NR4A1及其翻译后修饰在炎症性相关肺实质疾病中调控作用的研究进展

秦晓枫谷长平 张芮芮 杨丽 闫秀青 王月兰

山东第一医科大学第一附属医院（山东省千佛山医院）麻醉与围术期医学科&山东省麻醉与呼吸重症研究所，济南250014

国际麻醉学与复苏杂志,2023,44(04):433-437.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20220729‑00787

基金项目

国家自然科学基金（82070078）；

山东省自然科学基金重点项目（ZR202010290035）；

泰山学者（ts2019081，ts201812144）

REVIEW ARTICLES

【综述】

核受体亚家族4A组（nuclear receptor subfamily 4 group A member 1, NR4A）成员1（NR4A member 1, NR4A1）属于孤儿核受体NR4A家族，广泛存在于各种组织，可被一些刺激迅速诱导表达。近年来被认为在代谢、心血管疾病、神经功能、慢性炎症、免疫细胞反应改变和癌症发生等多方面发挥重要作用。NR4A1最主要的功能之一是调节炎症，最初发现其在炎症滑膜组织、动脉粥样硬化和多发性硬化症中异常过度表达，故被认为是促炎因子；但也有研究表明，NR4A1在巨噬细胞、上皮细胞和内皮细胞中起到抗炎作用，因此其也被认为具有抗炎作用。此外，NR4A1的缺乏可加重炎症，并有研究表明NR4A1可防止脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）诱导的脓毒症，这也支持NR4A1作为一种抗炎调节因子。NR4A1作为一种早期反应基因产物，其基础水平较低，可被多种刺激在短时间内诱导，反应升高后的NR4A1在数小时后被迅速降解。由于NR4A1的配体结合域没有与配体相互作用的空腔，通常为其功能受蛋白质丰度及翻译后修饰和亚细胞分布（核‑质易位）的调节。已知NR4A1修饰包括磷酸化、乙酰化、泛素化和小泛素相关修饰物（small ubiquitin‑like modifier, SUMO）修饰。本文主要聚焦于NR4A1在炎症相关肺实质疾病中的作用及修饰调节效应，为炎症相关肺部疾病的修饰靶向干预提供新的思路。

1NR4A1来源与功能

NR4A家族是一个孤立的核受体，这些受体的内源性配体尚未被识别。NR4A蛋白包含3个高度同源成员，命名为NR4A1（人类同源物TR3，小鼠同源物Nur77和大鼠同源物NGFI‑B）、NR4A2（Nurr1、NOT、TINUR）和NR4A3（Nor1、MINOR）。NR4A1具有核受体典型结构，主要包括N端功能激活结构域（transcription‑activating domain, TAD）、DNA结合结构域（DNA‑binding domain, DBD）和配体结合结构域（ligand‑binding domain, LBD）。NR4A1由598个氨基酸组成，其配体结合口袋被疏水氨基酸侧链填满，会抑制小分子配体结合。NR4A1作为核受体，既可作为转录因子，也可作为其他相互作用蛋白的调节剂。目前，NR4A1功能亢进或障碍调控多种疾病的病理进程，包括糖代谢、脂肪代谢、动脉粥样硬化、组织缺血再灌注损伤、心肌梗死、炎症性肠病、多发性硬化症、类风湿性关节炎和脓毒症等慢性炎症性疾病；此外，NR4A1对帕金森病等神经系统疾病也具有保护作用，抑制或促进肿瘤发生，调控细胞增生、自噬与凋亡水平。NR4A1与多种疾病的炎症因子密切相关，因此，探讨并总结NR4A1在肺部炎性疾病中的调控机制及转录后修饰对临床肺部相关疾病的发生、发展及防治具有重要意义。

2 NR4A1参与调控肺部疾病

2.1哮喘

支气管哮喘作为临床常见的慢性呼吸道疾病，普遍认为其发病机制包括气道炎症与气道重塑，研究发现NR4A1参与气道炎症与重塑过程，通过检测哮喘患者及肺上皮细胞构建的哮喘模型发现，肺组织中miR‑34/449下调，导致其靶标胰岛素样生长因子结合蛋白3（insulin‑like growth factor binding protein 3, IGFBP‑3）上调，随后NR4A1从细胞核到线粒体的易位增加，从而下调蛋白激酶B（protein kinase B, Akt）的信号转导，增强纤维化与自噬，导致气道重塑。然而，NR4A1缺乏可导致NF‑κB抑制因子α（NF‑κB inhibitor alpha, IκBα）磷酸化增加，进而显著增加卵白蛋白诱导的Th2细胞因子产生、肺嗜酸性粒细胞增多、血清IgG1和IgG2a以及黏液高分泌，而NR4A1过表达则减少了NR4A1基因缺陷小鼠哮喘模型的支气管肺泡灌洗液和引流淋巴结细胞中的细胞因子。同时在哮喘小鼠肺组织和气管平滑肌细胞中发现NR4A1表达增加，抑制气管平滑肌细胞的激活，阻断气道重构进程。以上研究表明，NR4A1一方面在某些因子的作用下可以通过核‑质易位介导自噬与气道重构，加重哮喘病理进程；另一方面发挥转录调节因子的作用，通过NF‑κB通路抑制炎症因子表达，抑制哮喘炎症及气道重塑，提示NR4A1参与调控气道炎症及气道高反应，为治疗哮喘性疾病提供新的潜在靶点。

2.2急性肺损伤（acute lung injury, ALI）

ALI属于呼吸系统急危重症，病死率高，可诱导NR4A1表达及其随后经多种途径发挥不同作用。在LPS诱导的急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）大鼠模型中，NR4A1在肺泡上皮细胞、气道上皮细胞、肺泡巨噬细胞和支气管平滑肌细胞中均有表达，通过核‑质易位和抑制NF‑κB及p38促分裂原活化的蛋白激酶的磷酸化而降低内皮素‑1（endothelin‑1, ET‑1）的表达，真菌聚酮对NR4A1的激活可以减轻ARDS大鼠肺组织中ET‑1的表达和肺炎症损伤。暴露于LPS后，NR4A1缺失的小鼠肺血管渗透性显著增加，而NR4A1过表达则通过与β‑catenin结合并阻止其降解来介导肺内皮屏障保护作用。另有研究表明，NR4A1是通过抑制依赖干扰素调节因子1（interferon regulatory factor 1, IRF‑1）启动子对胱天蛋白酶‑1的激活来抑制NOD样受体家族3（NOD‑like receptors family pyrin domain containing 3, NLRP3）炎症小体的激活及IL‑1β的分泌。但也有研究表明，NR4A1表达上调通过抑制Opa1介导的线粒体融合和激活线粒体磷酸甘油酸变位酶5相关的坏死性凋亡加重ALI，而敲除NR4A1明显改善肺组织形态及抑制炎症，并减少肺组织中的氧化应激。因此，NR4A1在ALI肺组织中虽被诱导表达，但其具体作用存在争议，NR4A1可以直接抑制NF‑κB信号、抑制炎症因子表达或抑制细胞连接蛋白降解等，发挥肺屏障功能保护作用，有效防止肺损伤的发生、发展；但同时NR4A1又通过调控凋亡信号通路介导炎症与氧化应激，加重肺损伤。

2.3肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension, PAH）

PAH以肺动脉阻力进行性增加为特征，其肺血管收缩与重构、肺血管平滑肌和内皮细胞的异常增殖等病理进程被NR4A1表达所抑制。在大鼠PAH研究中，5‑氨基水杨酸通过NR4A1‑NF‑κB/IκBα信号通路降低肺动脉中炎症因子（IL‑1β、IL‑6、TNF‑α）表达，抑制过度增殖，进而改善PAH和右心肥大指数，提高存活率，这表明NR4A1可能参与调节肺血管重塑。NR4A1在体外培养肺微血管内皮细胞和PAH患者肺组织中的表达均降低，而过表达NR4A1通过抑制NF‑κB通路抑制炎症的同时，显著增加骨形态发生蛋白的信号转导，并显著降低血管内皮细胞和血管平滑肌的增殖与迁移来减轻异常的血管重塑。此外，NR4A1被证明是PAH中肺动脉平滑肌缺氧依赖性增殖和存活的重要负调节因子，可抑制Axin2的转录及随后激活β‑catenin信号转导，进而抑制肺动脉平滑肌细胞增殖，使用小分子NR4A1激动剂真菌聚酮可降低血管壁厚度，并减弱体内慢性缺氧诱导的PAH的发展。以上研究表明，NR4A1通过NF‑κB通路抑制血管内皮炎症，同时通过抑制血管平滑肌的增殖来减轻异常血管重塑，进而减缓PAH的病理进程，这支持NR4A1作为潜在的药物靶点，提高其表达可作为进一步研究或探索PAH治疗的策略。

2.4慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases, COPD）

COPD与肺部对有害气体颗粒的慢性炎症反应及细胞自噬与凋亡相关，以往研究提出，COPD患者血清中NR4A1表达下调，且其表达水平随COPD加重而逐渐降低，并与肺功能及炎症指标密切相关，同时血清NR4A1对诊断COPD的敏感度和特异度较高，其可作为COPD患者临床诊断的潜在生物标志物。随后的研究同样发现，NR4A1在人COPD肺组织、香烟烟雾暴露的小鼠肺组织和香烟烟雾提取物处理的呼吸道上皮细胞中表达下调；NR4A1激动剂诱导的呼吸道细胞中NR4A1激活抑制了短时间香烟烟雾诱导COPD模型的炎症反应；而长时间的香烟烟雾暴露，NR4A1在肺组织和上皮细胞中以浓度依赖性方式表达上调及核‑质易位增加，导致NR4A1与B淋巴细胞瘤‑2（B‑cell lymphoma‑2, Bcl‑2）结合，并削弱Beclin‑1对Bcl‑2的亲和力，进而调节线粒体凋亡途径，从而诱导细胞凋亡与自噬。研究人员推测刺激诱导的时间差异导致了NR4A1表达量及作用相反的现象，因此相同模型及处理下NR4A1的时间依赖实验可能有助于阐明NR4A1在COPD中抗炎和促凋亡功能转换的分子机制，为COPD的发病机制提供新的见解。

2.5其他炎症相关肺疾病

在小鼠大肠杆菌肺炎模型早期，NR4A1在肺泡巨噬细胞中被迅速诱导，但其减弱了巨噬细胞对大肠杆菌的吞噬作用及细菌清除能力，进而加重小鼠肺损伤及死亡。同样，在小鼠缺血再灌注损伤模型中，NR4A1的表达呈时间依赖性上调，并促进小鼠肺微血管内皮细胞的凋亡，而右美托咪定可通过下调miR‑21‑5p/NR4A1信号通路减轻缺血再灌注诱发的肺损伤。以上研究着重阐明了NR4A1在炎症相关性肺损伤中的作用机制及其上游调控分子和信号通路，由此得出NR4A1在炎症相关的肺损伤中发挥重要的调节作用。

3 NR4A1在相关疾病模型中的修饰调节作用

3.1SUMO化

SUMO化已被揭示为不同核受体的一种基本调节机制。NR4A1在HEK‑293T和HeLa细胞中被证明可SUMO化。NR4A1可被SUMO2/3修饰，随后被SUMO E3泛素连接酶环指蛋白（ring finger protein 4, RNF4）修饰，以进行多泛素化和经蛋白酶体降解；SUMO E3泛素连接酶PIAS3促进NR4A1的SUMO化和多泛素化，而SENP1起到NR4A1去SUMO化作用，可以拮抗其泛素化和随后的蛋白酶体降解；Lys101和Lys577被证明是NR4A1中两个主要的SUMO化修饰结合位点，这两个位点的突变可以增加NR4A1转录调节活性和稳定性。这种SUMO化和泛素化机制共同控制应激诱导后NR4A1的快速降解，此途径可以减轻NR4A1对炎症信号转导的抑制，如TNF‑α、IL‑1β诱导的NF‑κB活化等。

此外，NR4A1在P物质（substance P, SP）/神经激肽1受体（neurokinin 1 receptor, NK1R）诱导的自噬性细胞死亡过程中被SUMO化，NR4A1突变体可降低自身的SUMO化，显示出诱导细胞自噬死亡的能力受损及细胞内分布改变。以上研究提示，SUMO化介导NR4A1在应激条件下快速降解，进而减弱其对NF‑κB信号通路的抑制，加重炎症反应，也与NR4A1在细胞内的分布改变及后续发生的细胞自噬、凋亡存在密切关系。

3.2磷酸化

已有研究对不同模型或处理下NR4A1可能被激活的磷酸化靶点进行探讨，包括在TAD区域内有c‑Jun氨基末端激酶1对Ser95，p38α对Thr27和Thr143，胞外信号调节激酶（extracellular signal‑reg‑ ulated kinase, ERK）对Ser140和Ser237及Thr143的磷酸化等；在DBD区域有蛋白激酶A（protein kinase A, PKA）对Ser341与Ser351，核糖体S6激酶、丝裂原和应激激活蛋白激酶、PKA和Akt1对Ser351的磷酸化；在LBD区域里有ERK对Ser431，Akt2对Ser533，S6K对Ser350的磷酸化等。这些NR4A1氨基酸位点的磷酸化通过改变NR4A1的转录活性、蛋白表达水平、蛋白相互作用及亚细胞定位，最终影响细胞自噬与凋亡，参与炎症通路的调节。

此外，采用免疫共沉淀法证实NR4A1可与E3泛素连接酶三结构域蛋白13（tripartite motif‑13, Trim13）产生相互作用，且在E2泛素连接酶UbcH5存在的情况下，NR4A1泛素化中的Lys539与Trim13结合，导致NR4A1降解，表明NR4A1泛素化由Trim13介导。此外，过度表达酪蛋白激酶2α可促使NR4A1中的Ser154磷酸化，进而通过Trim13介导的NR4A1泛素化导致NR4A1降解，IL‑6生成增加。以上研究均表明NR4A1的磷酸化和泛素化修饰介导其降解并诱发炎症反应。

3.3乙酰化

研究表明具有组蛋白乙酰转移酶活性的p300的表达可增强NR4A1的乙酰化和蛋白质稳定性，同样组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）抑制剂也增加NR4A1乙酰化，但HDAC1显著降低NR4A1的乙酰化水平、蛋白质水平和转录活性。然而，NR4A1的过表达可诱导p300和HDAC1的转录，同时NR4A1的表达也随着p300的增加而增加，随着HDAC1的诱导而降低，表明NR4A1可调控p300与HDAC1实现乙酰化状态的动态控制，调控自身的瞬时诱导水平，p300/NR4A1复合物可通过降低炎症诱导的细胞内活性氧来下调内质网应激。NR4A1的乙酰化受p300和HDAC1的调节，NR4A1的乙酰化可对炎症因子刺激后细胞的存活与凋亡起着重要的调控作用。

4总结与展望

综上所述，NR4A1的功能可因细胞类型和（或）处理因素不同而具有一定差异性，目前NR4A1在炎症相关肺疾病中的双向调节作用还未明确，普遍认为NR4A1可通过NF‑κB/IκBα信号通路抑制肺部炎症，但也可通过不同蛋白翻译后修饰导致的核‑质易位介导细胞自噬、凋亡等加重肺损伤。结合团队在机械通气肺损伤领域的相关研究机制，推断NR4A1可能通过抑制NF‑κB信号通路及NLRP3炎症信号通路减轻机械通气肺损伤，因此临床机械通气肺损伤的防治也可从干预NR4A1活性或其参与的蛋白翻译后修饰等调控机制进行研究，但NR4A1在不同疾病中发挥的作用各有不同，因此NR4A1及其翻译后修饰调控在机械通气肺损伤或其他肺部疾病中的作用机制仍需进一步探讨，有望成为临床治疗肺部炎性疾病的另一有效靶点。

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