核因子-κB与心肌缺血再灌注后无复流

曾敏综述，颜红兵审校

心外膜冠状动脉狭窄和闭塞解除后，心肌组织水平灌注未得到改善的现象称为无复流。随着冠状动脉介入和溶栓治疗的普及，这一现象已经越来越受到重视［1］。转录因子核因子-κB在无复流发生的一系列病理生理过程中扮演了重要的角色。

1 核因子-κB的特性、激活途径

核因子-κB是由Rel蛋白家族成员以同源或异源二聚体形式组成。Rel蛋白包括 RelA(P65)、RelB、c-Rel、核因子-κB1(即P50，前体蛋白为 P105)和核因子-κB2(即 P52，前体蛋白为P100)。该家族的特征是都具有包括DNA结合部位/二聚体化部位、κB抑制蛋白结合区及核定位序列的高度保守的Rel同源区。最常见的形式是P50/P65异源二聚体，即通常所指的核因子-κB。核因子-κB 与其抑制蛋白 IκB 家族成员(IκBα、IκBβ 和IκBε)结合成三聚体，以无活性的形式存在于细胞浆中。

在经典的核因子-κB活化途径中，细胞外信号如肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor α，TNFα)、白细胞介素(interleukin，IL)-1等刺激可激活IκB激酶(IKK)。IKK由一个调节亚单位IKKγ(也被称为NEMO)和两个催化亚单位IKKα以及IKKβ组成。IKK催化IκB磷酸化并通过26S蛋白酶体泛素化降解、与核因子-κB解离。活化的核因子-κB进入细胞核中与相应的靶序列结合，调节下游基因转录。非经典的核因子-κB活化途径主要依赖核因子-κB诱导激酶(NIK)诱导激活IKKα，IKKα磷酸化p100亚基并将其处理为成熟的p52，p52/RelB二聚体激活并进入细胞核。活化的核因子-κB通过其下游分子如促炎细胞因子、黏附因子、趋化因子、凋亡调节基因、急性期蛋白血管紧张素Ⅱ及组织因子等参与调节炎症、免疫及细胞存亡等重要细胞功能。

2 无复流发生的可能机制

2.1 缺血及再灌注损伤

局部长时间缺血和阻塞血管复流所带来缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion，IR)是冠状动脉无复流发生的重要机制之一。缺血时间越长，毛细血管内皮细胞和心肌细胞肿胀越明显，压迫冠状动脉进一步加重缺血，中性粒细胞聚集、活性增高，不仅堵塞血管内腔，而且成为氧自由基的重要来源。另外，再灌注可以诱导毛细血管表达黏附分子如细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)等介导白细胞与内皮细胞的黏附反应启动炎性浸润。临床研究显示患者的白细胞计数与心脏微血管损伤高度相关，可以预测急诊冠状动脉介入术后无复流的发生［2］。大量的炎性细胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-18等参与并介导了缺血再灌注损伤。缺血再灌注损伤的核心是炎症反应，而炎症反应与无复流的发生发展关系密切。

2.2 微血管痉挛与血栓栓塞

心肌缺血时，局部血管紧张素Ⅱ增多，促进血管收缩、痉挛。冠状动脉再灌注、球囊或支架对血管壁的扩张牵扯及对血流的阻断作用均可引起心脏交感神经反射导致α-受体肾上腺素能血管收缩，局部血管紧张素Ⅱ受体密度升高。再灌注及介入操作过程中所致的内皮损伤可抑制内皮依赖性舒张因子内皮源性一氧化氮(eNO)的生成而促进可诱导性一氧化氮(iNO)的表达。另外，内皮细胞合成的缩血管肽——内皮素1可通过其强大的缩血管作用导致冠状动脉小阻力血管广泛而持续的痉挛加重内皮损伤。内皮素1水平是冠状动脉介入术后发生无复流的独立预测因子［3］。组织因子是机体内活性最强的促凝物质之一，它在粥样斑块坏死核心的基质上大量表达。冠状动脉介入操作时斑块破损释放活性组织因子到冠状动脉中可导致微血栓形成。

2.3 无复流与冠状动脉微循环障碍的个体易患性

据报道，糖尿病、冠状动脉血栓高负荷、不稳定性心绞痛或急性心肌梗死的急性期、退行性大隐静脉桥等都是再灌注后无复流发生的高危患者。对比急性冠状动脉综合征介入术后吸出物，发现容易破裂的软斑块更易导致无复流。这可能与不稳定斑块在导丝通过、球囊扩张或放置支架的过程中更易碎裂并造成远端微血管栓塞有关。大隐静脉桥的动脉粥样硬化进展速度非常快，斑块通常更大、含有更多的脂质和泡沫细胞，因而有更高的栓塞风险和无复流发生率。

3 核因子-κB参与无复流发生的分子机制

3.1 核因子-κB与缺血再灌注损伤

氧自由基和炎性细胞因子都是激活核因子-κB的重要物质。TNFα和IL-1是缺血再灌注损伤时参与激活核因子-κB的最重要的细胞因子。TNFα通过MAP3K家族的有丝分裂原活化蛋白激酶(MEKK-1)磷酸化并泛素化降解IκB，或与受体肿瘤坏死因子—受体1(TNF-R1)结合后通过受体相互作用蛋白(RIP)使IKK激活从而激活核因子-κB。IL-1与其受体白细胞介素-1受体1(IL-1R1)结合，通过NF-κB诱导激酶激活IκB激酶从而诱导核因子-κB的核位移。通过给小鼠应用IL-1R和MyD88相互作用的抑制剂AS-1可以减轻心肌缺血再灌注损伤，提示在心肌缺血再灌注损伤中由IL-1R介导的、MyD88依赖的核因子-κB激活途径起到了促进固有免疫和炎症反应的重要作用［4］。激活的核因子-κB 可诱导 TNFα、IL-1β 大量表达，促进E-选择素和细胞间黏附分子-1生成，介导中性粒细胞黏附内皮细胞，导致毛细血管的机械性堵塞并加重炎症反应。研究表明核因子-κB p50基因敲除的小鼠心肌缺血再灌注损伤较野生株明显下降，这种心脏保护作用在给变异株小鼠移植野生株的骨髓后消失，说明正是变异株小鼠的白细胞核因子-κB活性下降减少了其心脏损害［5］。此外，核因子-κB-IL-6信号通路在血管紧张素Ⅱ诱导的血管内皮通透性增高、血管炎症中也起了十分重要的作用［6］。还有研究认为核因子-κB诱导产生IL-18参与缺血再灌注损伤炎症反应。

3.2 核因子-κB与微血管痉挛和血栓栓塞

生理状态下，一氧化氮(NO)的合成主要来源于血管内皮细胞(内皮源性一氧化氮)，它具有松弛平滑肌、扩张冠状动脉及抑制血小板聚集等重要作用。但在缺血再灌注损伤的病理过程中NO却可能产生相反的作用［7］。核因子-κB的激活可能是NO“失稳态”的关键。TNFα能诱导生成大量黄嘌呤氧化酶和超氧化物从而对血管产生一种强烈的抗内皮诱导舒张因子效应，TNFα降低内皮源性NO表达水平，激活核因子-κB促进可诱导性NO在再灌注时的表达，从而促进微血管收缩加重炎性反应。研究显示，抑制核因子-κB可降低内皮素1水平而应用TNFα可通过激活核因子-κB增加内皮素1表达［8］，说明核因子-κB参与了缩血管因子内皮素1合成的调控。核因子-κB可通过调节组织因子的表达而启动外源性凝血系统，促进血栓形成。它还可与血管假血友病因子的启动子结合而介导血小板与内皮下胶原的黏附反应。而急性心肌梗死患者vWF水平与冠状动脉介入术后无复流的发生密切相关［9］。此外，核因子-κB还通过刺激黏附分子表达而促进中性粒细胞、白细胞及血小板之间的相互作用，破坏凝血平衡，促进微血栓的形成。

3.3 核因子-κB与冠状动脉微循环障碍的个体易患性

心肌核因子-κB的表达水平在合并高血糖、高血压的小鼠缺血再灌注损伤模型明显高于对照组。糖尿病患者心肌再灌注时核因子-κB活性升高，心肌炎性损害也更为严重［10］。不稳定性心绞痛患者外周血单核细胞的核因子-κB明显激活［11］。核因子-κB参与了不稳定斑块的发生、进展过程。核因子-κB激活趋化因子单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractent protein-1，MCP-1)使单核细胞紧密黏附血管平滑肌细胞并进入内皮下间隙，它随后在核因子-κB介导产生的巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)作用下分化成巨噬细胞，摄取脂蛋白成为泡沫细胞启动动脉粥样硬化的形成。核因子-κB激活还刺激TNFα诱导的平滑肌细胞迁移、增生，同时通过基质金属蛋白酶-9(MMP-9)介导巨噬细胞浸润，加速胶原降解，使纤维帽变薄，促进斑块稳定性下降。

4 核因子-κB与无复流后细胞存亡转归

无复流发生后最终会通过三种细胞死亡模式即坏死、凋亡及自噬决定心肌细胞存亡转归。核因子-κB与缺血再灌注损伤后细胞凋亡的关系存在争议。基因敲除RelA、IKKβ或IKKγ均可导致小鼠肝脏大面积凋亡及胚胎期死亡，提示核因子-κB具有抗凋亡的生理意义。缺血再灌注损伤中核因子-κB激活，通过调节抗凋亡基因如TNF受体相关因子(TRAF)和凋亡蛋白抑制剂(IAP)等的转录抑制TNFα诱导的凋亡。但是受核因子-κB调节的不少基因如 Fas配体、IL-6、IL-8、TNFα等也有促凋亡作用。血红素氧化酶-1可以通过抑制核因子-κB而减少缺血再灌注损伤所致的心肌细胞凋亡。直接应用核因子-κB的抑制剂BAY11-7082，小鼠缺血再灌注损伤后心肌细胞凋亡数较对照组明显下降［12］。这些似乎矛盾的研究结果可能与核因子-κB处于各个信号通路交集的中间、受多因素的协调有关。不同的核因子-κB刺激信号、核因子-κB激活的持续时间、程度及参与受调节的下游因子等都可能导致不同的结果。自噬是细胞在营养缺乏或应激时降解自身蛋白和细胞器并进行再循环利用的一种自我保护方式。水平过低或过激的自噬均可导致细胞死亡。核因子-κB可结合并激活自噬蛋白Beclinl启动子，但在心肌缺血再灌注损伤时核因子-κB是否参与对Beclinl的调控却不清楚。Bnip3是促凋亡Bcl-2家族蛋白的仅有BH3的亚家族成员之一，有研究报道缺血再灌注损伤以Bnip3依赖的方式激活自噬。心肌缺血时核因子-κB可通过抑制Bnip3而介导细胞存活［13］。此外，核因子-κB可通过激活自噬抑制因子雷帕霉素靶蛋白而抑制TNFα所诱导的自噬［14］。但是在心肌缺血再灌注损伤无复流细胞死亡机制中核因子-κB是否参与自噬的调节及其具体机制尚有待于进一步研究。

总之，核因子-κB参与无复流发生及预后的多个环节，在调节炎症反应、血栓形成、细胞凋亡等方面都起着举足轻重的作用。目前用于治疗无复流的药物如腺苷［15］、三磷酸腺苷敏感性钾通道开放剂尼可地尔、他汀类和阿司匹林等均具有抑制核因子-κB活性的作用。其分子作用机制可能与抑制核因子-κB后降低炎症因子减轻缺血再灌注损伤、稳定斑块、抗微血管痉挛及血栓栓塞等有关，提示以核因子-κB作为干预靶点来预防和治疗无复流具有很大潜力。但是，对核因子-κB在无复流中细胞凋亡的调节机制目前仍有较大争议，其是否参与无复流中自噬的调节及具体分子途径还不清楚。因此，尚需要更多的基础及临床实验为核因子-κB在无复流治疗中的广泛应用提供理论依据。

［1］Niccoli G，Burzotta F，Galiuto L，et al.Myocardial no-reflow in humans.J Am Coll Cardiol，2009，54(4):281-292.

［2］Takahashi T，Hiasa Y，Ohara Y，et al.Relation between neutrophil counts on admission，microvascular injury，and left ventricular functional recovery in patients with an anterior wall first acute myocardial infarction treated with primary coronary angioplasty.Am J Cardiol，2007，100(1):35-40.

［3］Eitel I，Nowak M，Stehl C，et al.Endothelin-1 release in acute myocardial infarction as a predictor of long-term prognosis and no-reflow assessed by contrast-enhanced magnetic resonance imaging.Am Heart J，2010，159(5):882-890.

［4］Cao Z，Hu Y，Wu W，et al.The TIR/BB-loop mimetic AS-1 protects the myocardium from ischaemia/reperfusion injury.Cardiovascular Research，2009，84(3):442-451.

［5］Frantz S，Tillmanns J，Kuhlencordt PJ，et al.Tissue-specific effects of the nuclear factor kappaB subunit p50 on myocardial ischemiareperfusion injury.Am J Pathol，2007，171(2):507-512.

［6］Brasier AR.The nuclear factor-kappaB-interleukin-6 signalling pathway mediating vascular inflammation.Cardiovasc Res，2010，86(2):211-218.

［7］Darra E，Rungatscher A，Carcereri de Prati A，et al.Dual modulation of nitric oxide production in the heart during ischaemia/reperfusion injury and inflammation.Thromb Haemost，2010，104(2):200-206.

［8］Wort SJ，Ito M，Chou P-C，et al.Synergistic Induction of Endothelin-1 by Tumor Necrosis Factor α and Interferon γ Is due to Enhanced NF-κB Binding and Histone Acetylation at Specific κB Sites. JournalofBiologicalChemistry， 2009，284(36):24297-24305.

［9］Sgueglia GA，Niccoli G，Spaziani C，et al.Baseline von Willebrand factor plasma levels and no-reflow phenomenon after primary percutaneous coronary intervention for ST segment elevation myocardial infarction.Int J Cardiol，2010，145(2):230-232.

［10］Marfella R，Di Filippo C，Portoghese M，et al.The ubiquitin-proteasome system contributes to the inflammatory injury in ischemic diabetic myocardium:the role of glycemic control.Cardiovasc Pathol，2009，18(6):332-345.

［11］Liuzzo G，Santamaria M，Biasucci LM，et al.Persistent activation of nuclear factor kappa-B signaling pathway in patients with unstable angina and elevated levels of C-reactive protein evidence for a direct proinflammatory effect of azide and lipopolysaccharide-free C-reactive protein on human monocytes via nuclear factor kappa-B activation.J Am Coll Cardiol，2007，49(2):185-194.

［12］Kim YS，Kim JS，Kwon JS，et al.BAY 11-7082，a nuclear factorkappaB inhibitor，reduces inflammation and apoptosis in a rat cardiac ischemia-reperfusion injury model.Int Heart J，2010，51(5):348-353.

［13］Baetz D，Regula KM，Ens K，et al.Nuclear factor-kappaB-mediated cell survival involves transcriptional silencing of the mitochondrial death gene BNIP3 in ventricular myocytes.Circulation，2005，112(24):3777-3785.

［14］Djavaheri-Mergny M，Amelotti M，Mathieu J，et al.NF-kappaB activation represses tumor necrosis factor-alpha-induced autophagy.J Biol Chem，2006，281(41):30373-30382.

［15］Ke JJ，Yu FX，Rao Y，et al.Adenosine postconditioning protects against myocardial ischemia-reperfusion injury though modulate production of TNF-alpha and prevents activation of transcription factor NF-kappaB.Mol Biol Rep，2011，38(1):531-538.