NF-κB在动物应激调控中的作用及机制研究进展

聂君书，胡惠洁，徐 晶，袁建彬，郭景茹 (黑龙江八一农垦大学 动物科技学院，黑龙江 大庆 163319)

应激是指在内外环境的刺激下，机体产生全身性的非特异性反应，各种刺激作用于下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经系统，引发机体代偿性生理反应，促进肾上腺素、糖皮质激素等激素的分泌[1]。核因子-kappa B(nuclear factor-kappa B，NF-κB)是一种具有多功能且至关重要的蛋白转录调节因子。哺乳动物的NF-κB家族主要是由Rel蛋白家族中任意的两种蛋白相结合而构成的同源以及异源的二聚体，NF-κB/Rel蛋白家族成员主要包括以下几种：p65、Rel B、c-Rel、NF-κB1(p50/p105)、NF-κB2(p52/p100)。NF-κB具有多种生物学功能，并协助复杂的生物学过程，NF-κB在应激反应中存在多种作用机制，并参与炎症反应与应激相关疾病的发展[2]。

1 NF-κB在动物应激调控中的作用

应激是一种普遍存在的现象，如果应激作用过强、过久，机体的新陈代谢难以抵抗应激刺激，就会对各系统产生复杂的影响，动物机体表现为精神异常、食欲不振、代谢减弱、生产性能下降、免疫功能衰退等症状[3-4]，严重影响了动物生产、健康与福利，对畜牧业的发展带来极大的损失。NF-κB作为细胞内的核转录因子，应激反应对不同的组织器官中NF-κB的表达存在影响，进而调控基因转录与应激引起的各种疾病的发生发展。

1.1 NF-κB在应激发生过程中对动物脑的影响及作用机制脑是动物机体主要器官之一，在应激源的作用下，动物发生脑水肿，这是由于缺氧作用下机体内腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)的合成减少，导致细胞膜的钠泵转运发生障碍，Na+因无法外流而大量聚集在细胞内，促使渗透压升高引发脑水肿[5]。NF-κB作为应激反应的重要介导物，影响神经系统和炎症基因的表达。应激导致动物大脑发生损伤，并使机体内氨基酸、活性氧的生成增加，超过了抗氧化系统的消除能力，氧自由基通过直接途径或者间接途径使得NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)的发生磷酸化，磷酸化后的IκBα与NF-κB解离，暴露出核定位序列，激活NF-κB[6]，并进入细胞核内，NF-κB转录调节的结合位点位于促炎细胞因子的启动区，它的活化能够结合并调控促炎细胞因子，增强多种炎性介质基因的表达，使损伤加重。有研究结果表明慢性应激可增加大鼠脑皮层NF-κB p65亚基激活与表达，并使脑损伤加重，而敲除p65亚基的鼠缺血性脑损伤明显减轻，在脑水肿大鼠脑组织中，NF-κB的活性持续增加，在240 min时达到最大值，且应激后脑组织细胞凋亡的变化与NF-κB活性表达呈正相关[7]，在脑部损伤中，NF-κB经应激反应激活后促进凋亡相关基因的转录表达，从而导致细胞凋亡，加重脑水肿和神经损伤[8]。

1.2 NF-κB在应激发生过程中对动物呼吸系统的影响及作用机制应激还会导致动物呼吸加深加快，耗氧量增加，毛细血管扩张，随着应激加强，肺间质内的血管发生充血，肺泡上皮增生明显，上皮细胞死亡[9]。肺组织中[10]的中性粒细胞的变形能力减弱，促进中性粒细胞表面黏附分子的表达，中性粒细胞被激活后释放活性氧及蛋白酶，破坏了肺泡壁，引发肺部炎症反应[11]。NF-κB是肺部炎症级联反应中重要的调控因子之一，应激导致的肺部损伤与NF-κB有密切的关系，可通过NF-κB上调炎性蛋白基因的表达而实现[12]。肺部损伤时，NF-κB在上皮细胞、巨噬细胞、中性粒细胞内表达增强，发生活化，参与损伤的大部分炎性细胞因子的基因启动子或增强子上，都含有多个NF-κB结合位点，活化的NF-κB参与并调控这些因子的转录表达，促使趋化因子的表达升高。反之，炎症介质促进NF-κB的激活，从而组成一个复杂的调节环路，放大延续炎性反应。随着NF-κB的活化时间增加，肺损伤的程度也随之加重，因此NF-κB的激活与细胞因子的表达、肺损伤呈正相关[13]。

1.3 NF-κB在应激发生过程中对动物心血管系统的影响及作用机制心肌损伤在应激反应中最为明显，强刺激下可引起交感-肾上腺系统兴奋，释放出大量的皮质醇类、儿茶酚胺类激素，当儿茶酚胺被释放后，心肌耗氧量增加，驱动心血管系统的功能提高，加强心肌收缩力，使血流速度加快，外周阻力加强，外周血管收缩，从而造成动物心律失常，影响微循环，加剧心肌损伤与心肌梗死的发生[14]。NF-κB存在于心肌细胞、血管平滑肌细胞及内皮细胞中，参与了应激引发的心血管疾病的过程。例如，心功能不全、心肌与疾病，进而激活机体心肌组织内NF-κB的活化，诱导促炎细胞因子的释放，再进一步激活NF-κB，最终导致NF-κB活化的正、负反馈调节机制失衡，引起心肌细胞的损伤。缺血再灌注损伤等疾病。因此，应激反应能够诱导心血管功能障碍导致心脏功能障碍影响疾病发生发展，因此适当的抑制NF-κB活化对于心血管疾病的治疗具有积极的作用[15-16]。

1.4 NF-κB在应激发生过程中对动物消化系统的影响及作用机制应激能够导致动物的消化系统功能紊乱与损伤，机体肠道血流减少，细胞代谢障碍诱发组织损伤，Ca2+大量内流使组织细胞水肿，增大了黏膜通透性，使动物胃肠道菌群的群落丰富度和多样性降低并产生致病物质[17]，引起胃肠道炎症反应。TOMINAGA等[18]指出应激源诱导下丘脑释放促肾上腺皮质激素释放因子(corticotropinreleasing factor，CRF)，激活下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamo-pituitary-adrenal axis，HPA)轴，CRF通过中枢受体和外周神经系统影响胃肠道的运动功能，表现为胃排空迟缓，胃动力减弱。王群茹等[19]研究发现溃疡性结肠炎小鼠黏膜下层及固有层的Toll样受体4(toll like receptor 4，TLR4)、NF-κB表达较显著增强，提示TLR4、NF-κB表达越强，结肠病变越重，其可能机制为小鼠消化系统受到应激后，TLR4与NF-κB信号通路激活，导致各种炎症介质在结肠内释放，如白细胞介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、干扰素等，从而引发结肠组织过强的免疫反应，损伤结肠黏膜组织，引发疾病。

2 NF-κB在动物机体不同应激反应中的作用

2.1 NF-κB在动物机体氧化应激反应中的作用在氧化应激反应中，不同动物机体内NF-κB的表达量均发生了变化，胡慧慧[20]通过对比氧化应激大鼠与正常大鼠体内NF-κB p65亚基的表达量，发现氧化应激大鼠体内p65的表达量升高，杨美丽等[8]研究表明大鼠也表现出相同结果。对于家兔和猪体内NF-κB的变化，氧化应激下其机体内p65亚基的表达量升高[21-22]，NF-κB抑制蛋白的表达量明显下降，NF-κB被活化。以上试验结果中NF-κB的表达均呈现上升的趋势，提示氧化应激与NF-κB的表达呈正相关。然而，NF-κB的作用机制存在多样性，首先，NF-κB是氧化应激时细胞内的靶点，参与了氧化还原调节，其对氧化应激时产生的活性氧非常敏感，活性氧能够激活酪氨酸激酶的级联反应，导致IκB的分离与降解，促进NF-κB的激活。过氧化氢作为重要的活性氧之一，能够穿过细胞质膜，产生较高反应的氢氧根自由基，激活转录因子NF-κB，损伤邻近细胞，诱导凋亡[23]。此外，氧化应激能够诱导p50/p65二聚体与NF-κB抑制蛋白IκB所形成的三聚体复合物发生解离，刺激IκB激酶复合物蛋白(inhibitor of NF-κB kinase ,IKK)后，使IκB蛋白丝氨酸残基的第32与36位点磷酸化并降解，p65亚基的表达水平上调，促进NF-κB的活化，将其转移至细胞核内，与目的基因结合并介导炎症反应与损伤作用[24]。

2.2 NF-κB在动物机体热应激反应中的作用对于热应激反应中NF-κB的表达，闫秀梅等[25]发现反复高热下的大鼠体内NF-κB的正表达水平较正常大鼠组均增加，巩栋梁[26]研究发现，热应激后猪十二指肠、盲肠、结肠内NF-κB的活性增强，表明热应激使NF-κB表达上调。在热应激反应中NF-κB的活化存在不同机制，马丹丹[27]研究发现热应激显著增加了肉鸡脾脏内NF-κB表达量和炎性细胞因子的含量，TLR4的表达上调，p65入核明显，认为热应激与NF-κB、Toll样受体信号通路存在密切关系，热应激能够使Toll样受体激活，促使信号转导相关分子催化转化生长因子β活化激酶1(transforming growth factor β-activated kinase-1，TAK-1)，磷酸化的TAK-1进一步激活NF-κB，进而使下游的NF-κB大量活化以及TNF-α、IL-1的释放，启动基因表达[28]。此外，热应激反应后，机体内与氧化应激相关的因子含量显著变化，例如：活性氧的含量与NF-κB的表达水平均升高，超氧化物歧化酶、丙二醛的含量降低[29]，在使用活性氧抑制剂干预后，机体内NF-κB p65的水平明显受到抑制。因此热应激与氧化应激之间存在密切联系，热应激可以诱导动物机体发生氧化应激，当机体内活性氧的水平升高后，导致IκB的分离与降解，促进NF-κB的激活，损伤邻近细胞，诱导凋亡。

2.3 NF-κB在动物机体冷应激反应中的作用冷应激反应中动物体内NF-κB的表达也普遍升高，ZHAO等[30]对低温环境下肉鸡心脏炎症因子进行了研究，通过对比正常组与应激组心肌组织的NF-κB水平，发现应激组NF-κB的表达显著高于正常组。张子威[31]通过检测冷应激下鸡肝脏NF-κB的表达量，也发现冷应激作用下的NF-κB表达水平显著增加。WEI[32]研究表明，对小鼠进行冷应激后，其心脏内NF-κB与炎性因子呈正向变化。因此，冷应激诱导NF-κB活性显著增强及其核移位，包括p50/p65异源二聚体和p50/p50同源二聚体，且p50/p65异源二聚体是冷应激诱导NF-κB活化的主要形式[33]。对于冷应激作用下IκB磷酸化诱导的NF-κB活化，可能是通过TLR/NF-κB信号转导途径介导的。首先刺激因子与TLR4结合、聚合，使得信号转导至细胞内，TLR4与MyD88的羧基端结合，激活受体相关激酶自身磷酸化，继而使肿瘤坏死因子受体相关因子-6(TNF receptor associated factor-6，TRAF-6)激活，TRAF-6激活IKK并催化IκB的磷酸化，磷酸化的IκB被泛素连接酶复合物识别发生泛素化而降级，从而促进NF-κB的表达[34-35]。

上述几种应激反应对动物体内NF-κB的表达均有影响，目前国内外的研究中，不同应激反应中的NF-κB表达与不同动物体内NF-κB的表达量普遍呈现升高趋势[36-37]，其中的相同点涉及到NF-κB的经典途径，即内外刺激激活细胞浆中IKK，进而使IκBα的第32位与第36位的丝氨酸磷酸化并降解，将NF-κB释放到细胞核内发生激活并起到调节作用[38]，但可能由于NF-κB通路的复杂性，NF-κB在各种应激反应中的作用机制也存在差异性，对于更多的作用机制，需要进一步研究与讨论。

3 总结与展望

综上所述，应激对动物机体产生影响，能够使机体的功能、结构等方面发生变化，在应激发生过程中，NF-κB也起到了重要的作用，参与并调控应激导致的疾病的发生发展过程，此外，不同动物的应激反应中NF-κB的表达也有变化，近年来NF-κB作用机制逐渐清晰化，但对于其作用机制的差异性需要进一步的研究与探讨。预计今后在应激性疾病中，NF-κB的靶向治疗将会应用广泛，并有助于各种疾病的诊断、治疗和预后[39]。