活性氧介导NF-κB信号通路在消化系统疾病中的研究进展

刘红 陈紫红 左寒冬

【摘 要】核因子κB（NF-κB）是一种普遍存在于多种细胞质中，参与调节多种炎性反应的早期转录因子，活性氧（ROS）是一种细胞代谢或是外源性因素刺激产生的机体信号转导分子，可参与细胞凋亡、基因表达、信号转导等机体生理功能。众所周知，炎症在消化系统疾病的发生发展中至关重要，而NF-κB信号通路是重要的慢性炎症信号通路，随着研究的深入，不断有学者提出ROS可以介导NF-κB信号通路参与各系统疾病的发生发展，本文将对近年来ROS介导NF-κB信号通路在消化系统疾病中的研究进展作一综述。

【关键词】活性氧（ROS）;核因子κB（NF-κB）;消化系统疾病;综述

【Abstract】Nuclear factor-κB （NF-κB） is an early transcription factor that is ubiquitous in a variety of cytoplasm and participates in the regulation of a variety of inflammatory responses. Reactive oxygen species （ROS） is a signal transduction molecule produced by cell metabolism or exogenous factors， which can participate in cell apoptosis， gene expression， signal transduction and other physiological functions of the body.It is well known that inflammation in the development of digestive system disease is crucial， and the NF-κB signaling pathway is an important chronic inflammatory signaling pathways， with the deepening of the research， some scholars put forward continuously ROS can be mediated the NF-κB signaling pathways involved in each system disease development， this review will review the research progress of ROS-mediated NF-κB signaling pathway in digestive system diseases.

【Keywords】 reactive oxygen species（ROS）;nuclear factor-κB （NF-κB） ;diseases of the digestive system;review

在氧被還原时因获得电子数不同会形成多种不同的产物，有些产物具有很强的氧化活性，是已知最强的氧化剂之一，人们把这种含有氧元素且较O2活泼的分子或自由基统称为活性氧（ reactive oxygen species，ROS），起初认为ROS是细胞代谢的正常副产物，由细胞代谢过程中活性氧过量产生，包括过氧化氢（ H2O2 ）、超氧阴离子（O2-） 、羟自由基（-OH） 等，但随着研究的深入，人们发现ROS不仅可由细胞正常代谢产生，也可由外源性因素刺激产生，是机体重要的信号转导分子。一切需氧生物均能产生ROS，正常ROS可参与细胞凋亡、基因表达、信号转导等机体生理功能，因为机体内含有可灭活某些ROS的酶以及各种水溶性、脂溶性抗氧化剂等组成的防御系统，能将ROS转变为活性较低的物质，使得机体氧化性损伤趋势与抗氧化防御系统在正常生理情况下处于动态平衡，因此保护机体不受损失;但若机体发生异常，ROS持续升高，则可能导致机体发生一系列损伤反应，比如类脂中的不饱和脂肪酸发生过氧化反应破坏细胞膜的结构，进而损伤细胞的结构和功能，导致多种疾病的发生[1，2]。

核因子κB （ nuclear factor-κB，NF-κB）是一个转录因子蛋白家族，包括Rel （cRel）、p65 （RelA， NF-κB3）、RelB和p50（NF-κB1）、p52（NF-κB2）共5个亚单位，普遍存在于多种组织的多种细胞质中，参与多种炎症和免疫基因表达的调节，作为早期转录因子，NF-κB的激活不需要新翻译出的蛋白进行调控就能与多种细胞因子基因的启动子或增强子区NF-κB结合位点特异性结合， 调控其转录和表达，进而可以在第一时间对有害细胞的NF-κB信号通路刺激作出反应。现有研究发现，应激性刺激、紫外线照射、内毒素、氧自由基等多种因素都能够活化NF-κB，进而诱导细胞因子、生长因子 （如TGF-β1 ） 产生，激活的细胞因子又通过级联反应而生成促炎递质，进而介导炎性反应的发生发展[3，4，5]。

1 ROS介导NF-κB信号通路与消化系统实质脏器疾病的发生发展

1.1 ROS介导NF-κB信号通路与急性胰腺炎

越来越多的报道表明氧化应激及其产生的ROS在急性胰腺炎（acute pancreatitis ，AP）的炎症反应机制中起着重要作用，在生理条件下，组织中含有多种内源性抗氧化酶如谷胱甘肽（GSH）和超氧化物歧化酶（SOD），它们都可以清除ROS，防止脂质过氧化。但在AP中，ROS过度产生，从而导致ROS与内源性抗氧化剂或抗氧化酶之间失衡，过量的ROS能直接或间接地激活NF-κB进而损伤肾组织，导致肾功能不全和组织学改变，这可能也是AP引起肾损伤的机制之一，而进一步研究发现，抑制IκB降解可抑制NF-κB的活化，减轻AP对机体造成损伤的严重程度，从而抑制了过度的氧化应激反应，抑制ROS介导的NF-κB信号通路可能是减轻AP引起的肾损伤的一条新途径[6]。

1.2 ROS介导NF-κB信号通路与慢性胰腺炎

慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）的特点是胰腺内外分泌功能的进行性丧失，它是发展为胰腺癌（pancreatitis cancer，PC）的重要原因之一。近年来不断有研究证实炎症和氧化应激在胰腺炎的发生发展中至关重要，抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸被证实它可以通过清除细胞内异常积累的ROS保护胰腺细胞使之存活，有学者经过实验并提出LPS-TLR-4-ROS-NF-κB通路在炎症反应、氧化应激和胰腺细胞死亡过程中起着重要作用，即LPS通过激活TLR-4受体触发炎症通路，上调促炎细胞因子的产生，阻止LPS和TLR-4受体的结合可以抑制ROS-NF-κB通路，从而抑制炎症反应，防止炎症性癌变，这条通路可能为调节代谢紊乱提供了新的治疗策略[7]。

1.3 ROS介导NF-κB信号通路与胰腺癌

PC是世界上最常见的具有早期侵袭和转移特征的恶性肿瘤之一，没有早期的检测试验，大多数患者没有特异性的症状或体征，因此大多数患者要到疾病晚期才会被诊断出来，疾病晚期往往疗效不佳、预后很差，尽管付出了几十年的努力，它的5年的存活率仍然只有5%左右。基质金属蛋白酶（MMPs）是一种由癌细胞分泌的蛋白水解酶，在細胞外基质的降解过程中起着重要的作用，可导致天然屏障的弱化和增强肿瘤的侵袭。MMP-2和MMP-9是PC中常见的升高酶，ROS可以通过多种信号途径上调MMP-2和MMP-9的表达。苦参是一种传统的中草药，具有独特的抗癌作用，苦参碱是苦参中的有效成分，具有抗肝炎病毒感染、抗纤维化、抗炎、抗过敏和其他免疫调节作用，通过多种信号通路抑制癌细胞增殖，诱导癌细胞凋亡和自噬。LIAN等[8]发现苦参碱能够通过ROS/NF-κB/MMPs通路在体外减弱细胞内的ROS来抑制PC细胞中MMP-2和MMP-9的表达，具有抗转移和侵袭作用。

化疗耐药是PC治疗中的一个难题，吉西他滨是临床常用的化疗药物，据报道，吉西他滨和其他化疗药物一样，可以诱导ROS作为效应体，增强其抗癌能力，而NF-κB信号通路在炎症和肿瘤中具有重要作用，在吉西他滨治疗过程中，NF-κB可以被吉西他滨激活，ZHANG等证实了ROS参与了吉西他滨诱导的NF-κB/p65核易位，由此可见，ROS/NF-κB信号通路在PC化疗耐药中的重要作用，这条通路可能是是化疗耐药的新解释，针对这些相关途径和分子的策略有望提高PC患者化疗的敏感性[9]。

1.4 ROS介导NF-κB信号通路与肝细胞癌

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）在人类恶性肿瘤中占很大比例，是全球第三大常见的癌症相关死亡原因，是对全球性人类健康的主要威胁。目前针对HCC靶向治疗的研究参差不齐，其机制较为复杂，近年来人们日渐关注炎症在HCC中的重要作用，因此NF-kB信号通路也随之成为研究热点，各种研究纷繁可见，LAMPIASI等[10]学者研究发现一种新型的NF-kB抑制剂—去羟甲基-环氧喹诺霉素（DHMEQ），它与塞来昔布联合应用可以更好地通过ROS与NF-kB信号通路相互作用在HCC细胞中诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞，发挥抗肿瘤作用，这为临床上治疗HCC患者提供了一个新的途径。

2 ROS介导NF-κB信号通路与消化系统空腔脏器疾病的发生发展

2.1 ROS介导NF-κB信号通路与食管癌

食管癌（esophagus cancer，EC）是世界上第八大最常见的恶性肿瘤，也是导致癌症死亡的第六大原因。在致癌过程中，癌细胞转移依赖于细胞外基质的降解，而细胞外基质的降解主要是由MMPs催化的。LIU等[11]的研究证实促炎细胞因子IL-17A可通过ROS依赖，NF-κB介导的MMP-2和MMP-9活化来促进食管腺癌细胞的侵袭性，为肿瘤的生长、侵袭和转移提供了合适的微环境，这与早前就有报道的IL-17A通过NF-κB介导的MMP表达促进胃癌和结直肠癌的侵袭性相互佐证，由此可见，ROS-NF-κB信号通路通过其上下游调控基因和介质在EC中发挥着至关重要的作用。

2.2 ROS介导NF-κB信号通路与坏死性小肠结肠炎

坏死性小肠结肠炎（NEC）是早产儿最常见的威胁生命的胃肠道疾病之一，在其发病机制中，NF-κB、ROS、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等发挥了至关重要的作用。LPS一方面可以通过IRAK和TRAF6途径，另一方面可以通过PI3K和Akt途径诱导ROS产生，ROS异常积累后激活NF-κB进而促进了下游炎性细胞因子（如TNF-α、IL‐6等）的释放和其他介质参与炎症反应，进一步加剧了NEC的发生发展，鉴于ROS在TLR4信号通路中调节NF-κB激活的作用，减少ROS的产生很可能是改善NEC的有效策略，近年来，有学者提出金枪鱼脊骨蛋白（an antioxidant peptide from tuna backbone protein，APTBP）可以通过LPS激活TLR4信号通路，有效抑制脂质过氧化，在清除自由基和ROS方面具有较高的活性，因此APTBP下调ROS的清道夫作用在NF-κB信号通路和治疗NEC方面引起人们的关注。YIN等[12]研究展示了APTBP治疗后细胞间ROS确有减少、LPS激活的NF-κB信号通路活性减弱以及下游的炎性细胞因子（TNF-α，IL‐6等）也随之减少，表明APTBP确实可以通过清除ROS减少NF-κB介导的促炎细胞因子的释放，从而减轻肠道炎症。

2.3 ROS介导NF-κB信号通路与溃疡性结肠炎

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种特发性慢性炎症性肠病，其发病机制涉及基因与环境之间复杂的相互作用，虽然UC的确切发病机制仍有争议，但越来越多的实验和临床证据表明，过度炎症和异常免疫对UC的发病机制至关重要，这种过度和不受控制的结肠组织炎症导致持续的高水平ROS和无限制的促炎细胞因子的产生。

ROS主要在炎症细胞和上皮细胞中产生，上皮细胞中的ROS在UC的发生发展中起着重要和决定性的作用。LIAN等[13]表明，中草药中提取的化合物casicin通过增加抗氧化酶过氧化还蛋白3和MnSOD的表达，可以明显缓解葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导的UC，抑制巨噬细胞中的AKT / NF-κB通路进而减少ROS的产生和促炎细胞因子（IL‐1β，IL‐6，TNF‐α） 的释放，减轻结肠的损伤。

2.4 ROS介导NF-κB信号通路与直肠损伤

ROS可由外源性因素刺激产生，放射治疗被广泛应用于盆腔肿瘤的治疗，直肠是放射性损伤的高危器官，以往研究表明，辐射可通过血管损伤和组织重塑诱导缺氧，缺氧诱导ROS产生，进而导致直肠损伤。LIU等[14]研究证实端粒反转录酶（telomerase reverse transcriptase，TERT）通过抑制NF-κB和提高细胞自噬水平来减少缺氧诱导的ROS水平进而减轻了辐照诱导的直肠晚期损伤。SHI[15]等也发现在肠道上皮细胞中，创伤弧菌（Vibrio vulnificus produces hemolysin，rVvhA）可以通过产生ROS而介导NF-κB依赖性细胞死亡。

2.5 ROS介导NF-κB信号通路与结直肠癌

結直肠癌（colorectal cancer，CRC）是消化道常见恶性肿瘤之一，具有快速转移，预后较差的特点，“炎症-腺瘤-癌”学说是目前比较公认的CRC发生发展学说，不论是UC、NEC、还是辐射导致的直肠损伤等，最终都可能发展成CRC。早前就有学者提出TNF-α促进p47phox的膜易位来刺激ROS产生NADPH氧化酶（NOX），进而激活NF-κB导致炎症介质IL-8的最终产生，癌细胞分泌的IL-8可以在肿瘤微环境中促进内皮细胞增殖，进而促进肿瘤血管生成。后来人们发现穿心莲内酯（Andrographolide）通过抑制HCT116结直肠癌细胞中的NADPH氧化酶/ROS/NF-κB和Src/MAPKs/AP-1轴进而拮抗 TNF-α诱导的炎症介质IL-8的产生，从而抑制肿瘤血管内皮细胞增殖，影响肿瘤血管生成的微环境，但其是否可以延长CRC患者的生存期还有待进一步研究证实。可见，ROS介导的NF-κB信号通路在CRC的发生发展中至关重要，基本贯穿CRC的发生发展[16]。当然也有学者提出虽然ROS和NF-kB在肠道肿瘤中均发挥着重要作用，但ROS和NF-kB是促进RAC1下游肠干细胞增殖的两个平行通路，RAC1诱导的ROS产生和NF-kB激活促进了Wnt驱动的肠干细胞增殖和CRC的发生[17]。

3小结和展望

既往已有研究表明NF-κB的激活参与调节细胞的氧化还原状态，ROS通过参与早期TLR4介导的细胞反应从而调节NF-κB的转录，之后一些报告也一致显示，广泛的抗氧化剂抑制了NF-κB的激活，由此可见ROS在调节NF-κB信号通路中扮演了一个重要的角色，异常积累的ROS很可能通过激活NF-κB信号通路进而促进促炎细胞因子释放，从而参与疾病的发生发展。但目前ROS/NF-κB轴在有关胃和胆囊疾病方面的研究尚少，大多研究均将ROS和NF-κB分离，其实就以上所述可以大胆推测ROS/NF-κB轴可能也存在于胃、胆囊等消化系统疾病中。目前来看，ROS和NF-κB几乎参与了整个消化系统疾病的发生发展，发挥着承上启下的关键作用，不论是实质还是空腔脏器，只要其发生与炎性反应和应激相关，ROS/NF-κB信号通路就可能被激活并产生和释放一系列促炎因子，进一步加重炎性反应和氧化应激，同时这些炎性因子的产生和释放增多又会进一步激活NF-κB信号通路，导致最初炎症信号不断被放大，形成恶性循环，最终甚至可能导致炎性反应失控。

消化系统疾病在整个人类疾病谱中占有很大的比例，随着精准医疗的推广，如果能找到一条有关消化系统疾病发生发展的共同通路，就有望开发出针对该通路的靶向治疗方式，那势必又会将常见多发消化系统疾病的治疗推向又一个高峰。当然，这必然会面临许许多多挑战，比如：消化系统不同疾病中ROS/NF-κB信号通路的上游调控基因和下游炎性细胞因子又有所不同，目前的研究证据尚不能证明某些特定基因或是炎性因子必定存在于某些疾病或不存在于某些疾病;又比如其他因素是否也参与了炎症和应激的发生发展，与种族、年龄、遗传、环境等是否有关，毕竟在不同区域同一疾病的发病率和患病率是不尽相同的;还有的学者提出ROS具有浓度依赖性，一定浓度下具有诱发疾病发生的趋势，而如果浓度足够则可能诱导肿瘤凋亡，那某种意义上ROS是否可能成为一种治疗疾病的新型靶点呢？ROS/NF-κB信号通路在消化系统疾病中的作用与在其他系统疾病中的作用是否相同，有何区别，ROS是上调还是下调NF-κB等这些疑问还有待未来更多的研究证据支持和解释。

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