脑缺血后核因子-кB信号通路对星形胶质细胞活化增殖的影响

徐思思 张雪竹 刘金凤 孙金平 张 莹

(天津中医药大学,天津 300193)

核转录因子(NF)-κB广泛存在于神经系统中，包括星形胶质细胞(AC)、小胶质细胞和少突胶质细胞，能诱导多种细胞因子、黏附分子和炎性介质的表达〔1〕。脑缺血后，NF-κB与AC的活化增殖密切相关，是参与脑损伤后炎症反应的重要信号调控因子〔2〕，被许多专家认为是炎症反应的中心环节，在脑缺血中的作用日益受到重视。

1 NF-κB和κB抑制蛋白(IκBs)

NF-κB最初于1986年在B淋巴细胞中发现，它能与免疫球蛋白κ轻链增强子特异性结合〔3〕。哺乳动物的NF-κB Rel家族成员包括Rel-A(p65)、Rel-B、c-Rel、NF-κB1(p50/p105)和 NF-κB2(p52/p100)。它们都有由较长的氨基酸末端组成的N端区域，称为Rel同源结构区。Rel同源结构区内含二聚体化区、核定位信号区和DNA结合区。此外，Rel-A、c-Rel 和 Rel-B羧基端含有转录激活域〔4〕。NF-κB在体内有两种存在形式：由多肽p50和p65两个亚基形成p50/p65同源二聚体及p50/p65异源二聚体，位于细胞核中。其中发挥主要生理功能的是后者。IκBs是另一个蛋白质分子家族，在NF-κB活化的途径中起着关键的分子开关作用，包括6种成分，IκBα、-β、-γ、-ε、-δ、bcl-3，每个成员都有6或7个锚蛋白重复片段和与降解有关的C端PEST序列。IκBs主要对NF-κB的活化起抑制作用。

2 NF-κB活化和信号传导通路

NF-κB 的活化与调控机制比较复杂。当细胞处于静息状态时，IκBs覆盖NF-κB的p65亚基及核定位信号，通过非共价键形式，与NF-κB形成三聚体复合物，使之以无活性的形式存在于细胞质中，阻止NF-κB进入胞核与目标基因启动子区域的特定序列结合，从而抑制NF-κB的转录活性。当受到缺血缺氧、炎性介质和细胞因子等细胞外信号刺激时，信号首先通过一个或多个信号传导途径诱导激活IκB激酶(IκK)，继而IκBα的氨基末端第32、36位丝氨酸残基(IκBβ的第19、23位丝氨酸残基，IκBε第157、161位丝氨酸残基)被磷酸化〔5〕，磷酸化的ⅠκBs在泛蛋白连接酶的作用下，其N端赖氨酸分别被共价结合2分子的泛蛋白，构象发生改变，泛素化的IκBs进一步被ATP依赖性26 S蛋白酶小体识别并降解〔6〕，释放NF-κB二聚体，使得活化的NF-κB快速易位进入细胞核内，与相应靶基因调控元件的κB序列结合，调控细胞因子等的表达。同时，被降解的IκBs迅速合成，重新进入细胞核与NF-κB结合成无活性三聚体复合物，继续完成上述活化过程，由此实现NF-κB活化与失活的循环，完成NF-κB作为一种核转录因子而调控基因转录的功能。这是NF-κB经典信号传导通路。此外有研究〔7〕发现，紫外线也可激活NF-κB。紫外线通过激活酪蛋白激酶2引起IκBα的羧基端磷酸化，从而引起IκBα泛素化后降解。酪蛋白激酶2的激活不依赖IκK，而是通过p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，因此P38-CK2-IκBα 也是激活NF-κB的途径之一。

在体内,NF-κB的活化过程受到精细调控，包括正反馈和负反馈两种调节。NF-κB和IκBs互相调节对方的激活。肿瘤坏死因子(TNF)和白细胞介素(IL)-1是NF-κB的两个重要诱导因子，参与构成NF-κB的正反馈调节。细胞外信号刺激引起NF-κB的激活可增加TNF和IL-1的表达，使其产生和释放增多，反过来激活NF-κB，使TNF-α 和 IL-1β 产生和释放增多，导致最初的炎症信号进一步放大。而NF-κB的负反馈调节主要通过p105和IκBα来执行。p105及IκBα的基因均有NF-κB的结合位点，NF-κB活化后可上调这些基因的表达，将NF-κB限制在细胞质内，下调细胞核中NF-κB的活性。

3 脑缺血后AC异常活化增殖

AC能够合成多种神经递质及营养因子，为神经元提供营养支持，对调节突触活性及神经再生和神经修复起重要作用〔8〕。细胞周期是细胞生命活动的基本过程，报道研究显示，AC具有活跃的细胞周期，在脑缺血刺激下，细胞周期异常激活，使AC进入快速繁殖通道，胞体肥大、肿胀、突起增多、延长〔9〕，早期能够分泌神经生长因子、胰岛素样生长因子等细胞因子，利于轴突再生和修复，对于维持脑微环境及防止神经元死亡起一定的作用；随着周期超常快速运行，AC大量分泌炎症介质，能表达主要组织相容性复合体(MHC)-Ⅰ类和Ⅱ类分子，参与脑内的局部炎性反应，反过来诱导更多的AC活化，导致局部组织损伤，影响结构重建和神经功能修复〔10，11〕。

4 NF-κB与AC异常活化增殖密切相关

AC的异常活化增殖与NF-κB密切相关〔12〕。Gabriel等〔13〕研究发现，脑缺血后梗死区域内反应性AC上的p65被大量诱导并表达上调，脑缺血后4～15 d后，缺血核心以小胶质细胞、巨噬细胞为主,而缺血周围区以AC为主，p65活性可见于AC中。这表明，NF-κB激活参与了脑缺血性损伤，诱导了AC的活化增殖。Schneider等〔14〕实验证明脑缺血小鼠缺血半球的NF-κB被激活，而p65基因敲除小鼠的AC变性减轻，缺血性脑损伤明显减轻。国内外研究结果均显示，脑缺血后相较正常脑组织，缺血脑组织中NF-κB表达明显增强〔15〕，促使AC发生肿胀、过度肥大增生和增殖反应，并出现反应性AC化〔16〕。若抑制NF-κB 的活性，则可降低反应性胶质增生的水平，减少AC的活化增殖，促进神经功能恢复，证明NF-κB能够促进反应性胶质增生〔17〕。神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)是AC增生的标志物，在GFAP基因启动子上有NF-κB结合位点，将AC转染NF-κB活化抑制因子编码序列后，GFAP表达明显下调，提示NF-κB在AC增殖中发挥关键作用〔18〕。

5 多种炎症因子经由NF-κB通路诱导AC活化增殖

脑缺血后强烈的炎症反应是造成脑组织继发性损伤的因素之一。多种炎症介质基因(TNF-α、IL-1β、IL-6等)的启动子和增强子中存在一个或多个NF-κB的特异结合位点，其表达受NF-κB调控。缺血刺激后，NF-κB通过正反馈调节，诱导细胞因子和黏附分子的进一步表达，形成瀑布级联效应，造成持续放大的炎症反应〔19〕，因此，NF-κB在炎症反应中起关键作用。同时，这些炎症因子是细胞周期的有力激活剂，能显著促进AC活化增殖〔20～22〕，NF-κB是它们诱导AC活化增殖的最后效应通道。TNF-α是最重要的NF-κB激活剂之一，脑缺血后主要由AC分泌产生，通过TNF-R1激活上述NF-κB经典信号传导通路，引发炎症反应，加重脑组织水肿和脑缺血损伤。加入 NF-κB阻断剂 SN50，与NF-κB p50特异性结合，可阻止p50与TNF-α的κB基序结合，中止TNF-α的转录活动，减轻炎症反应的发生。TNF-α还可促进AC表达磷脂酶C(PLC)和二酰甘油(DAG)，通过顺次激活DAG-蛋白激酶C(PKC)和MAPK-NF-κB通路诱导AC活化〔23，24〕，并导致炎症反应的泛化和持续。IL-1β对炎症反应具有调节作用〔25〕。脑缺血后，IL-1β通过不同的信号转导与TNF共同激活NF-κB诱导激酶(NIK)。活化的NIK激活IκK，使INKκB降解，NF-κB激活，从而使AC从稳定态进入激活态和增殖态，调控炎症反应的进行〔26〕。此外，IL-1β还能激活MAPK/C-Jun N末端蛋白激酶(JNK)信号通路。其作用机制可能是IL-1β与AC膜上的IL-1R1结合后，激活下游的多个蛋白激酶，如MAPK中的JNK，引起NF-κB发生核转位，触发目的基因的转录和表达。NF-κB被IL-1β激活后，又能诱导炎性细胞因子的表达，诱导炎症反应的发生。AC是脑内IL-6的主要来源，脑损伤后IL-6分泌增加，并以自分泌方式作用于AC，促使其进一步活化。自由基等内源性活性氧类物质直接促进AC突触前膜释放谷氨酸。谷氨酸与其受体结合后，引起胞内钙超载，导致DAG-PKC和IP3-Ca2+两条通路激活，最终经由NF-κB通路诱导AC活化〔27〕。脂多糖(LPS)亦可诱导AC活化。LPS作用AC后引起p38磷酸化，激活MAPK通路，促进NF-κB的活化，激活的NF-κB进一步促进炎症因子的释放，加重炎症反应的进行〔28～30〕。LPS还可以活化瞬时受体电位通道(TRPC)通道导致胞外钙内流，经DAG-PKC和IP3-Ca2+通路，激活NF-κB诱导AC活化。抑制NF-κB的活性，就能抑制TNF-α、IL-1β等炎性因子的过量表达，减轻AC的活化增殖，抑制炎症过激反应的瓶颈环节，从而对整个炎症级联瀑布具有抑制作用。可见，NF-κB既是AC炎症反应的核心，又是各种致炎因子诱导AC活化增殖的最后效应通道。

综上，NF-κB信号传导通路对AC的活化增殖和调控AC炎症反应有重要作用。脑缺血后，细胞周期激活，AC快速活化增殖，合成表达多种炎性介质，激活NF-κB，活化的NF-κB继而诱导炎症反应的发生。但AC激活的程序是怎样的，如何通过调控细胞周期来抑制AC的激活，建立有效的早期神经保护，实现脑缺血治疗上的突破，NF-κB对于AC的具体作用机制、作用时间、激活的信号传导途径及相关联系尚不确定。NF-κB作用的双向性造成AC也具双向特征，因此对AC激活的后果及影响的具有不确定性，仍有争议，需进一步研究。如何有效利用NF-κB对脑缺血后AC的作用，设法促进AC的保护功能，抑制其对中枢系统的不利影响。这些都是今后研究的方向。

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