NF-κB信号通路在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的作用

2021-03-25张文涛陈云宪唐良秋

国际心血管病杂志 2021年1期

张文涛陈云宪唐良秋

核因子κB(NF-κB)是炎性反应、细胞增殖、细胞免疫和凋亡激活的主要调节因子。在冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)中，NF-κB出现不适当或过度激活[1]，参与动脉粥样硬化、缺血损伤、心肌重构、心脏保护、细胞死亡等过程。

1 NF-κB概述

NF-κB是一种炎性信号通路蛋白，几乎存在于所有细胞中，是由Rel 家族构成的二聚体蛋白。Rel 家族可分为两组：一组包括p50 (NF-κB1) 和p52 (NF-κB2) 蛋白；另一组包括p65(RelA)、RelB和c-Rel蛋白。p65是NF-κB核转位的主要亚基[2]。NF-κB1和NF-κB2基因先表达为前体p105和p100，后分别被切割成转录因子p50和p52[3]。上述5种蛋白组合成同源二聚体(抑制炎性因子表达)或异源二聚体(促进炎性因子表达)发挥功能。NF-κB通路的激活包括经典途径和替代途径。在经典途径中，IκBα与胞浆中的NF-κB二聚体结合，形成稳定的复合物，在接收到激活信号后转变为IκB激酶复合体[NEMO，包含IκB激酶(IKK)α、IKKβ和IKKγ][4]，IκB蛋白可被NEMO磷酸化，触发IκBα赖氨酸48连接的多泛素化，促进NEMO降解，NF-κB二聚体释放，NF-κB二聚体进入细胞核后结合DNA中的特定位点来调节基因转录[5]。在非典型途径中，分化簇配体(CD40L)、淋巴毒素β受体(LTβR)和B细胞活化因子受体(BAFF-R)的信号促使NF-κB诱导激酶(NIK)活化，NIK可使IKKα复合物磷酸化，进而磷酸化p100的羧基末端丝氨酸残基，触发p100的C端IκB样结构选择性降解，促进p52的生成及p52/RelB异源二聚体的加工和释放，最终导致p52/RelB和p50/RelB的核转位，诱导靶基因的表达[6]。NF-κB信号通路经上述途径激活后，调节白细胞介素(IL)、凋亡抑制因子、黏附因子等的表达，促进动脉粥样硬化和缺血损伤/心肌重构的发生[2,7]。

2 NF-κB与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化的主要病理过程包括内皮损伤、泡沫细胞形成、血管平滑肌细胞(VSMC)增殖和斑块进展等，大量炎性因子和趋化因子参与其中，NF-κB可能发挥调控作用。

2.1 NF-κB导致内皮损伤

血小板聚集时，正常内皮细胞释放的内皮衍生舒张因子(EDRF)如一氧化氮(NO)等可舒张血管，并与前列环素协同抑制血小板聚集。EDRF还可以减少黏附分子在内皮中的表达水平，从而减少白细胞(巨噬细胞)的黏附和转化。香烟草成分、血脂紊乱、高血压和高血糖等会使NO释放减少，加速内皮细胞凋亡和再生。再生的内皮细胞存在功能障碍，会产生大量NO，促进炎性反应，导致动脉粥样硬化斑块形成[8]。

NF-κB是内皮细胞活化和凋亡的主要调节因子。NO可通过清除氧自由基抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的激活，从而抑制NF-κB。在正常情况下，内皮细胞的保护性基因如IκBα、A20和Bcl-2等可防止内皮细胞激活和凋亡。当NO减少时，NF-κB调节系统出现功能紊乱，导致内皮损伤和凋亡[9-10]。低密度脂蛋白(LDL)对血管壁的氧化修饰也可引起炎性反应并激活NF-κB，导致内皮细胞表面趋化因子的释放和黏附分子的表达。研究显示，抑制小窝蛋白-1(CAV-1)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)、TNF-α、IL-6和IL-1β在内的多种炎性因子和黏附分子，均可下调NF-κB活性，改善内皮细胞功能[11]。Ridker等[12]发现Canakinumab(IL-1β的单克隆抗体药物)可在不降低血脂的情况下显著降低动脉粥样硬化患者心血管复发事件的发生率，可能的机制为Canakinumab能抑制IL-1β诱导血管促凝活性、促进单核细胞与血管内皮细胞的黏附以及VSMC生长的作用[12]。

2.2 NF-κB参与泡沫细胞形成和破裂

泡沫细胞的形成和进一步在血管内皮下间隙聚集是动脉粥样硬化病变的重要过程，NF-κB在泡沫细胞的形成过程中发挥重要作用，可能是动脉粥样硬化形成的关键环节。

单核细胞向巨噬细胞和泡沫细胞分化的关键因子是巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)，NF-κB通过调控促炎性细胞因子如IL-1β、TNF等的表达，调节M-CSF[13]。动脉粥样硬化中的巨噬细胞分为M1和M2种亚型，分别有促炎和抗炎作用[14]。巨噬细胞转化为泡沫细胞可抑制M1型极化因子的促炎反应，降低NF-κB活性。当巨噬细胞向M2型极化时，巨噬细胞和泡沫细胞均通过NF-κB途径上调抗炎相关基因的表达[15]。微环境改变(血脂异常、糖尿病和自身免疫性疾病相关的低度炎性反应及感染等)可能会打破这种稳态，通过下调ATP结合盒转运体(ABC)A1和ABCG1介导的胆固醇外流和上调NF-κB活性，加速泡沫细胞和动脉粥样硬化形成[16]。Ben等[17]发现巨噬细胞中的穹隆主体蛋白(MVP)可通过抑制巨噬细胞中NF-κB信号阻止肥胖和动脉粥样硬化；同样给予高脂饮食，与对照组小鼠相比，MVP基因敲除小鼠体质量和主动脉粥样硬化面积的增加更明显。Yang等[18]发现，NF-κB通过提高巨噬细胞的端粒酶逆转录酶(TERT)活性，加速动脉粥样硬化的进展。

2.3 NF-κB促进VSMC增殖

VSMC位于血管中层，维持动脉的顺应性和弹性回缩。对动脉粥样硬化斑块的分析发现，斑块中大部分细胞来源于局部VSMC的迁移和增殖。NF-κB在VSMC迁移和增殖中发挥作用。当NF-κB活性升高时，VSMC的增殖受到抑制，凋亡速度加快[19]。研究表明，TNF-α通过诱导NF-κB的靶基因Krüppel样转录因子4(Klf4)抑制平滑肌细胞关键收缩蛋白如α平滑肌肌动蛋白(SM-α-actin)、平滑肌22α(SM-22α)、平滑肌肌球蛋白重链(SM-MHC)的表达，诱导促炎性反应和基质重构蛋白如单核细胞趋化蛋白(MCP)-1、基质金属蛋白酶(MMP)-3、MMP-9、VCAM-1、IL-1β等的表达[20]。环状RNA(circRNA)-Sirt1在VSMC中可以抑制TNF-α诱导的NF-κB核转位，抑制VSMC炎性表型转换。同时，circ-Sirt1通过调节Sirt1的表达，对VSMC胞浆和胞核中的NF-κB活化发挥双重抑制作用，显著阻止炎性反应和动脉粥样硬化进程[21]。

2.4 NF-κB加速斑块进展

斑块进行性生长与细胞因子、促炎和抗炎介质参与的慢性炎性反应密切相关[22]，抑制NF-κB相关黏附和炎性因子是阻止斑块进展的关键。Nguyen等[23]发现，evogliptin可以与Sirt1共同作用，阻断NF-κB去乙酰化，抑制炎性反应，进而抑制动脉粥样硬化斑块的形成。氧甾醇27-羟基胆固醇和醛-4-羟基壬烯醛可以通过Toll样受体4(TLR4)/NF-κB途径促进人前单核细胞U937细胞释放IL-8、IL-1b和TNF-α，上调MMP-9，导致动脉粥样硬化斑块的不稳定和破裂[24]。研究显示，暴露于PM2.5可使心肌梗死的风险增加。Beng等[25]发现，PM2.5可以通过NF-κB途径促进泡沫细胞形成，增加动脉粥样硬化小鼠各阶段斑块的不稳定性。

3 NF-κB与缺血损伤和心肌重构

炎性反应可加速心肌缺血的发生，也可促进缺血后心功能的恶化。心肌缺血后，核因子高迁移率族蛋白1(HMGB1)从坏死的心肌细胞中释放出来，作用于TLR2、TLR4、TLR9和RAGE等TLR和模式识别受体，激活NF-κB，诱导IL-1β、前IL-18等炎性介质从心肌成纤维细胞中释放，促进炎性细胞如中性粒细胞和单核细胞的激活和聚集[26]。这些炎性细胞可去除坏死的心肌细胞，促进心肌纤维化损伤的修复。促炎和抗炎的失衡会加重缺血，促进左室重构，使心功能进一步恶化。调控NF-κB通路可缓解心肌损伤和心肌重构。Fujiwara等[27]发现TLR4的抑制剂TAK-242-NP可减少小鼠心肌梗死面积，抑制炎性Ly-6Chigh细胞向心脏募集，减少循环HMGB1，进而减少心脏NF-κB活化和细胞因子表达。何忠开等[28]发现，白藜芦醇可激动Sirt1，抑制IKK的磷酸化及NF-κB活性，减少小鼠心肌梗死后炎性反应，达到抗氧化、保护心肌的作用。脑和肝缺血模型显示急性NF-κB活化因子配体(RANKL)信号在细胞存活和限制最终梗死范围中有重要作用[29-30]。相反，在心肌缺血期间抑制RANKL，可对再灌注后24 h梗死范围产生有益影响[31]。Slavic等[32]选择性抑制小鼠造血细胞来源的RANKL，发现小鼠IL-1β和MMP-9的基因表达水平显著降低，M2型巨噬细胞标志物甘露糖受体C1(MRC-1)、人精氨酸酶1(Arg-1)、α-dym-1的基因表达水平在左室中也显著降低，小鼠的存活率和心功能明显改善，提示造血细胞来源的RANKL会使心肌梗死范围增大。特异性抑制造血细胞来源的RANKL可改善缺血后的心功能，降低死亡率，下调缺血后炎性因子的产生[32]。总之，NF-κB及其调控的细胞和炎性因子，可能成为改善冠心病预后的新靶点。