角朊細(xì)胞
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角朊細(xì)胞的增殖和分化是一個(gè)受到精細(xì)調(diào)節(jié)的過程，并伴隨著一系列形態(tài)學(xué)和生化改變，最終形成角質(zhì)細(xì)胞，這就必然涉及到許多結(jié)構(gòu)基因的同時(shí)活化與滅活，即基因表達(dá)的調(diào)控，而轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控尤為重要?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)許多轉(zhuǎn)錄因子如AP1、AP2、Sp1、POU結(jié)構(gòu)域及C/EBP等可調(diào)節(jié)角朊細(xì)胞基因的表達(dá)。
表皮是人體的第一道防護(hù)屏障，其主要組成細(xì)胞為角朊細(xì)胞，為了完成其屏障功能，角朊細(xì)胞必須進(jìn)行復(fù)雜而且受到嚴(yán)密調(diào)控的分化過程，最終形成包括基底層、棘層、顆粒層、透明層及角質(zhì)層的復(fù)層結(jié)構(gòu)［1］。表皮各層細(xì)胞在形態(tài)學(xué)和生化水平均有差異，如在棘層與顆粒層表達(dá)的蛋白在基底層中卻缺如，這主要是與角朊細(xì)胞分化過程中特定時(shí)間內(nèi)基因的“開”（激活）或“關(guān)”（滅活）有關(guān)，因此近10年來(lái)角朊細(xì)胞的基因調(diào)控已成為角朊細(xì)胞生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一［2］?；蛘{(diào)控可分為幾個(gè)層次：轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平及翻譯后水平，其中最常見的調(diào)控方式就是轉(zhuǎn)錄調(diào)控?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)AP1、AP2、NFκB、C/EBP、ets、Sp1及POU結(jié)構(gòu)域等轉(zhuǎn)錄因子可作為表皮中的調(diào)控蛋白，從而調(diào)節(jié)編碼套膜蛋白（involucrin,
iNV）、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）、SPRR2A、兜甲蛋白（loricrin）、角蛋白及BPAG1等蛋白的基因的表達(dá)。本文就與角朊細(xì)胞基因表達(dá)有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子作一簡(jiǎn)要綜述?！ ?/p>
目錄 |
一、轉(zhuǎn)錄因子的一般特征
轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor）是能與位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游50～5000bp的順式作用元件（cis-acting
elements）、沉默子（silencer）或增強(qiáng)子（enhancer）結(jié)合并參與調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白，并能將來(lái)自細(xì)胞表面的信息傳遞至核內(nèi)基因。轉(zhuǎn)錄因子通常有幾個(gè)功能域，可分為DNA結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄調(diào)控域及自身活性調(diào)控域，DNA結(jié)合域可與特定的DNA序列（一般長(zhǎng)8～20bp）相互作用，使轉(zhuǎn)錄因子與靶基因結(jié)合起來(lái)，隨之轉(zhuǎn)錄調(diào)控域就可發(fā)揮其激活或抑制作用，通常這些結(jié)構(gòu)域在結(jié)構(gòu)與功能上是獨(dú)立分開的。不同的轉(zhuǎn)錄因子還可結(jié)合于緊密相鄰的DNA序列而形成一種多聚體結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)，這種組合調(diào)控（combinatorial
regulation）不論轉(zhuǎn)錄因子是否激活及其含量多少均可激活基于靶基因中特定轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄。除啟動(dòng)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄活性外，轉(zhuǎn)錄因子還能整合從細(xì)胞表面經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑傳遞而來(lái)的信號(hào)［2］。
二、激活角朊細(xì)胞基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子
（一）AP1
AP1轉(zhuǎn)錄因子通常以jun(c-jun、junB、junD)與Fos（Fra-1、Fra-2、c-fos、fosB）家族成員組成的同源或異源二聚體表達(dá)其活性，即結(jié)合于5’-GTGAGCTCAG-3’序列。目前已知AP1位點(diǎn)對(duì)于編碼角蛋白（K1、K5、K6及K19）、絲聚合蛋白原（profilaggrin）基因的最適轉(zhuǎn)錄活性十分重要[3,7]，編碼角質(zhì)化包膜（cornified
envelope）相關(guān)蛋白-TG1、兜甲蛋白及INV的基因也含有功能性AP1位點(diǎn)[8，9]，如hINV基因啟動(dòng)子在其轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游2.5kb內(nèi)有5個(gè)AP1共有結(jié)合位點(diǎn)（AP1-1～5），其中2個(gè)AP1位點(diǎn)AP1-1和AP1-5若同時(shí)發(fā)生突變時(shí)角朊細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄水平就可下降80%；佛波酯（TPA）則可使AP1與hINV啟動(dòng)子處AP1-1及AP1-5位點(diǎn)的結(jié)合能力增強(qiáng)10～100倍，后經(jīng)點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)AP1-1和AP1-5位點(diǎn)可部分介導(dǎo)佛波酯（TPA）誘導(dǎo)的效應(yīng)［10］。絲聚合蛋白原、K1、兜甲蛋白及K19基因中的AP1位點(diǎn)可活化轉(zhuǎn)錄[3,6,7]，單層上皮角蛋白K8和K18基因的最適轉(zhuǎn)錄活性也有賴于AP1位點(diǎn)［2］。在人乳頭瘤病毒（HPV）16和HPV18的上游調(diào)節(jié)區(qū)中也有功能性AP1位點(diǎn)[11,12]。從已有實(shí)驗(yàn)資料來(lái)看，AP1的作用特點(diǎn)有：①AP1可作為基因表達(dá)的活化蛋白；②AP1的活化作用并不僅僅限于某一類角朊細(xì)胞基因或編碼某一特定蛋白的基因；③不同的AP1家族成員可調(diào)節(jié)不同的角朊細(xì)胞基因，如junB、junD和Fra-1可調(diào)節(jié)INV的表達(dá)［10］，c-jun和c-fos可調(diào)節(jié)絲聚合蛋白原基因在角朊細(xì)胞內(nèi)的特異性轉(zhuǎn)錄［7］，而junB和junD對(duì)于HPV18的組織特異性表達(dá)也較重要［12］；④AP1作用的靶位點(diǎn)可位于結(jié)構(gòu)基因的上游、下游及內(nèi)含子中，如K19基因的3’增強(qiáng)子含有AP1結(jié)合位點(diǎn)，
牛KS基因的AP1元件位于5’上游區(qū)，而K18基因的第1個(gè)內(nèi)含子中就含有1個(gè)保守的AP1結(jié)合位點(diǎn)[2,4.6]。
與此同時(shí)，AP1在表皮中的表達(dá)類型也受到研究者的重視，因?yàn)檗D(zhuǎn)錄因子的分布是決定靶基因表達(dá)類型的重要因素。實(shí)驗(yàn)證實(shí)第一AP1家族成員均有各自特異的時(shí)間與空間表達(dá)類型，在人包皮表皮處，c-fos、Fra-1及c-jun表達(dá)于棘層和（或）顆粒層，而fosB、Fra-2、junD表及junB則可見于基底層和基底層上的細(xì)胞［13］。在小鼠中，junD和Fra-1表達(dá)于棘層而Fra-2和junB則可表達(dá)于顆粒層［14］，這種表達(dá)類型的差異提示不同的AP1因子可調(diào)節(jié)不同分化時(shí)期的角朊細(xì)胞的基因表達(dá)。此外，靶基因啟動(dòng)子內(nèi)的AP1位點(diǎn)也可區(qū)分不同的AP1成員，如hINV基因中AP1位點(diǎn)可結(jié)合Fra-1、junB及junD［10］，絲聚合蛋白原基因AP1位點(diǎn)可被c-fos與c-jun以一種依賴于DNA結(jié)合位點(diǎn)的方式激活［7］，而HPV18的AP1位點(diǎn)則可結(jié)合junB和junD［12］。其他可能與基因表達(dá)類型有關(guān)的因素有A7P-1表達(dá)于胞漿抑或胞核及其活化是否需要共價(jià)修飾。
（二）AP2
AP2轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合域位于其羧基末端并含有一個(gè)聚化的結(jié)構(gòu)域，其氨基末端富含脯氨酸，這一區(qū)段對(duì)于轉(zhuǎn)錄活化是必需的。AP2作用時(shí)以同源二聚體形式與富含GC的共有結(jié)合位點(diǎn)（5’-GN4GGG-3’）相結(jié)合［2］。AP2可作為hINV基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄活化蛋白，而在hINV啟動(dòng)子近側(cè)調(diào)節(jié)區(qū)（PRR）的AP2位點(diǎn)則可抑制啟動(dòng)子的活性［15］。遠(yuǎn)側(cè)啟動(dòng)子中的AP2樣位點(diǎn)也是一種轉(zhuǎn)錄激活物，其可與角朊細(xì)胞分化因子（KDF-1）結(jié)合而促進(jìn)hINV依賴分化的表達(dá)［16］。此外，在表達(dá)于非洲爪蟾表皮的63kD角蛋白基因、人K14基因、K5基因、TG1基因及BPAG1基因中已鑒定出功能性AP2位點(diǎn)[2，17，18]。與AP1不同，AP2位點(diǎn)均位于靶基因的上游調(diào)節(jié)區(qū)中。K14基因啟動(dòng)子中AP2位點(diǎn)的突變可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄活性喪失［2］，瞬時(shí)轉(zhuǎn)染試驗(yàn)表明在距TG1基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)約0.5kb處有3個(gè)AP2樣應(yīng)答元件，其中2個(gè)是功能性的［17］。因?yàn)锳P2可表達(dá)于表皮細(xì)胞系，所以AP2還可能是表皮發(fā)育過程中基因轉(zhuǎn)錄的活化蛋白?！ ?/p>
（三）Sp1
Sp1轉(zhuǎn)錄因子是一種含有鋅指結(jié)構(gòu)、序列特異性的DNA結(jié)合蛋白，含有A、B、C、D4個(gè)結(jié)構(gòu)域。Sp1可與GC盒共有序列5’-GGGCGG-3’相結(jié)合，并可與其他轉(zhuǎn)錄因子一起參與基因表達(dá)的共同調(diào)控［2］。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在幾個(gè)表達(dá)于角朊細(xì)胞的基因中存在著功能性Sp1結(jié)合位點(diǎn)。在人3型轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（TG3）基因中，Sp1可與相鄰的
ets因子結(jié)合位點(diǎn)（EBS）協(xié)同作用，激活TG3啟動(dòng)子的表達(dá)［19］。在hINV基因中，Sp1位點(diǎn)則可與AP1-5協(xié)同作用而激活轉(zhuǎn)錄，這2個(gè)位點(diǎn)均于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游2kb的1個(gè)增強(qiáng)子元件中［20］。HPV16早期區(qū)基因可表達(dá)于復(fù)層上皮，其上游調(diào)節(jié)區(qū)也含有Sp1位點(diǎn)［2］。在兔K3基因中，其長(zhǎng)約300bp的5’上游調(diào)節(jié)區(qū)可啟動(dòng)角朊細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄，經(jīng)電泳遷移率變動(dòng)分析及紫外線交聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)此區(qū)域內(nèi)Sp1樣結(jié)合位點(diǎn)，若其發(fā)生突變，轉(zhuǎn)染角朊細(xì)胞的啟動(dòng)子功能可喪失50%［21］。近來(lái)還發(fā)現(xiàn)Sp1可激活SPRR2A基因的表達(dá)［22］。與AP1、AP2一樣，Sp1也是表皮基因轉(zhuǎn)錄的正性激活蛋白，其所作用的基因可編碼不同類型的蛋白，如角質(zhì)化包膜前體蛋白和角蛋白，這些基因在角朊細(xì)胞分化過程中的調(diào)控類型也有所不同。Sp1與Sp2、Sp3及Sp4同屬一個(gè)家族，Sp3在依賴周期素激酶抑制劑p21的誘導(dǎo)的小鼠角朊細(xì)胞分化過程中起著重要作用，因?yàn)镾p3超表達(dá)（over
expression）可促進(jìn)分化過程中啟動(dòng)子的誘導(dǎo)性，若破壞富含GC的區(qū)域則可使轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合活性、啟動(dòng)子活性及p21的誘導(dǎo)性急劇下降［23］?！ ?/p>
（四）ets
ets因子包括20余種不同的蛋白，其特征是均具有ets結(jié)構(gòu)域，即DNA結(jié)合域。ets蛋白作用時(shí)以單體形式存在，但往往可與其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用。ets因子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控效應(yīng)可能是激活也可能是抑制，這可能有兩方面的原因：①ets蛋白可與結(jié)合于鄰近順式作用元件的非Sp1轉(zhuǎn)錄因子相互作用；②ets共有元件周圍的DNA序列可影響ets結(jié)合DNA的能力［3］。已有資料顯示在小鼠表皮中可檢出ets-1和ets-2，而且在TG3、INV及SPRR2A基因啟動(dòng)子中均含有ets結(jié)合位點(diǎn)，其中INV啟動(dòng)子近側(cè)調(diào)節(jié)區(qū)含有2個(gè)ets位點(diǎn)，即EBS-1和E
BS-2。在SPRR2A、TG3啟動(dòng)子及hINV啟動(dòng)子EBS-1中ets可增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性[15，19，22]?！ ?/p>
三、抑制角朊細(xì)胞基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子
前一部分主要介紹的是角朊細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的正性調(diào)控因子，但角朊細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控不可能都是激活因素，實(shí)際上也存在著許多抑制基因表達(dá)的因子?！ ?/p>
（一）POU結(jié)構(gòu)域蛋白
POU蛋白可以單體形式與八聚體結(jié)合基序5’-ATGCAAAT-3’結(jié)合而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。已定位于表皮的POU因子有Oct-11（Skn-1a/Epoc-1）和Oct-6，其中Skn-1a/Skn-1i僅表達(dá)于毛囊間表皮及毛皮質(zhì)細(xì)胞[2，8]。功能分析表明POU結(jié)構(gòu)域蛋白（Oct-1、Oct-2、Brn-4、SCIP、Skn-1a及Skn-1i）可抑制角朊細(xì)胞中hINV啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄，連續(xù)截短hINV啟動(dòng)子5’末端后檢測(cè)hINV啟動(dòng)子活性證實(shí)POU結(jié)構(gòu)域結(jié)合位點(diǎn)并不是必需因素，POU蛋白的抑制作用可能是其通過與TATA盒附近的其他蛋白的間接相互作用所致。除對(duì)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄有抑制作用外，POU轉(zhuǎn)錄因子還可抑制TPA介導(dǎo)的hINV啟動(dòng)子活性。與SCIP共轉(zhuǎn)染可使TPA刺激的hINV轉(zhuǎn)啟動(dòng)子活性下降80%［24］。POU結(jié)構(gòu)域因子還可抑制基底層角朊細(xì)胞中K5啟動(dòng)子的活性，而Skn-1a則可激活K10和SPRR2A啟動(dòng)子［2］，由此可見POU結(jié)構(gòu)域蛋白作用的復(fù)雜性。最近有研究表明Skn-1a、Tst-1及Oct-1是表皮中表達(dá)的主要八聚體結(jié)合蛋白，經(jīng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)染試驗(yàn)證實(shí)Skn-1a和Tst-1可通過與八聚體結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合而激活表皮特異性HPV-1A的E6啟動(dòng)子，這樣就為HPV-1A基因表達(dá)與表皮分化間建立起一個(gè)分子聯(lián)系（molecular
link）［25］?！ ?/p>
（二）C/EBP
C/EBP是一大類轉(zhuǎn)錄因子的總稱，其特點(diǎn)是能結(jié)合CCAAT和病毒的增強(qiáng)子，常以同源二聚體及異源二聚體形式與DNA結(jié)合，并具有亮氨酸拉鏈（leucine
zipper）結(jié)構(gòu)域［2］?，F(xiàn)對(duì)C/EBP在表皮中的表達(dá)知之甚少，僅有凝膠遷移率變動(dòng)分析試驗(yàn)證實(shí)C/EBP家族成員可與INV啟動(dòng)子近側(cè)調(diào)節(jié)區(qū)、HPV11啟動(dòng)子的上游調(diào)節(jié)區(qū)及BPV4長(zhǎng)控制區(qū)的C/EBP應(yīng)答元件相結(jié)合。C/EBP可激活I(lǐng)NV啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄并可介導(dǎo)依賴TPA的轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)，C/EBP可與AP1、ets及AP2因子一起協(xié)同調(diào)節(jié)hINV近側(cè)啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性［15］。此外，C/EBP可與BPV-4長(zhǎng)控制區(qū)中的負(fù)性調(diào)控元件結(jié)合，使病毒轉(zhuǎn)錄受到阻遏，若此應(yīng)答元件缺失，此段長(zhǎng)控制區(qū)的增強(qiáng)子活性可增高5倍［26］。
四、其他轉(zhuǎn)錄因子
除上述主要的兩大類轉(zhuǎn)錄因子外，還有其他類型的轉(zhuǎn)錄因子參與角朊細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控。K17基因的上游啟動(dòng)子中有γ干擾素激活的STAT因子的結(jié)合位點(diǎn)，被稱為γ干擾素活化序列（GAS），在皮膚發(fā)生遲發(fā)型接觸性過敏時(shí)，STAT-91可轉(zhuǎn)位至角朊細(xì)胞核內(nèi)與啟動(dòng)子中的GAS元件結(jié)合而激活K17的表達(dá)［8］。兔K3基因的5’上游序列中則有NFκB的結(jié)合位點(diǎn)（5’GGGCTTTCC-3’），瞬時(shí)轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)表明NFκB基序在體外經(jīng)誘變后可使兔K3啟動(dòng)子活性喪失20%［21］。此外，在增生過度的小鼠表皮中還可檢出高水平的同源異型盒蛋白Hoxb-4、b-6、b-7及a-10［27］?！ ?/p>
五、組合調(diào)控
轉(zhuǎn)錄因子間的相互協(xié)作（即組合調(diào)控）是保證角朊細(xì)胞基因的組織特異性表達(dá)的重要機(jī)制之一，因?yàn)樵谏鲜鲛D(zhuǎn)錄因子中，大部分屬于遍在轉(zhuǎn)錄因子（ubiquitous
transcription factor），如AP1、Sp1。在角朊細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控中組合調(diào)控較為常見?！ ?/p>
六、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，每一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族成員既可調(diào)節(jié)分化早期基因的表達(dá)，又可調(diào)節(jié)分化后期的基因表達(dá)，所以在某一分化時(shí)期，特定的轉(zhuǎn)錄因子可選擇性地激活或抑制特定的基因的表達(dá)，這就是表皮各層在形態(tài)上逐漸發(fā)生變化的分子基礎(chǔ)；再者，雖然大多數(shù)調(diào)節(jié)元件位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游，但仍有少數(shù)調(diào)節(jié)元件，尤其是那些調(diào)節(jié)發(fā)育過程中基因表達(dá)的元件則可位于內(nèi)含子中及轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)；此外，在某些角朊細(xì)胞的基因表達(dá)過程中還涉及到組合調(diào)控。正是由于轉(zhuǎn)錄因子在角朊細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控中的重
要作用，我們可以預(yù)料今后會(huì)在表皮中鑒定出更多的轉(zhuǎn)錄因子，并逐步闡明其作用機(jī)理以及與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)系。
本文所用主要縮寫：INV：套膜蛋白，TG：轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，TPA：佛波酯，KDF-1：角朊細(xì)胞分化因子，EBS：ets因子結(jié)合位點(diǎn)
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