全 文 ：第23卷 第10期
2011年10月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 23, No. 10
Oct., 2011
文章编号：1004-0374(2011)10-1014-08
PIASx结构与功能的研究进展
王海燕，张露萍，郑　英*
(扬州大学医学院人体解剖与组织胚胎学，扬州 225001)
摘　要：PIAS(protein inhibitor of activated STAT)蛋白家族能够与许多蛋白质发生相互作用，其中大部分为
转录因子。PIASx是 4个组成成员中的一种，其包括两个亚型。PIASx通过与不同种类的蛋白相互作用，
影响它们的活性和功能。PIASx蛋白的调控机制主要有两种：一种是通过其自身所具有的 SUMO(small
ubiquitin-related modifiers)E3 连接酶活性，促进对一些转录因子、转录辅因子的 SUMO 化修饰，从而调控
它们的转录活性；另一种是作为构架蛋白，通过与雄激素受体的作用参与雄激素介导的基因转录调节。
PIAS 蛋白的上述两种作用机制并不是完全互相排斥的，这体现了 PIASx蛋白功能的特异性和复杂性。
关键词：PIASx；SUMO；SUMO E3 连接酶；雄激素调节因子；SAP
中图分类号：Q51 文献标志码：A
Progress of protein inhibitor of activated STATx’s structure and function
WANG Hai-Yan, ZHANG Lu-Ping, ZHENG Ying*
(Human Anatomy and Histology & Embryology, School of Medicine, Yangzhou University,Yangzhou 225001, China)
Abstrat: Protein inhibitor of activated STAT (PIAS) family could interact with many proteins, most of which are
transcriptional factors. PIASx is one of the four members and consists of two subtypes. By interacting with other
proteins, PIASx could either activate them or change their functions.PIASx plays roles mainly through two
mechanisms: As SUMO E3 ligases, PIASx could sumoylate some transcriptional factors and cofactors to regulate
their transcriptional activations; it also works as structural proteins to intermidate androgen mediated gene
transcription regulation by interactions with their receptors. These two mechanisms of PIASx protein are not
absolutely exclusive , they are interweaves to each other and still need to be further investigated.
Key words: PIAS x; SUMO; SUMO E3 ligase; Androgen receptors coregulator; SAP
收稿日期：2011-04-14； 修回日期：2011-07-24
基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK2009192); 国
家自然科学基金项目(31071020)
*通信作者：E-mail: yzzkl@163.com
PIAS(protein inhibitor of activated STAT)家族包
括酵母 Siz1、Siz2和哺乳动物的几种 PIAS蛋白。
哺乳动物的 PIAS蛋白家族包括 PIAS1、PIASx、
PIAS3 和 PIASy 四个成员。其中 PIASx 又称为
PIAS2，PIASy又称为 PIAS4。近年来，又发现了类
似于 PIAS的蛋白：Zimp7和 Zimp10[1]。PIASx包括
PIASxα和 PIASxβ两个亚型。它们是同一基因编码
的不同剪接体所对应的两种蛋白 [2]，具有很高的序
列同源性。本文将对 PIASx的特性及功能作一介绍。
1　PIASx的发现、结构和组织分布
1.1　STAT4的一个负性调节因子—PIASx
STAT参与了信号传导通路 JAK-STAT的发生。
当一些配体与其胞膜上的受体结合，促使位于胞浆
的非受体型蛋白酪氨酸激酶 (JAK) 与受体结合，
活化后作用在下游的 STAT(signal transducer and
activator of transcription, STAT)分子中的酪氨酸使之
发生磷酸化，形成二聚体后进入胞核，结合相应的
顺式元件，激活基因转录。在哺乳动物，PIAS蛋
白家族首先作为 JAK-STAT途径的转录调节因子被
发现，它能抑制 STAT的转录活性。
王海燕，等：PIASx结构与功能的研究进展第10期 1015
与 PIAS其它家族蛋白相似，PIASX是作为
STAT4的一个负性调节因子而被发现的。在白细胞
介素 (IL-12)刺激下，PIASX能抑制 T细胞中 STAT4
介导的基因活化，对 STAT1、STAT3介导的基因转
录几乎无影响。它并不直接抑制 STAT4与 DNA的
结合，而是通过与组蛋白乙酰化酶 (HDAC)形成转
录抑制复合物，改变染色质结构，抑制 STAT4的转
录活性。因此 HDAC的抑制剂古抑菌素可以减弱
PIASX抑制由 IL-12诱导、STAT4介导的基因转录 [3]。
最近发现，在干扰素的刺激下，蛋白精氨酸转移
酶 (protein arginine methyltransferase 1, PRMT1)能使
PIAS1 303号位的精氨酸甲基化从而抑制 STAT1信号
作用 [4]，虽然 PIASX和 PIAS3中编码精氨酸的 DNA
序列也保守，但 PRMT1是否可作用于二者目前还
不清楚。
1.2　五个重要结构域
小鼠的 PIASx基因定位在 18号染色体上，对
mRNA中 15个外显子的后三个外显子进行剪接，表
达后便得到了 PIASxα和 PIASxβ两种蛋白。二者在
序列上高度保守性，均具有 PIAS家族蛋白 5个共同
的结构域：即一个 N 端 SAP 结构域，一个“PINIT”
结构域，一个 RING 型锌连结构域，一个 SIM 结构
域以及 C 端的丝 /苏氨酸富集区域 (S/T)(图 1)[5]。
除 C端区域外，二者其余序列完全一致。在 C
端 PIASxα只能用一个外显子，而 PIASxβ可以利
用两个外显子，同时 C端还含有独特的由 5个保守
氨基酸构成的 II SLD结构域，这可能与二者对 AR
的作用差别很大有关。
1.3　表达的特异性
PIASx特异性地在睾丸组织中高表达，PIASxα、
PIASxβ和 PIASy在肝脏中高表达 [6]，PIASx在其他
组织中低表达或未见其表达，且具有时间上的特异
性。PIASx在新生的幼鼠中的表达是非常低的，通
常不能探测到。但是 PIASx mRNA在鼠出生后 20天
开始聚集，而在成年鼠的睾丸中，PIASx mRNA在
睾丸支持细胞和生殖细胞中的各个阶段都能出现。
与其它细胞相比，PIASx mRNA在精母细胞中
要更丰富。 PIASx主要见于各级生精细胞的胞核中，
而间质细胞和支持细胞弱阳性或者不表达，PIASx
蛋白能在精原细胞、精母细胞的粗线期直到生精的
上皮细胞和组织中发现。
PIASxα和 PIASxβ均以独立核小体的形式定位
于细胞核，PIASxα是以小核斑点的形式存在，而
PIASxβ是以大而数量不多的核小体的形式表达。但
是目前大部分核小体的具体功能及组成并不清楚。
2　SUMO化修饰是PIASx发挥作用的主要方式
2.1　SUMO化修饰是一种多功能的的蛋白质翻译后
修饰方式
2.1.1　E3酶大大促进底物的SUMO化
作为保持染色体完整性的重要方式， SUMO化
修饰越来越得到人们的关注 [7]。它与蛋白酶体的降
解功能相关 [8]，SUMO化修饰参与靶分子定位和功
能调节。
SUMO分子在进化中高度保守，广泛存在。现
已发现 4种哺乳动物的 SUMO 分子，分别为 SUMO-
1、SUMO-2、SUMO-3和 SUMO-4。
SUMO化是一个可逆的动态过程，即 SUMO
分子以循环的方式参与靶蛋白翻译后修饰，包括了
活化、结合、连接、修饰、解离等过程 (图 2)[9]。
(1)SAP：有一个保守的LXXLL标志性基序；(2)PINIT：影响PIAS3的亚核定位，可能参与PIAS蛋白在核内的贮留；(3)RLD：
RING指型锌链结构域，与SUMO化息息相关；(4)AD：酸性结构域,存在SIM基序；(5)S/T：丝－苏氨酸富集区域，存在多种
变异。
图1 PIAS家族成员中五个保守结构域示意图[5]
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同时需要 SUMO活化酶 (E1)、特异性结合酶 (E2)、
连接酶 (E3)。最初认为 E1、E2是发生 SUMO化所
必需的。这是因为 Ubc9可以实现对底物的的识别，
E1 和 E2在体外就可以完成特异性的 SUMO修饰。
但是后来证实 E3对于体内蛋白转录后修饰发挥重
要作用，它能够大大促进底物蛋白的 SUMO化。
一般 E3 酶不直接与 SUMO-1，而是结合 E2和底物
蛋白，从而促进 SUMO-1和底物结合，完成 SUMO
化过程。
SUMO E1活化酶、E2结合酶都只有一种，但
是 E3酶已经发现了三类：PIAS家族、RanBP2(Ran
binding protein2)和 Pc2(human polycomb protein)。
PIAS家族和 RanBP2都具有环状结构，但是只有
PIAS家族蛋白的活化需要环状结构，而对于
RanBP2则不需要。对于 E3酶 Pc2，与前两种 E3
酶不同，没有环状结构。
2.1.2　SUMO化的修饰位点
经典的 SUMO 化识别位点位于 ΨKXE 基序中
的赖氨酸残基，但其它因素如蛋白定位的亚细胞环
境、底物分子序列的合适暴露、相邻氨基酸的磷酸
化修饰等都可以影响到底物 SUMO化修饰位点的
特异性。
SUMO底物大部分都在核内，包括转录因子、
转录辅助因子、染色质重组调节因子等靶蛋白 [10]。
SUMO化后靶蛋白在亚细胞定位、蛋白之间的相互
作用及靶蛋白下游基因的转录活性都会发生变化，
可逆的 SUMO化修饰对于真核生物很重要 [11]。
2.1.3　SUMO化主要对转录进行负性调节
转录因子和转录辅助因子在发生 SUMO化后
有一个共同的趋势是抑制转录因子活性和转录活
性。可能主要通过与启动子的结合，招募其它像
HDAC6，Daxx，CHD3/ZFH 及 PIAS等这一类因子，
从而对转录进行抑制性调节；当然 SUMO分子也
可激活转录。研究发现，体外试验中 SUMO也可
通过热休克蛋白 HSF1、HSF2和 B2catenin活化因
子 Tcf24对转录激活起正性调控作用。
SUMO化是如何影响底物蛋白功能的，是否因
为 SUMO与其它修饰因子竞争结合相同的底物结
合位点，改变了底物蛋白分子内部的相互作用或者
与其它修饰分子间相互作用 (如泛素、组蛋白乙酰
基转移酶、组蛋白去乙酰化酶、蛋白激酶、磷酸酶
等 )，从而直接影响底物蛋白功能。还是通过改变
底物蛋白亚细胞定位、活性及稳定性，间接影响到
蛋白功能 [12]。具体机制尚不清楚。
2.2　作为SUMO E3连接酶，PIASx使多种蛋白发
生SUMO化
2.2.1　主要的功能域—RLD结构域
PIASx中 RLD结构域是一个富含半胱氨基酸
的保守区域，该区域中形成了一个 Siz/PIAS RING
(SP-RING)的环指结构，它与 SUMO连接酶 E3的
锌指结构很相似，故这个保守区域与 SUMO连接
酶 E3活性有关 [13]。无论体内体外，这个结构域对
于 PIAS蛋白的 SUMOE3连接酶活性是必须的 [14]，
因为用苯丙氨酸残基取代结构域中保守的色氨酸残
基会失去 PIAS蛋白的 SUMOE3连接酶活性。
在酵母 PIAS蛋白上游 PINIT基序与 RING的
环指结构一起形成 E3连接酶活性的功能模型，故
PINIT基序和环指结构对发生SUMO化是必需的 [15]。
此外还推测在 AD结构域内存在一个与 SUMO1相
互作用的 SIM基序 [16]，而且该保守序列的存在与否，
对 SUMO-E3连接酶的活性无关。去掉 SIM基序的
PIASx蛋白没有失去 SUMO E3连接酶活性，没有
这个保守 SIM基序的 PIASy也可以催化 SUMO与
蛋白质的连接 [17]。这些结果都提示 SUMO作用可
能涉及 PIAS蛋白分子的多个结构域 [18]。酵母 SIZ1
的 PHD结构域也具有 SUMO E3连接酶活性 [14]。
PcG(Polycomb group)蛋白在染色质水平上发
挥功能 [19]。近年来，研究表明 PcG对 X染色体失
活维持不可缺少 [20]。PcG存在 PRC1和 PRC2两种
图2 SUMO化循环示意图[8]
王海燕，等：PIASx结构与功能的研究进展第10期 1017
核心蛋白复合体，而 PRC2中的 SUZ12和 EZH2可
以在体内外发生 SUMO化，虽然 PIASxα和 PIASxβ
均具有 SUZ12结合的活性，但只有 PIASxβ能发挥
SUMOE3连接酶活性；SUZ12和 SUZ12的变体均
可以与特异性结合酶 (E2)作用，推测出 PIASxβ可
以使 SUZ12的任何截短体都可发生 SUMO化，实
验还证明 PIASxβ主要使 SUZ12中 75号位的赖氨
酸发生 SUMO修饰。作为替代位点，72位和 73位
赖氨酸也可发生较弱的 SUMO化，但这与 SUZ12
的核内定位和催化活性无关。与 SUZ12不同的是，
EZH2存在多个修饰位点。
MEF2A是肌细胞增强因子 (myocyte enhancer
factor MEF)的家族成员之一。实验证明，MEF2A
能影响小脑皮层颗粒神经元的树突爪分化。MEF2A
发生 SUMO化后，诱导突触后树突的分化。PIASx
是作为MEF2A发生 SUMO化的 E3连接酶，能增
加了树突爪的数量。SUMO化发生在 403位的赖氨
酸，但必须要以 408位丝氨酸的磷酸化为前提。
MEF2A发生 SUMO化能抑制孤儿受体基因 Nur77
启动子所介导的转录，但具体机制尚不清楚。
PIASxα和 PIASxβ二者的促进程度相似，分别通过
RNAi，细胞内PIASxα和PIASxβ的表达数量均减少，
但是树突爪的数量却分别减少了 50%和 70%。
CCAAT/增强子结合蛋白 (C/EBPδ)通过 SUMO
化来招募不同的辅助激活剂和不同的辅助抑制剂。
PIASx是其 SUMO化的 E3连接酶。对于全长的 C/
EBPδ来说，PIASxβ比 PIASxα具有更强大的激活
作用，这是依赖于 RLD结构域的完整性；而对于
包含了 C端部分氨基端的融合蛋白来说，PIASxα
具有更强大的促进作用，这是因为 PIASxα具有独
特的激活域。也有资料显示，PIASx通过隔离 C/
EBPδ到核周围，而抑制 C/EBPδ的转录活性 [21]；
Miz1可与，CCAAT/增强子上游的 -100~-70碱基
结合，单独发挥作用但是并不激活，CCAAT/增强子，
也可通过与Myc结合形成复合物，抑制 C/EBPδ介
导的转录 [22]。
Ski/Sno是 TGF-β信号通路的核内负调控因子。
作为内源性 Sno SUMO化的 E3连接酶，PIASx促
进 50位赖氨酸发生非 TGF-β依赖性的 SUMO化。
在额外细胞因子的辅助下，383位赖氨酸也可发生
SUMO化。发生 SUMO化后，Sno代谢稳定性及
对 TGF-通路的抑制活性无明显变化，但如果 Sno
去 SUMO化会大大促进肌肉特异基因的表达，导
致肌肉的发生。
在 PIASx SUMO E3连接酶的作用下，孤儿核
受体类固醇生成因子 -1(orphan nuclear receptor ster-
oidogenic factor 1 SF-1)194位赖氨酸发生 SUMO化，
后与协同因子 DP103蛋白作用， 抑制核受体的活
性。PIASxβ能够直接促进 P53 SUMO化，或者促
进蛋白MDM2发生 SUMO化 [23]，调节其在细胞内
的定位，然后通过MDM2介导 P53的负反馈调节
来抑制 p53的活性，促进降解来间接实现 [24]。然而
P53基因的活性抑制并不完全依赖于 P53的 SUMO
化，同样 PIASy也能够通过非 SUMO化方式抑制
P53基因活化，即 PIASy通过 TGF-β信号通路下游
分子 Smads激活素发生 SUMO化，降低 Smad3和
Smad4 的转录因子活性，抑制 P53 基因活化。
PIASxβ和 PIAS3却分别激活 Smad3和 Smad4的的
功能，导致 PIASx基因缺陷型小鼠细胞凋亡数目增
加，提示 PIASx是细胞凋亡的负调节因子。
心脏特异性同源盒基因 (cardic specific homeobox
Csx)/nkx2.5参与胚胎心脏的发育，是心脏畸形形
成的关键因素。51位赖氨酸可发生 SUMO化，
SUMO-1、SUMO-2 和 SUMO 3 均能结合 nkx2.5，
但是 SUMO-1分子的作用程度远高于后两者；仅有
PIASxα和 PIASxβ可以分别把 SUMO-1、SUMO-2
连至 nkx2.5上。SUMO化抑制 nkx2.5进行泛素化
修饰，从而促进其所介导的转录，而 SUMO化是
nkx2.5转录活性正性调节的主要方式，51位氨基酸
突变会抑制 SUMO化和 nkx2.5的激活活性 [25]。
实验证明，PIASxβ是造骨细胞分化和细胞外
基质矿物化所必不可少的，然而过度表达会引起相
反的效应。SUMO化缺陷性的 PIASxβ变体却不能
发挥促进作用，影响骨的正常形成。
2.3　PIASx还可通过非SUMO E3连接酶方式进行
转录调节
PIASx可对多种蛋白进行 SUMO化修饰；同
时许多转录因子的 SUMO化修饰可被 PIASx或者
几种特定的 PIAS蛋白所促进，但是它们的转录活
性似乎不依赖于 SUMO 化修饰或者 PIASx 的
SUMO化 E3连接酶活性。PIASx的转录活性也可
通过非依赖 SUMO化来阻断转录因子与 DNA的结
合来实现。
同源盒基因 (Homeobox genes HOX)是一类双
向调节生长发育的基因。HOXb1基因参与哺乳动
物菱脑分化。PIASxβ是其转录激活因子，SAP结
构域和 Pro富含区是必需的，而 SP-RING并不是必
不可少的；Krox20也是一含有锌指结构、HOXb1
生命科学 第23卷1018
转录调节因子，与附近的增强子结合直接激活
HOXb1基因；PIASxβ和 Krox20都可调节后脑的
发育，但是一旦二者结合会发挥转录抑制作用，只
是 Krox20的这种转录抑制作用离不开 PIASxβ，而
PIASxβ几乎可抑制所有 Krox20介导的激活基因的
转录。此时 PIASxβ作为一种辅转录调节因子通过
其他转录因子来发挥作用。由于 PIASxα和 PIASxβ
高度同源性，推测 PIASxα也可与 Krox20结合，发
挥类似的作用。
PIASx对 Elk-1的辅助激活并不需要 E3连接
酶活性，而是需要 PIASx的 SIM结构域与 Elk-1的
相互作用实现。Elk-1的转录活性依赖其磷酸化，
ERK、JNK 和 p38可对其进行调节。去磷酸化和
SUMO化可抑制其转录活性，位于转录激活域上游
的 R结构域发挥了重要作用，其中存在 230、249
和 254三个潜在 SUMO化位点。通过招募 HDAC2
至目标基因的启动子，抑制 Elk-1的转录活性。
ERK可以使 HDAC2和 SUMO分开，故可使 Elk-1
去 SUMO化 [26]，去除 Elk-1的抑制状态。SUMO
E3连接酶 PIASx能够激活 Elk-1，它促使 SUMO
和 Elk-1分开，而与 Elk-1结合。在MAPK途径激
活的情况下，PIASx对 HDAC2的招募作用消失 [27]。
3　作为构建蛋白，PIASx参与雄激素受体的调节
除了对上述转录因子进行化学修饰，行使
SUMO E3连接酶功能，还可以作为构建蛋白形成
复合物发挥辅助调节因子的作用。研究发现所有的
PIAS蛋白均能共激活类固醇激素受体，主要是研
究较多的雄激素受体 (AR)。
3.1　雄激素受体-AR
雄激素受体 (AR) 是细胞核受体超家族中的
一员，这些受体具有不同的功能区：N端转录激活
区 (NTD)、DNA结合区 (DBD)、铰链区和配体结
合区 (LBD)。DBD和 LBD具有高度保守性，不同
的结构与具有特定的功能 (图 3)。
通常情况下，AR为配体依赖性活化 (ligand-
dependent activation)，在没有雄激素存在的情况下，
激素受体的 LBD 区一般与 Hsp结合，雄激素受体
没有活性。但是有研究表明，在 AR基因没有变异
的情况下，AR的活化还可能通过配体非依赖的方
式进行。AR配体非依赖性激活的方式有两种，一
种是直接作用，改变 AR的结构及磷酸化状态：磷
酸化的 AR可促进雄激素调节基因的转录；另一种
是间接作用，通过蛋白与蛋白之间的相互作用增强
AR的活性或减轻对 AR活性的抑制从而活化 AR。
AR调节转录活化主要是通过 NTD和 LBD这
两个结构域来完成的，即通过 N端 AF1和 C端的
AF2相互作用调节基因表达，还可依靠 AR中 DBD
与其上游序列分子内接触抑制 AR活性。这种抑制
方式是 AR所特有的。
AR与受体结合后，与 Hsp解离，发生二聚化
形成复合物，稳定性发生改变，同时获得透过核膜
的能力，转位进入细胞核，通过其 DBD区识别
HRE，并与之结合，结合后的激素 /受体复合物可
刺激转录起始点附近的起始前复合物的形成或使该
复合物稳定，并可能将其与 RNA聚合酶 II连接起
来，从而引发靶基因的有效转录。激素与 AR的亲
和性大小与激素的作用强度是平行的，而且靶器官
(1)NTD区：又称为转录激活区，N端结构同源性很少，因此可能也是抗原决定簇区。含有一个重要的激活区域AF1 (activation
function 1)，它直接参与了AR的N /C 端相互作用。对NTD域的删减并不影响AR的LBD和DBD域的活性
(2)DBD区：是一个相对比较小的由两个外显子编码的结构域，包含有由3个螺旋组成的两个锌指结构，第1个锌指结构可
以识别含有5-TGTTCT-3 序列的DNA六聚体，第2个锌指结构则可以稳定受体与靶基因上激素反应元件(hormone response
element, HRE)的结合。
(3)NJ区：连接AR-LBD 和AR-DBD，是AR二聚体形成、辨认AR的特异响应元件(ARE)以及AR转录活性的重要调节区。研究
表明，铰链区有抑制AR-LBD2-AF2活性的作用。
(4)LBD区包含一个核定位信号、一个二聚体化区域、与热休克蛋白(Hot shock protein, Hsp)相互作用区域和激活功能区
AF2(activation function 2)。
图3 AR结构示意图
王海燕，等：PIASx结构与功能的研究进展第10期 1019
的功能状态也会影响胞浆受体的含量。
3.2　PIASx调节AR的活性
在调节核内激素受体介导的基因转录中，
PIASxα和 PIASxβ均可与配体结合后的核内激素受
体相互作用，正或负调节激素介导的基因转录。调
节的程度的大小及性质的正负由细胞类型、受体、
启动子共同决定的。对雌激素受体，PIASX能激活
其介导的基因转录，但 PIASXα、PIASXβ激活程度
不同；对孕激素受体，PIASXα有更强的激活活性。
通过 cDNA文库发现人体的 PIASxα和大鼠的
ARPI3(Androgen Receptor-Interacting Protein 3)序列
同源，PIASxβ和鼠的Miz1(Msx-interacting zinc finger)
序列同源。ARPI3是与 AR锌指结构域作用的一种
辅调节因子；鼠Miz1可与存在Msx同源结构的蛋
白质作用，增强蛋白质与 DNA的结合。
3.2.1　PIASx与AR
对于小鼠的乳瘤病毒启动子，很小剂量的
ARPI3会促进 Hella细胞中 AR介导的基因转录，
稍微增加剂量则会抑制。
对于天然启动子，PIASxα能抑制 AR介导的
转录 [28]。PIASxα只是屏蔽了 AR的 DNA结合域，
但这不影响 AR与相应反应元件作用的特性，这种
抑制活性可被 SUMO化的 DJ-1阻遏，DJ-1不与
AR直接结合影响其活性，但它能与 PIASx/ARIP3
羧基端 433–493结合，这个区域包括了 AR作用域，
从而 DJ-1抑制了 PIASx/ARIP3与 AR的结合，使
得 AR能发挥转录活性，但是三者不会形成复合物
与 DNA作用。SUMO化修饰是 DJ-1执行此功能的
必要前提条件，DJ-1可以在 K130位点发生 SUMO
化修饰，SUMO化的DJ-1能够进入细胞核发挥作用。
丧失 SUMO化位点的突变体，被滞留在细胞质中
无法进入细胞核，失去全部抑制 PIASxα的活性。
同样 DJ-1这种特性也表现出剂量依赖性。
Miz1能激活 AR活性，且呈剂量依赖性，这
种激活与Miz特有的功能域有关，但是在 HPG2细
胞中就不会存在这种情况。在 HPG2细胞中，所有
的 PIAS蛋白能激活 AR依赖的基因转录，且激活
程度相近。虽然 AR可以在没有雄激素的情况下被
其他的信号分子所活化，但是 ARPI3和Miz1呈现
出激素依赖性，即在雄激素不存在的情况下不会影
响靶基因的转录，同时也不会改变 AR数量； PIAS
蛋白不能调节靶基因的基础转录水平，只是作为辅
调节因子作用于启动子。
3.2.2　PIASx与SUMO化的AR
体内外实验证明，ARPI3和 PIAS1是 AR特异
性的 SUMOE3连接酶，386 和 520位赖氨酸是作用
的位点，只有发生 SUMO化才能抑制 AR配体依赖
的转录激活特性。研究表明，对于 SUMO化修饰
位点突变的核受体，SUMO化则抑制了这些核受体
介导的基因转录活性。
虽然 PIASxβ能增强这些核受体的 SUMO化修
饰程度，而与预想不同的是，PIASxβ实际上是作
为辅激活因子促进核受体的转录激活，而非依靠以
增强的 SUMO 化来发挥抑制作用，这可能与
PIASxβ作为构架蛋白结合辅激活因子形成转录激
活物。
3.3　SAP结构域参与PIASx对AR的转录调节
3.3.1　SAP——潜在的SAR/MAR结构域
SAP结构域因可识别染色体区域中的支架或者
基质附着区 (SARs/MARs)的核支架附着因子 A和
B(scaffold attachment factor A/B)，凋亡细胞染色体
聚集所需的凋亡蛋白酶 (caspase-3 CCP3)激活蛋白
(Acinus)及 PIAS三种蛋白而得名 [29]。SAP结构域
中存在 LXXLL基序 (X任意的氨基酸 )，这是一个
α螺旋基序，在几个核受体的共调节子中发现，存
在于许多染色质连接蛋白中，参与了序列或结构特
异性的 DNA连接 [30]。LXXLL基序对作用于核受
体 LBD中 AF-2的几种辅激活因子是所必需的。
染色质水平的修饰是真核生物基因表达调控的
重要方式 [31]。SAP最基本的性质——潜在的 SAR/
MAR(scaffold attachment region/matrix attachment
region)结合能力。SAR/MAR是基因组中一类核基
质 (核骨架 )结合的序列，它富含 A T碱基。SAR/
MAR参与复制起始 [32]， 还参与了染色质高级结构
的维持。染色质通过 SAR/MAR结合在核基质上折
叠成环状结构，阻断周边负调控信号对环内基因的
影响或通过类似增强子的作用促进相邻基因的表
达。研究发现 N端含有 SAP结构域的蛋白 SAF-A/
hnRnp-U，AcinusL等都参与染色质高级结构的维
持和改构 [33]。
3.3.2　SAP结构域在SUMO化过程中发挥作用
PIAS蛋白的 N端包含 SAP结构域，它作为
E3连接酶促进底物蛋白发生 SUMO化 [30]。
PIASx能增强 FLI-1发生 SUMO化，并对 FLI-1
介导的转录起抑制作用，但这种转录并不依赖于
FLI-1的 SUMO修饰，而主要依赖 PIASx的 SAP
结构域通过 SAR/MAR在核内从新定位发挥作用。
首先 FLI-1先形成抑制复合物，PIASx能使核浆中
生命科学 第23卷1020
大部分弥漫分布的 FLI-1聚集，然后在染色质水平
上形成辅助抑制复合物，通过核基质作用最终定位
到成熟的 PIASxα核小体上。此时 PIASx可看作是
一种构架蛋白为蛋白质之间的相互作用提供平台，
促进细胞信号通路复合物或基因转录复合物中其它
调节蛋白的去除和募集。
PIASxα与核小体的作用需要 SUMO酶的活性。
在 PIASxα作用下，发生 SUMO化修饰的蛋白与核
基质的作用都需要典型的 PIASxα核小体。去除
PIASxα/ARPI3的 SUMO-1结合域及 SAP结构域都
能损害 PIASxα核小体结构。
在 PIASx E3连接酶的作用下，AR发生 SUMO
化后发挥转录调节活性，说明这两种作用不是互相
排斥的，同时说明了 PIASx蛋白作用的复杂性。
4　临床意义
PIASx基因特异的表达在睾丸发生和精子发
生中发挥了重要作用。实验发现 PIASx基因缺陷型
小鼠，血清 FSH、LH水平没有明显的变化，精子
的质量正常，仍然具有正常的生育能力，但是发现
突变鼠睾丸内雄激素水平降低，精子数量减少，生
精小管的直径变短，睾丸细胞凋亡数目增加，睾丸
重量变轻。可推测出，PIASx在精子发生过程中所
需求的是量而不是质 [34]，只有当精子减少到 10%
以下才会影响生殖能力。还提示 PIASx与雄激素的
睾丸聚集有关。
此外，实验已经证实 PIASxα染色强弱与睾丸
生精功能的强弱有一定关系。提示 PIASxα在精子
发生中有作用，可能是一个潜在的判断睾丸生精功
能的指标，但具体的机制有待进一步研究。
5　展望
PIASx 作为 SUMO化 E3连接酶，是什么信号
控制其和途径上其它各个组分的表达，共同发挥作
用。PIASx是否来回穿梭于核内外参与 SUMO化。
如果是，它们的穿梭又是如何控制，如何保证
SUMO化的底物特异性的。SUMO化的 AR如何抑
制配体依赖的转录活性，SAP结构域如何参与核受
体 LBD中 AF-2的激活，这些问题仍需要进一步解
决。
PIAS家族成员均在睾丸中表达。PIASx特异
性的在睾丸组织中高表达，PIAS1和 PIASy也在睾
丸中高表达，对特异性不高的 PIAS3在睾丸中的表
达也相对较高。PIASx可通过多种机制参与睾丸发
生和精子发生的调节，其它家族蛋白也发挥了重要
作用，但是目前机制尚不清楚。
加深对 PIASx的了解，有助于人们清晰认识
精子发生过程中基因表达的调节，深刻体会到调节
的精细和准确，为分子水平上诊断和治疗男性不育
提供了理论依据，加快了男性不育疫苗有效研发的
脚步。
[参　考　文　献]
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