NF-κ B信号传导与疾病研究进展

唐惠玲

(江苏食品职业技术学院,江苏 淮安 223003)

N F-κB是一类重要的,具有多向转录调节作用的核蛋白因子,因其能够与 B细胞免疫球蛋白的κ亲链基因的增强子κB序列特异性结合而得名。其激活可调节细胞因子、粘附分子、趋化因子、免疫受体基因的表达,影响机体内细胞分化、炎症反应、免疫反应、细胞凋亡、肿瘤生长等多种生物学功能。大量研究表明,N F-κ B与人类疾病关系密切[1,2],本文就 NF-κ B信号转导通路及其与疾病之间关系的研究进展做一综述。

1 NF-κ B系统概况

1.1 N F-κ B家族及组成

N F-κ B是 Sen等1986年首次在成熟 B细胞、浆细胞中发现的核蛋白[3]。随后的研究发现 ,NF-κ B在组织细胞中广泛存在,成分并非单一,而是一个大家族。在哺乳动物细胞里,NF-κ B家族是由五种相关转录因子构成的,它们是:p50(由 p105裂 解 而来 ),p52(由 p100裂 解 而 来 ),p65(即RelA),c-Rel和 RelB,该家族成员的 N端均含有一段保守的300个氨基酸的 DNA结合区,称为 Rel同源结构域 RHD,该区的9-10个碱基的配对,可形成同聚物和异聚物,继而调控基因表达。RelA(p65),c-Rel和 RelB包含 C端转录激活区(TADs),而 p50(p105)和 p52(p100)不包含 C端 TADs,所以 p50和 p52的同聚物抑制基因表达[4]。

该家族成员以一定的组合两两结合,形成不同的 N F-κB转录因子。不同的二聚体与 DNA结合的特异性位点不同,有的可以引起基因转录,有的抑制基因转录。典型诱导型的 NF-κB异聚体是由 p65和 p50蛋白亚基组成的,一般意义上的 NF-κB也常常指该异聚体。不同二聚体包含相互作用的 DNA结合位点,在10个配对序列中会有轻微不不同,一般的序列结构为 5′-GGGGYNNCCY-3′[5]。

1.2 I κ B(NF- κ B抑制物 )家族及组成

IκB是具有多组锚蛋白重复结构的序列,通过该结构,κIB蛋白可以遮蔽 NF-κ B的核定位信号 ,使得复合物在细胞质中保持非活性状态。 Iκ B家族相关蛋白具有 N端调节结构域,与蛋白降解有关;其后6个以上的锚蛋白重复结构;C端附近有一个 PEST结构,参与 N F-κB在胞浆的定位[6]。在细胞激活过程中, Iκ B的32和36位残基被磷酸化,继而引发了泛素化作用和通过蛋白酶体的继发性的 IκB的降解。 Iκ B的降解又引起 N F-κ B的释放和一系列的基因转录[7]。

IκB家 族有 7个成员 - IκB α, Iκ B β,BCL-3, Iκ B ε, IκB γ,和p100和 p105。与 p65/p50或 p65/c-Rel聚合 物结 合的 IκB α和 Iκ B β的结晶结构表明 IκB蛋白仅遮蔽 p65上的核定位信号 NLS,而 p50上的 N LS仍然是可以进行作用的。p50上的NLS加上 IκB α和 p65上 的 NES(核输 出信号 )引起 Iκ B α/NF-κB复合物在核内和胞质见来回运动。 Iκ B α在该平衡中起到重要作用,是该家族的主要成员[8]。

1.3 IKK(I κ B激酶 )家族及组成

IKK是由三个亚基组成的异聚物 ,包括 IKK-α和 IKK-β亚基和一个调节亚基 IKK-γ(也称作 NEMO,是 N F-κB活性必需分子)[9～11],而 IKK-α和 IKK-β亚基对于 IκB的磷酸化非常重要,IKK-γ形成四聚体支架,使得两酶聚合物易于形成自磷酸化[12,13]。虽然 IKK-γ对于酶的活性是必需的,但是其本身不是一种酶,而是调节主要的相关蛋白之间的相互作用。可能与酶上游酶复合物的激活有关。激活能力也可通过细胞核内 IKK-β和其他酶对 p65和 p50的磷酸化进行调节[14,15]。

IKK-α和 IKK-β有相似的结构与较高的同源性。IKK-α含745个 氨基酸,IKK-β含 756个氨基酸。IKK-α和IKK-β同源性为52%,N端的同源性高达64%,C端为44%[16]。

2 NF-κ B信号转导过程

在大多数细胞中,静息状态下的 N F-κB二聚体通常是以与其抑制物(Inhibitor of kappaB, IκB)家族成员结合,以无活性的形式存在于细胞质中。激活物通过介导 IκB激酶(IKK)对 IκB的磷酸化,继而发生泛素化变化和蛋白水解。N F-κ B然后转移到细胞核上,通过与启动子中的 N F-κ B靶序列结合激活靶基因的转录[17]。

主要有以下两条途径:经典途径和非经典途径,也称可选择性途径。经典途径适用于大部分的 NF-κB,包括 p65,、c-Rel、RelB和 p50。特别是 p65/p50二聚物,多由肿瘤坏死因子 TN F-α,白介素 IL-1,脂多糖 (LPS)和 CD40L引发 ,较少由淋巴毒素和 B细胞激活因子所引发。IKK-β对于 IκB α在 Ser32和 Ser36和 I κBβ 的 Ser19和 Ser23的磷酸化是非常必要的。而 IKK-α在该途径中的作用尚未明确[18]。通路的激活取决于 IKK,IKK磷酸化 IκB,使得它们的泛素化作用降低,并降解,最终引起 N F-κ B转移至细胞核 ,一些特异性的靶基因开始转录。该途径主要在内在免疫和炎症反应中发挥作用;而非经典途径涉及 p100的加工和 RelB/p52二聚物的核转位。p100通过 IKK-α介导的 C端的特异性的丝氨酸残基的磷酸化的 NF-κ B激酶(NIK)途径转变为成熟的 p52。仅有部分的刺激因子可以通过该途径激活 NF-κ B,包括 B细胞和 B细胞激活因子,并且依赖于 IKK-α同聚物。该途径对于次级淋巴器官的发展,B细胞的成熟和适应性的体液免疫是非常重要的[19～21]。

除以上途径外还有其他途径,如氧化应激等也能激活N F-κ B通路,但只在少数敏感性细胞中存在该途径。

N F-κB在体内的激活也受到正,反精细的调控,其中反调控是主要的调控方式。一方面细胞外的 TNF-α和 IL-1β等基因的转录诱导 NF-κB的活化 ,且 N F-κ B的活化再次增强 TN F-α和 IL-1β基因的转录,使 TNF-α和 IL-1β的产生和释放增多,进而基因再次激活 NF-κ B;另一方面,细胞内 N F-κ B和 IκB互相激活对方,N F-κ B活化后上调 IκB的基因表达,抑制蛋白亚基的增加有助于将 NF-κ B限制在胞质中,下调核中 NF-κ B的活性,此为细胞内负调控的主要机制。正负反馈调节同时进行,共同参与人类的生理与病理过程。

3 NF-κ B与疾病

N F-κ B作用广泛 ,其过度激活与失活均会引起人类疾病。NF-κ B的调节障碍可引起炎症性细胞因子增加,肿瘤的发生,凋亡异常等。与其相关的疾病主要分为炎症免疫系统疾病和肿瘤。

3.1 N F-κ B与炎症 、免疫系统疾病

许多与炎症和免疫反应关系密切的趋化因子、黏附因子、环氧合酶、金属蛋白酶和诱生型一氧化氮合酶等重要因子均含有κB位点,活化的 NF-κB能与特定的 κ B位点结合,启动调节参与机体的炎症和免疫有关的基因转录,在机体的人炎症、免疫方面发挥重要作用。

N F-κ B在心血管及许多炎症相关的疾病,如溃疡性结肠炎(UC),克罗恩氏病(Crohn’s disease),风湿性关节炎 ,系统性红斑狼疮,牛皮癣关节炎,巨细胞关节炎 ,Ⅰ型糖尿病,多发性硬化,乳糜泻,特发性血小板减少性紫癜和帕金森病等中发挥重要作用[22]。目前,也已针对相应病症取得一些进展[23]。

3.2 N F-κ B与肿瘤

N F-κ B具有抗凋亡 、促细胞增殖和转移等作用。但其在最近的报道中表现出复杂性:在一些疾病中,NF-κB可以促进肿瘤的发生;而在另外一些疾病中表现为抑制癌症发生。但其非常详细的机制还有待后续研究。一些数据表明,敏感的肿瘤如口腔鳞状细胞癌,结直肠癌,肝癌 ,乳腺癌,骨髓瘤和淋巴癌等的发生具有 NF-κ B信号通路有很大关系[24]。

4 NF-κ B与疾病的治疗

对 NF-κ B研究的不断深入为治疗这些疾病提供了新的思路。NF-κ B是调控细胞反应的重要信号转录分子,因此参与 NF-κ B信号转导途径的各种蛋白质是治疗相关疾病的重要靶点。目前也已研制出一些药物用以干预 N F-κB及其上下游信号通路,发挥治疗效果。

4.1 针对 NF-κB的调控

Mackenzie等证明原矢车菊素 B2在何杰金淋巴瘤中可以与对 NF-κ B蛋白相互作用,而抑制对 NF-κB与 DN A的相互结合,并该抑制作用呈现剂量依赖性[25]。另有实验表明,一些中药成分,如芍药苷等可以抑制 N F-κ B的表达 ,从而减轻由慢性脑血流灌注不足引起的大鼠大脑损伤[26]。

4.2 通过 IκB抑制 NF-κB

动脉壁的慢性炎症与动脉硬化的发展密切相关。Guo等从燕麦中分离得到的燕麦属苏氨酰胺和多酚类物质通过抑制 IκB和 IKK的磷酸化,降低相关蛋白酶体的活性 ,抑制 NF-κB信号通路的激活,适当减轻动脉硬化的发展[27]。

4.3 通过抑制 IKK而抑制 NF-κB

Newton等发现 PS-1145和 ML120B可以作为 IKK抑制物,作用于肺上皮细胞,发挥抗炎效应,可与传统的类皮质甾酮疗法疗法相互补充[29]。Folmer等发现两种萘并吡喃酮类化合物可以通过抑制 IKK-β的活性,而完全抑制 TNF-α引发的 N F-κ B的激活[30]。另外,Ziegelbauer等设计了一中小分子量的 ATP抑制剂,该抑制剂通过抑制 IKK-β的活性,进而抑制 NF-κB的活性[28]。

4.4 其他抑制 NF-κB的方法

通过抑制蛋白没小体也可达到抑制 N F-κ B的目的。蛋白酶抑制剂 MG-132可以抑制 NF-κB,选择性增强前列腺癌细胞对肿瘤放射的敏感性[31]。蛋白酶小体抑制药二肽硼酸类药物对多种细胞的生长有明显的抑制作用,并增强化疗药物的抗肿瘤作用[32]。另外抗氧化剂 N-乙酰多巴胺二聚体可以抑制 N F-κ B的活性,但抑制机制尚不清楚[33]。

随着研究的深入,NF-κB信号通路在人类疾病的发生,发展与治疗中的作用越来越得到人们的认可。对该通路的发生和调控机制的深入了解及一些新近技术的应用可以为我们治疗相关疾病提供更多思路,对指导临床治疗疾病具有重大意义。

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