IκB激酶β在脊髓损伤后炎症反应机制中作用的研究进展

唐瑞苓，李敏，汪俊宇，向武，张安仁

1.成都中医药大学，四川成都市610037；2.中国人民解放军西部战区总医院康复医学科，四川成都市610083

在近年来的研究中，人们对脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)后继发性炎症的关注度越来越高[1]，发现其严重程度与脊髓损伤后的恢复密切相关[2]，并对其机制进行深入研究，但至今尚未得到一个明确的结论。

核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信号通路与炎症级联反应密切相关，可通过调控炎症基因表达来调节炎症反应[3]。脊髓损伤后，NF-κB被异常激活，释放大量炎症因子、趋化因子和黏附分子等[4]。NF-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor kappa B,IκB)激酶β (IκB kinase beta,IKKβ)是NF-κB经典激活通路中活化NF-κB的关键激酶，在调控通路相关基因表达中占据核心地位[5-6]。脊髓损伤后30 min，可观察到IKKβ活性开始上升，并在12 h达到峰值[7]；而NF-κB p65(NF-κB是二聚体中必不可少的组成蛋白)在脊髓损伤后30 min也可被观察到表达，并在24 h达峰值[8-9]。由此可见，IKKβ的表达水平与NF-κB活化和表达存在相关性。而有研究发现，在敲除脊髓损伤小鼠神经元中IKKβ后，IκB激酶复合物(IκB kinase complex,IKK)/NF-κB信号通路激活受到抑制，并减轻脊髓损伤后炎症反应，从而产生神经保护作用[10]。

因此，IKKβ很有可能是治疗脊髓损伤后炎症反应的一个潜在靶点。本文对近年来IKKβ在脊髓损伤后炎症反应中的研究进行综述，试图寻找一种新的治疗脊髓损伤的靶点。

1 IKKβ的结构与功能

1.1 IKKβ主要结构

IKKβ是IKK中的一个亚基，主要作用是快速磷酸化降解IκB。IKK由IKKα、IKKβ和IKKγ/NEMO(NF-κB essential modifier)3个亚基组成，正常情况下，三者以1∶1∶2的比例组合在一起[11]。IKKγ/NEMO属于调节亚基，起修饰作用，IKKα和IKKβ属于激酶亚基，这两个亚基约有50%的序列相同，都有一个N端激酶结构域、二聚化功能域和一个C端NEMO结合域(NEMO binding domain,NBD)。虽然它们都参与信号通路的激活，但对NF-κB活化调节存在差异[12]。

IKKβ不但能使IκB调节域被磷酸化，随后泛素化降解，还可以通过直接磷酸化p65上的Ser 563位点，使NF-κB活化。在关于IKKβ与IKKα活性分析的研究中发现[13]，这二者活性相互独立，且IKKβ磷酸化IκB的能力是IKKα的50～60倍。这就确定IKKβ作为NF-κB信号通路上游蛋白靶点的绝对优势。

1.2 IKK/NF-κB信号通路被激活

IKK/NF-κB信号通路被激活有赖于IKKβ的磷酸化，但激活IKK的过程尚不明确。以Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)诱导IKK活化的过程为例：胞膜上TLR与其配体结合后发生同源二聚体构象变化，从而募集适配器蛋白——髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)和MyD88衔接蛋白(MyD88 adaptor-like protein,Mal)，再以MyD88为骨架募集白细胞介素-1受体相关激酶1(interleukin-1 receptor-associated kinases-1,IRAK-1)和白细胞介素-1受体相关激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinases-4,IRAK-4)，共同构成Myddosome复合物。

由于空间临近性，IRAK-1被IRAK-4磷酸化，并离开Myddosome复合物与肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)受体相关因子(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)结合，然后TRAF6又被多聚泛素化并募集转化生长因子激酶1(transforming growth factor-β activated kinase-1,TAK1)和转化生长因子激酶1靶向蛋白2/3(transforming growth factor-β activated kinase-1 binding protein 2/3,TAB2/3)。由于与被泛素化TRAF6相结合，TAK1自身磷酸化被开启并成功将自己激活，然后TAK1通过磷酸化IKK来调控下游信号通路[14]。

IKK被磷酸化主要是IKKβ被磷酸化，从而诱导出IKK活性[15]。然后IκB就被IKKβ磷酸化和泛素化，并被26s蛋白酶体识别降解，从而释放出NF-κB二聚体，NF-κB在其核定位区的作用下开始向核内移动，然后与DNA上κB位点结合，并诱导目标基因转录和表达[16]。这就是NF-κB经典激活通路。

1.3 IKKβ的功能

IKKβ的作用主要是磷酸化IκB，激活NF-κB信号通路。而该通路一旦被异常激活，各种疾病也随之而来，如癌症、糖尿病等。

在癌症中，IKKβ诱导NF-κB活化释放出炎症因子，影响肿瘤生存微环境，进而促进肿瘤生长、浸润和扩散以及肿瘤血管的生成。因此，IKKβ是炎症和肿瘤之间的联系纽带[17]。在癌症小鼠模型中，小鼠IKKβ基因被敲除以后，肿瘤发生率均有所下降，这可能是由于炎性细胞中IKKβ缺失，导致炎性因子分泌减少，从而减少对肿瘤细胞的刺激[18-19]。

在糖尿病中，IKKβ与1型糖尿病中β细胞受损相关。使用IKKβ抑制剂——水杨酸盐可阻断NF-κB活化，从而减少炎症因子释放，减轻对胰岛β细胞功能的损害[20-21]。

因此，IKKβ可能是治疗癌症和1型糖尿病新的方向。

但在自身免疫系统疾病中，IKKβ缺乏反而会导致免疫缺陷疾病，影响免疫系统正常工作。小鼠体内IKKβ的缺失会直接导致胚胎期小鼠免疫功能缺失而死亡[22]。

总之，IKKβ在疾病中的作用主要是介导炎症，进而导致疾病发生，但它也是维持免疫系统正常功能的重要组成部分。

2 IKKβ与脊髓损伤后炎症反应

2.1 脊髓损伤后炎症反应

脊髓损伤是一种严重威胁人类健康的常见外伤，以损伤后出现相应节段肢体感觉、运动功能障碍以及自主神经功能障碍为主要表现。在脊髓受到机械性外伤的瞬间会产生原发性损伤，这种损伤是不可逆的。随着时间的推移，由于原发性损伤引发局部受损区域出现渗出、水肿、出血、神经元细胞变性坏死等病理改变，进而引发一系列继发性损伤[23]。而这些损害可持续数小时或更长时间，同时会加深损伤程度，扩大损伤范围[24]。

继发性损伤相关机制主要包括血脊髓屏障被破坏、神经性炎症、创伤后组织缺血机制、自由基损伤机制、兴奋性氨基酸毒性作用、细胞凋亡与坏死、钙介导与电解质失衡等[2,25]。其中炎症反应在脊髓损伤继发性损伤中占据重要位置。但因其反应机制较为复杂[1]，对脊髓损伤治疗造成非常大的困难。

一般来说，炎症是机体对局部损伤的适应性、稳态应答。损伤初期炎症具有限制和修复受损组织的作用，但是一旦失控，就会造成多器官失调，甚至会引发死亡[26-27]。特别是在脊髓损伤后，脊髓形态遭到破坏和扭曲，组织中的轴突、血管、神经元等也受到损害，随后引发炎症级联反应(主要是由先天性和适应性免疫反应引起)，并对脊髓血管壁、外周循环网、肾素/血管紧张素系统和血液流变学参数产生不同程度影响[2]。在脊髓损伤过程中，脊髓血管会出现血流动力自我调节紊乱[28]，炎性细胞因子如TNF-α会激活还原性辅酶Ⅱ氧化酶，释放活性氧，导致血管内皮功能障碍[29]，增加血液黏度，使血管外周阻力增加，从而增加脊髓损伤患者罹患心血管疾病的风险。由心血管疾病引发的脊髓损伤患者死亡率约为40%[30]。同时还会刺激肾素/血管紧张素系统，使血管收缩、氧化应激和细胞增殖增加，诱导促血管生成素-Ⅱ介导的炎症反应发生[31]。继发性炎症会使脊髓损伤患者下肢动脉血管内膜中层厚度明显增厚，增加脊髓损伤患者罹患外周血管病的风险[32]。

2.2 IKKβ在脊髓损伤后炎症反应中的作用

脊髓损伤后，炎症反应会对脊髓组织的生存环境以及循环系统造成不同程度影响。损伤后爆发的继发性炎症会释放出各种细胞因子，例如白细胞介素(interleukin,IL)-1β、TNF-α等，这些因子刺激细胞膜上特异性受体，经过一系列蛋白二聚化，丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基磷酸化以及聚泛素修饰[11,33]等复杂过程，诱导NF-κB信号通路激活，释放出许多细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、趋化因子等)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和黏附分子等[34]。这些因子被释放后又会继续诱导通路激活，如此反复，形成一个恶性循环。

因此，阻止NF-κB激活可能是治疗脊髓损伤的一个潜在靶向[35]。IKKβ不但能磷酸化IκB调节域，同时还可直接作用于p65的Ser 563位点，使NF-κB被释放并向核内移位[36-37]，说明IKKβ是调节脊髓损伤后NF-κB活性非常重要的上游目标蛋白。

抑制脊髓损伤后NF-κB的表达，可减轻脊髓损伤后继发性损伤，促进运动功能恢复[10,38-42]。将小鼠神经元中IKKβ敲除，然后进行胸髓撞击损伤，结果发现小鼠运动功能有所恢复，病灶体积明显缩小，NF-κB激活被抑制，IL-1β在脊髓损伤后3 d明显降低，轴突在损伤后35 d明显增多。由此得出结论，敲除神经元中IKKβ可抑制NF-κB，并对脊髓损伤具有神经保护作用。NF-κB经典激活途径可作为治疗脊髓损伤的一个潜在方向[10]。

在一项关于先天免疫细胞激活通路对脊髓损伤作用的研究中，使用骨髓细胞IKKβ条件性敲除(IKKβΔmye)小鼠进行脊髓损伤造模，发现与对照组相比，IKKβΔmye小鼠脊髓损伤后中性粒细胞和巨噬细胞浸润明显减少，脊髓损伤诱导的促炎基因表达降低，同时改善神经元缺失，小鼠运动功能也有所恢复[43]。对脊髓损伤后大鼠使用IKKβ选择性抑制剂，发现IKKβ活性被抑制，并下调组织中受NF-κB信号通路调控的炎症基因的转录和表达，从而发挥神经保护作用[44]。对脊髓损伤大鼠进行IKKβ抑制剂BMS-3455414硬膜下注射，结果显示，脊髓损伤后炎症细胞和中性粒细胞浸润减少，细胞凋亡被抑制，受损脊髓神经元得到保护[7]。

脊髓损伤后IKKβ和NF-κB的含量升高，使用右美托咪定可降低IKKβ和NF-κB的含量，抑制IKK/NF-κB信号通路，从而减轻脊髓损伤后炎症反应[45]。

3 展望

由于脊髓损伤病理生理机制非常复杂，目前临床上尚无确切有效的治疗方法，因此，探索一种安全有效的治疗方法一直是该领域热点。

IKKβ是脊髓损伤后主要炎症通路的关键激酶，很大程度上决定了通路的活化程度。而在抑制IKKβ表达后，脊髓损伤后炎症反应减轻，运动功能恢复。因此，抑制IKKβ表达可能是调控脊髓损伤后炎症反应的方法之一。

当前已有相关研究应用IKKβ抑制剂调控癌症、糖尿病等疾病的炎症反应，从而起到治疗的作用。所以在今后研制治疗脊髓损伤的药物或方法中，可将IKKβ作为新的治疗靶点开展相关研究。