NF-κB信號通路抑制結(jié)腸炎及炎癥相關(guān)結(jié)腸癌的研究

孫偉東，張志強，樸大勛

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院結(jié)腸直腸外科，哈爾濱 150001)

炎性腸病是一種特殊的慢性腸道炎癥性腸病，主要包括克羅恩病及潰瘍性結(jié)腸炎[1]。其中，克羅恩病主要好發(fā)于小腸及近端結(jié)腸；潰瘍性結(jié)腸炎則好發(fā)于結(jié)腸及直腸。目前炎性腸病在全球范圍發(fā)病率差異較大，在北美、北歐及西歐發(fā)病率較高，而在亞洲及南美發(fā)病率較低[1]。目前，大規(guī)模的Meta分析顯示，炎性腸病的發(fā)病率在過去10年明顯上升[2]。20%～40%的炎性腸病患者會發(fā)展為炎癥相關(guān)結(jié)直腸癌(colitis-associated colorectal cancer,CAC)，CAC好發(fā)于活動性炎性腸道，能導致10%～15%炎性腸病患者的死亡[3]。自1925年世界上第一例由潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)展而來的CAC被報道之后[4]，炎性腸病導致的CAC發(fā)病率呈現(xiàn)出逐年增高的趨勢[5]。包括氧化應激、白細胞介素(interleukin，IL)-6、多種炎癥介質(zhì)、染色體不穩(wěn)定、炎癥相關(guān)免疫細胞、細胞炎癥因子以及多種信號通路，如核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信號通路、信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3及IL-6/信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3細胞因子信號轉(zhuǎn)導抑制因子3，在潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)展至CAC中發(fā)揮一定作用[6-7]。其中NF-κB信號通路在CAC中的作用受到了人們的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)對NF-κB信號通路的結(jié)構(gòu)作用，NF-κB信號通路在CAC動物模型、CAC患者以及多種信號因子作用于NF-κB信號通路抑制CAC的最新研究進展予以綜述，進一步探索NF-κB信號通路在CAC中的作用，并且以NF-κB信號通路為靶點設(shè)計新藥物治療CAC提供科學理論依據(jù)。

1 NF-κB的結(jié)構(gòu)與作用

哺乳動物NF-κB轉(zhuǎn)錄因子家族包括NF-κB1(p50及前體p105)、NF-κB2(p52及前體p100)、相關(guān)因子A、核因子c-Rel及相關(guān)因子B。它們在N端都具有Rel同源結(jié)構(gòu)域，通過該結(jié)構(gòu)域的二聚體化與DNA序列特異性結(jié)合，激活或抑制下游轉(zhuǎn)錄。在未受外界信號刺激的情況下，上述蛋白形成同二聚體或異二聚體，被NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)家族嚴格抑制。IκB家族包括IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBε、Bcl-3、p100及p105等。IκB家族則受NF-κB抑制蛋白激酶(inhibitor of NF-κB kinase，IKK)復合物調(diào)控。IKK復合物由IKKα、IKKβ及IKK組成[8]。NF-κB信號通路分為“NF-κB經(jīng)典通路”和“NF-κB非經(jīng)典通路”。經(jīng)典通路即在受腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、IL-1、電離輻射等刺激下，IKK激活從而磷酸化IκB，使其泛素化降解，釋放相關(guān)因子A/p50復合物入核，激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄[9]。在非經(jīng)典通路中，在受B細胞活化因子、CD40配體、淋巴毒素β等TNF超家族的刺激下，NF-κB誘導激酶被激活，進一步激活I(lǐng)KKα，由此磷酸化p100致使其泛素化降解成p52，之后p52/相關(guān)因子B復合物入核，激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄。NF-κB非經(jīng)典通路中核心的調(diào)控元件就是NF-κB誘導激酶，在無外界信號刺激下，NF-κB誘導激酶被TNF受體作用因子3泛素化酶復合物所降解，維持在較低水平；而在外界受體刺激下，TNF受體作用因子3則會被募集到受體結(jié)合區(qū)域，被泛素化酶細胞凋亡抑制蛋白泛素化降解，從而穩(wěn)定NF-κB誘導激酶，激活下游信號通路[10-11]。

2 結(jié)腸炎和炎癥相關(guān)結(jié)腸癌中NF-κB信號通路的作用機制

2.1NF-κB信號通路在結(jié)腸炎癌變過程中的作用 據(jù)文獻報道，NF-κB信號通路在潰瘍性結(jié)腸炎、CAC小鼠模型炎癥腸黏膜中的表達均增高[12]。這些變化表明，CAC的發(fā)生發(fā)展需要腫瘤細胞的NF-κB信號通路的激活，細胞中NF-κB信號通路的激活有助于促進腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，進一步強調(diào)了NF-κB信號通路的激活在腫瘤的起始過程中的重要作用[13]。其中NF-κB信號通路中IκBβ特異性缺失，炎癥因子水平的顯著增加，但CAC的發(fā)生率顯著降低。氧化偶氮甲烷和葡聚糖硫酸鈉的給藥導致IKK的激活和抗凋亡蛋白Bcl-xL的表達，腸黏膜細胞中IκBβ的缺失導致前凋亡蛋白Bak和Bax的表達上調(diào)而促進細胞凋亡，提示NF-κB信號通路通過抑制細胞凋亡促進腫瘤的發(fā)展[14-15]。

NF-κB是炎癥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可以通過多種刺激因子來激活，包括細菌成分(如脂多糖)、促炎細胞因子(如TNF-α、IL-1)和病毒等，一旦被激活，與NF-κB結(jié)合的IκB被IKK磷酸化。IκB的降解可使NF-κB易位至細胞核并介導各種靶基因的轉(zhuǎn)錄。由NF-κB信號通路編碼的一些促炎因子(如TNF-α、IL-1和IL-6等)促進炎癥相關(guān)的組織損傷，并且與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān),例如，TNF-α已經(jīng)被證明是一種腫瘤誘導因子，能夠通過誘導活性氧類的產(chǎn)生和促進DNA損傷而導致細胞瘤變[14]。在炎性腸病患者中觀察到NF-κB的表達和激活增加，特別是在黏膜巨噬細胞和上皮細胞中，同時伴有促炎細胞因子(如TNF-α、IL-1和IL-6)的增加。NF-κB信號通路通過刺激促炎因子、抗凋亡基因的表達，在炎癥和腫瘤的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮作用[15]。雖然NF-κB信號通路的激活已被證實參與了CAC的發(fā)生發(fā)展，但是常規(guī)的NF-κB信號通路的運轉(zhuǎn)仍然被認為在維持腸道上皮細胞動態(tài)平衡中不可或缺[16]。

2.2多種信號因子作用于NF-κB信號通路在結(jié)腸炎及CAC的作用

2.2.1TNF受體相關(guān)因子結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域(tumor-necrosis factor receptor-associated factor-binding protein domain，Trabid)介導的NF-κB信號通路抑制結(jié)腸炎及CAC相關(guān)研究 真核細胞生物中，有8種不同類型的泛素連接，Trabid又名Zranb1(zinc finger RANBP2-type containing 1)，屬于A20 OTU家族，是一類去泛素酶[17]。Trabid與K29及K33的N端鋅指結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，進一步表明了Trabid易切割K29、K33及K63連接的泛素鏈，從而起到去泛素化的作用[18-19]。

Trabid在肝癌中表達明顯下降，且Trabid能與環(huán)指蛋白8競爭性結(jié)合Twist1，從而切割環(huán)指蛋白8對Twist1的K63連接的泛素鏈，進一步促進Twist1與β轉(zhuǎn)導重復包含蛋白的結(jié)合，導致β轉(zhuǎn)導重復包含蛋白對Twist1進行K48連接的泛素化降解，從而起到抑制肝癌發(fā)生發(fā)展的作用[20]。然而，Trabid是否在潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)展至CAC的形成過程中存在作用，尚未見明確報道。

Tran等[19]證實Trabid是Wnt/β聯(lián)蛋白通路的一種正性調(diào)控因子。經(jīng)典Wnt/β聯(lián)蛋白通路的一個關(guān)鍵效應蛋白是β聯(lián)蛋白，它與協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，以促進Wnt/β聯(lián)蛋白靶基因的轉(zhuǎn)錄。在無Wnt/β聯(lián)蛋白刺激的情況下，β聯(lián)蛋白被磷酸化，并與K48相連進行泛素化修飾，Trabid表現(xiàn)出與鋅指結(jié)構(gòu)和K63相連的泛素鏈相連，并與OTU結(jié)構(gòu)域結(jié)合在一起。在具有高Wnt/β聯(lián)蛋白通路活性的結(jié)直腸癌細胞系HCT116中，Trabid能結(jié)合去泛素化腫瘤抑制因子從而正調(diào)控Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路。

相對于正常結(jié)腸組織，Trabid在潰瘍性結(jié)腸炎患者及CAC患者組織中呈低表達，且CAC患者較潰瘍性結(jié)腸炎患者更低。同樣，在進一步小鼠潰瘍性結(jié)腸炎及CAC模型中也檢測到Trabid表達降低,A20去泛素化酶的OTU結(jié)構(gòu)域能夠去除受體相互作用蛋白上K48連接的多聚泛素鏈，從而拮抗NF-κB信號通路[21]。而Trabid與A20同樣擁有保守的OTU結(jié)構(gòu)域。同時在Trabid-/-小鼠中檢測NF-κB信號通路的標志性蛋白，發(fā)現(xiàn)相比空白對照組小鼠，非經(jīng)典NF-κB信號通路的標志性蛋白表達有明顯升高，高度提示Trabid能夠影響非經(jīng)典NF-κB下游通路。研究結(jié)果提出假設(shè)，在潰瘍性結(jié)腸炎患者中Trabid表達水平異常降低，從而促進非經(jīng)典NF-κB通路的激活，促使?jié)冃越Y(jié)腸炎患者向CAC進展[22]。

2.2.2突變型p53延長NF-κB信號通路的活化、促進炎癥相關(guān)結(jié)腸癌 在炎性腸病發(fā)展為CAC的患者中，持續(xù)炎癥的微環(huán)境造成持續(xù)的氧化損傷以及組織的破壞和更新，炎癥因子可通過激活NF-κB和其他信號轉(zhuǎn)導通路促進腫瘤細胞的增殖和存活。p53作為腫瘤的抑制劑延緩了癌癥的發(fā)生發(fā)展，而p53基因的突變是人類癌癥最常見的遺傳改變。CAC患者中發(fā)現(xiàn)p53基因的突變以及腫瘤腺體豐富的p53蛋白蓄積[22]。突變體p53不僅使患者更容易受結(jié)腸炎的影響，而且能大大加速CAC的發(fā)生發(fā)展。突變型p53可能通過蛋白質(zhì)的相互作用增強細胞中的NF-κB信號通路的轉(zhuǎn)導，從而促進炎性腸病向CAC的發(fā)生發(fā)展[23]。

2.2.3miR-19a通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路促進CAC 微RNA是一類小的非編碼RNA，具有調(diào)節(jié)生物學過程的能力，對癌癥的發(fā)生發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。微RNA已成為結(jié)腸癌的診斷和預后的生物學標志。結(jié)直腸癌患者中常見微RNA的失調(diào)，miR-19a可以通過TNF-α誘導蛋白3激活結(jié)腸中的NF-κB信號通路的活性和TNF-α的表達，NF-κB信號通路的激活促進了炎性腸病的發(fā)生，也在炎性腸病向CAC的發(fā)展過程中起到關(guān)鍵作用，此外抑制miR-19a也可以減緩炎性腸病和CAC的發(fā)生發(fā)展[23]。

2.2.4活化蛋白激酶(activated protein kinase，PAK)調(diào)節(jié)NF-κB信號通路促進CAC PAK是具有激酶活性的多功能酶。5-氨基水楊酸是一種用于治療潰瘍性結(jié)腸炎的抗炎藥，能夠作為一種化學預防劑，預防潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生，5-氨基水楊酸的作用靶點為PAK1；PAK1與腸道腫瘤的發(fā)生有關(guān)，與正常腸道黏膜相比，在炎性腸病和CAC患者腸道上皮表面以及CAC腫瘤中PAK1高表達；γ干擾素、IL-1β和TNF-α等誘導腸道上皮細胞中PAK1的磷酸化，在炎性腸病患者中高表達的PAK1，在腫瘤的形成過程中進一步磷酸化，通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ誘導IKKα的磷酸化以及IκB的降解，進一步促進NF-κB經(jīng)典信號通路的激活，從而促進炎性腸病向CAC的發(fā)生發(fā)展[24]。

2.2.5核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域2(nucelotide oligomerization domain 2，NOD2)調(diào)節(jié)NF-κB信號通路抑制CAC NOD2是炎性腸病的主要易感基因。在炎性腸病和CAC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，15%～20%的炎性腸病患者攜帶NOD2突變基因[24]。NOD2通過下調(diào)Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)信號通路從而抑制結(jié)腸炎癥和腫瘤的發(fā)生發(fā)展。NOD2缺失小鼠的結(jié)腸在炎性腸病和CAC發(fā)生期間，炎癥基因的表達以及NF-κB等多種信號通路的激活明顯高于正常結(jié)腸組織。體外研究表明，NOD2可激活NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，抑制TLR介導的NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，從而抑制炎性腸病和CAC的發(fā)生發(fā)展[25]。

2.2.6金雀異黃素27(genistein-27，GEN-27)通過抑制NF-κB信號通路抑制CAC GEN-27是一種新的木黃酮衍生物。GEN-27是一種從膳食大豆中分離出的異黃酮，具有多種生物活性，如抗氧化、抗炎、抗癌的特性，特別是在癌癥的預防中發(fā)揮重要作用。GEN-27對CAC細胞增殖起抑制作用，且GEN-27能夠抑制脂多糖誘導的結(jié)腸腫瘤細胞系的增殖，并顯著抑制IL-1和IL-6的分泌[26]。進一步研究表明，GEN-27顯著抑制HCT116細胞系中的NF-κB的核轉(zhuǎn)位及IκB和IKKα/β的磷酸化，因而確定GEN-27通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路參與炎癥介導的CAC細胞的增殖，GEN-27可能是一種潛在的化學預防劑，從而預防CAC的發(fā)生發(fā)展[18]。

2.2.7殼寡糖通過抑制小鼠NF-κB信號通路抑制CAC的發(fā)展 殼寡糖是一種生物相容性化合物，是由殼質(zhì)的水解和脫乙酰作用產(chǎn)生的。在無脊椎動物中，包括螃蟹和蝦中，殼寡糖已經(jīng)表現(xiàn)出具有抗炎作用。在口服殼寡糖的CAC模型小鼠中發(fā)現(xiàn)小鼠腫瘤的大小和數(shù)量明顯減少。研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖增加了磷酸腺苷蛋白激酶的活性，抑制了NF-κB信號通路介導的炎癥反應，并且降低了小鼠結(jié)腸組織中細胞周期蛋白、核糖體蛋白等的表達，進一步證實了殼寡糖通過激活磷酸腺苷蛋白激酶抑制了NF-κB信號通路從而抑制了小鼠炎性腸病與CAC的進展，CAC的化學預防需要新穎、有效和安全的藥物，殼寡糖可能在CAC的化學預防中具有潛在作用[27]。

2.2.8蘋果多糖提取物通過抑制小鼠NF-κB信號通路抑制CAC的發(fā)展 在氧化偶氮甲烷和葡聚糖硫酸鈉誘導的CAC模型小鼠中，用蛋白質(zhì)印跡、免疫印跡測定、實時聚合酶鏈反應檢測、電泳遷移率變動測定和流式細胞術(shù)等技術(shù)評估蘋果多糖提取物的化學保護作用，發(fā)現(xiàn)蘋果多糖提取物能夠降低氧化偶氮甲烷、葡聚糖硫酸鈉的相關(guān)毒性，預防癌癥的發(fā)生，并且降低TLR4、髓樣分化蛋白2、β干擾素TLR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白相關(guān)分子、TNF-α和IL-6等的水平。蘋果多糖提取物的保護作用與抑制TLR4/髓樣分化蛋白-2介導的信號轉(zhuǎn)導有關(guān)，包括抑制NF-κB信號通路以抑制小鼠結(jié)腸炎與CAC的發(fā)生發(fā)展。由此，蘋果多糖提取物可用于聯(lián)合治療炎性腸病及CAC[28]。

3 小 結(jié)

NF-κB轉(zhuǎn)錄因子家族在炎癥、應激反應、細胞分化和增殖以及細胞凋亡過程中都發(fā)揮重要作用，也與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。對NF-κB轉(zhuǎn)錄因家族的研究受到越來越多科學家的關(guān)注[29]。NF-κB信號通路作為潰瘍性結(jié)腸炎及CAC中的經(jīng)典信號通路，已經(jīng)取得廣泛認可。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)植物化學物質(zhì)姜黃素在CAC中通過抑制NF-κB信號的活化，下調(diào)NF-κB調(diào)節(jié)基因的表達，在體內(nèi)體外抑制細胞增殖、細胞遷移和血管生成，從而使炎癥相關(guān)結(jié)腸癌的患者受益。另一種來源于姜黃素的化合物成為C086，顯示出比姜黃素更加有效的抑制CAC細胞生長并下調(diào)NF-κB信號通路的作用[29]。在NF-κB信號通路的研究中，有助于進一步闡明潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)展成CAC過程中的基因調(diào)控機制，并為以NF-κB為靶點設(shè)計新藥物阻斷潰瘍性結(jié)腸炎向CAC進展提供理論線索和實驗依據(jù)。