中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology2021, 43(1): 249-262 DOI: 10.11844/cjcb.2021.01.0030 谭茗李雯孙婴宁#
(齐齐哈尔大学生命科学与农林学院，齐齐哈尔161006)
摘要 P U.1是E T S转录因子家族(E26 transformation-specific family)的成员，在机体多种组织发育中发挥重要作用。近年来的研究发现,P U.1不仅在造血谱系的确定和分化中起作用，而且还在机体 免疫、脂肪形成、组织纤维化、神经发育中发挥功能。在造血及免疫等系统中，P U.1与多个靶基因 形成复杂的调节网络，并且P U.1受组蛋白修饰和非编码R N A等表观遗传的调控，参与细胞增殖、分 化等多个过程，对维持细胞稳态具有一定意义，P U.1与红细胞白血病、前B细胞急性淋巴细胞白血病、急性髓细胞白血病、过敏性疾病、类风湿性关节炎、肥胖相关疾病、骨硬病、神经胶质瘤等疾病的 发生相关。该文从功能方面阐述P U.1的最新研究进展，为该基因和E T S家族的后续研究提供新思路。 关键词 P U.1；造血系统；急性髓细胞白血病；免疫系统；脂肪形成
Recent Research Progress of Transcription Factor PU.l
T A N M i n g,LI W e n,S U N Ying n i n g*
(College o f L ife Science and Agriculture Forestry, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)
Abstract Transcription factor PU.l is one of the m e m b e r s of the E T S transcription factor family(E26 transformation-specific family),w h i c h plays crucial roles in diverse arrays of various systems in the o r g a n i s m.T h e research in recent years has found that P U.1not only plays a role in the determination a n d differentiation of h e m atopoietic lineages,but also functions in b o d y i m m u n i t y,adipogenesis,tissue fibrosis,a n d n e u r odevelopment.PU.l a nd multiple target genes f o r m a c o m p l e x regulatory network in hematopoietic and i m m u n e s ystem,a n d PU.l is regulated b y histone modification a n d epigenetics such as non-coding R N A.PU.l participates in multiple processes such as cell proliferation a n d differentiation,w h i c h has certain significance for maintaining cell homeostasis.In addition,P U.1is associated with the occurrence of erythrocyte leukemia,pre-B cell acute lymphocytic leukemia, acute myeloid leukemia,allergic disease,rheumatoid arthritis,obesity-related diseases,osteopetrosis,g lioma a n d other diseases.This review s u m m a r i z e s the latest research progress of P U.1from the functional aspect,hoping to provide n e w ideas for the follow-up research of PU.l a nd E T S family.
K e y w o r d s P U.l;hematopoietic system;acute m y e loid leukemia;i m m u n e s y s t e m;adipogenesis
1988年，M O R E A U-G A C H E L I N等⑴首次在脾病 为脾病灶形成病毒前病毒整合癌基因-1/富含嘌呤盒灶形成病毒（spleen focus forming virus,S F F V)诱导 1(spleen focus forming v i m s proviral integration o n c o-的小歐急性红白血病中发现了一种原癌基因，命名 g e n e，spi-l/purine rich b o x-1，P U.l)。P U.l属于E T S 收稿 H 期:2020-08-12 接受 H 期：2020-11-18
国家白然科学基金(批准号：3丨4〇206丨）、黑龙江省自然科学基金(批准号：YQ2019C025)和黑龙江省教育厅基本业务专项(批准号：135209261)资助的课题*通讯作者。Tel: 137****2551，E-mail:***************
Received: August 12, 2020 Accepted: November 18, 2020
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.31402061), the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province (Grant N〇.YQ2019C025), and the Heilongjiang Provincial Department of Education Basic Business Special Special (Grant N〇.135209261)
♦Correspondingauthor.Tel:+86-137********,E-mail:***************
毛小平近况
U R L: /arts.asp7icK449
250.综述.
转录因子家族，该家族在人体中被发现有29个成员，小鼠中20个，果蝇中9个[21。E T S家族成员在多种人 体组织中普遍表达，各成员发挥的生物学功能不同，除了都具有高度保守的E T S结构域外，成员之间没 有广泛的序列同源性[31。P U.1能与富含嘌呤G G A A 的P U b o x特异性结合，对下游基因的转录起调控作 用[4】。P U.1是造血谱系发育过程中的重要调节因子, 它的异常表达会引起急性髓细胞白血病的发生' 在小鼠中完全敲除P t/J，胚胎造血功能和淋巴细胞 的发育会遭到严重破坏，导致小鼠胚胎死亡16]。目前，己鉴定出P U.1在造血及免疫系统发育方面的多 个靶基因，并且发现P U.1受组蛋白修饰和非编码等表观遗传的调控。此外，/还参与脂 肪组织发育231、成纤维细胞和破骨细胞形
成[|°>121，是多种白血病、特应性皮炎、哮喘、过敏 性疾病、实验性自身免疫性葡萄膜视网膜炎、类风 湿性关节炎、II糖尿病、非酒精性脂肪肝炎、骨硬病、纤维化疾病和神经胶质瘤、阿尔茨海默病等疾病的 相关基因。本文主要介绍P C/./在造血、免疫、脂肪 形成、破骨细胞发育、成纤维细胞极化和神经胶质 瘤的发生等方面的最新研究进展，为该基因的深入 研宄提供新的思路。转录因子P U.1在多种组织和细 胞中都发挥重要作用，但是它的很多功能和作用机 制都不明确，亟需更多研究来揭示其
在各组织中的 功能，完善相关疾病的发生机制，为疾病提供新 的切入点。
1基因概述
人类(//owo s o l e r a)尸基因(N M_001080547.1) 位于11号染体上，编码272个氨基酸。小鼠(M w
臓s c w/j w)P C/./基因(N M_011355.2)位于2号染体，编码272个氨基酸，人和小鼠P C/./基因的同源性约为 85%[261。转录因子P U.1有3个功能域：在氨基端的反 式激活区(transactivation d o m a i n,T A D)、PEST[proline (P),glutamic acid(E),serine(S)and threonine(T)]区和 竣基端的 E T S(E26 transformation-specific)E w(图1)。其中T A D区是谷氨酰胺的富集区，介导P U.1与不同调 节蛋白发生互作，如视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblast o m a protein,R B)、糖皮质激素受体 （glucocorticoid receptor,G R)和热休克蛋白 90(heat shock protein 90, H S P90)等，另外T A D区还可以募集染质重塑复合 物S W I/S N F，是P U.1控制造血谱系发育过程的关键 区域叩。P E S T区带负电荷，可有效维持P U.1蛋白稳 定性，富含P r o、G l u、Ser和T h r几种氨基酸，干扰素 调节因子（interferon regulatory factor,I R F)可与此区 结合[28_w、而E T S区是P U.1的D N A结合功能域，介 导P U.1核运输，并在结构上高度保守，E T S区通过 静电作用识别D N A形成二聚体构象，表现为翼状螺 旋-环-螺旋模式[283]。
2 Pt/J基因功能
功率谱密度
2.1 P U.1与造血系统发育
转录因子P U.1是造血系统中重要的调节因子 之一，可促进或抑制多种造血谱系的分化。造血千 细胞(hematopoietic stem cell,H S C)具有长期的自我 更新和向多种谱系分化的功能，受转录因子的调节 可以分化为髓系祖细胞、淋巴样祖细胞和类红细胞 祖细胞[321。研宄证实，P U.1在这三种细胞的分化过 程中都发挥作用。
2.1.1 P U.1调节红细胞增殖和分化 早期研宄发 现，尸{/.7是红系细胞中的癌基因，在类红细胞中异位 高表达的P U.1会促进红细胞增殖、抑制红细胞分化，从而高频率诱发鼠红细胞白血病(11101^617^〇1611^£- m i a,M E L)[33]。2〇19年，卩01£3等[341研宂转录因子对细 胞命运作用时发现，P U.1是造血系统内细胞谱系发展 的指导者，G A T A结合蛋白-l(G A T A-b i n d i n g protein-1，G A T A-1)则是促进者，但是调控P U.1的上游转录因子 被报道的较少。在H S C中发现，P U.1与G A T A-1相互 作用并抑制G A T A-1发挥功能，引导祖细胞进入髓系 发育，抑制类红细胞转录程序；而过表达G A T A-1则促 进祖细胞转化为巨核细胞和红细胞135]。P U.1不仅与 G A T A-1互作对其转录活性产生影响，而且还可以招
Ml
93160
O O li
TAD domain PEST domain ETS domain
图1PU.1的结构域(根据参考文献丨31丨修改）
Fig.l The domains of PU.1
(modified from the reference [31|)
谭茗等：转录因子PU .1的最新研究进展251
募转录共调节因子视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblas
to m a protein , p R B ) 抑制 (247>1-7IE 基因 的转录 (图 2)[361。
研究发现，G A T A -1还可以抑制P C /.7的转录，G A T A -1与 尸C /. 7上游调控元件(upstream regulatory element , U R E ) 区结合，并招募D
N A
甲基转移酶I (D N A methyltrans -
ferase 1, D N M T
1)到U R E
区使其甲基化抑制尸以/的转 录，过表达G A T A -1后P U .1的组蛋白H 3第9位赖氨酸三 甲基化(histone H 3IC 9 trimethylation , H 3K 9m e 3)和乙酰 化均降低。在红细胞白血病(erythroleukemia , E L )细 胞系中过表达P U . 1可上调酪氨酸激酶2(janus kinase
2, JAK 2)^ c -A /7C(the proto-oncogene c -m y c encodes a transcription factor )等基因的转录，促进E L 细胞增殖，
并激活 PI 3K(phosphatidylinositol 3-kinase )/AKT(protein
kinase B
)信号通路1371。用二甲基亚砜处理E L 细胞
会触发细胞凋亡，研宄人员推测二甲基亚砜是PI 3K 7
A K T 信号通路的抑制剂，过表达G
A T A
-1则会阻遏
P U
.1表达、促使E L 细胞分化[33]。综上所述，在红细
胞系中二甲基亚砜是P
企业协同办公系统U
. 1磷酸化抑制剂，G A T A -1是
P U
.1的转录阻遏物，可以从这两个方面开发E L 的
新方案。2.1.2
P U
.1参与淋巴祖细胞分化
P U
.1在淋巴祖
细胞的各种血细胞分化中是必需的，小鼠体内敲除
P t /j
基因会导致敲除鼠缺乏淋巴系细胞[6]。T 细胞
起源于骨髓或造血干细胞，之后迁移到胸腺，依次经 历-D
N
1、D
N
2a /b 、D
N
3a/b 和 D
N
4(C
D
4
C D
8
double
negative , D N ) 4个阶段发育为成熟T 细胞，在这过程
中N o t c h 信号转导是必需的[38-391。P U .1在D N
1期高表
达，但当T 细胞开始谱系定型(D N
2a -D
N
2b 阶段)则急
剧下降，因为P U .1的持续表达会间接中断N o t c h 信号
转导(图3)[38丨。尸(7.7在D
N
3期沉默，C
H A M P H E K A R
等_的实验也验证了这一点，P U .1的存在会延长 D N
2阶段使细胞的增殖能力变强，间接延缓T 细胞分
化程序的开启。2019年，R O T H E N B E R G
等[41]对T 细
胞发育过程中户的靶基因进行高通量分析，结果 显示在T 细胞发育的早期阶段，其靶基因的细胞生物 学和信号传导潜能发生了深远的变化。结合上述研 宄，可以推测P U .1对T 细胞的前期增殖和后期分化有 重要作用。
PU.1对B 细胞的成熟起关键作用，过表达P U .1
促进pro -B 细胞增殖(图3)，但敲低P t /./仅轻度影响B 细胞的发育。其原因是在前B 细胞中与
P t /./
共表达，它和PU.1在生物学上功能互补，且在B 细胞 基因组发育和活化相关的区域相互作用，这种补
偿 机制缓解了敲除尸[/./对B 细胞发育带来的影响[171。
3八丁15丁八等[42]构建的PLU/Spi-B 双缺陷小鼠B 细胞
增殖和分化都受到严重影响，并高频率诱发前B 细
-H Inliibilion -> I:nhanccmcnt
GATA-丨招募DNMT1到PU.1 URE 区使其甲基化抑制P IU 转录;PU.1促进红细胞增殖抑制其分化，招募pR8抑制^7M-/靶基因转录。
GATA-1 recruited DNMT1 to PU.1 URE region to inhibit PU.1 transcription by methylation; PU.1 promoted erythrocyte proliferation and inhibited its differentiation, and recruited pR8 to inhibit GATA-1 target gene transcription.
图2 PU.1和GATA-1在红细胞中相互抑制的分子机制(根据参考文献[9,38]修改)
Fig.2 Molecular mechanism of PU.1 and GATA-1
sis 6326inhibiting each other in erythrocyte (modified from the references [9,38])
252.综述.
胞急性淋巴细胞白血病（p recursor B-c e ll a cu te ly mp h o b la stic leu k em ia, p r e-B-A L L)的产生 。研宄 显示，P U.l/S p i-B双缺陷小鼠B细胞中的抑癌基因B细胞 连接蛋白(B ce ll linker protein, S M T i Q转录水平下降，染质免疫共沉淀（ch rom atin im m u n o p recip ita tio n,
C h IP)法分析显示，SZJVA：是P U.1和S p i-B调节B细胞 分化的重要靶标之一t43]，因此，这一发现
明确了P U.1和S p i-B在B细胞中抑制肿瘤的作用机制。2019年，对30位急性淋巴白血病患儿进行检测发现，P f/. 7基 因表达显著下调针对人急性淋巴白血病患者的
全基因组分析显示，有一小部分患者中的P t/./发生 突变[45]，但是P t/./的突变是不是导致这些患者发病 的原因还存在争议，总的来说，P t/J作为淋巴细胞中 的抑癌基因，可能会成为淋巴系白血病新靶点。在L arge p r e-B向S m all p re-B细胞发育过程中，P U.1还 参与/g■基因(im m u n o g lo b u lin g e n e)重排，过表达P U.1会诱导/g K重排，并且研宄发现，P U.1与/g K基因座中 的179个位点相互作用[|71。2019年，S O O D G U P T A 等[46]研究当前B细胞进入分化阶段，R A G介导D N A 断裂后通过S P IC竞争P U.1与下游靶基因的D N A结 合位点，暂时地降低P U.1转录活性，达到促进前B细 胞成熟的目的（图3)。完成前B细胞的过渡后，这种 竞争机制解除，的转录活性重新升高，从而发 挥维持成熟B细胞稳态的作用。W IL L IS等1471研宄 发现，P U.l/S p i-B D K O鼠的卵泡B细胞数量减少，对 外界刺激不敏感，但D K O鼠的B细胞比对照组分化 程度高。在进一步探索P U.1调控B细胞发育的分子 机制时，研究发现P U.1与IR F家族中的IR F4、IR F8分别构成复合物，其中P U.1和IR F8复合物抑制免疫 球蛋白的类别转换和浆细胞分化，而且P U.1/I R F4或 P U.1/I R F8的双缺陷小鼠同样会使B细胞发育严重缺 陷并高频率诱发p re-B-A L L^491。综上所述，单独敲 除P t/./或都不能引发p r e-B-A L L，提示P U.1在 调控B细胞发育过程中，需要与其他转录因子形成 复合物共同发挥功能。目前，己经开展了大量关于 P U.1在前期B细胞中的功能研宄，P f/./在成熟B细胞 中同样高表达，然而该基因在成熟B细胞中的功能 知之甚少，有必要开展深入的研宄。
2.1.3 P U.1调节巨噬细胞发育和成熟巨噬细胞功能 在髓系细胞中，P U.1结合粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子受体a(gra n u l o c y t e-m a c r o p h a g e c o l o n y-stimulating factor receptor type alpha,G M-C S7<7?a)、巨嗟细胞集落刺激因子(monocyte colony-stimulating factor，受体的启动子，调控这些基因的表达，增加各种血细胞中的配体反应，并且控制免疫球蛋 白G(I m m u n o g l o b u l i n G，/g G)受体的表达，使巨_细
胞能够识别抗原[5〜511»P U.1在巨噬细胞发育过程 中是必不可少的，它作为巨噬细胞的主转录因子能 够结合大量特异性增强子，研究人员通过C h I P法鉴 定了 1 000余种P U.1潜在的靶基因@531。尤其在不 同组织的巨噬细胞中，P U.1特异性选择增强子，并 且P U.1与一些转录因子如C C A A T增强子结合蛋白 a(C C A A T enhancer-binding protein alpha,C/E B P a)>
R u n t相关转录因子 l(Runt-related factor 1,R U N X1)等相互作用可以增加P U.1与增强子的结合，造成不 同组织中巨噻细胞的差异性[541。P U.1在肿瘤相关 巨嗤细胞(tumor-associated m a c r o p h a g e,T A M)中特 异性结合叶酸受体P(folate receptor P，尸部)近端增强 子，调节F O L R2的表达[55】。根据J A R J O U R等的报道，螺旋-环-螺旋家族成员e40(basic helix-loop-helix family m e m b e r e40, B h l h e40)可调节腹膜巨噬细胞 (large peritoneal m a c r o p h a g e,L P M)的增殖，在L P M中与P U.1的结合位点重合，推测Bhlhe40和P U.1可能存 在相互作用。目前还证实c-Jun(the proto-oncogene c-jun encodes a transcription factor)和 P U.1在巨嗤细 胞中相互作用，两者互作结合到Lipo
calin型前列腺 素 D2合成酶（Hpocalin-prostaglandin D synthase,L-P G A S)启动子上，调节i-P G D S在巨噬细胞中特异性 表达[57]»P U.1不仅通过与其他因子互作调控巨噬 细胞分化，还通过调控lnc-M C(l o n g noncoding m o n o-cytic R N A)与m i R-199a-5p$C向结合促进巨嗤细胞的 分化[581。在成熟巨噬细胞中P U.1主要与炎症因子相 关，此时P U.1对于成熟巨噬细胞不再是必需的。在 选择性活化的巨嗤细胞(alternatively activated m a crophage,^")体外研究中，降低 P U.1表达后 A A M极 化的标志物Y m-1和Fizz-丨的表达同样降低。小鼠体 内A A M极化导致哮喘、气道炎症时，P U.1、Y m-1、Fizz-1的表达升高，而P U.1组织缺陷型小鼠出现极化 标志物水平降低、气道炎症减弱[59]。P U.1对于肺巨 噬细胞的作用也主要在于诱导炎症发生，野生型和 P U.1组织缺陷型小鼠相比，P U.1组织缺陷型小鼠肺 炎、全身炎症症状减轻，Toll样受体(Toll-like receptor 4，T L R4)、白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、单核 细胞炎性蛋白-l(monocyte chemoattractant protein -1，
谭茗等：转录因子PU .1的最新研究进展253
M C P
-1)、肿瘤坏死因子-a (t u m o u r necrosis factor -
alpha , T N F -c t ) 等的表达降低 [«>]。 综上所述， P U
.1 通过
结合增强子、调节I n c R N A 和m i R N A
、与协同因子
相互作用来调控巨噬细胞的发育，在成熟巨噬细胞 中P U .1与炎症因子相关，抑制P U .1表达对哮喘、 肺炎有显著效果。目前，虽然了解到P U .丨在巨噬细 胞分化过程中发挥作用，但是作为巨噬细胞的主转 录因子，P U .1有许多潜在下游靶基因仍未被证实，在 不同组织巨嗤细胞中其特异调控的因子仍需继续探 索。
2019年，丁八反£1等[6|]发现P
U
.1表达的下调会
嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略引起急性髓细胞白血病（acute m y e l o i d l e u k e m i a ,
A M L
)，同年B
O A S M A N
等w 的团队发现，降低P
U
.1
表达引起骨髓增生异常综合征，提示P U .1下调是髓 系白血病的触发因素。检测79位A
M L
患者样本发
现,P f /./、m i R -22表达显著下调且表达呈正相关，而 逆转录病毒结合位点l(ecotropic viral integration site 1, £K //)表达显著上调且与P U .1、m i R -22负相关 之前有报道表明，E V I 1与G
A T A
结合蛋白-2(G
A T A - binding protein -2, G A T A -2)相互作用会破坏 P U
.1-
c J u n 复合物，后续发现P U
. 1可以直接激活而7?-22的
表达、抑制的表达，有效A M L
患者[62]。另外， 少数A
M L
患者中P C /./基因的3个功能域都存在突变
情况，P U .1功能的丧失直接影响A M L
患者的细胞分
化本文作者认为，P
U
.
1在造血干细胞向髓系祖 细胞的分化过程中至关重要，参与机体免疫系统的形成，并且P C /.7表达失调会导致不同类型的白血病 发生，该基因是上述几种白血病发病的关键因素之 一，今后可以开展以P U .1为靶标的方案，为白血 病的临床、预后判断提供新方向。2.2
P U
.1与免疫系统功能
转录因子P U . 1是免疫系统多种谱系发育所必需 的，其在多种免疫细胞中有表达，并与许多蛋白结合 形成复合物调控下游基因。目前，通过电泳迁移率变 动测定法、C h I P 法已确定有100种P U .1的下游基因，
C h I P -seq 实验表明，P U
.1与数千个基因位点结合[64]，可
以推测P U .1在免疫系统中行使主效因子功能，并可能 在多个基因调控网络中起重要作用。P U .1功能主要 通过三种调节途径实现，分别为调节免疫细胞，调节 相关抗体、受体及补体表达，调节炎症细胞因子。2.2.1
P U
.1调节免疫细胞发育
P U
.1主要调节免
疫系统的抗原呈递细胞-树突状细胞(dendritic cell ,
D C
)的发育和中性粒细胞活化。P
U
.1在早期造血干
细胞中对D
C
发育过程是不可缺少的，P U .1缺陷型小 鼠胸腺中无法检测到巨噬细胞和胸腺D C
，
并且淋巴
D C
发育也都被破坏[651。2019年，0«^^等[661发现，
与浆细胞样D
C
相比，P
U
.1对常规D
C
更重要，P U
.1
通过直接激活转录调节剂D
C -S C R I P T (
D C -s p ecific
transcript )促进常规D C
的抗原呈递和细胞因子分
泌。M
婚恋问题
E N G
的团队n 5]于2020年在单核细胞诱导的
树突状细胞（monocyte-derived dendritic cell , m o D C
)
亚中发现，P
U
.1可以诱导m i R -148a 的转录，并调
Pie themic PU.1-high
HSC
Notch •
■■•>
ON2a A > D N 2b ------> DN3a ------^DN.^b 4PU. 1 -high
PU.I-high
j PU.I-low
^G A T A.n Bell lb. RUNXf
Noich signaling
DP
Transient
inhibition
SPIC
PU.
Pre-pro-M
l：ariy
pro-B
PU.1 Spi-Bf
Late pro-B corgam/ationv piJ.i-hiuh
I u K
Large " > S m a ll _____^Immature prc-B prc-B B cell rearrangement Igl
repair DSB
prc-B-ALL. c
fU.I Spi-B[
图
3 PILl 参与T 细胞和B 细胞发育过程(根据参考文献【41,46丨修改)
Matur B cell
Fig.3 PU.1 is involved in the development of T-lymphocyte and B-Iymphocyte (modified from the references
[41,46])
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