核因子κB在糖尿病腎病中的調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

羅欣月，李華，柳茜，朱春玲，嚴(yán)瑞

(貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，貴陽(yáng) 550004)

糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病。近年來，成年人糖尿病的患病率呈持續(xù)升高趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2035年全球糖尿病患者將達(dá)5.92億[1]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病全身性微血管并發(fā)癥之一，可導(dǎo)致慢性腎功能衰竭。DN發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，主要涉及血流動(dòng)力學(xué)異常、慢性炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)過度活化以及血脂異常[2]。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥與DN密切相關(guān)[3]，是DN惡化的危險(xiǎn)因素[4]。在腎臟細(xì)胞中，細(xì)胞因子激活多種信號(hào)通路，轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳機(jī)制調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，其中促進(jìn)腎臟炎癥的一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子為核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)。與腎臟損傷相關(guān)的多種因素可激活NF-κB，包括細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子、病原體相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式、Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、NOD樣受體以及免疫介質(zhì)等[5]。通常NF-κB在巨噬細(xì)胞、腎小球細(xì)胞(包括蛋白尿疾病中的足細(xì)胞)以及腎小管實(shí)質(zhì)細(xì)胞中被激活，并與疾病嚴(yán)重程度(如蛋白尿或炎癥)相關(guān)[6]。另外，NF-κB暴露于炎癥刺激后在固有腎小球細(xì)胞(如足細(xì)胞)、腎小球系膜、腎小管以及內(nèi)皮細(xì)胞中活化，以調(diào)節(jié)多種促炎因子的轉(zhuǎn)錄[5,7-8]。現(xiàn)就NF-κB在DN中的調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以尋找新的分子靶標(biāo)，保護(hù)腎臟免受損傷，為DN的預(yù)防和治療提供理論依據(jù)。

1 NF-κB的結(jié)構(gòu)特征

Rel蛋白家族的5個(gè)成員形成了15種潛在的NF-κB同源或異源二聚體：NF-κB1(p50，由p105生成)、NF-κB2(p52，由p100生成)、RelA(p65)、RelB和c-Rel。NF-κB蛋白以二聚體(同源或異源二聚體)的形式結(jié)合到κB位點(diǎn)，并可以對(duì)靶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生正反兩種作用[9]。NF-κB蛋白的特征為存在N端Rel同源結(jié)構(gòu)域。結(jié)合到κB位點(diǎn)的NF-κB，其Rel同源結(jié)構(gòu)域與DNA接觸并支持亞基二聚化。只有RelA、c-Rel和RelB具有起始轉(zhuǎn)錄功能的C端反式激活域[10]，其中C端亞結(jié)構(gòu)域的疏水殘基可以形成二聚化和抑制性蛋白質(zhì)。盡管p52和p50缺乏C端反式激活域，但可通過與含C端反式激活域的NF-κB亞基異源二聚化或與具有反式激活功能的非Rel蛋白相互作用正向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。NF-κB二聚體通過各種翻譯后修飾進(jìn)一步激活，并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，與特定的DNA序列結(jié)合促進(jìn)靶基因的轉(zhuǎn)錄[8,10]。

2 NF-κB的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

在靜息細(xì)胞中，NF-κB與NF-κB抑制蛋白(nuclear factor-κB inhibitor protein，IκB)結(jié)合并被隔離在細(xì)胞質(zhì)中。介導(dǎo)NF-κB激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路包括經(jīng)典途徑和非經(jīng)典通路。

2.1經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 NF-κB的激活通常是由IκBα的蛋白酶體降解介導(dǎo)。受各種免疫受體[如TLR、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1受體、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)受體以及抗原受體]刺激，下游配體與上述受體結(jié)合，導(dǎo)致一系列信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終激活I(lǐng)κB激酶(IκB kinase，IKK)。IKK復(fù)合物由催化亞基(IKKα和IKKβ)和調(diào)節(jié)亞基[NEMO(NF-κB essential modifier)]組成，IKK激活后使兩個(gè)N端絲氨酸上的IκBα磷酸化，觸發(fā)泛素化和蛋白酶體降解，導(dǎo)致NF-κB復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，主要為p50/RelA和p50/c-Rel二聚體，結(jié)合特定序列從而調(diào)節(jié)大量基因的表達(dá)[10-12]。

2.2非經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 與典型的NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相比，非典型的NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路緩慢(在數(shù)小時(shí)內(nèi)激活)。非典型的NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要為NF-κB誘導(dǎo)激酶獨(dú)立激活下游激酶IKKα和IKKβ，觸發(fā)p100的磷酸化和加工[13]，并作用于p52的前體生成p52，p52主要與RelB結(jié)合形成RelB/p52異源二聚體，然后易位至細(xì)胞核以進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄[14-17]。

3 NF-κB在DN中的作用機(jī)制

目前人們對(duì)DN發(fā)病機(jī)制的研究尚不全面，認(rèn)為DN發(fā)病主要與細(xì)胞內(nèi)代謝異常、晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)、腎小球超濾引起的腎小球內(nèi)高壓等因素密切相關(guān)，以上因素可誘導(dǎo)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞損傷，黏附分子和趨化因子表達(dá)，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)到腎組織中。持續(xù)的微炎癥是DN發(fā)展的病理生理基礎(chǔ)[18]。在鏈脲佐菌素誘發(fā)的糖尿病中，已有腎皮質(zhì)中NF-κB活化的報(bào)道[19]。NF-κB是炎癥的中心轉(zhuǎn)錄因子，在DN中被多種刺激激活[20]。NF-κB可與在DN發(fā)病中起重要作用的基因的部分啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合[21]。在高血糖刺激下，RelA和RelB形成NF-κB復(fù)合物，并被IκB抑制，IκB上絲氨酸殘基的磷酸化通過泛素化通路被破壞，從而激活NF-κB復(fù)合物。活化的NF-κB復(fù)合物易位至細(xì)胞核并結(jié)合κB結(jié)合基序的DNA進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致各種基因異常轉(zhuǎn)錄如蛋白激酶C-β[22]、AGEs積累[23]和氧化應(yīng)激[24]等。此外，NF-κB可刺激成纖維細(xì)胞增殖和分化，并誘導(dǎo)腎小管細(xì)胞炎癥和基質(zhì)合成[25]，這兩個(gè)過程均導(dǎo)致腎纖維化。未來需要深入研究NF-κB與其他信號(hào)分子之間相互作用的機(jī)制，探討阻斷NF-κB通路的分子靶標(biāo)在DN中的抗炎、抗纖維化作用。

4 NF-κB在DN相關(guān)通路中的調(diào)控機(jī)制

4.1炎癥因子與NF-κB 炎癥通路在DN的發(fā)病中具有核心作用，研究較深入的炎癥細(xì)胞因子包括IL-1和TNF-α，其可誘導(dǎo)NF-κB通路活化。IL-1和TNF-α分別與受體結(jié)合并觸發(fā)不同級(jí)聯(lián)信號(hào)，激活I(lǐng)KK復(fù)合物，從而導(dǎo)致NF-κB活化[26]。Chen和Li[25]發(fā)現(xiàn)，替比夫定可通過轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGF)-β/Smad和NF-κB通路減輕腎纖維化和炎癥。同時(shí)TNF-α又是NF-κB的下游因子，T細(xì)胞免疫球蛋白和黏蛋白結(jié)構(gòu)域分子3通過觸發(fā)巨噬細(xì)胞的NF-κB/TNF-α信號(hào)通路加速DN進(jìn)展，因此T細(xì)胞免疫球蛋白和黏蛋白結(jié)構(gòu)域分子3可作為 DN治療的新靶標(biāo)[27]。另外，NF-κB/核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體信號(hào)通路進(jìn)一步擴(kuò)大了DN的炎癥反應(yīng)。病原體相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式介導(dǎo)的TLR4或TNF激活會(huì)誘導(dǎo) NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致IL-1β前體、IL-18前體和NLRP3的表達(dá)增加，NLRP3復(fù)合體激活胱天蛋白酶(caspase)1，激活的caspase-1促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子IL-1β和IL-18分泌[28-30]。Sun等[31]研究證明，抗瘧疾藥青蒿琥酯通過抑制TLR4/NF-κB/NLRP3炎癥通路改善高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞損傷。黃葵膠囊可通過抑制NLRP3活化及NF-κB信號(hào)通路，緩解DN大鼠的腎上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[32]?？梢姡琋F-κB是介導(dǎo)促炎細(xì)胞因子和介質(zhì)表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，因此可通過抑制NF-κB信號(hào)通路減輕腎臟炎癥。

4.2磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路與NF-κB P13K/Akt是DN重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，調(diào)控疾病的發(fā)生發(fā)展。研究表明，高糖可通過激活PI3K/Akt-NF-κB信號(hào)通路介導(dǎo)足細(xì)胞損傷[33-34]。PI3K及其下游靶標(biāo)Akt的激活對(duì)于NF-κB的激活至關(guān)重要。PI3K包含1個(gè)催化亞基(p110)和2個(gè)調(diào)節(jié)亞基(p85和p55)。高糖刺激后，PI3K的p85調(diào)節(jié)亞基磷酸化導(dǎo)致p110催化亞基激活，活化的PI3K異二源聚體(即p110α和p85)誘導(dǎo)磷脂酰肌醇-4,5-雙磷酸酯轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯，并通過IKK的磷酸化或Akt磷酸化直接激活I(lǐng)KK復(fù)合物，然后通過IKK復(fù)合物激活p65/RelA亞基使NF-κB轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中，從而進(jìn)入涉及NF-κB通路的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[11,35-36]。由此可見，抑制PI3K或任何下游靶標(biāo)(如Akt)將有效調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。有研究表明，三七皂苷R1通過激活PI3K/Akt信號(hào)通路使NF-κB失活，從而減輕細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，改善足細(xì)胞和腎臟損傷[37]。中國(guó)專利藥物降糖湯(包含大戟、丹參、黃芪、黃藥、黃連)可能通過PI3/Akt和NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路減輕DN中的炎癥[38]。因此，PI3K/Akt-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可考慮作為DN的治療靶點(diǎn)，但仍需更多的臨床試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.3AGE受體(receptor of advanced glycation end pro-duct，RAGE)與NF-κB 高血糖可導(dǎo)致AGEs產(chǎn)生，從而誘發(fā)腎功能障礙、活化腎小球細(xì)胞、激活巨噬細(xì)胞。AGEs與RAGE結(jié)合將導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激增加和NF-κB活化，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成增加[39]。體外研究表明，表達(dá)RAGE的細(xì)胞可誘導(dǎo)NF-κB(p50/p65)從細(xì)胞質(zhì)向核內(nèi)持續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)[40]。RAGE配體對(duì)NF-κB的持續(xù)活化作用是先降解IκB蛋白，然后在新合成的IκBα和IκBβ下合成新的NF-κB p65信使RNA和蛋白[40]。而NF-κB作為調(diào)節(jié)RAGE表達(dá)的啟動(dòng)子可以進(jìn)一步促進(jìn)AGEs與RAGE結(jié)合，從而加速糖尿病進(jìn)程。研究表明，表沒食子茶素沒食子酸酯通過下調(diào)AGEs-RAGE軸激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB[41]。D-核糖誘導(dǎo)依賴RAGE的NF-κB信號(hào)通路介導(dǎo)糖尿病小鼠系膜細(xì)胞損傷和腎功能障礙[42]。Yang等[43]發(fā)現(xiàn)，格列齊特可通過抑制RAGE-p22phox-NF-κB通路減少還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，從而抵抗AGEs和高糖引起的腎細(xì)胞損傷。因此，下調(diào)AGEs-RAGE軸可以抑制細(xì)胞氧化應(yīng)激和NF-κB活化，從而對(duì)腎臟起保護(hù)作用。

4.4p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)與NF-κB MAPK信號(hào)通路包括胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2、p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶。研究顯示，MAPK信號(hào)通路在高血糖誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用[44]。p38 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是細(xì)胞信號(hào)傳遞的交匯點(diǎn)，在高糖、血管活性物質(zhì)、細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激等因素作用下，p38 MAPK激活引起細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化[45]。p38 MAPK的激活可使多種核轉(zhuǎn)錄因子活化，影響目的基因的表達(dá)。p38 MAPK下游因子包括MAPK激活蛋白激酶2和MAPK激活蛋白激酶3，其中MAPK激活蛋白激酶2加劇了炎癥過程，且也是持續(xù)激活NF-κB所必需[46]。同時(shí)，p38 MAPK可通過下游因子NF-κB介導(dǎo)腎臟微炎癥和腎臟纖維化。Ma等[47]研究表明，利拉魯肽的抗炎作用可通過抑制p38 MAPK/NF-κB通路的激活，從而抑制TNF-α、IL-6和IL-1β表達(dá)。Zhang等[48]的研究指出，雷公藤紅素通過MAPK/NF-κB通路減輕糖尿病大鼠的腎臟損傷。菜籽蛋白衍生的抗氧化肽RAP(序列為YWDHNNPQIR)通過MAPK/NF-κB信號(hào)通路減輕DN的腎纖維化[49]。在未來的研究中，可以根據(jù)抑制MAPK/NF-κB通路的藥物理化特性、藥動(dòng)學(xué)等優(yōu)化NF-κB抑制劑結(jié)構(gòu)，使其成為DN的有效治療選擇。

4.5活性氧類與NF-κB 糖尿病中活性氧類水平的升高在糖尿病并發(fā)癥中起主要作用，持續(xù)性高血糖會(huì)導(dǎo)致線粒體活性氧類產(chǎn)生增加，并誘導(dǎo)細(xì)胞損傷，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙。過多的活性氧類可影響血管內(nèi)皮，并誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞中TGF-β1和細(xì)胞外基質(zhì)表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)DN中足細(xì)胞凋亡[50]。調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子基因表達(dá)的NF-κB在炎癥和活性氧類產(chǎn)生之間的正反饋回路中起著至關(guān)重要的作用。生理?xiàng)l件下，NF-κB以抑制蛋白(IκB)的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中?；钚匝躅愑绊慖κB的磷酸化和降解，從而使NF-κB釋放轉(zhuǎn)錄至細(xì)胞核[51]。一方面，活性氧類可能影響NF-κB蛋白本身的DNA結(jié)合特性，p50DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域上的氧化可阻止NF-κB的DNA結(jié)合。另一方面，受活性氧類依賴性過程影響的RelA的磷酸化導(dǎo)致NF-κB活化[52]。通過以上研究學(xué)者找到了靶向活性氧類治療DN的藥物，目前發(fā)現(xiàn)西洛他唑可降低活性氧類水平，抑制NF-κB活性及降低炎癥介質(zhì)水平，從而間接減輕炎癥反應(yīng)[53]?？梢?，活性氧類以多種方式與NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相互作用。NF-κB依賴性基因的轉(zhuǎn)錄影響細(xì)胞中活性氧類的水平，而NF-κB的活性也受活性氧類水平的調(diào)節(jié)。

4.6細(xì)胞焦亡與NF-κB 細(xì)胞焦亡是一種促炎癥程序性細(xì)胞死亡方式，GSDMD(Gasdermin D)已被證明是激活細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵蛋白，caspase切割GSDMD，其中GSDMD的N端片段釋放并在細(xì)胞質(zhì)膜上形成孔徑，導(dǎo)致水流入、細(xì)胞膨脹和溶解，炎癥因子釋放，從而進(jìn)一步擴(kuò)大炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[54]。GSDMD在細(xì)胞焦亡中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，在脂肪細(xì)胞中NF-κB可激活GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，并通過阻斷NF-κB/GSDMD信號(hào)通路減輕炎癥小體誘導(dǎo)的焦亡[55]。另有研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB可誘導(dǎo)腎缺血再灌注損傷中腎小管上皮細(xì)胞GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡[56]。Wang等[57]的研究顯示，抑制TLR4/NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可以逆轉(zhuǎn)糖尿病小鼠及高糖誘導(dǎo)的人腎小管上皮細(xì)胞中GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡的發(fā)生和IL-1β釋放。細(xì)胞焦亡在DN發(fā)病中的作用目前尚不完全清楚，但以上研究提示NF-κB可激活GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，同時(shí)引起炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，這為開發(fā)更多的DN治療方法提供了新方向。

5 NF-κB的治療靶點(diǎn)

抑制NF-κB的激活可改善DN，提示NF-κB可作為DN的治療靶點(diǎn)。Li等[58]研究發(fā)現(xiàn)，來氟米特和貝那普利合用可通過調(diào)節(jié)NF-κB、TGF-β和瞬時(shí)受體電位通道6的表達(dá)減輕DN大鼠的腎臟損傷，并抑制高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。Han等[59]發(fā)現(xiàn)，水蛭素通過抑制p38 MAPK/NF-κB通路的炎癥作用，減少糖尿病大鼠腎臟組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、促炎細(xì)胞因子表達(dá)以及足細(xì)胞凋亡。Huang等[60]發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸，尤其是丁酸可抑制NF-κB激活對(duì)DN起保護(hù)作用。Yuan等[61]研究證明，竹節(jié)參皂苷ⅣA通過抑制NLRP3炎癥小體激活和NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，有效抑制了小鼠脂肪組織中高脂飲食誘導(dǎo)的炎癥。Li等[62]證明，真武湯能夠顯著促進(jìn)腎組織中外泌體的分泌，同時(shí)阻斷NF-κB核易位以及NLRP3炎癥小體的活化，抑制IL-1β和caspase-1的表達(dá)，從而減輕腎功能障礙。Zhang等[63]研究發(fā)現(xiàn)，沙利度胺可通過負(fù)調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)通路減輕DN的腎臟炎癥。但在進(jìn)行臨床研究之前，有必要進(jìn)一步研究NF-κB阻斷治療對(duì)腎臟保護(hù)作用的分子機(jī)制。

6 小結(jié)與展望

NF-κB的激活與某些促炎趨化因子的轉(zhuǎn)錄相關(guān)，并與其他信號(hào)通路直接或間接作用影響DN的發(fā)展。NF-κB的轉(zhuǎn)錄取決于NF-κB與其他轉(zhuǎn)錄因子和核調(diào)節(jié)蛋白的相互作用，通過這種方式NF-κB可以與其他信號(hào)通路整合并參與DN的發(fā)病。通過對(duì)其他信號(hào)通路與NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究，發(fā)現(xiàn)了多種NF-κB抑制劑，但這些抑制劑是對(duì)NF-κB活化的整體抑制，不良反應(yīng)較多。未來需要進(jìn)一步對(duì)NF-κB進(jìn)行研究，尋找有針對(duì)性的NF-κB抑制劑，從而為臨床相關(guān)疾病的預(yù)防與治療提供新思路及新的藥物靶點(diǎn)。