趙元莘，翟巖輝 綜述，師粒晶，李子義 審校

1.吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院器官再生與移植教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.吉林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130062

Ets 轉(zhuǎn)錄因子ELK1 是在HeLa 細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的Ets轉(zhuǎn)錄因子家族中三元復(fù)合物（ternary complex factor，TCF）亞家族成員之一。最初認(rèn)為，ELK1是血清反應(yīng)元件（serum response element，SRE）的激活基因，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，ELK1 是MEK／ERK 信號(hào)的執(zhí)行者，在細(xì)胞的多種生物功能（如有絲分裂）中發(fā)揮重要作用，也是維持腫瘤細(xì)胞增殖和遷移的重要基因之一。另外，ELK1 在神經(jīng)細(xì)胞功能中也具有重要作用。本文就ELK1 的主要結(jié)構(gòu)及基本生物學(xué)特性、ELK1 在腫瘤細(xì)胞、干細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中的功能及其作用機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述，以期為后續(xù)相關(guān)研究提供新思路。

1 ELK1的主要結(jié)構(gòu)及基本生物學(xué)特性

ELK1 屬于Ets 轉(zhuǎn)錄因子家族，其特征是包含1個(gè)保守的Ets 結(jié)構(gòu)域［1-2］，見(jiàn)圖1。ELK1 相對(duì)分子質(zhì)量約62 000，含有4 個(gè)結(jié)構(gòu)域（A～D）［3］，結(jié)構(gòu)域A 是位于N-末端的Ets結(jié)構(gòu)域，其既可激活轉(zhuǎn)錄也具有抑制轉(zhuǎn)錄的作用；結(jié)構(gòu)域B 是將ELK1 與血清反應(yīng)因子（serum response factor，SRF）連接起來(lái)的蛋白結(jié)合域［4］；結(jié)構(gòu)域C 包含多個(gè)S／TP 基序，可作為絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）的磷酸化位點(diǎn)發(fā)揮激活轉(zhuǎn)錄的作用［5］；結(jié)構(gòu)域D 則是MAPK的結(jié)合位點(diǎn)［6］。ELK1結(jié)構(gòu)域B與SRF的相互作用可增強(qiáng)與SRE的結(jié)合活性，其3個(gè)芳香族殘基Tyr-153、Tyr-159、Phe-162 是SRF 結(jié)合的關(guān)鍵［7］，若結(jié)構(gòu)域B缺失，ELK1則無(wú)法被招募至SRE上［8］。ELK1與SRE特異性結(jié)合的關(guān)鍵是SRE螺旋末端的Asp-69可特異性識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)GGAA／T 核心中的T 殘基［9］。TCF的形成可通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)，如磷酸化ELK1可刺激TCF 的形成［10-11］；與螺旋-環(huán)-螺旋蛋白的Id 亞家族相互作用則既可抑制TCF 的形成，又可抑制ELK1 與DNA的自主結(jié)合［12］。

圖1 ELK1的分子結(jié)構(gòu)域Fig.1 Molecular domain of ELK1

ELK1 是MAPK 的直接靶點(diǎn)，在MAPK 通路中，ELK1 受ERK 和JNK 兩條通路的調(diào)控［13-15］。ERK 介導(dǎo)ELK1 磷酸化，增強(qiáng)了ELK1 與DNA 的結(jié)合能力及其激活轉(zhuǎn)錄的活性。ELK1的D結(jié)構(gòu)域和FxF基序形成2 段對(duì)接結(jié)構(gòu)，使其被ERK 和JNK MAPK 特異性磷酸化，F(xiàn)xF基序還可引發(fā)ELK1中功能最重要因子Ser-383 殘基的優(yōu)先磷酸化。MEK 磷酸化ELK1 C 段調(diào)節(jié)域，引發(fā)一系列關(guān)鍵事件，使ELK1的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變［16］，該構(gòu)象改變引起了ELK1 與DNA 結(jié)合活性的增強(qiáng)及TCF 的轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)。由MEK 介導(dǎo)的ELK1 磷酸化可調(diào)節(jié)其與mSin3A-HDAC 共抑制復(fù)合物之間的相互作用，該復(fù)合物在生長(zhǎng)因子刺激后被招募至ELK1靶基因的啟動(dòng)子上，并將其關(guān)閉［17］。ELK1 不但有轉(zhuǎn)錄激活作用還有轉(zhuǎn)錄抑制作用，ELK1 包含2 個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)，一個(gè)是Ets 結(jié)構(gòu)域，可招募mSin3A-HDAC 復(fù)合物用于在ELK1 誘導(dǎo)激活后關(guān)閉靶基因；另一個(gè)抑制結(jié)構(gòu)是R 基序，其可抑制C-末端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（transcription activation domain，TAD）活性。ELK1的轉(zhuǎn)錄活性可通過(guò)與不同的分子結(jié)合而發(fā)揮不同作用，如在人胚胎干細(xì)胞中，ELK1 可激活代謝、細(xì)胞周期、翻譯等相關(guān)基因，抑制分化相關(guān)基因，從而維持干細(xì)胞狀態(tài)［18］。ERK 通路下游的ELK1 作為該信號(hào)的執(zhí)行者在腫瘤及干細(xì)胞中發(fā)揮重要作用，對(duì)細(xì)胞維持增殖和抑制細(xì)胞凋亡也至關(guān)重要。ELK1 在干細(xì)胞尤其是神經(jīng)干細(xì)胞的產(chǎn)生中同樣發(fā)揮至關(guān)重要的作用，其在多種腫瘤中呈高表達(dá)，因此，ELK1 也成為研究腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療的方向之一。另外，磷酸化的ELK1也參與了神經(jīng)細(xì)胞執(zhí)行功能。

2 ELK1在腫瘤細(xì)胞中的作用

在多種腫瘤細(xì)胞中，ELK1 呈高表達(dá)和過(guò)度激活狀態(tài)，如胃癌、尿路上皮癌、肝癌、宮頸癌和子宮內(nèi)膜癌及結(jié)直腸癌等［19-23］。因此，ELK1 在腫瘤細(xì)胞中的功能成為研究熱點(diǎn)。在結(jié)直腸癌相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，ELK1 可促進(jìn)腸癌細(xì)胞的黏附、遷移和侵襲，通過(guò)c-kit-ERK1／2 通路激活的ELK1 還可促進(jìn)癌胚抗原的表達(dá)［23］；在宮頸癌中，ELK1 也呈高表達(dá)，且可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲，抑制凋亡和自噬；miR-326 可靶向ELK1 抑制細(xì)胞增殖遷移的能力，從而抑制細(xì)胞周期，并促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞凋亡［24-25］；在胰腺癌研究中發(fā)現(xiàn)，ELK1 可通過(guò)豆蛋白促進(jìn)胰腺癌的發(fā)展及導(dǎo)致預(yù)后不良，ELK1 敲除可抑制腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和存活［26］；在胃癌研究中發(fā)現(xiàn)，ELK1可通過(guò)CCL7-CCR1途徑介導(dǎo)SRY-box轉(zhuǎn)錄因子18（SRY-box transcription factor 18，SOX18）增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移［27］；ELK1 在非小細(xì)胞肺癌中表達(dá)量升高，且在KRAS 驅(qū)動(dòng)的肺癌發(fā)生中發(fā)揮作用［28］；在依賴(lài)雄激素受體的前列腺癌細(xì)胞中，ELK1 對(duì)于其生長(zhǎng)和存活是必須的［26］。由此可見(jiàn)，ELK1 在多種腫瘤細(xì)胞的侵襲、增殖、遷移和抗凋亡中發(fā)揮重要作用。

ELK1 參與有絲分裂和壓力信號(hào)與c-fos、ERG-1和NUR77 等即刻早期（immediate early，IE）基因之間的介導(dǎo)，ELK1 在TCF 響應(yīng)有絲分裂信號(hào)促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期及增殖時(shí)，以抑制基因表達(dá)的構(gòu)相發(fā)揮作用［29］。ELK1 的靶基因包括大量與遷移相關(guān)和肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白（PTGS2、CTGF、HIF1A、ACTB、CDH3、PFN1、LIMA1、IQGAP1、ACTN1）基 因［30］，ELK1 還對(duì)參與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白水解蛋白的表達(dá)水平有調(diào)節(jié)作用，包括纖溶酶原激活物抑制物-1、金屬蛋白酶-2 和金屬蛋白酶-9，這些基因及蛋白在腫瘤的發(fā)展和遷移中起重要作用。

3 ELK1在干細(xì)胞中的作用

在早期胚胎和多能干細(xì)胞中，需要成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2（fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF2）通過(guò)ERK通路介導(dǎo)信號(hào)來(lái)維持多能性［31］，而ELK1 是MAPK／ERK 通路的直接下游基因，經(jīng)ERK 磷酸化后轉(zhuǎn)化為激活狀態(tài)，從而發(fā)揮將ERK 通路信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)錄譜的作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，在人胚胎干細(xì)胞中，ERK 與ELK1 的染色質(zhì)結(jié)合高度重疊且位置處于活躍的染色質(zhì)區(qū)域，與ELK1的轉(zhuǎn)錄激活功能一致［18］；而ELK1的另一組結(jié)合位點(diǎn)與多疏抑制復(fù)合物（polycomb repressive complexes，PRC）共同占據(jù)，起到抑制轉(zhuǎn)錄的作用。研究發(fā)現(xiàn)，ELK1是通過(guò)招募SIN3轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族成員A（SIN3 transcription regulator family member A，SIN3A）響應(yīng)生長(zhǎng)因子信號(hào)及招募小泛素樣修飾（small ubiquitin like modification，SUMO）修飾后的組蛋白去乙?；?（histone deacetylase 2，HDAC2）發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用。SIN3A 抑制是ELK1 被磷酸化激活后的關(guān)閉信號(hào)，而HDAC2 則是在生長(zhǎng)因子刺激前維持ELK1的抑制狀態(tài)。ELK1還可通過(guò)與心肌素和其他MRTF 家族競(jìng)爭(zhēng)SRF 的結(jié)合位點(diǎn)而發(fā)揮抑制作用，如在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，血小板衍生生長(zhǎng)因子（platelet derived growth factor，PDGF）通過(guò)ERK 途徑激活ELK1，取代與SRF 結(jié)合的心肌素從而達(dá)到抑制分化和促進(jìn)增殖的作用［32-33］。ELK1 也可通過(guò)與其他TS家族成員競(jìng)爭(zhēng)DNA位點(diǎn)從而發(fā)揮抑制作用［34］。

在造血干細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFR-1 激活的ELK1 可調(diào)控細(xì)胞周期蛋白cycilnD1 的表達(dá)，促進(jìn)造血干細(xì)胞增殖［35］；抑制重組膜聯(lián)蛋白A1（recombinant annexin A1，rAnxA1）誘導(dǎo)的ERK1／2 和ELK1 磷酸化則會(huì)促進(jìn)造血干細(xì)胞的分化［36］。在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，上調(diào)Park7 可增加ERK1／2-ELK1 通路基因的表達(dá)量，從而提高抗氧化應(yīng)激能力和存活率［37］。研究表明，淫羊藿苷可通過(guò)MEK／ERK 通路刺激ELK1 增強(qiáng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖能力［38］；另一方面，C-X-C基序趨化因子受體2（C-X-C motif chemokine receptor 2，CXCR2）也可通過(guò)p38／ERK-ELK1 通路控制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成脂分化［39］。ELK1 還與神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育有關(guān)［40］，也是藥物誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞中的一個(gè)重要激活通路［41］。ELK1 也與牙髓干細(xì)胞的增殖分化相關(guān)［42］；缺氧刺激導(dǎo)致的ERK 磷酸化，也可經(jīng)ELK1增強(qiáng)脂肪干細(xì)胞的增殖和遷移［43］。

上述結(jié)果表明，ELK1 在干細(xì)胞中的主要作用是促進(jìn)增殖的同時(shí)抑制分化干細(xì)胞維持多能性。在多種干細(xì)胞中，不同的刺激均可通過(guò)激活ERK／ELK1通路的方式刺激細(xì)胞的增殖和遷移，抑制ELK1則會(huì)促進(jìn)干細(xì)胞的分化。

4 ELK1在神經(jīng)細(xì)胞中的作用

ELK1 還在哺乳動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞中具有重要作用。ELK1 在人和嚙齒類(lèi)動(dòng)物的腦中呈高表達(dá)，且多數(shù)情況下集中于神經(jīng)細(xì)胞而非膠質(zhì)細(xì)胞［44-45］。雖然在非神經(jīng)細(xì)胞中ELK1只在細(xì)胞核中表達(dá)，但在成熟神經(jīng)細(xì)胞中，ELK1還在細(xì)胞質(zhì)和神經(jīng)元室中表達(dá)［46］。神經(jīng)細(xì)胞中存在一種特異性ELK1 亞型，稱(chēng)為SELK1，其在ELK1 基礎(chǔ)上缺失了54 個(gè)氨基酸，可阻止ELK1介導(dǎo)SRE 激活，從而促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞分化［47］。ELK1在核外表達(dá)的功能之一是與線(xiàn)粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）相互作用，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡［48］。

神經(jīng)細(xì)胞中ERK 可被神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)節(jié)劑和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子激活，該通路可能與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)［49］。電刺激皮質(zhì)紋路通路時(shí)，注射可卡因的神經(jīng)細(xì)胞中出現(xiàn)了被ERK 磷酸化的ELK1［50］，使ELK1 在胞質(zhì)位移至細(xì)胞核［51］。長(zhǎng)期阻斷ELK1 磷酸化時(shí)，SRF 和肌動(dòng)蛋白的表達(dá)均被抑制，并出現(xiàn)生長(zhǎng)錐缺陷［52］。ELK1是ERK、JNK 和P38 MAPK 的靶基因，均參與神經(jīng)元的塑形。研究表明，ERK和ELK1的磷酸化與神經(jīng)元的長(zhǎng)時(shí)程增長(zhǎng)（long-term potentiation，LTP）和可塑性密切相關(guān)［53-54］。ELK1 還參與了學(xué)習(xí)功能，味覺(jué)學(xué)習(xí)誘導(dǎo)了島葉皮質(zhì)中ERK、JNK 和ELK1 的磷酸化，通過(guò)MEK 抑制劑消除ELK1 的磷酸化會(huì)對(duì)該學(xué)習(xí)過(guò)程造成損害［55］。后續(xù)研究表明，在味覺(jué)學(xué)習(xí)中，ERK／ELK1 的磷酸化有助于獲得長(zhǎng)期味覺(jué)記憶，在視覺(jué)學(xué)習(xí)中也有類(lèi)似效果［56］?；乇軐W(xué)習(xí)同樣與海馬區(qū)ELK1 和ERK 的磷酸化相關(guān)［57］，雖然有研究發(fā)現(xiàn)，SRF 的阻斷可以干擾長(zhǎng)期空間記憶，但目前尚無(wú)法證明ELK1與長(zhǎng)期記憶的直接相關(guān)性［58］。

ERK 通路是成癮性的關(guān)鍵［55］，藥物成癮的共同特征是紋狀體和延伸的杏仁核中ERK 的短暫激活［59］。尼古丁、△9-THC（大麻活性分子）、嗎啡和苯丙胺均以多巴胺依賴(lài)的方式激活ERK，沉默ELK1和cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白1（cAMP responsive element binding protein 1，CREB）會(huì)降低細(xì)胞對(duì)戒斷信號(hào)和慢性阿片類(lèi)藥物的反應(yīng)［60］。ELK1 的磷酸化在神經(jīng)細(xì)胞中具有重要作用，而ELK1 的異常磷酸化調(diào)控同樣與多種中樞神經(jīng)疾病密切相關(guān)，如阿爾茲海默癥、亨廷頓病、共核蛋白病、唐氏綜合征及抑郁癥［61-65］。

5 小結(jié)

ELK1 作為MAPK／ERK 信號(hào)通路的直接下游轉(zhuǎn)錄因子，在細(xì)胞中承擔(dān)著將ERK 信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)錄譜的變化，進(jìn)而控制細(xì)胞的有絲分裂等功能。ELK1在與不同的蛋白組合時(shí)可發(fā)揮抑制基因表達(dá)的作用，一方面是關(guān)閉被ELK1 激活的基因，另一方面抑制分化及凋亡相關(guān)基因，并激活與細(xì)胞周期、蛋白合成等相關(guān)的基因，共同起到維持干細(xì)胞狀態(tài)的功能。作為響應(yīng)MAPK 的轉(zhuǎn)錄因子，ELK1 過(guò)量表達(dá)會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，ELK1 的過(guò)量高表達(dá)可促進(jìn)增殖和遷移的同時(shí)抑制分化。ELK1 的沉默會(huì)顯著降低腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移，這也是通過(guò)關(guān)閉ERK通路達(dá)到的。由此證明，雖然ELK1 對(duì)干細(xì)胞的維持至關(guān)重要，但過(guò)量表達(dá)會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。在神經(jīng)細(xì)胞中，ELK1除了具有在核中表達(dá)，發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞發(fā)育的功能外，還在胞質(zhì)中表達(dá)，接受外界刺激，通過(guò)ERK 被磷酸化，在神經(jīng)細(xì)胞的可塑性、長(zhǎng)期記憶、學(xué)習(xí)和成癮性中發(fā)揮作用。另外，ELK1 還參與了許多中樞神經(jīng)疾病的發(fā)生。

綜上所述，ELK1參與了大量ERK通路介導(dǎo)的生物學(xué)事件，與其他Ets 家族轉(zhuǎn)錄因子不同，其同時(shí)具有激活和抑制基因表達(dá)的功能，起到促進(jìn)增殖和遷移，抑制凋亡和分化的作用，在神經(jīng)細(xì)胞功能中也具有重要作用。