赵元莘，翟岩辉 综述，师粒晶，李子义 审校
1.吉林大学白求恩第一医院器官再生与移植教育部重点实验室，吉林 长春 130021；
2.吉林大学动物科学学院，吉林 长春 130062
Ets 转录因子ELK1 是在HeLa 细胞中发现的Ets转录因子家族中三元复合物（ternary complex factor，TCF）亚家族成员之一。最初认为，ELK1是血清反应元件（serum response element，SRE）的激活基因，后续研究发现，ELK1 是MEK／ERK 信号的执行者，在细胞的多种生物功能（如有丝分裂）中发挥重要作用，也是维持肿瘤细胞增殖和迁移的重要基因之一。另外，ELK1 在神经细胞功能中也具有重要作用。本文就ELK1 的主要结构及基本生物学特性、ELK1 在肿瘤细胞、干细胞和神经细胞中的功能及其作用机制的研究进展作一综述，以期为后续相关研究提供新思路。
ELK1 属于Ets 转录因子家族，其特征是包含1个保守的Ets 结构域［1-2］，见图1。ELK1 相对分子质量约62 000，含有4 个结构域（A～D）［3］，结构域A 是位于N-末端的Ets结构域，其既可激活转录也具有抑制转录的作用；
结构域B 是将ELK1 与血清反应因子（serum response factor，SRF）连接起来的蛋白结合域［4］；
结构域C 包含多个S／TP 基序，可作为丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）的磷酸化位点发挥激活转录的作用［5］；
结构域D 则是MAPK的结合位点［6］。ELK1结构域B与SRF的相互作用可增强与SRE的结合活性，其3个芳香族残基Tyr-153、Tyr-159、Phe-162 是SRF 结合的关键［7］，若结构域B缺失，ELK1则无法被招募至SRE上［8］。ELK1与SRE特异性结合的关键是SRE螺旋末端的Asp-69可特异性识别结合位点GGAA／T 核心中的T 残基［9］。TCF的形成可通过多种方式调节，如磷酸化ELK1可刺激TCF 的形成［10-11］；
与螺旋-环-螺旋蛋白的Id 亚家族相互作用则既可抑制TCF 的形成，又可抑制ELK1 与DNA的自主结合［12］。
图1 ELK1的分子结构域Fig.1 Molecular domain of ELK1
ELK1 是MAPK 的直接靶点，在MAPK 通路中，ELK1 受ERK 和JNK 两条通路的调控［13-15］。ERK 介导ELK1 磷酸化，增强了ELK1 与DNA 的结合能力及其激活转录的活性。ELK1的D结构域和FxF基序形成2 段对接结构，使其被ERK 和JNK MAPK 特异性磷酸化，FxF基序还可引发ELK1中功能最重要因子Ser-383 残基的优先磷酸化。MEK 磷酸化ELK1 C 段调节域，引发一系列关键事件，使ELK1的二、三级结构均发生改变［16］，该构象改变引起了ELK1 与DNA 结合活性的增强及TCF 的转录活性增强。由MEK 介导的ELK1 磷酸化可调节其与mSin3A-HDAC 共抑制复合物之间的相互作用，该复合物在生长因子刺激后被招募至ELK1靶基因的启动子上，并将其关闭［17］。ELK1 不但有转录激活作用还有转录抑制作用，ELK1 包含2 个转录抑制结构，一个是Ets 结构域，可招募mSin3A-HDAC 复合物用于在ELK1 诱导激活后关闭靶基因；
另一个抑制结构是R 基序，其可抑制C-末端的转录激活结构域（transcription activation domain，TAD）活性。ELK1的转录活性可通过与不同的分子结合而发挥不同作用，如在人胚胎干细胞中，ELK1 可激活代谢、细胞周期、翻译等相关基因，抑制分化相关基因，从而维持干细胞状态［18］。ERK 通路下游的ELK1 作为该信号的执行者在肿瘤及干细胞中发挥重要作用，对细胞维持增殖和抑制细胞凋亡也至关重要。ELK1 在干细胞尤其是神经干细胞的产生中同样发挥至关重要的作用，其在多种肿瘤中呈高表达，因此，ELK1 也成为研究肿瘤发生发展及治疗的方向之一。另外，磷酸化的ELK1也参与了神经细胞执行功能。
在多种肿瘤细胞中，ELK1 呈高表达和过度激活状态，如胃癌、尿路上皮癌、肝癌、宫颈癌和子宫内膜癌及结直肠癌等［19-23］。因此，ELK1 在肿瘤细胞中的功能成为研究热点。在结直肠癌相关研究中发现，ELK1 可促进肠癌细胞的黏附、迁移和侵袭，通过c-kit-ERK1／2 通路激活的ELK1 还可促进癌胚抗原的表达［23］；
在宫颈癌中，ELK1 也呈高表达，且可增强肿瘤细胞的增殖和侵袭，抑制凋亡和自噬；
miR-326 可靶向ELK1 抑制细胞增殖迁移的能力，从而抑制细胞周期，并促进宫颈癌细胞凋亡［24-25］；
在胰腺癌研究中发现，ELK1 可通过豆蛋白促进胰腺癌的发展及导致预后不良，ELK1 敲除可抑制肿瘤细胞增殖、侵袭和存活［26］；
在胃癌研究中发现，ELK1可通过CCL7-CCR1途径介导SRY-box转录因子18（SRY-box transcription factor 18，SOX18）增强肿瘤细胞的侵袭和转移［27］；
ELK1 在非小细胞肺癌中表达量升高，且在KRAS 驱动的肺癌发生中发挥作用［28］；
在依赖雄激素受体的前列腺癌细胞中，ELK1 对于其生长和存活是必须的［26］。由此可见，ELK1 在多种肿瘤细胞的侵袭、增殖、迁移和抗凋亡中发挥重要作用。
ELK1 参与有丝分裂和压力信号与c-fos、ERG-1和NUR77 等即刻早期（immediate early，IE）基因之间的介导，ELK1 在TCF 响应有丝分裂信号促进细胞进入细胞周期及增殖时，以抑制基因表达的构相发挥作用［29］。ELK1 的靶基因包括大量与迁移相关和肌动蛋白细胞骨架相关蛋白（PTGS2、CTGF、HIF1A、ACTB、CDH3、PFN1、LIMA1、IQGAP1、ACTN1）基 因［30］，ELK1 还对参与细胞外基质蛋白水解蛋白的表达水平有调节作用，包括纤溶酶原激活物抑制物-1、金属蛋白酶-2 和金属蛋白酶-9，这些基因及蛋白在肿瘤的发展和迁移中起重要作用。
在早期胚胎和多能干细胞中，需要成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor 2，FGF2）通过ERK通路介导信号来维持多能性［31］，而ELK1 是MAPK／ERK 通路的直接下游基因，经ERK 磷酸化后转化为激活状态，从而发挥将ERK 通路信号转化为转录谱的作用。另有研究发现，在人胚胎干细胞中，ERK 与ELK1 的染色质结合高度重叠且位置处于活跃的染色质区域，与ELK1的转录激活功能一致［18］；
而ELK1的另一组结合位点与多疏抑制复合物（polycomb repressive complexes，PRC）共同占据，起到抑制转录的作用。研究发现，ELK1是通过招募SIN3转录调节因子家族成员A（SIN3 transcription regulator family member A，SIN3A）响应生长因子信号及招募小泛素样修饰（small ubiquitin like modification，SUMO）修饰后的组蛋白去乙酰化酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）发挥转录抑制作用。SIN3A 抑制是ELK1 被磷酸化激活后的关闭信号，而HDAC2 则是在生长因子刺激前维持ELK1的抑制状态。ELK1还可通过与心肌素和其他MRTF 家族竞争SRF 的结合位点而发挥抑制作用，如在骨髓间充质干细胞中，血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）通过ERK 途径激活ELK1，取代与SRF 结合的心肌素从而达到抑制分化和促进增殖的作用［32-33］。ELK1 也可通过与其他TS家族成员竞争DNA位点从而发挥抑制作用［34］。
在造血干细胞的研究中发现，FGFR-1 激活的ELK1 可调控细胞周期蛋白cycilnD1 的表达，促进造血干细胞增殖［35］；
抑制重组膜联蛋白A1（recombinant annexin A1，rAnxA1）诱导的ERK1／2 和ELK1 磷酸化则会促进造血干细胞的分化［36］。在骨髓间充质干细胞中，上调Park7 可增加ERK1／2-ELK1 通路基因的表达量，从而提高抗氧化应激能力和存活率［37］。研究表明，淫羊藿苷可通过MEK／ERK 通路刺激ELK1 增强骨髓间充质干细胞增殖能力［38］；
另一方面，C-X-C基序趋化因子受体2（C-X-C motif chemokine receptor 2，CXCR2）也可通过p38／ERK-ELK1 通路控制骨髓间充质干细胞的成脂分化［39］。ELK1 还与神经干细胞发育有关［40］，也是药物诱导神经干细胞中的一个重要激活通路［41］。ELK1 也与牙髓干细胞的增殖分化相关［42］；
缺氧刺激导致的ERK 磷酸化，也可经ELK1增强脂肪干细胞的增殖和迁移［43］。
上述结果表明，ELK1 在干细胞中的主要作用是促进增殖的同时抑制分化干细胞维持多能性。在多种干细胞中，不同的刺激均可通过激活ERK／ELK1通路的方式刺激细胞的增殖和迁移，抑制ELK1则会促进干细胞的分化。
ELK1 还在哺乳动物神经细胞中具有重要作用。ELK1 在人和啮齿类动物的脑中呈高表达，且多数情况下集中于神经细胞而非胶质细胞［44-45］。虽然在非神经细胞中ELK1只在细胞核中表达，但在成熟神经细胞中，ELK1还在细胞质和神经元室中表达［46］。神经细胞中存在一种特异性ELK1 亚型，称为SELK1，其在ELK1 基础上缺失了54 个氨基酸，可阻止ELK1介导SRE 激活，从而促进神经细胞分化［47］。ELK1在核外表达的功能之一是与线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）相互作用，从而促进细胞凋亡［48］。
神经细胞中ERK 可被神经递质、神经调节剂和神经营养因子激活，该通路可能与学习和记忆有关［49］。电刺激皮质纹路通路时，注射可卡因的神经细胞中出现了被ERK 磷酸化的ELK1［50］，使ELK1 在胞质位移至细胞核［51］。长期阻断ELK1 磷酸化时，SRF 和肌动蛋白的表达均被抑制，并出现生长锥缺陷［52］。ELK1是ERK、JNK 和P38 MAPK 的靶基因，均参与神经元的塑形。研究表明，ERK和ELK1的磷酸化与神经元的长时程增长（long-term potentiation，LTP）和可塑性密切相关［53-54］。ELK1 还参与了学习功能，味觉学习诱导了岛叶皮质中ERK、JNK 和ELK1 的磷酸化，通过MEK 抑制剂消除ELK1 的磷酸化会对该学习过程造成损害［55］。后续研究表明，在味觉学习中，ERK／ELK1 的磷酸化有助于获得长期味觉记忆，在视觉学习中也有类似效果［56］。回避学习同样与海马区ELK1 和ERK 的磷酸化相关［57］，虽然有研究发现，SRF 的阻断可以干扰长期空间记忆，但目前尚无法证明ELK1与长期记忆的直接相关性［58］。
ERK 通路是成瘾性的关键［55］，药物成瘾的共同特征是纹状体和延伸的杏仁核中ERK 的短暂激活［59］。尼古丁、△9-THC（大麻活性分子）、吗啡和苯丙胺均以多巴胺依赖的方式激活ERK，沉默ELK1和cAMP 反应元件结合蛋白1（cAMP responsive element binding protein 1，CREB）会降低细胞对戒断信号和慢性阿片类药物的反应［60］。ELK1 的磷酸化在神经细胞中具有重要作用，而ELK1 的异常磷酸化调控同样与多种中枢神经疾病密切相关，如阿尔兹海默症、亨廷顿病、共核蛋白病、唐氏综合征及抑郁症［61-65］。
ELK1 作为MAPK／ERK 信号通路的直接下游转录因子，在细胞中承担着将ERK 信号转化为转录谱的变化，进而控制细胞的有丝分裂等功能。ELK1在与不同的蛋白组合时可发挥抑制基因表达的作用，一方面是关闭被ELK1 激活的基因，另一方面抑制分化及凋亡相关基因，并激活与细胞周期、蛋白合成等相关的基因，共同起到维持干细胞状态的功能。作为响应MAPK 的转录因子，ELK1 过量表达会导致肿瘤的发生，ELK1 的过量高表达可促进增殖和迁移的同时抑制分化。ELK1 的沉默会显著降低肿瘤细胞的增殖和迁移，这也是通过关闭ERK通路达到的。由此证明，虽然ELK1 对干细胞的维持至关重要，但过量表达会导致肿瘤的发生。在神经细胞中，ELK1除了具有在核中表达，发挥促进细胞发育的功能外，还在胞质中表达，接受外界刺激，通过ERK 被磷酸化，在神经细胞的可塑性、长期记忆、学习和成瘾性中发挥作用。另外，ELK1 还参与了许多中枢神经疾病的发生。
综上所述，ELK1参与了大量ERK通路介导的生物学事件，与其他Ets 家族转录因子不同，其同时具有激活和抑制基因表达的功能，起到促进增殖和迁移，抑制凋亡和分化的作用，在神经细胞功能中也具有重要作用。
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