NF-κB介导的炎症反应与颅内动脉瘤

魏利超，吴旻

(1.江苏大学医学院，江苏 镇江212000； 2.江阴市人民医院神经外科，江苏 江阴214400)

颅内动脉瘤是由颅内动脉血管壁损伤或病变导致的颅内动脉的异常凸起，是一种颅内常见的血管类疾病。颅内动脉瘤的人群患病率很高，任何年龄圴可发病，其症状在发病早期往往不明显，大多数患者是在体检或破裂后发现病情。一旦颅内动脉瘤发生破裂，可引起严重的自发性蛛网膜下腔出血，仅有少数患者在积极干预后有良好的预后，大部分患者重度残疾，甚至死亡。在颅内动脉瘤发生、发展过程中，动脉瘤壁通常伴随着活动性的炎症反应，核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)已被鉴定为调节颅内动脉瘤病变中炎症相关基因诱导的主要转录因子[1]。目前临床上治疗颅内动脉瘤主要有开颅手术夹闭和血管内介入栓塞两种方式[2]。虽然这两种手术方式已经取得了快速发展，但手术风险和病死率仍居高不下。因此，如何利用NF-κB基因采用药物等非手术治疗方法对改变目前颅内动脉瘤的治疗现状具有重要意义。现就NF-κB介导的炎症反应与颅内动脉瘤发生、发展的关系予以综述。

1 NF-κB及其介导的信号通路

1.1NF-κB的基本结构与功能 NF-κB是一种在真核生物细胞内普遍表达的转录因子，最初被发现时是一种可以与免疫球蛋白κ轻链基因的κ增强子结合的B细胞核蛋白，NF-κB转录因子家族在细胞增殖、免疫应答、细胞凋亡以及炎症等细胞活动中均发挥重要作用[3]。就哺乳动物而言，NF-κB家族至少包含5位成员，即RelA/p65、RelB、c-Rel、p50/NF-κB1和p52/NF-κB2(p100)，该家族成员均含有一个由300个氨基酸构成的高度保守的N端区域，称为Rel-同源结构域，Rel-同源结构域主要有3个功能，即结合序列特异性DNA、二聚体化和结合抑制蛋白[4]。通过Rel-同源结构域，不同的NF-κB成员可以相互作用，形成各种同源或异源二聚体，并与靶基因的启动子或增强子区域中的κB序列元件结合。每种Rel蛋白(RelA、RelB和c-Rel)均含有诱导靶基因转录所需的C端反式激活结构域，但缺乏反式激活结构域的p50和p52蛋白可以通过形成Rel/p50和Rel/p52异二聚体，调节NF-κB的DNA结合活性[5]。p50和p52形成的同源二聚体是转录的抑制因子，在预防NF-κB靶基因异常表达方面发挥重要作用；p50和p52同源二聚体也可能通过与非Rel共激活蛋白结合而获得反式激活功能，从而参与对靶基因转录的调节[6]。NF-κB抑制剂(inhibitor of nuclear factor-kappaB，IκB)是NF-κB的抑制蛋白，大部分IκB含有锚蛋白重复结构域，IκB与NF-κB通过该结构域相互作用，并抑制NF-κB二聚体的核转位，进而抑制NF-κB的活性[7]。IκB蛋白家族由p100、p105、IκBα、IκBβ等几种蛋白共同组成，其中p105和p100分别为NF-κB1和NF-κB2的前体蛋白，这些前体蛋白在其C端部分含有IκB样结构，可以对NF-κB的活性产生抑制，因此p105和p100在蛋白酶的作用下不仅要产生成熟的NF-κB1和NF-κB2，还要破坏p100和p105蛋白的IκB样结构，使IκB失去抑制NF-κB1和NF-κB2活性的功能[8]。

1.2NF-κB信号通路 静息状态下，NF-κB二聚体通过与其抑制剂IκB相互作用被隔离在细胞质中，阻止了二聚体的核转位，致使NF-κB失去活性[7]。当机体发生免疫反应或应激反应时，NF-κB成员通过两个主要的信号通路(即经典和非经典途径)被激活并转移到细胞核，并在细胞核中刺激或抑制一些基因的转录[9]。

1.2.1NF-κB经典信号通路 经典多亚基IκB 激酶(inhibitor of nuclear factor-kappaB kinase，IKK)是NF-κB经典信号通路的关键调节因子，由两个催化亚基(IKKα和IKKβ)和一个NF-κB调节剂(或IKKγ的调节亚基)组成。IKK在各种细胞刺激作用下被激活，激活后的IKK使IκBα N端丝氨酸残基磷酸化和赖氨酸残基泛素化，并触发IκB降解，随着IκB的降解，NF-κB家族成员形成的二聚体(如RelA/p50和c-Rel/p50)被释放并易位至细胞核，控制各种基因的转录[10]。经典NF-κB信号通路的主要调节机制是负反馈调节，IκBα(IκB家族主要成员)则是参与负反馈调节的关键因子。IKK介导的磷酸化引发IκBα降解后，IκBα通过NF-κB介导的基因表达诱导迅速再合成，重新合成的IκBα及时地抑制了NF-κB经典信号通路[11]。NF-κB经典信号通路通过接受多种因素的刺激被激活，包括炎症细胞因子[如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α和白细胞介素(interleukin，IL)-1][12]。

1.2.2NF-κB非经典信号通路 NF-κB的非经典激活通路不再需要三聚体IKK复合物或IκBα的降解，而是取决于NF-κB2基因产物p100的加工。p100是NF-κB亚基p52的前体蛋白，p100与IκB含有相同的C端结构，与IκBα一样，p100可以与NF-κB家族成员结合并发挥NF-κB抑制剂的作用[13]。NF-κB的非经典激活通路主要由NF-κB诱导激酶介导，NF-κB诱导激酶与下游激酶IKKα一起发挥作用，对p100 C端IκB样序列选择性降解并产生p52和RelB[14]。p52与RelB形成异二聚体转移至细胞核，调节目的基因的转录。介导NF-κB非经典信号通路激活的受体主要包括TNF受体超级家族成员淋巴毒素β受体、属于TNF家族的B细胞激活因子受体、CD40、核因子受体激活因子以及成纤维细胞生长因子诱导因子14等[15]。

2 炎症反应中的NF-κB

炎症是人体普遍存在的应对感染和组织损伤等刺激的一种防御反应，其基本特征为炎症部位的血管舒张和炎症细胞的浸润。炎症通常对人体有益，但失调的炎症反应可导致过度或持久的组织损伤，引起急性或慢性炎性疾病。炎症的发展通常通过先天免疫细胞和上皮细胞上的模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)检测病原体相关分子模式或损伤相关分子模式来启动。PRR家族包括Toll样受体、视黄酸诱导基因1样受体、核苷酸结合寡聚化结构域样受体和C型凝集素样受体。细胞接收到刺激后，PRR启动细胞内信号转导，诱导产生促炎细胞因子、趋化因子和其他炎症介质[16-17]。由不同PRR引发的炎症信号转导过程的共同特点为NF-κB经典信号通路的激活，通过NF-κB通路的激活介导TNF-α、IL-1和IL-6等促炎细胞因子的转录以及各种趋化因子的产生，这些可溶性因子与其特异性受体结合，诱导血管舒张以及单核细胞和中性粒细胞向炎症部位的迁移[18-19]。

炎症反应的发生过程伴随免疫细胞的作用，包括源自活化的CD4+细胞的辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)特定亚组Th1细胞和Th17细胞[20]。Th1细胞和Th17细胞又称促炎性T细胞，可以分泌不同的细胞因子，并介导免疫反应的不同方面。Th1细胞主要分泌γ干扰素，而γ干扰素是一种在细胞免疫和炎症反应中具有关键功能的细胞因子；Th17细胞产生的主要效应因子是IL-17，与许多自身免疫和炎症疾病有关[21-22]。NF-κB在先天性免疫中发挥作用，可诱导IL-12和IL-23的产生，促进CD4+细胞分化为Th1细胞和Th17细胞；NF-κB不仅可以诱导Th17细胞的产生，还可以诱导Th17细胞产生IL-17等细胞因子，在炎症反应过程中发挥重要作用[23]。Th17细胞在接受炎症微环境的刺激后，通过表达包括粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)在内的特异性细胞因子获得炎症效应功能。Yu等[24]通过构建动物实验模型发现，GM-CSF基因表达可促进神经类炎症的进展，且非经典NF-κB信号通路在Th17细胞的GM-CSF诱导中发挥了重要作用；NF-κB家族成员p52基因可以直接结合GM-CSF编码基因中的κB增强子元件，并募集经典的NF-κB家族成员c-Rel共同参与GM-CSF基因的转录激活。可见，NF-κB通过不同的方式、途径对炎症反应的调节发挥作用。

3 炎症反应与颅内动脉瘤

3.1颅内动脉瘤的病理基础 颅内动脉瘤是颅内动脉的正常凸起，主要影响血管分叉部位，其组织学特征为动脉壁过度退行性改变、内弹性椎板破坏以及炎症细胞浸润等。颅内动脉瘤的发生、发展和破裂主要取决于血管壁的重构，而血管壁的重构又取决于基质的变性与再生之间的平衡。基质的变性和再生主要与巨噬细胞以及其他炎症细胞释放的蛋白酶有关，而血管平滑肌细胞的凋亡、再生则是影响血管壁结构改变的主要因素[25]。研究表明，炎症反应控制和改变了颅内动脉瘤的发病机制，并建立了颅内动脉瘤是由炎症反应控制的所谓的炎症性疾病的概念[26-27]。

3.2炎症细胞及炎症因子与颅内动脉瘤

3.2.1巨噬细胞浸润 炎症反应的基本特征是炎症细胞的渗出，因此巨噬细胞介导的炎症反应在颅内动脉瘤中的作用机制一直是研究热点。在Kanematsu等[28]建立的小鼠动脉瘤模型中，通过免疫组织化学染色的方法发现动脉瘤壁有部分增厚，在动脉瘤血管壁内伴随大量白细胞浸润，且大多数白细胞为巨噬细胞；同一研究在诱导小鼠颅内动脉瘤模型的同时，将静脉注射脂质体包裹的二氯亚甲基二膦酸盐(氯膦酸盐脂质体)消除巨噬细胞的小鼠与未注射消除巨噬细胞正常诱导的颅内动脉瘤小鼠模型进行比较发现，接受巨噬细胞消除治疗的小鼠颅内动脉瘤的发病率低于正常诱导小鼠。这个实验表明，巨噬细胞浸润在颅内动脉瘤的形成过程中发挥了重要作用。Ikedo等[29]在实验中通过药物抑制巨噬细胞的炎症作用，进而抑制颅内动脉瘤的发展，而且该药物是通过抑制NF-κB家族成员p65的磷酸化而抑制了NF-κB在巨噬细胞内的激活。

3.2.2单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)的调节 MCP-1是一种调节单核细胞迁移和浸润的趋化因子，NF-κB在细胞内可以诱导MCP-1的产生。Lai等[30]对收集的108例颅内动脉瘤患者的血清进行检测发现，颅内动脉瘤患者的MCP-1水平显著高于正常对照者，表明颅内动脉瘤的形成和发展可能与MCP-1的高表达有关。Liu等[31]通过构建动物颅内动脉瘤模型，发现NF-κB和MCP-1的表达在颅内动脉瘤诱导后的1周即达峰值，表明NF-κB和MCP-1或许可以作为颅内动脉瘤早期检测的指标；另外，该实验还通过免疫组织化学染色法证实，MCP-1在血管平滑肌细胞和内皮细胞的各个时期均持续表达，表明动脉瘤壁可以持续产生趋化因子，从而加强炎症反应。在颅内动脉瘤形成过程中，MCP-1对巨噬细胞发挥募集和黏附作用，诱导巨噬细胞通过新生的血管滋养管进入血管壁；血管壁内的巨噬细胞释放TNF、IL-1β、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等促炎因子，在这些细胞因子的协同作用下促进了血管壁结构的改变，导致颅内动脉瘤的形成、发展甚至破裂[32-33]。这些研究结果表明，促炎因子MCP-1在颅内动脉瘤发生、发展甚至破裂过程中发挥重要作用。

3.2.3MMP的破坏 MMP是一类依赖于锌离子和钙离子的蛋白水解酶。Rojas等[34]对282例颅内动脉瘤患者的血清进行检测发现，颅内动脉瘤患者血清MMP-9表达水平显著高于正常人，且在已发生破裂的颅内动脉瘤患者的血清中表现得更为突出，表明MMP-9在颅内动脉瘤的发展和破裂过程中可能发挥了关键作用。Cheng和Wang[35]用免疫组织化学法在20例颅内动脉瘤病理标本中测得动脉瘤壁MMP-2和NF-κB的表达水平均显著高于正常颅内动脉者，且MMP-2与NF-κB信使RNA的表达在动脉瘤壁组织中呈正相关。这些实验数据表明，MMP-2在颅内动脉瘤的病变过程中发挥了作用，且可能与NF-κB有一定的协同作用。在颅内动脉瘤发展过程中，血管平滑肌细胞的表型逐渐由收缩型转变为合成型，并获得增殖和迁移的能力，同时获得调节细胞外基质的能力[36]。MMP可以降解细胞外基质并参与炎症反应的调节，通过破坏细胞基质加速颅内动脉瘤血管壁的重构，最终将导致动脉瘤壁的稳定性减弱[37]。

3.2.4前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)引起的炎症瀑布反应 炎症反应在颅内动脉瘤的形成过程中并不会在短时间内像急性炎症反应那样消退，它是一个长期、持久的过程，发生在颅内动脉瘤发生、发展和破裂的各个时期。在脑动脉瘤的标本检测中发现，环加氧酶2(cyclo-oxygenase-2，COX-2)在动脉瘤壁中广泛表达；通过构建大鼠颅内动脉瘤模型发现，PGE2-EP2(E-series of prostaglandin receptors type 2)途径和NF-κB可以放大炎症反应[38]。Fukuda和Aoki[39]阐述了颅内动脉瘤产生慢性炎症的机制，首先，在血流动力学的应激作用下，血管内皮细胞中的NF-κB被激活，诱导产生COX-2，而在COX-2的作用下PGE2被合成；然后，产生的PGE2通过作用于其受体EP2再次激活NF-κB，在血流动力学的刺激下，形成了由COX-2-PGE2-NF-κB组成的正反馈环。在颅内动脉瘤的形成过程中，一旦血管壁受到血流动力学的压力驱动，急性炎症就会被放大并通过正反馈机制形成放大环而变成慢性炎症。虽然炎症反应在颅内动脉瘤疾病中的具体作用机制目前尚不明确，但人体标本检测和动物模型实验均证明炎症反应在颅内动脉瘤发生、发展甚至破裂过程中发挥重要作用。在各种调节炎症反应的因素中，NF-κB可能是颅内动脉瘤形成和破裂机制中最重要的蛋白质之一。

4 小 结

NF-κB基因的表达及其介导的炎症反应在颅内动脉瘤的发生、发展中发挥重要作用。颅内动脉瘤的非手术治疗方式一直是研究的热点，也是对目前颅内动脉瘤治疗的迫切要求。如果能够应用基因靶向治疗等方法使药物到达动脉瘤发生的血管壁，进一步抑制颅内动脉瘤的发展、稳定瘤体，达到延缓或者防止动脉瘤破裂的目的，对于颅内动脉瘤的治疗具有重要意义。而NF-κB介导的炎症反应与颅内动脉瘤的关系也将成为非手术治疗颅内动脉瘤有潜力的靶点。