对核因子NF-κB在免疫反应和细胞凋亡中作用的认识

1对核因子NF-κB在免疫反应和细胞凋亡中作用的认识汪福州景亮东南大学附属中大医院麻醉科核转录因子NF-κB最初在鼠成熟B细胞和粒细胞瘤中发现并命名为细胞核Kappa轻链基因表达的调节子，但是接下来的研究不断发现其存在于多种细胞中。即使是病毒，如巨细胞病CMV、乙肝病毒HBV、人类免疫缺陷病毒HIV-1和流感病毒等都能有效利用NF-κB强有力的转录功能。对NF-κB研究的兴趣主要集中在对生物医学具有相当重要性的基因转录控制的可诱导性和可调控性上。其中对NF-κB和I-κB在免疫调节和疾病的发生发展中的作用尤为关注。NF-κB家族、结构及一般功能NF-κB是由两个单体组成二聚体转录因子家族的原型，其单体包含约300氨基酸的DNA结合Rel区和I-κB结合区。目前所知NF-κB/Rel家族成员包括RelA(p65)、RelB、c-Rel、v-Rel、p50、p52、Dorsal、Dif和Relish等。NF-κB的活化形式由p50亚单位和p65亚单位组成的异源二聚体，在多种转录过程中发挥关键作用。在静态细胞，p50/p65二聚体在血浆中与I-κBα、I-κBβ和I-κBγ结合以防止其进入细胞核结合DNA。Rel家族参与肿瘤的发生已得证实，同时也是活化NF-κB成员之一，而且不同形式的Rel成员可能活化不同的靶基因。NF-κB特异性识别DNA元件5’-GGGRNYYYCC-3’（R为非特异性嘌呤，Y为非特异性嘧啶，N为核苷酸）。2.9Å分辨率时p50/p65二聚体的晶体结构包含有5个碱基对5’-GGGAC-3’p50亚位点和4个碱基对3’-TTCC-5’p65亚位点，每个亚单位包含有2个通过由10个氨基酸组成的连接子相互结合的免疫球蛋白样区。p50通过精氨酸54、精氨酸56、酪氨酸57、谷氨酸60、组氨酸64和赖氨酸241结合于5’亚位点，p65则通过精氨酸33、精氨酸35、酪氨酸36、谷氨酸39和精氨酸187结合于3’亚位点，这说明p50/p65二聚体具有不同的启动子。p50二聚体-DNA复合物由10个环状结构构成有利于蛋白-DNA识别。对NF-κB基因的克隆将有利于对其转录调节的精确认识。p50DNA结合亚单位的克隆显示NF-κB/I-κB系统是是一个通过胞浆/胞核分配控制蛋白功能的独特模式。就像糖皮质激素受体活化方式一样，NF-κB可以看成是胞内第二信使而将信号从细胞表面传到细胞核。有必要指出的是NF-κB基因的表达在mRNA水平受到肿瘤坏死因子TNF-α和佛波酯的调节。p65亚单位行使着抑制亚单位I-κBα和I-κBβ受体的功能，并显示出kappaB特异性DNA结合活2性。65KD的蛋白p65在凝胶中具有独特的移动性。同时I-κB主要通过与p65相互作用而达到对NF-κB的抑制。NF-κB抑制家族I-κB和IKK在静止细胞胞浆中NF-κB与其抑制蛋白I-κBα、I-κBβ和I-κBγ结合形成复合物。其它I-κB样蛋白包括Bcl-3、I-κB-ε、I-κB-δ（p100）、Cactus和Relish等[1].NF-κB的活化需要I-κB的磷酸化和蛋白酶的快速降解。许多外界刺激如细胞因子、蛋白激酶活化因子、病毒、氧化物、细菌组成物（酯多糖、肽聚糖、鞭毛蛋白等）[2-4]。然而，复合物NF-κB/I-κB的形成在体内外能够被快速而有效地逆转。I-κB激酶IKK是I-κB离开NF-κB并使之得以活化的必需前提，随之降解抑制因子I-κB。NF-κB的活化需要I-κBα32位和36位丝氨酸的磷酸化。但是在完整细胞I-κBα的磷酸化并不足以激活NF-κB。完整的IKK复合物包括2个催化亚单位IKKα(IKK1)、IKKβ(IKK2)和1个伴随亚单位NEMO(NF-κBessentialmodifier)或IKKγ。IKKα和IKKβ属于丝/苏氨酸蛋白激酶，而NEMO虽包含有多个蛋白反应基序但却无明显的催化区。TNF-α刺激显示c-IAP-1对NEMO的调节在IKK复合物的活化上作用特殊。NEMO保守的锌指结构对于NEMO的泛素化和IKK的活化至关重要[5]，特别是位于锌指417位的残基半胱氨酸[6]。IKKβ和其它激酶对IKKγ/NEMO的磷酸化在调节IKK活性的过程中发挥着相当作用，IKKγ/NEMO碳末端144-159、369和375位残基是IKKβ发挥磷酸化作用的主要位点[7]。IKKγ/NEMO是免疫、炎症和凋亡通路上的中心分子。与此相反地是IKKγC417R在人THP.1单核细胞的IKK活性和NF-κB的活化上起负性调节作用，使细胞对TNF-α和LPS调节的凋亡增加[6]。位于IKKβ螺旋-环-螺旋HLH基序与碳末端之间的丝氨酸从的自身磷酸化使IKK活性下降。对于IKKα，其丝氨酸176是NF-κB诱导激酶NIK磷酸化的主要位点。同时NIK在胸腺微环境的中心耐受上起着重要作用[8]。如前所述，尽管存在许多影响和不同的信号通路，但是I-κB复合物和IKK复合物的磷酸化是NF-κB在一系列刺激下转移进入细胞核内的前提。NF-κB与免疫和炎症反应NF-κB作为重要的转录因子之一在天然免疫和获得性免疫以及炎症反应中起着相当作用。一系列基因敲除研究显示，P50-/-小鼠NF-κB/Rel复合物在特异性基因转录调节当中发挥着其特有的功能。RelA-/-显示RelA在粒细胞的生成上具有负性调控作用。c-Rel-/-小鼠研究说明NF-κB在细胞因子调节和适当的免疫应答功能发挥中作用突出。RelB-/-/p105-/-双敲除表现出因强有力的渗透表型而至的高死亡率。这说明多个Rel基因的敲除，其对细胞发育所造成的3影响远远超过单基因的敲除。同时NF-κB/Rel信号通路的活化是T细胞激活的重要组成之一。胸腺细胞绝大多数NF-κB/Rel蛋白复合物常常由于I-κB突变而至信号失活。NF-κB参与炎症反应。在急慢性炎症性疾病中，黏附分子从外周循环募集T淋巴细胞、中性粒细胞及嗜酸粒细胞等炎性细胞到达炎症部位。NF-κB增加多种细胞因子和炎症相关性酶如可诱导一氧化氮合酶（iNOS），基因的表达。可诱导酶环氧化酶-2（COX-2）也受到NF-κB的调节。将人外周血单核细胞、内皮细胞和肺组织暴露于促炎细胞因子IL-1β、TNF-α或氧化剂中时引起明显地NF-κB活化。NF-κB/Rel家族一直公认为是能够通过共激活多个炎症性基因来扩大疾病特异性炎症过程通用的永久机制。NF-κB/Relp50和p65亚单位在体内对抑制脓毒血症或感染性休克时的高死亡率起着重要作用[9]。另外在慢性酒精中毒的环境下由失血性休克诱导的肝损伤敏感性的增加至少部分的受到增强的NF-κB活性的调节[10]。在临床实践中系统性NF-κB抑制物的应用可能会对休克相关疾病产生有益的结果[11]。RelB通过对活化的组织成纤维细胞趋化因子表达的控制来限制炎症过程的进展。p50-/-小鼠对Th2细胞因子IL-5和趋化因子的产生缺陷，而且巨噬细胞炎性蛋白MIP-1α的产生不足，这说明NF-κB在过敏性气道炎症反应的噬酸粒细胞诱导中作用不容忽视。在OVA敏感小鼠支气管应用NF-κB寡聚脱氧核苷可引起气道免疫细胞有效的核转染，这表明局部免疫细胞NF-κB的活化参与哮喘发生的起效期[11]。NF-κB1缺陷小鼠对少突绞质细胞髓鞘糖蛋白诱导的实验性自身免疫性脑脊髓炎具有明显地抵抗性，故说明NF-κB在在体自身反应性T细胞的活化与分化中起着相当作用。c-Rel缺陷小鼠对胶原诱导的关节炎的抵抗和p50缺陷小鼠在诱导的急慢性关节炎模型中的难控性表明NF-κB/Rel在炎性关节炎发病当中的明显作用。糖皮质激素因具有抗炎和免疫抑制作用而在免疫应答和炎症反应中备受关注。然而，巨噬细胞移动抑制因子MIF通过拮抗糖皮质激素来发挥促炎作用。有趣的是，糖皮质激素通过上调I-κBα转录来增加胞浆I-κBα蛋白的量，从而达到对NF-κB的抑制。因此，NF-κB、MIF和糖皮质激素三者之间相互作用关系部分表述如下：MIF对糖皮质激素调节的抑制NF-κB的反向调控是经由阻止糖皮质激素诱导的胞浆I-κBα的增加来完成，从而引起NF-κB的入核转录。再者，MIF通过一相同于脂多糖LPS的胞内通路来使I-κB降解。在糖皮质激素缺乏时MIF对LPS诱导的I-κBα减少无效，相反在LPS缺乏时MIF抑制糖皮质激素诱导的I-κBα的增加。NF-κB与凋亡NF-κB/Rel通过参与多个目的基因的转录来调节细胞增殖、分化、生长和凋亡。4NF-κB二聚体能够保护胚胎肝脏细胞发生凋亡。RelA可能以完全相反的方式控制着依赖于细胞型和凋亡刺激特性的凋亡的发生。c-Rel具有诱导凋亡的作用。与c-Rel不同的是其配对体v-Rel并不诱导细胞凋亡，但是也有研究发现温度敏感性v-Rel突变体却能够引起鸡脾细胞的凋亡。NF-κB通过表达抗凋亡蛋白c-IAP-1和c-IAP-2来发挥在人癌细胞存活当中的抗凋亡特性。然而，NF-κB在α病毒诱导的前列腺癌细胞株中显示出促凋亡作用。NF-κB抑制TNF调节的细胞凋亡，其中包括对凋亡抑制因子Bcl-2家族蛋白A1、Bcl-XL和IEX-1L的调节。NF-κB异常表达跟肝癌的发生密切相关，这主要是通过对抗凋亡基因Bcl-2的调节来实现。NF-κB转录诱导产生包含死亡效应区（DED）的蛋白，从而通过抑制caspase-8活性达到对TNF调节的凋亡抑制。在正常细胞，NF-κB1(p50,p105)调控G0期细胞的存活，然而有丝分裂的顺利进行需要有不同的Rel/NF-κB因子来参与对细胞分裂周期的进行和凋亡的防止的调控。NF-κB可以防止免疫调节自然杀伤性T淋巴细胞（iNKT）的凋亡[12]。反应蛋白FIP-3能够活化细胞死亡通路，并且抑制NF-κB依赖性存活机制，但是腺病毒蛋白AdE3（14.7K）能够部分地反转FIP-3诱导的凋亡。细胞对杀伤性因素的抗性主要可能是由于凋亡诱导因素TNF、电离辐射和癌性化疗复合物柔红霉素对NF-κB的激活所致。KutukO和BasagaH业已证实非甾体类抗炎药（NSAID）能够抑制TNF-α和IL-1诱导的NF-κB活化和致敏Hela细胞的凋亡[13]。病毒如HIV、HBV、EBV、腺病毒、鼻病毒和流感病毒等利用NF-κB通路进行自身复制、存活和对免疫应答的逃避。另外许多病毒一方面利用NF-κB的抗凋亡特性来逃避宿主的防御机制，另一方面诱发凋亡达到病毒扩散（表1）。流感病毒相关性脑病的外周血单核细胞能够产生细胞因子，并且其外周血单核细胞的活化与NF-κB激活有关[14]。在凋亡刺激存在时应用NF-κB/Rel抑制治疗可能会降低对肿瘤的抗凋亡界限，从而对肿瘤治疗产生一个更加有效的效果。也有研究表明抑制NF-κB跟癌性化疗呈现平行关系。因此，NF-κB/Rel在不同的条件和不同的刺激下显示出促凋亡和抗凋亡的双重特性。这为凋亡相关性疾病的治疗提供了有力的线索。自达1995年发现p65/RelA亚单位敲除小鼠因肝功能退化而在发育第16天死亡起，人们不断将注意力集中到NF-κB在不同疾病中的重要作用以及与之相关的治疗策略上。NF-κB已被列为一靶目标来作为疾病治疗的辅助性方式之一。通过对NF-κB与疾病关系的研究，以用来对诸如自身免疫性疾病、病毒相关性疾病、肿瘤、炎症、休克和哮喘等多种疾病的治疗发现新策略。特异性NF-κB/Rel抑制物的开发将会降低像非甾体类抗炎药和糖皮质激素等治疗的副作用以及为一系列疾病的治疗提供可能（表2）。对p50的局部抑制可能防止导致关节破坏的炎症和滑液组织反应。阻断NF-κB活性可能5是一个治疗风湿性关节炎的有效措施。皮质激素现已成为治疗哮喘的主要药物[15]。以动物模型研究为基础，NF-κB在从发育到对损伤的细胞反应性协调和大脑特异性的突触信号传递等神经系统中发挥着重要作用。NF-κB信号传导可能是一治疗缺血性脑中风、脑或脊髓外伤、Alzheimer’s病和Parkinson’s病颇有价值的途径。总之，如前所述至少在部分疾病当中，NF-κB跟许多疾病相关。不管