核转录因子NF-κB在心血管疾病中作用的研究进展

郭金昊，姜月华，杨传华



·综述与进展·

核转录因子NF-κB在心血管疾病中作用的研究进展

郭金昊1，姜月华2，杨传华2

1.山东中医药大学(济南 250033)；2.山东中医药大学附属医院

摘要：介绍影响细胞增殖、凋亡、突变和炎症反应等生理病理过程的重要核转录因子-κB(NF-κB)，及与其相关的IκB抑制蛋白和IKK复合体。就NF-κB信号通路在心血管系统中的最新进展进行综述，为治疗心血宇航局疾病提供新思路。

关键词：心血管疾病；核转录因子-κB；动脉粥样硬化；高血压；再灌注损伤；心肌肥厚

在过去的30年中，核转录因子-κB(NF-κB)作为典型的可诱导型转录因子深刻影响了人类对于基因表达和生理学认知。自从它被发现可以调控B细胞中k轻链基因的表达，研究者们就逐步研究，希望阐明NF-κB作为转录因子在各种生理过程中的生物学意义。本文就NF-κB在心血管疾病过程中的重要生理病理作用作一综述。

静息状态下，NF-κB二聚体与其抑制蛋白IκB结合以无活性状态贮存于细胞质中。IκB激酶(即Ikk复合体)触发诱导刺激，IκB蛋白即发生磷酸化、泛素化、降解，释放NF-κB二聚体进入细胞核，与特定DNA序列结合，促进目标基因的转录。因此，NF-κB调控的研究聚焦于Ikk复合体的激活，IκB抑制蛋白，NF-κB家族成员促进选择性目标基因激活的转录能力。为理解以上一系列过程，首先需要认识组成NF-κB信号通路的蛋白质家族。

1NF-κB家族

哺乳动物NF-κB家族共有5个成员，分别是RelA/p65、RelB、c-Rel、p50 (NF-κB1)和p52(NF-κB2)[1]。它们的N-末端均包含1个由约300个氨基酸残基组成的高度同源序列，称为Rel同源结构域(Re1-homology domain，RHD)，该区域参与DNA结合及二聚体形成。休眠状态下，NF-κB二聚体与IκB(IκBα、IκBβ和IκBε)或前体蛋白p100和p105发生交互作用以游离状态存在于细胞质当中。

IκB 是一种能特异性结合并抑制NF-κB的蛋白，包含IκBα、IκBβ、IκBε、IκBδ、BCL-3、IκBNS、p100和p105在内的8个家族成员，其中IκBα、Iκβ和IκBε对哺乳动物最有意义。IκB解除对NF-κB的抑制作用，是以磷酸化作用所引起的IκB降解释放为基础的。

另一组与NF-κB激活相关的蛋白即是IκB激酶(IκB kinase，IKK复合体)，它由三个亚基IKKα(IKK1或CHUK)、IKKβ(IKK2)和NEMO (IKKγ)构成，其中 IKK介导NF-κB的激活通常通过调节IKKα和IKKβ。IKK复合体是NF-κB激活的信号整合中心，整合的信息包括NF-κB活化刺激物，刺激产生磷酸化的多种IκB、NF-κB蛋白和基质。除了能够调控NF-κB，IKK亚基可与其他通路发生交互，体现了其生物功能的复杂性。

2生物多效性

NF-κB被发现有着广泛的作用，可调节多重生物功能。除了在免疫应答和炎症反应中不可或缺[2]，NF-κB调控转录程序对免疫系统成熟[3]、骨骼系统[4]和上皮细胞[5]的正常发育极其重要，其异常激活可导致癌症、自身免疫性疾病、神经退行性变、心血管疾病、糖尿病等严重后果。NF-κB的多效性体现在三个方面：①涉及促炎反应，NF-κB是对抗传染性疾病的第一道防线，同时参与细胞应激、免疫应答、炎症急性期反应；②抗细胞凋亡，NF-κB诱导了多个抗细胞凋亡蛋白质的转录，如Bcl-XL，肿瘤坏死因子(TNF)相关受体因子，细胞凋亡抑制蛋白1(c-IAP1)和2(c-IAP2)等。NF-κB通过控制细胞凋亡进程的核心过程即细胞凋亡蛋白酶的活性，实现抗凋亡作用；③促进细胞生长，活化的NF-κB增强了细胞周期蛋白D1的表达，从而有效控制了细胞周期进程。

3NF-κB与心血管疾病

3.1动脉粥样硬化NF-κB参与双向调节动脉粥样硬化的各个病理进程。早期阶段，氧化的脂蛋白渗透到血管内膜下，出现内皮趋化因子和黏附因子的表达，引起单核细胞迁移。在此阶段，NF-κB调控环氧化酶、脂肪氧化酶、细胞因子、趋化因子和黏附因子的表达[6]。随着病情发展，NF-κB调控巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)的基因表达，刺激浸润的巨噬细胞分化并转化为泡沫样细胞。NF-κB还调控细胞因子白细胞介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)、白细胞介素12(IL-12)、γ干扰素(IFNγ)的表达，间接参与动脉粥样硬化中的低度炎症反应。有趣的是，白细胞介素10(IL-10)作为公认的抗动脉硬化因子同样接受NF-κB的调控[7]，因此说明NF-κB在动脉硬化中的作用并不是单向的。

NF-κB调控动脉硬化中介因素的广谱表达。在斑块的发展和破裂中，胞内基质降解是重要一环。NF-κB通过对基质金属蛋白酶(MMP)-2和MMP-9的调节，参与调控分解血管基膜和斑块破裂过程，发挥重要作用[8]。不稳定斑块区域是通常能发现NF-κB的过度活化。同时，NF-κB也接受其他细胞因子、代谢产物或病原体的调节，包括IL-1β、白细胞介素18(IL-18)、TNF-α、氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)、糖基化终末产物(AGE)、巨细胞病毒(CMV)抗原、衣原体、血小板衍生因子、IFNγ、CD40L等。

很多疾病过程中存在NF-κB过度活化。Li等[9]报道，不稳定型心绞痛、稳定型心绞痛和已接受治疗的病人相比，NF-κB在不稳定型心绞痛中过度活化程度最高，已接受治疗组活化程度最低。而ox-LDL能够诱导不稳定型心绞痛病人NF-κB的活化。另外，NF-κB的活化与C反应蛋白(CRP)值呈正相关。Liuzzo等[10]指出NF-κB活化在急性冠脉综合征中可能使CRP扩大炎症范围而影响临床效果。

3.2高血压近年来研究表明，高血压病的发病机制与潜在炎症介质入侵和免疫系统激活密切相关。高血压模型动物中，TNF-α诱发的肾脏氧化应激和活性氧被认为是血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)相关高血压类型的重要介质，并且对肾脏血流动力学和肾小管功能受损作用明显[11]。自发性高血压大鼠(SHR)的肾脏和下丘脑NF-κB处于低度活化状态，药物阻断NF-κB通路可致血压降低，而末梢血管和大脑皮层未发生改变[12]。高血压合并系统性红斑狼疮(SLE)模型鼠阻断TNF-α，使肾皮质中NF-κB磷酸化减少，还原酶NADPH合成的超氧化物下降[13]，从而阻止了高血压的发生和发展。即肾脏炎症因子、NF-κB信号通路的活化和活性氧之间协同促进高血压的发生发展[14]。这些研究虽不能说明NF-κB是高血压发病的直接原因，但是有助于认清血压控制是多器官多系统协调整合的生理过程。

AngⅡ与其受体AT1结合后，可以激活下丘脑IKK-β/NF-κB通路[15]，使下丘脑处于低度炎症状态，升高血压。动物实验已证实，激活下丘脑内侧基底部和背内侧核IKK-β/NF-κB信号通路可加强小鼠促阿片黑皮素前体(POMC)神经元合成与释放、加强黑皮素-4受体(MC4R)的表达，导致小鼠血压快速增高[16]。尤其在老年单纯收缩期高血压中，增龄和AngⅡ在激活下丘脑IKK-β/NF-κB通路过程中具有协同作用[17]，而下丘脑IKK-β/ NF-κB通路的活化亦可加剧老年单纯收缩期高血压的发生、发展。

另外，有相当多的证据显示血管中NF-κB激活和氧化应激在高血压发生和发展中扮演重要角色。最近体外研究显示：炎性因子TNF-α、IL-1β通过外向整流氯通道的潜在通道机制促进血管内皮NF-κB的活化[18]。另外一项研究显示：NF-κB可直接损害血管舒张功能而影响血压，其机制与基质金属蛋白酶介导受体卵裂，使β2肾上腺素能受体作用于血管内皮而出现血管舒张功能障碍有关[19]。

3.3再灌注损伤NF-κB信号通路对心脏保护作用是毋庸置疑的。先前曾报道过Bcl-2可抑制心室肌细胞凋亡，其机制涉及Ikkβ介导的NF-κB活化。而且，体外培养的心肌细胞中无磷酸化的IkBα过表达可使NF-κB信号失活，从而提高对TNF-α诱导的凋亡敏感性[20]。类似IkBα突变的心肌特异性表达增加了人体心肌细胞凋亡导致急性冠脉闭塞的敏感性[21]。而敲除基因p50的大鼠增加了心功能不全导致心肌梗死的发生率[22]。最新研究证实人类p50基因多态性与心衰病人的功能性恶化有关[23-24]。

另外，有报道显示体外培养的心肌细胞中，Ikkβ过表达可以逆转低氧诱导的内在细胞凋亡和线粒体缺陷[25]。低氧诱导了细胞循环转录因子E2F-1的表达，活化的E2F-1绑定到Brip3近端启动子区域，诱导Brip3的表达、促进细胞凋亡。Ikkβ可以与HDAC1发生物理交互作用，抑制促凋亡Bcl-2家族成员Brip3的表达，促进细胞在低含氧环境中存活[26-27]。p65还可以通过相邻κB位点与E2F-1竞争在Brip3启动子区域的绑定，抑制E2F-1诱导的心肌细胞凋亡，增强细胞的耐低氧能力。

3.4心肌肥厚在体外培养的心肌细胞中，肥厚性激动剂激活耦合的Gq/11受体，如AngⅡ、内皮素-1、去氧肾上腺素，它们都可以促进IkB降解及p65核易位与转录[28]。在新生儿出生后的心室细胞中，NF-κB参与的心房利钠因子(ANF)过度表达是导致新生儿心肌病理重构的重要标志。动物实验中，p50基因敲除的大鼠显示心肌肥厚合并心肌梗死或TNF-α诱导的心肌病发生率降低[29]。但是体内研究显示使用高梯度动脉绑定，NF-κB抑制剂也无法克服肥大或逆转应激诱导的重构。NF-κB是否能够自适应肥大目前研究仍有争议[30]，在成人或胎儿启动区的NF-κB结合位点与心脏病发展的相关性仍需进一步研究。且NF-κB诱导心肌肥厚与胎儿基因表达的机制和过程尚未完全明了。推测NF-κB诱导心脏重构的方式有两种：一种直接作用是通过与其他肥厚性转录因子发生物理交互作用；另一种间接作用，即是通过激活其他有关心脏重构的基因，如PKCδ、BMP-2或FGF8等已被证明是NF-κB目标基因的表达，调控心脏病的发展[31]。

NF-κB信号通路可以被IL-6家族，如IL-6、白血病抑制因子(LIF)、心脏营养素-1(CT-1)等与心肌细胞生长相关的细胞因子激活[32]。IL-6家族诱导的依赖NF-κB的心脏增长机制尚未完全明了，但是通过ERK5信号活化使LIF诱发心脏肥大，RSK2介导IkBα磷酸化和降解作用激活NF-κB通路在其中起重要作用[33]。尽管NF-κB通路已被证明在新生儿出生后的心肌生长中是必需的，而其诱导心肌肥厚的具体机制仍有待进一步证实。

4小结

NF-κB信号途径是细胞内重要的信号传递系统，NF-κB作为转录因子活化后进入核内广泛调控基因转录，参与细胞增殖、凋亡、突变和炎症反应等生理病理过程的调节，在心血管疾病的发生发展过程中具有重要的生理病理意义。近30年来研究者对NF-κB的探索也取得了丰硕成果。当然在更具体的机制研究方面还需要进一步探求。

参考文献：

[1]Ghosh S，Karin M.Missing pieces in the NF-kappa B puzzle[J].Cell，2002，109(Suppl)：S81-S96.

[2]Sun SC.Non-canonical NF-κB signaling pathway[J].Cell Res，2011，21：71-85.

[3]Hayden MS，Ghosh S.NF-κB in immunobiology[J].Cell Res，2011，21：223-244.

[4]Novack DV.Role of NF-κB in the skeleton[J].Cell Res，2011，21：169-182.

[5]Wullaert A，Bonnet MC，Pasparakis M.NF-κB in the regulation of epithelial homeostasis and inflammation[J].Cell Res，2011，21：146-158.

[6]Kutuk O，Basaga H.Inflammation meets oxidation：NF-κB as a mediator of initial lesion development in atherosclerosis[J].Trends Mol Med，2003，9：549-557.

[7]Kanters E，Pasparakis M，Gijbels MJ，et al.Inhibition of NF-κB activation in macrophages increases atherosclerosis in LDL receptor-deficient mice[J].J Clin Invest，2003，112：1176-1185.

[8]Bond M，Fabunmi RP，Baker AH，et al.Synergistic upregulation of metalloproteinase-9 by growth factors and inflammatory cytokines： an absolute requirement for transcription factor NF-κB[J].FEBS Lett，1998，435：29-34.

[9]Li JJ，Fang CH，Chen MZ，et al.Activation of nuclear factor-κB and correlation with elevated plasma C-reactive protein in patients with unstable angina[J].Heart Lung Circ，2004，13：173-178.

[10]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[J].J Am Coll Cardiol，2007，49：185-194.

[11]Wilcox CS.Asymmetric dimethylarginine and reactive oxygen species：unwelcome twin visitors to the cardiovascular and kidney disease tables[J].Hypertension，2012，59：375-381.

[12]Wu KI，Schmid-Schonbein GW.Nuclear factor kappa B and matrix metalloproteinase induced receptor cleavage in the spontaneously hypertensive rat[J].Hypertension，2011，57(2)：261-268.

[13]Venegas-Pont M，Manigrasso MB，Grifoni SC，et al.Tumor necrosis factor-alpha antagonist etanercept decreases blood pressure and protects the kidney in a mouse model of systemic lupus erythematosus[J].Hypertension，2010，56：643-649.

[14]Mathis KW，Venegas-Pont M，Masterson CW，et al.Oxidative stress promotes hypertension and albuminuria during the autoimmune disease systemic lupus erythematosus[J].Hypertension，2012，59：673-679.

[15]Bardgett ME，Holbein WW，Herrera-Rosales M，et al.Ang Ⅱ-salt hypertension depends on neuronal activity in the hypothalamic paraventricular nucleus but not on local actions of tumor necrosis factor-α [J].Hypertension，2014，63(3)：527-534.

[16]Purkayastha S，Zhang G，Cai D.Uncoupling the mechanisms of obesity and hypertension by targeting hypothalamic IKK-[beta]and NF-[kappa]B [J].Nat Med，2011，17(7)：883-887.

[17]Tang Y，Purkayastha S，Cai D.Hypothalamic microinflammation：a common basis of metabolic syndrome and aging [J].Trends Neurosci，2015，38(1)：36-44.

[18]Yang H，Huang LY，Zeng DY，et al.Decrease of intracellular chloride concentration promotes endothelial cell inflammation by activating nuclear factor-kappa B pathway[J].Hypertension，2012， 60：1287-1293.

[19]Wu KI，Schmid-Schonbein GW.Nuclear factor kappa B and matrix metalloproteinase induced receptor cleavage in the spontaneously hypertensive rat[J].Hypertension，2011，57(2)：261-268.

[20]Mustapha S，Kirshner A，De Moissac D，et al.A direct requirement of nuclear factor-kappa B for suppression of apoptosis in ventricular myocytes[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol， 2000，279：H939-H945.

[21]Misra A，Haudek SB，Knuefermann P，et al.Nuclear factor-kappaB protects the adult cardiac myocyte against ischemiainduced apoptosis in a murine model of acute myocardial infarction[J].Circulation，2003，108：3075-3078.

[22]Timmers L，van Keulen JK，Hoefer IE，et al.Targeted deletion of nuclear factor kappaB p50 enhances cardiac remodeling and dysfunction following myocardial infarction[J].Circ Res，2009，104：699-706.

[23]Santos DGB，Resende MF，Mill JG，et al.Nuclear Factor (NF) kappaB polymorphism is associated with heart function in patients with heart failure[J].BMC Med Genet，2010，11：89.

[24]Kratsios P，Huth M，Temmerman L，et al.Antioxidant amelioration of dilated cardiomyopathy caused by conditional deletion of NEMO/IKKgamma in cardiomyocytes[J].Circ Res，2010，106：133-144.

[25]Regula KM，Baetz D，Kirshenbaum LA.Nuclear factor-kappaB represses hypoxia-induced mitochondrial defects and cell death of ventricular myocytes[J].Circulation.2004，110：3795-3802.

[26]Shaw J，Zhang T，Rzeszutek M，et al.Transcriptional silencing of the death gene BNIP3 by cooperative action of NF-kappaB and histone deacetylase 1 in ventricular myocytes[J].Circ Res，2006，99：1347-1354.

[27]Yurkova N，Shaw J，Blackie K，et al.The cell cycle factor E2F-1 activates Bnip3 and the intrinsic death pathway in ventricular myocytes[J].Circ Res，2008，102：472-479.

[28]Shaw J，Yurkova N，Zhang T，et al.Antagonism of E2F-1 regulated Bnip3 transcription by NF-kappaB is essential for basal cell survival[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105：20734 -20739.

[29]Kawano S，Kubota T，Monden Y，et al.Blockade of NF-kappaB improves cardiac function and survival after myocardial infarction[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2006，291：H1337-H1344.

[30]Zelarayan L，Renger A，Noack C，et al.NF-kappaB activation is required for adaptive cardiac hypertrophy[J].Cardiovasc Res，2009，84：416-424.

[31]Armstrong K，Robson CN，Leung HY.NF-kappaB activation upregulates fibroblast growth factor 8 expression in prostate cancer cells[J].Prostate，2006，66：1223-1234.

[32]Freund C，Schmidt-Ullrich R，Baurand A，et al.Requirement of nuclear factor-kappaB in angiotensin II- and isoproterenol-induced cardiac hypertrophy in vivo[J].Circulation，2005，111：2319-2325.

[33]Cude K，Wang Y，Choi HJ，et al.Regulation of the G2-M cell cycle progression by the ERK5-NF kappa B signaling pathway[J].J Cell Biol，2007，177：253-264.

(本文编辑郭怀印)

基金项目：泰山学者岗位建设资金资助(No.2012-55)；山东省科技发展计划项目(No.2014GSF119011)

通讯作者：杨传华，E-mail：840252363@qq.com

中图分类号：R541R256.2

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.11.014

文章编号：1672-1349(2016)11-1227-04

(收稿日期：2016-01-16)