N-myc下游调控基因（N-myc downstream regulated gene，NDRG）家族是包括NDRG1~4在内的新的基因家族，NDRG1是NDRG家族的第一个成员，最先被鉴定为由广泛表达的NDRG1基因编码的细胞质蛋白^[1-2]。呼吸系统疾病是常见疾病，死亡率高，疾病负担重，已经成为最突出的公共卫生与医疗问题之一，对我国人民健康构成严重威胁。随着大气污染、吸烟、老龄化及病原菌耐药等问题的日益凸显，呼吸系统疾病的防治形势愈发严峻。呼吸系统疾病多存在缺氧或氧化应激，皆是诱导NDRG1表达的重要诱因。在肺中NDRG1主要表达在呼吸道组织的细胞内^[3-4]，参与多种生理活动和功能调节，包括肿瘤进展以及细胞应激反应，因此NDRG1在疾病发生发展过程中发挥重要作用。

NDRG1的结构  NDRG1最先发现于N-myc敲除的小鼠胚胎中，受N-myc抑制性调控。根据鉴定的细胞及基因功能的差异，该分子具有多种不同的名称，包括分化相关基因1（differentiation-related gene-1，DRG1）还原剂和衣霉素反应蛋白（reducing agent and tunicamycin-responsive protein，RTP）、钙相关蛋白43（Ca²⁺-associated protein 43，Cap43）和氧调节蛋白（protein regulated by oxygen，PROXY-1），最后被人类基因组组织基因命名委员会（HUGO Gene Nomenclature Committee）正式命名为NDRG1^[5]。NDRG1定位于染色体8q24.3^[6]，全长60 085 bp，包含16个外显子和15个内含子，编码2 997 bp的mRNA，其中1 182 bp为可编码区^[7]。NDRG1的mRNA被翻译成相对分子质量43 000、由394个氨基酸组成的蛋白质^[8]。人类NDRG1蛋白与NDRG其他家族成员的不同之处在于，包含3个十肽串联重复序列，每个十肽串联重复序列都由GTRSHTSE残基组成^[9]。此外，NDRG家族其他成员也缺乏C末端的两个残基Ser和Glu^[10]。NDRG1的C端结构域在NDRG蛋白质中是独特结构，已证实血清和糖皮质激素诱导激酶1（serum and glucocorticoid-inducible kinase-1，SGK-1）在Thr328、Ser330、Thr346、Thr356和Thr366处磷酸化NDRG1^[11-12]，而糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）在Ser342、Ser352和Ser362处磷酸化NDRG1^[13]。SGK1和GSK3β是抑制NDRG1的两种上游激酶，导致NDRG1水平降低^[14]。同时，在C末端区域有一个磷酸泛乙烯连接位点（phosphopantetheine attachment site，PPAS）^[15]，在缺氧条件下，NDRG1的PPAS区域全部或部分缺失可消除核易位，应对细胞DNA损伤的反应表明PPAS可能负责NDRG1的核定位^[16]。在NDRG1蛋白质N末端附近发现了另一种独特的结构，即蛋白质N末端附近的螺旋-螺旋（helix-turn-helix，HTH）以及α/β水解酶折叠内的帽状结构域（残基169~235）^[15]。目前这些结构的确切功能还不清楚。

NDRG1的分布及表达  通过原位杂交分析，NDRG1在正常人体的大多数器官和系统中均有表达，包括消化道、免疫系统、生殖系统和泌尿系统，其中在肾脏、前列腺和卵巢的表达水平最高^[3]。部分组织如大脑、心脏、卵巢、骨骼肌和血管等在mRNA水平表达NDRG1，但在蛋白水平无表达^[4]。NDRG1可对多种生物刺激产生反应，包括NO、钙离子水平及缺氧等^[2]。虽然NDRG1在人体组织中广泛表达，但似乎具有组织特异性功能。胎盘中发现的NDRG1表达可归结为其在滋养层分化和缺氧诱导损伤保护中的作用^[17]。NDRG1的普遍表达表明该分子可能在正常生理中发挥多效性作用。在肺组织中，免疫组织化学显示NDRG1蛋白主要在皮脂腺、外分泌腺及呼吸道肺支气管腺体表达，而在血管内皮细胞、平滑肌细胞未检测到^[3]。检索the Human Protein Atlas数据库（https://www.proteinatlas.org/）同样表明，NDRG1在呼吸道上皮中呈高表达，在肺泡细胞及巨噬细胞中呈中度表达，而在肺血管中未检测到。

NDRG1与感染性疾病  烟曲霉（A. fumigatus）是一种常见真菌，当人体免疫功能受损时，就会发生严重的侵袭性曲霉病感染，烟曲霉分生孢子与Ⅱ型肺泡上皮细胞的相互作用在疾病进展中起重要作用^[18]。Zhang等^[19]用体外细胞模型比较了Ⅱ型肺上皮细胞在有无烟曲霉刺激下的蛋白质组学，表明烟曲霉感染后NDRG1表达上调，NDRG1敲除后烟曲霉的内化效率显著降低。这些结果表明烟曲霉促进NDRG1表达，影响肺上皮细胞代谢。

对A549细胞感染不同宿主来源的A型流感病毒（包括人源性季节性流感A病毒H3N2、猪源性流感A病毒H1N1及禽源性流感A病毒H3N2）进行mRNA表达谱分析，并用RT-qPCR验证，发现NDRG1具有差异表达^[20]。A549细胞感染H5N1病毒后发现，病毒蛋白可上调NDRG1表达，NDRG1过表达释放出约4倍的病毒粒子，而NDRG1敲除导致病毒表达下降。进一步研究表明，NDRG1下调IκB激酶β（inhibitor kappa B kinase β，IKKβ）诱导的干扰素β（interferon β，IFN-β）和IL-8，提示NDRG1下调核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB），进一步抑制固有免疫，促进了A型流感病毒复制^[21]。

与上述研究结果相反，猪繁殖与呼吸综合征病毒（porcine reproductive and respiratory syndrome virus，PRRSV）感染会下调NDRG1表达，NDRG1缺乏可减少细胞内脂滴数量，并促进自噬，增加水解游离脂肪酸的产量，从而促进病毒RNA复制和子代病毒组装。因此，NDRG1和脂质吞噬对于了解PRRSV的发病机制和开发新的治疗方法具有重要意义^[22]。EB病毒（Epstein-Barr virus，EBV）可编码自己的microRNAs，然而其生物学作用仍不详，通过对病毒miRNA阳性和阴性的差异表达基因进行筛选，发现多种EBV编码的miRNA协同下调NDRG1，同时免疫组化分析显示EBV阳性鼻咽癌组织中NDRG1表达水平明显下调，NDRG1在其中发挥的作用有助于进一步阐明EBV介导的上皮癌变机制^[23]。

脓毒症相关性器官损伤在脓毒症患者中有较高的发病率和死亡率，吸入2%氢气可有效改善脓毒症及相关器官损伤^[24]。Jiang等^[25]采用液相色谱-串联质谱分析研究氢气治疗脓毒症的相关蛋白质组学，发现氢气通过下调NDRG1及其他基因的表达减轻脓毒症小鼠的肠道损伤，但具体机制有待进一步研究。

NDRG1与慢性气道炎性疾病  慢性鼻-鼻窦炎是一种常见的上呼吸道疾病，尽管对其发病机制知之甚少，但越来越多的证据表明上皮物理屏障缺陷起着重要作用，而鼻上皮屏障功能受多种内外因素的调控，可由吸入性过敏原、微生物或病毒感染、细胞因子、缺氧或缺锌等原因引起^[26]。利用Affimetrix人类全基因组基因芯片进行微阵列分析，鉴定出NDRG1在上皮细胞屏障发育过程中被诱导表达，慢性鼻-鼻窦炎患者鼻组织纤毛上皮细胞中NDRG1高表达，杯状细胞或受损上皮细胞中NDRG1低表达；NDRG1敲除通过降低连接蛋白claudin-9的表达，破坏气道上皮细胞的紧密连接，提示NDRG1对气道上皮细胞屏障的完整性起重要作用^[27]。

NDRG1与肺损伤/急性呼吸窘迫综合征  危重患者对呼吸机诱导的肺损伤的敏感性不同，表明基因-环境相互作用可能促进个体的易感性。对小鼠进行大潮气量通气后肺泡毛细血管通透性的测定，发现NDRG1上调，但具体作用及机制尚不清楚^[28]。脂毒素A4（lipoxina4，LXA4）通过促进肺上皮细胞上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）的表达，减轻脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征^[29]。Zhang等^[30]将A549细胞与LPS和LXA4共同孵育，对A549细胞进行转录组测序，发现NDRG1在LXA4中呈剂量依赖性升高，NDRG1敲除抑制LPS处理的A549细胞活力，而磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）抑制剂LY294002可抑制NDRG1和ENaC-α的表达以及SGK 1的磷酸化，提示NDRG1通过介导PI3K信号通路恢复ENaC的表达，从而在LPS诱导的A549细胞损伤中发挥保护作用。

缺氧诱导信号通路参与高原环境适应性调节等多种病理过程，NDRG1具有较强的缺氧应激反应功能^[31]，可能在缺氧相关疾病中发挥重要作用。Grigoryev等^[32]将C57BL/6J小鼠置于缺氧室中10 h，通过与常氧对照组差异基因筛选发现NDRG1在缺氧小鼠中表达上调，提示NDRG1在小鼠低氧过程中可能具有一定功能。NDRG1在缺氧的原代人类滋养层中表达增加，NDRG1基因敲除的胚胎生长受限，随着缺氧暴露，NDRG1缺乏导致载脂蛋白A2、A4、A5、C2和C4表达减少，表明NDRG1通过调节脂蛋白代谢参与缺氧损伤^[33]。

NDRG1与肺部肿瘤  NDRG1是一种已知的多发性肿瘤转移抑制因子，其在恶性肿瘤中的作用尚未完全阐明。既往研究发现NDRG在多种恶性肿瘤中呈高表达，促进肿瘤进展（包括肺癌）。Wang等^[34]发现，肺癌患者血清NDRG1水平明显高于健康对照组。在肺组织中，与癌旁正常组织相比，肺癌组织中NDRG1表达明显增加^[34-37]，肺腺癌的NDRG1水平明显高于肺鳞癌^[34]，且NDRG1基因表达水平不随端粒状态改变^[38]。预后分析显示NDRG1高表达预后差，提示NDRG1是非小细胞肺癌预后不良的预测指标^{[36, 39]}。

缺氧诱导信号通路参与肿瘤发生的多种病理过程。虽然NDRG1对缺氧的反应研究较多，但是对于NDRG1的具体调控机制研究较少。Wang等^[40]研究发现，低氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）可以结合NDRG1启动子的-1202到-450区域，激活NDRG1表达，提示了NGRG1在缺氧应激反应中的作用机制。地高辛可通过抑制HIF-1α的合成，在转录水平下调缺氧诱导的NDRG1过表达^[41]。Cangul等^[42]发现，HIF-1非依赖性通路参与慢性低氧时该基因的调控。下调V-Ets骨髓成红细胞增多症病毒E26癌基因同源物1（recombinant V-Ets erythroblastosis virus E26 oncogene homolog 1，ETS1）抑制NDRG1的表达，表明ETS1与HIF-1共同参与调节低氧诱导基因^[43]。职业性接触镍化合物与肺癌有关，Tchou-Wong等^[44]研究表明，镍暴露增加了A549细胞中NDRG1启动子和编码区H3K4的三甲基化水平，为镍化合物致癌性的表观遗传机制提供了新的思路。转移性肺癌在肺腺癌患者中很常见，但其分子机制尚未完全阐明，miRNA可促进肿瘤发生发展，其中miR-576-3p在晚期肺腺癌显著降低，SGK1是miR-576-3p的直接靶点，对miR-576-3p水平的调节导致SGK1水平改变及其下游靶点NDRG1的活化改变，从而调控肺腺癌的迁移和侵袭^[45]。长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）在小细胞肺癌中的研究很少。Zeng等^[46]首次证明Linc00173与小细胞肺癌的进展相关，Linc00173通过miRNA-218作为竞争性内源性RNA上调酪氨酸激酶，进而NDRG1上调，β-catenin易位，促进小细胞肺癌进展。染色质重塑蛋白家族CW型锌指结构蛋白2（microrchidia family CW-type zinc finger 2，MORC2）是一种新发现的染色质重塑蛋白，MORC2过表达抑制NDRG1启动子的活性，介导体内结直肠癌细胞的肺转移^[47]。

针对NDRG1的下游信号通路，研究发现NDRG1基因沉默后凋亡前蛋白BAX增加，抗凋亡蛋白Bcl-2和Bclx减少，导致线粒体损伤，线粒体膜电位被破坏，通过有效降低葡萄糖摄取、乳酸输出阻断缺氧导致的有氧糖酵解^[48]，这项研究为NDRG1在肺癌中的促增殖和抗凋亡机制带来启示。肿瘤起始细胞（tumor initiating cell，TIC）在多种肿瘤发生发展中起重要作用，但作用机制仍不清楚。研究发现NDRG1可促进非小细胞肺癌中TIC的干细胞样特性，包括诱导多能干细胞因子、成球能力和致瘤性，其机制为NDRG1直接与细胞S期激酶相关蛋白2（sphase kinase associated protein 2，Skp2）相互作用，通过周期蛋白依赖性激酶2（cyclin-dependent kinases，CDK2）失活降低Skp2的磷酸化，阻止C-myc降解^[49]。多种恶性肿瘤都与血管生成的调节受损有关，其中血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGF-A）是一个关键的调节因子。Kosuke等^[50]发现肿瘤血管内皮细胞中NDRG1缺乏阻止了磷脂酶Cγ1和细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）1/2的激活，NDRG1通过其磷酸化位点与磷脂酶Cγ1形成复合物，从而降低VEGF-A诱导的血管生成，提示NDRG1在血管生成中的作用。

耐药性是肺癌治疗中一个严重的临床问题，其中上皮细胞间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）过程在化疗耐药中起重要作用^[51]。Hao等^[52]利用蛋白质组学方法鉴定出耐药肺癌细胞中NDRG1显著下调，NDRG1下调使肿瘤细胞获得EMT表型，对顺铂的耐药性增加。另一项研究表明，顺铂显著上调肺癌细胞中转录激活因子3（activating transcription factor 3，ATF3）、磷酸化P53和切割半胱天冬酶3的表达，但在顺铂存在下NDRG1过表达降低了这些蛋白的水平，表明NDRG1参与肺癌对顺铂的耐药^[53]。He等^[54]发现，与药物敏感细胞相比，耐药肺癌细胞中NDRG1水平较低，表明NDRG1是肺癌顺铂耐药过程中DNA损伤反应和缺氧相关细胞应激反应的重要调节因子。同样，下调NDRG1表达增加了H441细胞对足叶乙甙诱导的凋亡的敏感性，抑制NDRG1表达的策略可能有助于靶向治疗^[55]。具有激活表皮生长因子受体突变功能的非小细胞肺癌中，参与糖代谢的基因组在高表达p-NDRG1的患者中富集，总生存率与p-NDRG1呈负相关，揭示了p-NDRG1与EGFR耐药细胞代谢重编程之间的联系^[56]。

结语  NDRG1是一种广泛表达且功能多样的基因，目前认为NDRG1在呼吸系统疾病中的作用主要集中在肺部感染、慢性气道炎性疾病、低氧相关疾病及肺部肿瘤等，NDRG1可能成为这些肺部疾病的有效治疗靶点。

作者贡献声明  李成伟  文献复习，论文撰写和修改。李圣青  论文构思和修改。

利益冲突声明  所有作者均声明不存在利益冲突。