转录因子SOX9在肾病中作用的研究进展

2020-02-13陈健文黄梦杰陈香美

解放军医学院学报 2020年6期

陈健文，黄梦杰，陈香美

解放军总医院第一医学中心肾脏病科，解放军肾脏病研究所，肾脏疾病国家重点实验室，国家慢性肾病临床医学研究中心，肾脏疾病研究北京市重点实验室，北京 100853

SOX9(sex determining region Y related highmobility group box protein 9)是SOX(SRY related high-mobility group box)家族重要的转录因子。SOX家族由于其与位于男性Y染色体上的SRY(sex determining region of ychromosome)基因具有同源性而得名。SOX家族是一类含有进化高度保守的HMg(high-mobility group box)盒结构域的转录因子，该结构域由79个氨基酸组成，能识别基因组中的(A/T)(A/T)CAA(A/T)G序列，参与DNA的结合、转录调控、蛋白相互作用等[1]。目前，在脊椎动物中已经发现SOX家族有超过20个成员，根据蛋白质的结构同源性分为A ～ H组[2-3]。其中，SOX9、SOX8、SOX10同属SOXE亚族。SOX家族在胚胎发育阶段及许多细胞的分化中起到关键作用[4]；在肿瘤发生发展和转移、炎症等生物学过程中也发挥着重要作用[3]；能在转录、转录后及翻译后等不同层面调节效应蛋白的活性[5]。本文综述了转录因子SOX9及其在肾疾病中的研究进展，探讨SOX9在肾疾病中的重要作用。

1 SOX9蛋白的结构和功能

SOX9基因最早由Edwina等[6]在小鼠胚胎发育中发现。Wagner等[7]分离并鉴定了SOX9，发现在性别逆转并有短指发育不良(campomelic dysplasia，CD)的患者中SOX9突变失活。Foster等[8]进一步证实了SOX9基因的突变引起了这一系列疾病的发生。SOX9蛋白在人、猴、鼠、鸡、斑马鱼等不同物种中都有高度保守性。人类SOX9基因位于第17号染色体长臂24.3 ～ 25.1区，包含3个外显子和2个内含子，其mRNA在NCBI中编号为NM_000346，长度为3 931 bp，其中CDS区长度为1 530 bp，共编码509个氨基酸。小鼠的SOX9基因位于11号染色体，其mRNA在NCBI中编号为NM_011448，长度为4 146 bp，其中CDS区长度为1 523 bp，编码507个氨基酸，与人的SOX9蛋白同源性达97%。

SOX9主要由四个结构域构成：1个能与DNA结合的HMG盒(N-端)，1个二聚结构域(N-端)，2个转录激活域(C-端)；其中1个转录激活域富含脯氨酸(Pro)/谷氨酰胺(Gln)/丙氨酸(Ala)，1个转录激活域富含脯氨酸/谷氨酰胺/丝氨酸(Ser)。SOX9主要通过HMG盒结合并识别靶基因，反式激活含有AACAAAG序列的基因转录，发挥转录因子的活性，其激活域位于SOX9的C端402 ～509位的氨基酸[9-10]。越来越多的研究表明，SOX9在胚胎形成、组织器官发育、分化中起重要作用，并广泛参与肾、前列腺、肺、肝、胰腺、皮肤、乳腺、卵巢等多种器官肿瘤的发生发展过程[3]。

2 SOX9在肾发育过程中的作用

SOX9在肾、软骨、胰腺、肝、心脏瓣膜、睾丸等多个脏器发育过程中广泛表达[11]，其在肾输尿管的发育中具有重要的作用，约有1/3的克罗恩病患者有肾发育异常[12]。SOX9在输尿管芽分支顶端表达，并诱导分化形成后肾输尿管和集合管系统[13-14]。Reginensi等[15]发现，SOX9在肾发育的早期阶段，胚胎期第11.5天，就开始表达于输尿管芽的顶端，并且表达呈区域化。随着肾单位的发育，SOX9的表达局限在S形体的中间和远端区域。在输尿管诱导形成时期，上皮细胞SOX9的表达被局限于输尿管，并在肾发育过程中持续表达。在胚胎发育的第11天，输尿管周围的间质细胞也表达SOX9，其最终发育成输尿管平滑肌。敲除SOX9会导致肾单位的缺失和异位肾单位形成[15]。在肾中，SOX9和与其密切相关的家族成员SOX8在肾的发育过程中起到关键的作用，其联合缺失可导致严重的肾发育不全，在泌尿系统中控制分支形态发生方面具有一些相同的作用。SOX8和SOX9是RET通路激活所必需的，其联合缺失导致RET(ret proto-oncogene)通路下游基因Etv5、Cxcr4、Sprouty1等表达显著降低。Airik等[16]发现SOX9的缺失可导致Col2a1、Vcan、Thbs1、Car3等的缺失，从而影响输尿管间质的发育，导致输尿管梗阻、肾积水。SOX9在肾和输尿管的发育过程中局限在一个特定的时间框，长时间过表达SOX9容易导致异位肾单元的形成等不利于肾和输尿管发育的情况出现[16]。

3 SOX9在肾肿瘤中发生发展的作用

SOX9在某些组织中异常表达可诱导正常细胞转变为肿瘤细胞，并与肿瘤细胞的增殖、分化、侵袭、迁移和凋亡等密切相关。SOX9基因的异常表达与胶质瘤、乳腺癌、非小细胞肺癌、结肠癌、肝癌、前列腺癌、黑色素瘤、胃癌及白血病等肿瘤或血液疾病的发生密切相关[17-25]。这提示SOX9在包括肿瘤在内的疾病中必定起着某些关键的调控作用，促进肿瘤的发生[3]。

Li等[26]发现SOX9在肾细胞癌中表达升高，且其表达通过激活Raf/MEK/ERK通路参与酪氨酸激酶抑制剂的耐药，SOX9阳性患者对酪氨酸激酶抑制剂治疗的反应较阴性患者差。Hu等[27]发现，SOX9是RCC细胞系768-O、ACHN、A498、Caki-1和OS-RC-2中miR-138的靶点，miR-138在肾细胞癌中可通过结合SOX9 mRNA的3’UTR，负向调控SOX9的表达。该miRNA在肾肿瘤组织和肾癌细胞系中均表达下调，能够抑制生存能力、增殖和迁移以及SOX9基因和蛋白的表达。敲低SOX9后肾癌细胞的增殖和侵袭能力明显降低。Wan等[28]通过分析TCGA数据库，发现SOX9表达高的肾细胞癌患者，肾病理分级更高、临床分期更晚，生存时间更短，SOX9的表达水平是肾细胞癌患者预后的独立危险因素。在对临床样本的验证中，也发现SOX9在肾细胞癌患者肾肿瘤中表达升高，SOX9高表达与肾癌的病理分级、临床分期、预后等密切相关[28]。

4 SOX9在急性肾损伤中的作用

Liu等[29]通过对肾细胞特异性标记小鼠进行急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)造模后进行高通量测序，发现AKI早期SOX9表达升高。Kumar等[30]通过构建SOX9报告基因小鼠，证实残存的肾小管上皮细胞可以去分化、再分化为上皮细胞修复损伤，损伤前表达SOX9的细胞和损伤后新出现的表达SOX9的细胞均参与损伤修复，主要由损伤后新出现的这群SOX9+肾小管上皮细胞参与修复。在AKI后28 d，血清肌酐、尿素氮已经恢复正常，但SOX9、Kim1、Lnc2等基因依旧处于较高的表达水平，这可能是AKI向慢性肾疾病(chronic kidney disease，CKD)转变的早期征兆。免疫荧光发现约40%的SOX9+细胞在肾损伤后增殖并扩增，表明SOX9可促进受损肾小管上皮细胞的修复。Kang等[31]研究表明，SOX9在损伤后表达升高，SOX9阳性细胞具有很强的增殖和分化能力，通过一系列体内体外实验，他们认为SOX9阳性细胞是肾再生修复的节段特异性祖细胞。

AKI后肾小管发生损伤，可能出现萎缩、凋亡、坏死等不同表现，修复过程目前有三种可能机制。第一种机制，即Kumar等[30]的研究，认为AKI后肾小管上皮细胞先去分化，诱导SOX9表达，再由表达SOX9阳性的细胞发生增殖，促进修复；第二种，直接由残存的小管上皮细胞增殖进行修复；第三种，就是Kang等[31]的观点，认为肾损伤是由肾固有干细胞修复的，SOX9阳性细胞是肾的干细胞，即SOX9是损伤前就有的，并且在损伤后，由原来的SOX9阳性细胞增殖并分化。Kumar与Kang的研究结论相同之处是SOX9在AKI后表达升高，且促进修复。Zhu等[32]研究表明，使用脂肪来源的间充质干细胞尾静脉注射，可以通过招募外泌体使肾小管SOX9表达升高，增加去分化和有效增殖，改善细胞周期停滞和缺氧，阻止炎症细胞的浸润，促进肾小管修复和再生，从而抑制AKI向CKD的转化。Ma等[33]发现SOX9在肾部分切除手术模型中表达升高，并能持续20 d余，他们也证实SOX9阳性细胞具有增殖能力，可以再生修复除足细胞外的各个阶段的肾小管。这些研究都证明了SOX9在肾损伤后表达升高，并促进了肾损伤修复，但是到底是什么因素直接促进了SOX9的表达，SOX9表达升高后又通过何种通路促进肾小管上皮细胞损伤后再生修复，目前仍不清楚。

5 SOX9在慢性肾疾病中的作用

慢性肾疾病是全球主要死亡原因之一[34]。CKD的发病原因多种多样，若损伤持续存在，其最终的结局都将走向肾纤维化。肾纤维化主要包括肾小球纤维化、肾间质纤维化。局灶节段性肾小球硬化是终末期肾疾病的主要原因之一。Bennett等[35]通过微阵列芯片数据分析发现，在人硬化肾小球中SOX9表达显著升高，且其与Col1al和Col1a2的表达呈正相关性。Sumi等[36]通过体内体外实验均证实，小鼠肾炎模型中的系膜细胞中SOX9和Co14a2表达升高，且SOX9能结合Col4a2的增强子区域，促进肾小球纤维化。Kishi等[37]研究发现，SOX9能诱导肾小球系膜细胞发生成软骨表型转变，从而促进糖尿病肾病的进展。过表达SOX9能引起系膜细胞内蛋白聚糖和Col2a1的表达升高。糖尿病肾病小鼠中，SOX9与HIF1α、BMP4部分共定位，且SOX9的表达能通过HIF1α、BMP4诱导，从而促进成软骨表型转变。Prochnicki等[38]采用免疫荧光检测到大鼠抗肾小球基底膜肾炎模型中肾小球SOX9阳性细胞数量增加，并与增殖活性有关。

Li等[39]在叶酸损伤模型及单侧输尿管梗阻模型(unilateral ureteral obstruction，UUO)等不同CKD模型中，以及肾纤维化的患者肾活检组织中均发现SOX9的表达升高。Zhu等[32]发现敲低SOX9后，能减轻TGF-β诱导的肾纤维化。体外使用TGF-β刺激肾成纤维细胞，证实TGF-β/Smad可结合SOX9的保守增强子区域，显著上调SOX9表达，从而促进细胞纤维化。在CKD模型小鼠体内通过质粒注射敲低SOX9后，肾纤维化减轻，而SOX9的过表达则加重肾纤维化。Nakagawa等[40]通过对CKD患者组织的微阵列芯片研究，发现SOX9在CKD患者中表达升高，小鼠UUO的肾纤维化模型中SOX9 mRNA表达也升高[40-42]。Kumar等[30]发现UUO模型第10天有98.4%±0.5% SOX9阳性细胞表达肾损伤因子。Airik等[16]研究发现尿路梗阻后损伤的肾组织SOX9表达升高，SOX9的持续表达可导致输尿管间质细胞外基质蓄积，从而导致纤维化，输尿管平滑肌特异敲除SOX9可减轻纤维化，SOX9的缺失还可导致输尿管平滑肌发育障碍。De Schutter等[43]研究发现SOX9的表达水平与尿毒症患者主动脉钙化密切相关。Li等[44]报道，高浓度的血磷能通过激活PKD和AKT通路，上调SOX9的表达，从而加剧CKD患者主动脉瓣间质细胞的钙化。