NF-κ B信號(hào)傳導(dǎo)與疾病研究進(jìn)展

唐惠玲

(江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 淮安 223003)

N F-κB是一類重要的,具有多向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的核蛋白因子,因其能夠與 B細(xì)胞免疫球蛋白的κ親鏈基因的增強(qiáng)子κB序列特異性結(jié)合而得名。其激活可調(diào)節(jié)細(xì)胞因子、粘附分子、趨化因子、免疫受體基因的表達(dá),影響機(jī)體內(nèi)細(xì)胞分化、炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、腫瘤生長(zhǎng)等多種生物學(xué)功能。大量研究表明,N F-κ B與人類疾病關(guān)系密切[1,2],本文就 NF-κ B信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其與疾病之間關(guān)系的研究進(jìn)展做一綜述。

1 NF-κ B系統(tǒng)概況

1.1 N F-κ B家族及組成

N F-κ B是 Sen等1986年首次在成熟 B細(xì)胞、漿細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的核蛋白[3]。隨后的研究發(fā)現(xiàn) ,NF-κ B在組織細(xì)胞中廣泛存在,成分并非單一,而是一個(gè)大家族。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞里,NF-κ B家族是由五種相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)成的,它們是:p50(由 p105裂 解 而來(lái) ),p52(由 p100裂 解 而 來(lái) ),p65(即RelA),c-Rel和 RelB,該家族成員的 N端均含有一段保守的300個(gè)氨基酸的 DNA結(jié)合區(qū),稱為 Rel同源結(jié)構(gòu)域 RHD,該區(qū)的9-10個(gè)堿基的配對(duì),可形成同聚物和異聚物,繼而調(diào)控基因表達(dá)。RelA(p65),c-Rel和 RelB包含 C端轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(TADs),而 p50(p105)和 p52(p100)不包含 C端 TADs,所以 p50和 p52的同聚物抑制基因表達(dá)[4]。

該家族成員以一定的組合兩兩結(jié)合,形成不同的 N F-κB轉(zhuǎn)錄因子。不同的二聚體與 DNA結(jié)合的特異性位點(diǎn)不同,有的可以引起基因轉(zhuǎn)錄,有的抑制基因轉(zhuǎn)錄。典型誘導(dǎo)型的 NF-κB異聚體是由 p65和 p50蛋白亞基組成的,一般意義上的 NF-κB也常常指該異聚體。不同二聚體包含相互作用的 DNA結(jié)合位點(diǎn),在10個(gè)配對(duì)序列中會(huì)有輕微不不同,一般的序列結(jié)構(gòu)為 5′-GGGGYNNCCY-3′[5]。

1.2 I κ B(NF- κ B抑制物 )家族及組成

IκB是具有多組錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)的序列,通過(guò)該結(jié)構(gòu),κIB蛋白可以遮蔽 NF-κ B的核定位信號(hào) ,使得復(fù)合物在細(xì)胞質(zhì)中保持非活性狀態(tài)。 Iκ B家族相關(guān)蛋白具有 N端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域,與蛋白降解有關(guān);其后6個(gè)以上的錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu);C端附近有一個(gè) PEST結(jié)構(gòu),參與 N F-κB在胞漿的定位[6]。在細(xì)胞激活過(guò)程中, Iκ B的32和36位殘基被磷酸化,繼而引發(fā)了泛素化作用和通過(guò)蛋白酶體的繼發(fā)性的 IκB的降解。 Iκ B的降解又引起 N F-κ B的釋放和一系列的基因轉(zhuǎn)錄[7]。

IκB家 族有 7個(gè)成員 - IκB α, Iκ B β,BCL-3, Iκ B ε, IκB γ,和p100和 p105。與 p65/p50或 p65/c-Rel聚合 物結(jié) 合的 IκB α和 Iκ B β的結(jié)晶結(jié)構(gòu)表明 IκB蛋白僅遮蔽 p65上的核定位信號(hào) NLS,而 p50上的 N LS仍然是可以進(jìn)行作用的。p50上的NLS加上 IκB α和 p65上 的 NES(核輸 出信號(hào) )引起 Iκ B α/NF-κB復(fù)合物在核內(nèi)和胞質(zhì)見來(lái)回運(yùn)動(dòng)。 Iκ B α在該平衡中起到重要作用,是該家族的主要成員[8]。

1.3 IKK(I κ B激酶 )家族及組成

IKK是由三個(gè)亞基組成的異聚物 ,包括 IKK-α和 IKK-β亞基和一個(gè)調(diào)節(jié)亞基 IKK-γ(也稱作 NEMO,是 N F-κB活性必需分子)[9～11],而 IKK-α和 IKK-β亞基對(duì)于 IκB的磷酸化非常重要,IKK-γ形成四聚體支架,使得兩酶聚合物易于形成自磷酸化[12,13]。雖然 IKK-γ對(duì)于酶的活性是必需的,但是其本身不是一種酶,而是調(diào)節(jié)主要的相關(guān)蛋白之間的相互作用。可能與酶上游酶復(fù)合物的激活有關(guān)。激活能力也可通過(guò)細(xì)胞核內(nèi) IKK-β和其他酶對(duì) p65和 p50的磷酸化進(jìn)行調(diào)節(jié)[14,15]。

IKK-α和 IKK-β有相似的結(jié)構(gòu)與較高的同源性。IKK-α含745個(gè) 氨基酸,IKK-β含 756個(gè)氨基酸。IKK-α和IKK-β同源性為52%,N端的同源性高達(dá)64%,C端為44%[16]。

2 NF-κ B信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程

在大多數(shù)細(xì)胞中,靜息狀態(tài)下的 N F-κB二聚體通常是以與其抑制物(Inhibitor of kappaB, IκB)家族成員結(jié)合,以無(wú)活性的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中。激活物通過(guò)介導(dǎo) IκB激酶(IKK)對(duì) IκB的磷酸化,繼而發(fā)生泛素化變化和蛋白水解。N F-κ B然后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核上,通過(guò)與啟動(dòng)子中的 N F-κ B靶序列結(jié)合激活靶基因的轉(zhuǎn)錄[17]。

主要有以下兩條途徑:經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑,也稱可選擇性途徑。經(jīng)典途徑適用于大部分的 NF-κB,包括 p65,、c-Rel、RelB和 p50。特別是 p65/p50二聚物,多由腫瘤壞死因子 TN F-α,白介素 IL-1,脂多糖 (LPS)和 CD40L引發(fā) ,較少由淋巴毒素和 B細(xì)胞激活因子所引發(fā)。IKK-β對(duì)于 IκB α在 Ser32和 Ser36和 I κBβ 的 Ser19和 Ser23的磷酸化是非常必要的。而 IKK-α在該途徑中的作用尚未明確[18]。通路的激活取決于 IKK,IKK磷酸化 IκB,使得它們的泛素化作用降低,并降解,最終引起 N F-κ B轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核 ,一些特異性的靶基因開始轉(zhuǎn)錄。該途徑主要在內(nèi)在免疫和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用;而非經(jīng)典途徑涉及 p100的加工和 RelB/p52二聚物的核轉(zhuǎn)位。p100通過(guò) IKK-α介導(dǎo)的 C端的特異性的絲氨酸殘基的磷酸化的 NF-κ B激酶(NIK)途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓?p52。僅有部分的刺激因子可以通過(guò)該途徑激活 NF-κ B,包括 B細(xì)胞和 B細(xì)胞激活因子,并且依賴于 IKK-α同聚物。該途徑對(duì)于次級(jí)淋巴器官的發(fā)展,B細(xì)胞的成熟和適應(yīng)性的體液免疫是非常重要的[19～21]。

除以上途徑外還有其他途徑,如氧化應(yīng)激等也能激活N F-κ B通路,但只在少數(shù)敏感性細(xì)胞中存在該途徑。

N F-κB在體內(nèi)的激活也受到正,反精細(xì)的調(diào)控,其中反調(diào)控是主要的調(diào)控方式。一方面細(xì)胞外的 TNF-α和 IL-1β等基因的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo) NF-κB的活化 ,且 N F-κ B的活化再次增強(qiáng) TN F-α和 IL-1β基因的轉(zhuǎn)錄,使 TNF-α和 IL-1β的產(chǎn)生和釋放增多,進(jìn)而基因再次激活 NF-κ B;另一方面,細(xì)胞內(nèi) N F-κ B和 IκB互相激活對(duì)方,N F-κ B活化后上調(diào) IκB的基因表達(dá),抑制蛋白亞基的增加有助于將 NF-κ B限制在胞質(zhì)中,下調(diào)核中 NF-κ B的活性,此為細(xì)胞內(nèi)負(fù)調(diào)控的主要機(jī)制。正負(fù)反饋調(diào)節(jié)同時(shí)進(jìn)行,共同參與人類的生理與病理過(guò)程。

3 NF-κ B與疾病

N F-κ B作用廣泛 ,其過(guò)度激活與失活均會(huì)引起人類疾病。NF-κ B的調(diào)節(jié)障礙可引起炎癥性細(xì)胞因子增加,腫瘤的發(fā)生,凋亡異常等。與其相關(guān)的疾病主要分為炎癥免疫系統(tǒng)疾病和腫瘤。

3.1 N F-κ B與炎癥 、免疫系統(tǒng)疾病

許多與炎癥和免疫反應(yīng)關(guān)系密切的趨化因子、黏附因子、環(huán)氧合酶、金屬蛋白酶和誘生型一氧化氮合酶等重要因子均含有κB位點(diǎn),活化的 NF-κB能與特定的 κ B位點(diǎn)結(jié)合,啟動(dòng)調(diào)節(jié)參與機(jī)體的炎癥和免疫有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄,在機(jī)體的人炎癥、免疫方面發(fā)揮重要作用。

N F-κ B在心血管及許多炎癥相關(guān)的疾病,如潰瘍性結(jié)腸炎(UC),克羅恩氏病(Crohn’s disease),風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 ,系統(tǒng)性紅斑狼瘡,牛皮癬關(guān)節(jié)炎,巨細(xì)胞關(guān)節(jié)炎 ,Ⅰ型糖尿病,多發(fā)性硬化,乳糜瀉,特發(fā)性血小板減少性紫癜和帕金森病等中發(fā)揮重要作用[22]。目前,也已針對(duì)相應(yīng)病癥取得一些進(jìn)展[23]。

3.2 N F-κ B與腫瘤

N F-κ B具有抗凋亡 、促細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移等作用。但其在最近的報(bào)道中表現(xiàn)出復(fù)雜性:在一些疾病中,NF-κB可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生;而在另外一些疾病中表現(xiàn)為抑制癌癥發(fā)生。但其非常詳細(xì)的機(jī)制還有待后續(xù)研究。一些數(shù)據(jù)表明,敏感的腫瘤如口腔鱗狀細(xì)胞癌,結(jié)直腸癌,肝癌 ,乳腺癌,骨髓瘤和淋巴癌等的發(fā)生具有 NF-κ B信號(hào)通路有很大關(guān)系[24]。

4 NF-κ B與疾病的治療

對(duì) NF-κ B研究的不斷深入為治療這些疾病提供了新的思路。NF-κ B是調(diào)控細(xì)胞反應(yīng)的重要信號(hào)轉(zhuǎn)錄分子,因此參與 NF-κ B信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的各種蛋白質(zhì)是治療相關(guān)疾病的重要靶點(diǎn)。目前也已研制出一些藥物用以干預(yù) N F-κB及其上下游信號(hào)通路,發(fā)揮治療效果。

4.1 針對(duì) NF-κB的調(diào)控

Mackenzie等證明原矢車菊素 B2在何杰金淋巴瘤中可以與對(duì) NF-κ B蛋白相互作用,而抑制對(duì) NF-κB與 DN A的相互結(jié)合,并該抑制作用呈現(xiàn)劑量依賴性[25]。另有實(shí)驗(yàn)表明,一些中藥成分,如芍藥苷等可以抑制 N F-κ B的表達(dá) ,從而減輕由慢性腦血流灌注不足引起的大鼠大腦損傷[26]。

4.2 通過(guò) IκB抑制 NF-κB

動(dòng)脈壁的慢性炎癥與動(dòng)脈硬化的發(fā)展密切相關(guān)。Guo等從燕麥中分離得到的燕麥屬蘇氨酰胺和多酚類物質(zhì)通過(guò)抑制 IκB和 IKK的磷酸化,降低相關(guān)蛋白酶體的活性 ,抑制 NF-κB信號(hào)通路的激活,適當(dāng)減輕動(dòng)脈硬化的發(fā)展[27]。

4.3 通過(guò)抑制 IKK而抑制 NF-κB

Newton等發(fā)現(xiàn) PS-1145和 ML120B可以作為 IKK抑制物,作用于肺上皮細(xì)胞,發(fā)揮抗炎效應(yīng),可與傳統(tǒng)的類皮質(zhì)甾酮療法療法相互補(bǔ)充[29]。Folmer等發(fā)現(xiàn)兩種萘并吡喃酮類化合物可以通過(guò)抑制 IKK-β的活性,而完全抑制 TNF-α引發(fā)的 N F-κ B的激活[30]。另外,Ziegelbauer等設(shè)計(jì)了一中小分子量的 ATP抑制劑,該抑制劑通過(guò)抑制 IKK-β的活性,進(jìn)而抑制 NF-κB的活性[28]。

4.4 其他抑制 NF-κB的方法

通過(guò)抑制蛋白沒(méi)小體也可達(dá)到抑制 N F-κ B的目的。蛋白酶抑制劑 MG-132可以抑制 NF-κB,選擇性增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞對(duì)腫瘤放射的敏感性[31]。蛋白酶小體抑制藥二肽硼酸類藥物對(duì)多種細(xì)胞的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用,并增強(qiáng)化療藥物的抗腫瘤作用[32]。另外抗氧化劑 N-乙酰多巴胺二聚體可以抑制 N F-κ B的活性,但抑制機(jī)制尚不清楚[33]。

隨著研究的深入,NF-κB信號(hào)通路在人類疾病的發(fā)生,發(fā)展與治療中的作用越來(lái)越得到人們的認(rèn)可。對(duì)該通路的發(fā)生和調(diào)控機(jī)制的深入了解及一些新近技術(shù)的應(yīng)用可以為我們治療相關(guān)疾病提供更多思路,對(duì)指導(dǎo)臨床治療疾病具有重大意義。

[1] 林振和.核因子-JB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)節(jié)研究進(jìn)展 [J].國(guó)外醫(yī)學(xué)免疫學(xué)分冊(cè),2004,27(4):234-238

[2] Hiscott J,KwonH,Genin P.Hostile take overs:viral appropriation of the NF-κ B pathway[J].J Clin Invest,2001,107(2):143-151

[3] SenR,Baltimore D.Inducibility of the immunuglobulinenhanc2 Rebinding protein N F-JB by a post translational mechanism[J].Cell,1986,47:921-928

[4] Karin M,Yamamoto Y,Wang QM.The IKK N F-kappa B system:a treasure trove for drug development[J].Nat Rev Drug Discov,2004,3(1):17-2

[5] Christoph FA Vogel1,Eric Sciullo1,Wen Li1.RelB,a new partner of aryl hydrocarbon receptor-mediated[J].Mol EnB12 Coenzymeocrinol,2007,21(12):2941-2955

[6] Lentsch AB,Ward PA.Activation and regulation of N F-KappaB during acute inflammation[J].Clin Chem Lab Med,1999,37(3):205-208

[7] Kyeong Ah Park, Hee Sun Byun,Minho Won. Sustained activation of protein kinase C down regulates nuclear factor-kB signaling by dissociation of IKK-g and Hsp90 complex in human colonic epithelial cells[J].Carcinogenesis,2009,128(1):71-80

[8] Hayden,M S,Ghosh.Signaling to NF-κ B[J].Genes Dev,2004,18:2195-2224

[9] Karin,M.and Ben- Neriah,Y. Phosphorylation meets ubiquitination:the control of N F- [kappa]B activity[J].Annu Rev Immunol,2000,18:621-663

[10] Li,Q,Estepa G,Memet S,et al.Completelack of N F-kappaB activity in IKK1 and IKK2 double mice: additional defect in neurulation[J].Genes Dev,2000,14:1729-1733

[11] Makris C,Roberts JL,Karin M.The carbox yl-terminal region of IkappaB kinase gamma(IKKgamma)is required for full IKK activation[J].Mol Cell Bio,2002,22:6573-6581

[12] Chen,Z J, Parent,et al. Site- specific phosphorylation of IkappaBalpha by a novel ubiquitination-dependent protein kinase activity[J].Cell,1996,84:853-862

[13] Rothwarf,DM,Zandi,et al.IKK- gamma is an essential regulatory subunit of the IkappaB kinase complex[J].Nature,1998,395:297-300

[14] Moynagh PN.The NF-kappaB pathway[J].J Cell Sci,2005,118:4589-4592

[15] Anna O¨ kvist1, Sofia Johansson1, Alexander Kuzmin1.Neuroadaptations in Human Chronic Alcoholics:Dysregulation of the NF-kB System[J].PLoS ONE,2007,930:1-11

[16] Hayden,M S,Ghosh.Signaling to N F-κ B[J].Genes De,2004,18:2195-2224

[17] Soo- Jin Jeong,Cynthia A,Pise-Masison.A Novel N F- B Pathway Involving IKK and p65/RelA Ser-536 Phosphorylation Results in p53 Inhibition in the Absence of N F-κB Transcriptional Activity[J].The Joural of Biological Chemistry,2005,280(11):10326-10332

[18] H ayden,M S,and Ghosh.SigAg to NF-κB[J].Genes Dev,2004,18:2195-2224

[19] Perkins,N D.Post-translational modifications regulating the activity and function of the nuclear factor-kappa B pathway[J].Oncogene,2006,25:6717-6730

[20] Vongthip Souvannavong,Nabila Saidji,Richard Chaby.Lipopolysaccharide from Salmonella enterica Activates N F-κ Bthrough both Classical and Alternative Pathways in Primary B Lymphocytes[J]. American Society for Microbiology,2007,75(10):4998-5003

[21] Wen-Hui Hu,Xian-Ming Mo,Winston M.Walters.TN AP,a Novel Repressor of NF-κ B- inducing Kinase, Suppresses NF-κ B Activation[J]. J Biol Chem,2004,279(34):35975-35983

[22] Sun XF,Zhang H.N FKBand NFKBI polymorphisms in relation to susceptibility of tumour and other diseases[J].Histol Histopathol,2007,22(12):1387-1398

[23] Olsson B,Andersson PO,Jacobsson S,et al.Disturbed apoptosis of T-cells in patients with active idiopathic thrombocytopenic purpura[J].Thromb Haemost,2005,93(1):139-144

[24] Sun XF,Zhang H.N FKBand NFKBI polymorphisms in relation to susceptibility of tumour and other diseases[J].Histol Histopathol,2007,22(12):1387-1388

[25] MackenzieGG, Adamo AM,Decker N P.Dimeric procyanidin B2inhibits constitutively active N F-kappaB in Hodgkin's lymphoma cells independently of thepresence of Ikappa B mutations[J]. Biochem Pharmacol,2008,75(7):1461-1471

[26] Jing Liu, Dao- Zhong Jin, Liang Xiao,etal.Paeoniflorin attenuates chronic cerebral hypoperfusion-induced learning dysfunction and brain damage in rats[J].Brain Reseach,2006,1089(1):162-170

[27] Guo W,Wise ML,Collins FW. Avenanthramides,polyphenols from oats,inhibit IL-1beta-induced NF-kappaB activation in endothelial cells[J].Free Radic Biol Med,2008,44(3):415-429

[28] Karl Ziegelbauer,Florian Gantner,Nicholas WLukacs,et al.A selective novel low-molecular-weight inhibitor of IκB kinase- β (IKK- β)prevents pulmonary inflammation and shows broad anti- inflammatory activity[J].Br J Pharmacol,2005,145(2):178-192

[29] Newton R,Holden N S,Catley MC.Repression of inflammatorygene expression in human pulmonary epithelial cells by small- molecule IkappaB kinase inhibitors[J].J Pharmacol Exp Ther,2007,321(2):734-742

[30] Folmer F,Harrison W T,Tabudravu JN.NF-kappa B-inhibiting naphthopyrones from the Fijian echinoderm Comanthus parvicirrus[J]. J Nat Prod,2008,71(1):106-111

[31] Warren G,Grimes K,Xu Y,et al.Selectively enhanced radiation sensitivity in prostate cancer cells associated with proteasome inhibition[J].Oncol Rep,2006,15(5):1287-1291

[32] Park DJ,Lenz HJ.The role of proteasome inhibitors in solid tumors[J].Ann Med,2004,36(4):296-303

[33] Ming-Zhe Xua,Woo Song Leeb,Jong-Min Han,et al.Antioxidant and anti-inflammatory activities of N-acetyldopamine dimers from Periostracum Cicadae[J].Bioorganic&Medicinal Chemistry,2006,14(23):7826-7834