償性替代Elk-1的作用。Elk-1的部分靶基因與SRF并不相關(guān)，而這些靶點在不同的條件下也可以與其他ET結(jié)構(gòu)域蛋白結(jié)合[7]。此外，Elk-1還可以參與調(diào)控非編碼RNA的表達(dá)[8-11]。

Elk-1主要經(jīng)有絲分裂原或生長因子(包括EGF)刺激細(xì)胞而激活，由絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)所介導(dǎo)。EGF與其受體EGFR/HER1/c-erbB-1結(jié)合，激活固有激酶結(jié)構(gòu)域和特異酪氨酸殘基的磷酸化，Grb2/Sos復(fù)合物從細(xì)胞質(zhì)重新定位到細(xì)胞膜，在細(xì)胞膜上Grb2被招募到EGFR的磷酸化殘基。Grb2/Sos復(fù)合物的移位促進(jìn)了膜相關(guān)Ras與Sos的相互作用，激活Ras和MAP3K，磷酸化細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1和2(ERK1/2)，進(jìn)而催化Elk-1等多種轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化。EGFR激活PLCγ或緩激肽與細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體B2結(jié)合，也可通過蛋白激酶C(PKC)-ERK1/2通路活化Elk-1。同時，細(xì)胞經(jīng)IL-1刺激后，Elk-1也可以發(fā)生磷酸化。IL-1與IL-1受體(IL-1RI)結(jié)合后，與IL-1受體輔助蛋白(IL-1RAcP)發(fā)生二聚反應(yīng)，通過招募MyD88、磷酸化IL-1R相關(guān)激酶(IRAKs)、激活絲裂原激活的蛋白激酶激酶(MAP2Ks)，進(jìn)而磷酸化c-jun 氨基末端激酶(JNKs)和p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 MAPK)。在IL-1刺激的細(xì)胞中，除JNKs和MAPKs外，ERK1/2也可被激活。Elk-1是ERKs、JNKs和p38 MAPK這三種MAPK通路共同的下游靶分子[2]。一些短鏈非編碼RNA(microRNAs)及長鏈非編碼RNA(lncRNAs)也可直接參與調(diào)控Elk-1的表達(dá)[12-14]。

2 Elk-1調(diào)節(jié)骨組織細(xì)胞功能

成骨細(xì)胞由間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)分化而成，是骨組織中一類特殊的具有成骨潛能的細(xì)胞，可以增殖分化為骨細(xì)胞，促使新骨形成。研究表明，Elk-1可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。Zhang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在成骨細(xì)胞中Elk-1可增強Runx2的啟動子活性, 是內(nèi)源性成骨分化關(guān)鍵因子Runx2的主要生理調(diào)節(jié)因子。Elk-1可與GC域結(jié)合蛋白SP1相互作用，Elk-1和SP1均可獨立或聯(lián)合激活Runx2轉(zhuǎn)錄。外源性增加MC3T3-E1小鼠成骨細(xì)胞中野生型Elk-1的表達(dá)，而不是Elk-1非磷酸化突變體，可誘導(dǎo)Runx2的表達(dá)，進(jìn)一步證明Elk-1可能是通過轉(zhuǎn)導(dǎo)MAPK級聯(lián)信號來刺激Runx2表達(dá)。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在MC3T3-E1中Elk-1作為microRNA-139-3p的靶基因，可參與成骨細(xì)胞的分化和凋亡。同時，Elk-1的表達(dá)也受到 lncRNA ODSM的調(diào)控[14]。過表達(dá)Elk-1可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，抑制成骨細(xì)胞凋亡。另有研究發(fā)現(xiàn)，MAPK相關(guān)信號通路(包括Elk-1)在成骨細(xì)胞分化中起著重要的調(diào)節(jié)作用，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的諸多因子均可通過該通路發(fā)揮作用。在人MG-63成骨細(xì)胞中，膠原蛋白水解物(Collagen hydrolysates)和卵黃衍生肽(YPEP)均可呈劑量依賴性增加成骨細(xì)胞增殖，并通過MAPK/Elk-1通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，增加Ⅰ型膠原、堿性磷酸酶和骨橋蛋白等成骨分化因子的表達(dá)[16-17]。鹿茸也可通過激活ERK1/2、JNK1/2和p38，促使Elk-1磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞的堿性磷酸酶活性、膠原合成和鈣沉積[18]。Hori等[19]研究發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽、過氧化氫均可增加大鼠UMR-106成骨細(xì)胞中Elk-1的表達(dá)，通過ROS產(chǎn)生和ERK通路促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長因子23(FGF23)的表達(dá)。此外，淫羊藿苷可通過MAPK通路促進(jìn)Elk-1和c-Myc表達(dá)的上調(diào)，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖[20]。

同時Elk-1也參與破骨細(xì)胞的形成。Lee等[21]研究發(fā)現(xiàn)，抑制素-1(PHB)在破骨細(xì)胞中可抑制p38-Elk-1- SRE信號軸的活化，負(fù)向調(diào)控破骨細(xì)胞的形成。

3 Elk-1在骨性疾病中的作用

3.1 Elk-1在骨腫瘤中的作用

Elk-1與腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移及預(yù)后不良等密切相關(guān)[22-24]。骨肉瘤(osteosarcoma，OS)是骨組織最常見的原發(fā)性惡性腫瘤。Hou等[25]研究發(fā)現(xiàn)，用血管生成誘導(dǎo)因子61(Cyr61)處理MG-63細(xì)胞，將以時間依賴的方式增加ERK1/2和Elk-1的磷酸化和核轉(zhuǎn)移，通過Raf-1、MEK、ERK、Elk-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控EMT標(biāo)志物，促進(jìn)OS細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，在人骨肉瘤細(xì)胞U2OS和SAOS中，p53激動劑nutlin-3激活的ERK1/2可能通過激活Elk-1，誘導(dǎo)抗凋亡BCL2蛋白家族的轉(zhuǎn)錄，而BCL2A1的表達(dá)可能有助于ERK1/2抑制nutlin-3誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而構(gòu)成p53誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的負(fù)反饋機制[26]。而油酸甘油酯與順鉑聯(lián)合治療則能激活p38 MAPK/Elk-1通路，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長[27]。此外，最新研究表明Elk-1也可以通過影響長鏈非編碼RNA(lncRNAs)的表達(dá)調(diào)控OS進(jìn)展。Su等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在MG-63和143B骨肉瘤細(xì)胞中，Elk-1可以直接與MIR100HG的啟動子區(qū)結(jié)合，Elk-1誘導(dǎo)lncRNA MIR100HG的上調(diào)可以通過表觀基因沉默LATS1、LATS2和失活Hippo途徑促進(jìn)OS的進(jìn)展。骨尤文肉瘤是兒童和青少年常見的一種骨腫瘤。在骨尤文肉瘤[TC/siVEGF(7-1)]細(xì)胞中，基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α(SDF-1α)可使Elk-1活化，而激活的Elk-1可與血小板源性生長因子B(PDGF-B)啟動子區(qū)結(jié)合，上調(diào)PDGF-B的表達(dá)，誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞向周細(xì)胞分化，挽救腫瘤的惡化[28]。

骨骼也是肺癌、乳腺癌等其他系統(tǒng)腫瘤常見的轉(zhuǎn)移部位。Hsu等[29]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺腫瘤相關(guān)成骨細(xì)胞(TAOBs)是促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的重要因子，在成骨細(xì)胞中抑制CXCL5可以減少TAOBs介導(dǎo)的癌癥進(jìn)展。而TAOBs分泌的CXCL5誘導(dǎo)腫瘤進(jìn)展與Raf/MEK/ERK激活、Elk-1磷酸化相關(guān)。Elk-1在鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄抑制因子Snail的啟動子區(qū)有結(jié)合位點，激活Elk-1有助于促進(jìn)Snail啟動子區(qū)組蛋白H3的乙?；土姿峄?，上調(diào)Snail表達(dá)，誘導(dǎo)乳腺癌上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移和侵襲。

3.2 Elk-1在骨質(zhì)疏松癥等骨性疾病中的作用

目前研究認(rèn)為Elk-1在骨質(zhì)疏松癥等其他骨性疾病中也發(fā)揮著一定的作用。在骨質(zhì)疏松癥研究中，Liu等[30]通過篩選分析骨質(zhì)疏松癥患者和正常對照骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中差異表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)包括Elk-1、REL相關(guān)蛋白(RELA)和上游刺激因子1(USF1)等9個轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)明顯升高。Cheung 等[31]在女性低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5(LRP5)的基因單核苷酸多態(tài)性與骨密度的相關(guān)性研究中發(fā)現(xiàn)，LRP5啟動子的常見變異與女性的骨密度有關(guān)，最具預(yù)測性的rs682429位于5’UTR區(qū)，與Elk-1結(jié)合元件的共識別位點相鄰，可能影響Elk-1的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而影響骨密度。Peng等[32]在自發(fā)性骨折的研究中發(fā)現(xiàn)，過量維生素A處理的皮質(zhì)骨髓樣本中E2F轉(zhuǎn)錄因子1(E2F1)、GA結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄因子(GABP)、核轉(zhuǎn)錄因子NRF2和Elk-1等轉(zhuǎn)錄因子明顯表達(dá)增加，這些轉(zhuǎn)錄因子以及它們的靶基因Ube2d3、Uba1、Phb2和Tomm22可能在過量維生素A誘導(dǎo)的自發(fā)性骨折中起著重要作用。在骨關(guān)節(jié)炎的研究中發(fā)現(xiàn)，人關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中Elk-1是MAPK、NFκB的直接下游靶點，堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)可激活MAPK和NFκB信號通路的Elk-1，誘導(dǎo)產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶-13(MMP-13)，導(dǎo)致軟骨基質(zhì)過度降解[33]。在膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎小鼠模型中，敲除JNK相互作用蛋白3可抑制JNK/ELK-1通路激活，減輕關(guān)節(jié)組織病理學(xué)改變[34]。此外，髓核細(xì)胞減少是椎間盤退變主要病理表現(xiàn)，而低氧誘導(dǎo)下大鼠髓核細(xì)胞中ERK通路活化，Elk-1磷酸化增加，有利于髓核細(xì)胞在缺氧環(huán)境存活[35]。

4 結(jié)語與展望

轉(zhuǎn)錄因子Elk-1可由ERKs、JNKs和p38 MAPK等通路激活，從轉(zhuǎn)錄抑制型轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)錄激活型，在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。研究已證實，Elk-1可以調(diào)節(jié)骨組織細(xì)胞功能，主要可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化及增殖，并抑制成骨細(xì)胞凋亡。Elk-1在骨骼系統(tǒng)相關(guān)疾病中也發(fā)揮著一定的作用，其與骨肉瘤、骨尤文肉瘤、骨轉(zhuǎn)移癌等多種骨腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移及預(yù)后不良密切相關(guān)，且在骨質(zhì)疏松癥、自發(fā)性骨折及骨關(guān)節(jié)炎等骨性疾病中也可觀測到Elk-1轉(zhuǎn)錄活性異常，但Elk-1在其中的具體作用機制尚需進(jìn)一步明確。當(dāng)前，Elk-1在骨骼系統(tǒng)中作用的研究尚不完善，成骨細(xì)胞中Elk-1的作用機制，以及在體干預(yù)其在成骨細(xì)胞中的表達(dá)后，能否影響成骨細(xì)胞功能，進(jìn)而促進(jìn)骨質(zhì)生成，改善骨質(zhì)疏松癥狀等骨性疾病尚待進(jìn)一步深入研究。同時，Elk-1在破骨細(xì)胞、骨細(xì)胞中的作用尚不明確，其在骨骼系統(tǒng)中與Ets家族其他成員的相互作用也有待進(jìn)一步研究。因此對Elk-1的深入研究有助于從分子水平探尋其影響骨骼系統(tǒng)功能的具體機制，從而為輔助診斷、治療骨骼系統(tǒng)疾病提供新的思路。