IKKε影響代謝性疾病的相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

賀 茜，鄒秀蘭

(三峽大學(xué)人民醫(yī)院 宜昌市第一人民醫(yī)院 綜合內(nèi)科， 湖北 宜昌 443000)

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短篇綜述

IKKε影響代謝性疾病的相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

賀 茜，鄒秀蘭*

(三峽大學(xué)人民醫(yī)院 宜昌市第一人民醫(yī)院 綜合內(nèi)科， 湖北 宜昌 443000)

IKKε作為新發(fā)現(xiàn)的IKK相關(guān)激酶，通過介導(dǎo)非經(jīng)典的NF-κB和IRF信號通路，在調(diào)控炎性反應(yīng)、天然免疫、癌癥形成等方面都具有重要的作用。同時(shí)，IKKε在代謝性疾病中的作用也逐漸被認(rèn)識。IKKε與肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病等密切相關(guān)，其作用機(jī)制主要包括促進(jìn)組織炎性反應(yīng)、加重胰島素抵抗、影響能量代謝及脂肪因子分泌等方面。

IKKε；2型糖尿病；非酒精性脂肪肝

IKKε是IKK(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IκB激酶)家族中的新成員，雖然其在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的IKKα、IKKβ有高度相似性(33%與31%的氨基酸序列同源性)，但I(xiàn)KKε主要介導(dǎo)了非經(jīng)典的核因子-κB (nuclear factor-kappa B, NF-κB)途徑。近年來的研究表明，低度的、慢性的炎性反應(yīng)貫穿于肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝等代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展過程中[1]。包括 JNK (c-Jun N-terminal kinase, 氨基末端激酶)[2]、IKK(inhibitor of NF-κB kinase，IκB激酶)[3]、PKR (double-stranded RNA-dependent protein kinase, 雙鏈RNA依賴的蛋白質(zhì)激酶)[4]在內(nèi)的促炎性激酶的活化是炎性反應(yīng)的重要特征，而IKK介導(dǎo)的NF-κB通路在代謝性疾病中的重要作用逐步被發(fā)現(xiàn)。本文就IKKε影響代謝性疾病相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述，從而為代謝綜合征的治療提供可能靶點(diǎn)。

1 促進(jìn)組織炎性反應(yīng)

肥胖、非酒精性脂肪性肝病作為低度的慢性炎性反應(yīng)，與NF-κB的活化有關(guān)。用脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)注射高脂飲食喂養(yǎng)的肥胖小鼠發(fā)現(xiàn)NF-κB的量顯著增加，提示肥胖時(shí)NF-κB的活化是呈慢性的非最大量的狀態(tài)[5]。同時(shí)，活化的NF-κB導(dǎo)致脂肪細(xì)胞、脂肪組織中巨噬細(xì)胞IKKε的高表達(dá)[5- 6]。因此，NF-κB是IKKε發(fā)揮促炎性作用的關(guān)鍵點(diǎn)。

但是，IKKε與NF-κB的關(guān)系較為復(fù)雜(圖1)。一方面，促炎因子LPS可以通過誘導(dǎo)IKKε的產(chǎn)生，顯著刺激NF-κB的激活。然而，過表達(dá)的IKKε在直接激活NF-κB的同時(shí)，還磷酸化經(jīng)典的IκB激酶，抑制NF-κB的活化[7]。有些學(xué)者認(rèn)為，這種反饋抑制的現(xiàn)象也可以看作是IKKε的“抗炎作用”[8]。用LPS、白細(xì)胞介素 (interleukin，IL)- 1、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α，TNF-α)等細(xì)胞因子刺激IKKε缺乏的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)NF-κB量沒有改變[9]，說明抑制后的IKKε對NF-κB的反饋抑制作用也減弱了。另一方面，IKKε在大部分細(xì)胞中的表達(dá)又受NF-κB調(diào)控：IKKε基因的啟動子區(qū)含有κB結(jié)合位點(diǎn)，活化后的NF-κB，進(jìn)入細(xì)胞核中激活I(lǐng)KKε的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。因此，NF-κB與IKKε間的相互作用放大炎性信號，促使重要糖脂代謝組織如肝臟、肌肉及脂肪等產(chǎn)生大量的炎性細(xì)胞因子。

肥胖小鼠脂肪組織中巨噬細(xì)胞浸潤增加，伴隨TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP- 1)、整合素-αX (integrin alpha-X，ITGAX)、表皮生長因子樣激素受體- 1(EMR1)等炎性基因表達(dá)增加[6]，同時(shí)脂肪細(xì)胞、MGL1-F4/80+巨噬細(xì)胞的IKKε表達(dá)增高[5]。當(dāng)用氨來呫諾特異性抑制IKKε活性后，上述炎性指標(biāo)明顯減低，伴隨血清中抗炎性的IL- 10的表達(dá)增加[6]。此外，IKKε可通過增加JNK的磷酸化促進(jìn)組織炎性反應(yīng)發(fā)生，但是JNK信號通路并不是IKKε的直接作用靶點(diǎn)。在體外實(shí)驗(yàn)中，高表達(dá)IKKε并不能增加TNF-α誘導(dǎo)下的3T3- L1脂肪細(xì)胞JNK的磷酸化[5]。

圖1 IKKε介導(dǎo)的NF-κB信號通路[7]

在NAFLD的發(fā)病機(jī)制中，肝臟中的FFA通過激活I(lǐng)KKβ活化了NF-κB的表達(dá)[10]。一方面，NF-κB可以激活I(lǐng)KKε的表達(dá)。高脂飲食能促進(jìn)炎性反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)增加肝臟中IKKε的表達(dá)[6]，而當(dāng)在高脂飲食中加用可減少炎性反應(yīng)的n- 3多不飽和脂肪酸(EPA、DHA)后，肝臟中IKKε的表達(dá)減少了，提示肝臟中IKKε的高表達(dá)是由于炎性反應(yīng)的激活。同時(shí)，當(dāng)在培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞中加入IKKβ的抑制劑后，在TNF-α的刺激下，IKKε的表達(dá)減少，說明IKKε是通過經(jīng)典NF-κB通路激活的。另一方面，IKKε又促進(jìn)了肝臟的炎性反應(yīng)。并且，IKKε對肝臟炎性反應(yīng)的影響可能是通過直接的、細(xì)胞自主性的方式進(jìn)行調(diào)控的。當(dāng)高表達(dá)H2- 35肝癌細(xì)胞的IKKε基因時(shí)，細(xì)胞中CCL5、TNF-α、IP- 10和iNOS的表達(dá)增加；但將失活的IKKε轉(zhuǎn)染細(xì)胞后上述指標(biāo)呈反向變化[5]。

2 加重胰島素抵抗

肥胖是引起胰島素抵抗的最重要原因。肥胖時(shí)脂肪細(xì)胞分泌趨化因子使得脂肪組織中的M1巨噬細(xì)胞增多[11]，活化的巨噬細(xì)胞釋放細(xì)胞因子(如TNF-α、IL- 1β等)通過旁分泌減弱鄰近細(xì)胞對胰島素的敏感性，導(dǎo)致脂解作用增強(qiáng)，釋放出游離脂肪酸[12]。肥胖時(shí)血中游離脂肪酸濃度增加，伴隨有脂肪因子的改變(脂聯(lián)素減少、抵抗素增加)，同樣增加了胰島素抵抗的程度[13]。當(dāng)用氨來呫諾抑制IKKε活性后，可減少脂肪組織的含量[6]，脂肪組織中巨噬細(xì)胞數(shù)量、TNF-α的表達(dá)也減少[5]，空腹胰島素水平、糖耐量試驗(yàn)結(jié)果都得到了改善。因此，IKKε可通過促進(jìn)脂肪組織蓄積間接導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生。

另一方面，IKKε直接作用于胰島素信號通路影響肝臟、脂肪組織的胰島素敏感性。肥胖小鼠脂肪細(xì)胞表面與胰島素作用相關(guān)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白- 4(glucose transporter type 4，GLUT4)和過氧化物酶增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)-γ的表達(dá)減少，而抑制IKKε活性后上述兩種蛋白表達(dá)增加[6]。當(dāng)在3T3-L1脂肪細(xì)胞中高表達(dá)IKKε后，胰島素刺激后脂肪細(xì)胞對糖的攝取減少了50%[5]，提示IKKε對于胰島素敏感性的負(fù)調(diào)節(jié)是一種直接的細(xì)胞自主性的調(diào)節(jié)。胰島素通過胰島素受體(insulin receptor，IR)作用于胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)，使Akt磷酸化，激活胰島素信號通路[14]。肥胖時(shí)肝臟及脂肪組織表現(xiàn)為對胰島素刺激后磷酸化Akt減少，而IKKε敲除的小鼠在注射胰島素后，肝臟及脂肪組織中磷酸化Akt增加，伴隨IRS- 1的水平上升。

再者，IKKε可通過“脂肪組織-肝臟軸”增加肝臟糖異生。當(dāng)?shù)捅磉_(dá)IKKε后，高濃度的cAMP促進(jìn)了脂肪細(xì)胞中IL- 6的表達(dá)，而脂肪組織中大量的IL- 6進(jìn)一步刺激肝臟Stat3的磷酸化，最終抑制了參與肝臟糖異生基因的表達(dá)[15]。同時(shí)，IKKε敲除的肥胖小鼠肝臟中參與糖代謝的丙酮酸脫氫酶激酶4的表達(dá)減少，葡萄糖激酶表達(dá)增多[5]，這兩種酶的共同作用使得肝臟糖酵解增加，更好地平衡與丙酮酸作用下糖異生的刺激，維持血糖穩(wěn)態(tài)。

3 影響能量代謝

脂質(zhì)是機(jī)體3大營養(yǎng)物質(zhì)之一，它通過氧化合成與分解作用參與了機(jī)體能量代謝的過程。脂肪、肝臟是脂質(zhì)代謝的重要場所，而脂質(zhì)代謝異?？蓪?dǎo)致肥胖、非酒精性脂肪肝等代謝性疾病的發(fā)生。最近的研究表明，IKKε可通過影響肝臟、脂肪組織中的脂質(zhì)代謝參與能量調(diào)控。

肥胖小鼠肝臟三酰甘油含量、肝臟脂肪變性程度比正常小鼠要嚴(yán)重[5]，同時(shí)，肝臟中參與脂質(zhì)合成的脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，F(xiàn)ASN)、蘋果酸酶- 1(malic enzyme 1，ME 1)、乙酰輔酶A羧化酶α(acetyl-CoA carboxylase alpha，ACACA)、硬脂酰輔酶A去飽和酶1(stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1)的基因表達(dá)增多[6]。但將IKKε低表達(dá)后，上述參與脂質(zhì)合成的基因表達(dá)減少[6]，同時(shí)小鼠體質(zhì)量、肝重、肝臟三酰甘油含量及脂肪變性程度均減輕，伴隨有空腹血游離脂肪酸、膽固醇濃度降低[5]。

其次，IKKε可調(diào)控棕色脂肪組織與白色脂肪組織間的轉(zhuǎn)化。高脂飲食增加了脂肪組織三酰甘油的蓄積和Cidea(cell death-inducing DNA fragmentation factor alpha like effector A，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡DNA片段化因子α樣效應(yīng)因子A)、Prdm16(PR domain containing 16，PR域包含蛋白16)、PPARγc1a的表達(dá)減少，同時(shí)誘導(dǎo)了棕色脂肪組織向白色脂肪組織轉(zhuǎn)化，而特異性抑制IKKε可以逆轉(zhuǎn)脂肪組織間的轉(zhuǎn)化，并使得參與脂質(zhì)代謝的基因長鏈脂肪酸延長酶3(elongation of very long chain fatty acids protein 3，Elovl3)表達(dá)增加[6]。

再者，解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1，Ucp1)是IKKε調(diào)控能量代謝的關(guān)鍵點(diǎn)。用氨來呫諾特異性的抑制小鼠IKKε后發(fā)現(xiàn)其體質(zhì)量明顯減輕，但是飲食攝入量卻并不改變[6]，甚至對IKKε敲除后具有更高的日攝入量[5]。在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)的IKKε敲除鼠白色脂肪組織解偶聯(lián)蛋白1表達(dá)明顯增加，伴隨耗氧量和體溫增加[5]。而Ucp1具有使線粒體氧化磷酸化解偶聯(lián)的作用，減少了ATP生成，增加了能量消耗和熱能的產(chǎn)生[16]。同時(shí)，體外實(shí)驗(yàn)中用氨來呫諾處理高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠棕色脂肪組織可以發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)氧化率及耗氧量均顯著增加，說明IKKε對于機(jī)體的能量代謝也可以是一種直接效應(yīng)[6]。

4 造成脂肪因子分泌紊亂

脂肪組織是分泌脂肪因子的重要場所，包括脂聯(lián)素、瘦素和抵抗素等在內(nèi)的脂肪因子在肥胖、NAFLD和T2DM的病理生理過程中都扮演了重要角色。在最近的研究中發(fā)現(xiàn)IKKε可影響脂肪因子的分泌，這可能是IKKε影響肥胖、NAFLD和T2DM發(fā)生發(fā)展的又一原因。

低表達(dá)IKKε使血清及脂肪組織中脂聯(lián)素濃度升高，伴隨有調(diào)控脂聯(lián)素的PPARγ和PPARγ下游的CAP (c2cb1 associated protein, c2cb1相關(guān)蛋白)、CD36、GLUT4的表達(dá)增加，同時(shí)旨在增加PPARγ轉(zhuǎn)錄活性的LPIN 1的表達(dá)也增加[5]。脂聯(lián)素作為唯一由脂肪細(xì)胞分泌的蛋白，可通過減少肝臟糖異生，增加肌肉中脂肪酸氧化從而增加機(jī)體胰島素敏感性，達(dá)到減重效果[17]。用氨來呫諾喂養(yǎng)小鼠后瘦素水平降低了80%[6]，而瘦素在降低機(jī)體飲食攝入量，增加機(jī)體能量消耗的同時(shí)，也可通過下調(diào)前胰島素基因的轉(zhuǎn)錄、抑制胰島素分泌導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生[18]。

脂肪因子在NAFLD的發(fā)病中也起到了作用。FFA作為肝臟中三酰甘油的合成原料，在NAFLD中約有60%的FFA來源于脂肪組織。而高表達(dá)IKKε可增加血中游離脂肪酸的含量[5]。同時(shí)，高表達(dá)的IKKε可降低血清中脂聯(lián)素水平[5]。脂聯(lián)素具有抗纖維化的作用，在非酒精性脂肪肝的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[19]。

5 問題與展望

IKKε能夠促進(jìn)代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展，特異性的靶向基因敲除IKKε在動物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了其保護(hù)性的作用[5]。另一方面，IKKε通過激活I(lǐng)RF(interferon regulatory factor)- 3、IRF- 7介導(dǎo)的固有免疫產(chǎn)生的1型干擾素α、β，在抗病毒的信號通路中具有重要作用。如何平衡這兩方面的作用一直是IKKε開展于臨床研究的難點(diǎn)。氨來呫諾(Amlexanox)是一種在國外被用于治療哮喘[20]和口腔潰瘍[21]的臨床藥物，將可能成為人類關(guān)于IKKε開展臨床研究的突破點(diǎn)。氨來呫諾在動物實(shí)驗(yàn)中已證實(shí)了對于肥胖、非酒精性脂肪肝、胰島素抵抗的保護(hù)性作用[6, 15]，同時(shí)，其臨床藥用的安全性將可能成為基于IKKε靶向治療代謝性疾病的首選藥物。

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Research progress in mechanism of IKKε promoting the development of metabolic diseases

HE Qian, ZOU Xiu-lan*

(Dept. of General Medicine,the First People’s Hospital, People’s Hospital of China Three Gorges University, Yichang 443000, China)

IKKε is a new IκB kinase(IKK)-related kinases with plays a vital role in regulating inflammation, innate immune response and oncogenesis through the activation of non-canonical NF-κB and IRF signaling cascades. Meanwhile, the role involved in the pathophysiology of metabolic diseases have been found. IKKε have been closely linked to obesity, type 2 diabetes(T2DM)and non-alcoholic fatty liver disease(NAFLD)through the mechanisms including producing inflammation, aggravating insulin resistance and effecting energy expenditure as well as andipokines secretion.

IKKε; type 2 diabetes mellitus; non-alcoholic fatty liver disease

2015- 07- 13

2015- 10- 23

三峽大學(xué)培優(yōu)基金(2015PY057)

1001-6325(2015)12-1686-05

R589

A

*通信作者(corresponding author)：zouxl61@126.com