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韓志海虞積耀
《海軍醫(yī)學(xué)雜志》2009年03期
【作者單位】：海軍總醫(yī)院呼吸科；海軍總醫(yī)院病理科；
核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是真核細(xì)胞的核轉(zhuǎn)錄因子。1986年Sen和Baltimore先發(fā)現(xiàn)它是B淋巴細(xì)胞中免疫球蛋白kappa輕鏈轉(zhuǎn)錄所需要的轉(zhuǎn)錄因子，故命名為NF-κB。后發(fā)現(xiàn)NF-κB不僅存在于B淋巴細(xì)胞，而且普遍存在于真核細(xì)胞。NF-κB受多種刺激因素激活后入核內(nèi)，能和許多基因啟動子區(qū)域的固定核苷酸序列結(jié)合，啟動基因轉(zhuǎn)錄發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的功能，在機(jī)體免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞的生長調(diào)控等方面發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)樞紐的作用。目前，對NF-κB在嚴(yán)重創(chuàng)傷中作用的研究已進(jìn)入一個(gè)新的領(lǐng)域。
1 NF-κB的結(jié)構(gòu)及功能
NF-κB是由Rel/NF-κB家族的多肽成員組成的一組轉(zhuǎn)錄因子，主要有p50、p53、RelA(p65)、RelB(p68)和C-Rel(p75)5種NF-κB/Rel蛋白，根據(jù)C端區(qū)域結(jié)構(gòu)的不同，Rel蛋白可分為2類：一類是含有錨蛋白樣重復(fù)結(jié)構(gòu)(ankyrin like repeats)的前體蛋白p105和p100，經(jīng)ATP依賴的蛋白酶水解，可生成成熟的p50和p52；另一類是RelA、RelB、C-Rel，它們沒有前體，其C端含有一個(gè)或多個(gè)反式激活功能域(transactivationdomain，TA)，具有獨(dú)立激活基因轉(zhuǎn)錄的功能。Rel家族成員以同源或異源二聚體的形式存在，目前發(fā)現(xiàn)了一些具有轉(zhuǎn)錄活性的二聚體，它們是P50/RelA、RelB/p50、RelB/p52、p65/p50、p65/p6s、p65/c-Rel和p50/p50等，在這些復(fù)合物中，以p50和RelA形成的異源二聚體(p50/RelA，即通常所稱的NF-κB)更常見，活性更高，幾乎存在于所有細(xì)胞中。
在靜息狀態(tài)下，NF-κB與其抑制性蛋白IκB(inhibitorof NF-κB)特異地結(jié)合形成三聚體，使NF-κB限制在細(xì)胞質(zhì)中。目前巳知哺乳動物細(xì)胞有IκB-α、IκB-β、IκB-γ、IκB-、IκB-δ、IκB-ε、p100和Bcl23等7種抑制性蛋白，它們都具有5～7個(gè)與Rel蛋白相互作用的錨蛋白重復(fù)序列和與降解有關(guān)的C端PEST序列。
大量的刺激因素如促炎性因子(TNF-α等)、T細(xì)胞和B細(xì)胞激活抗原、細(xì)菌脂多糖(LPS)、紫外線照射、電離輻射、病毒感染、活性氧介質(zhì)和各種集落刺激因子(如粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子)等均能激活NF-κB和它的靶基因。TNF-α等刺激因素活化膜受體后，繼之活化Iκb激酶(Iκb kinase IκK)，活化的IκK將IκB-α分子的Ser32、Set36磷酸化，在泛素連接酶的作用下，磷酸化的IκB-α分子N端的21和22賴氨酸被泛素化修飾，構(gòu)象發(fā)生改變，被ATP依賴的26S蛋白酶體識別并降解，NF-κB/IκB三聚體復(fù)合物變?yōu)镹F-κB二聚體復(fù)合物，暴露出p50的核定位信號和p65的DNA結(jié)合位點(diǎn)，二聚體進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)節(jié)特異基因的轉(zhuǎn)錄。活化的NF-κB二聚體進(jìn)入細(xì)胞核后，特異地與靶基因上游調(diào)控元件中的出基因結(jié)合，單獨(dú)或與其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。
NF-κB的反饋調(diào)節(jié)包括細(xì)胞內(nèi)外的反饋調(diào)節(jié)、IκK水平的調(diào)節(jié)和p65蛋白的磷酸化調(diào)節(jié)等。細(xì)胞內(nèi)外的反饋調(diào)節(jié)為主要的調(diào)節(jié)方式，包括經(jīng)細(xì)胞外的正反饋調(diào)節(jié)途徑和經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)途徑。經(jīng)細(xì)胞外的正反饋調(diào)節(jié)：NF-κB活化后，可增強(qiáng)TNF-α和IL-2β基因的轉(zhuǎn)錄，使TNF-α和IL-2β的產(chǎn)生和釋放增強(qiáng)，進(jìn)而再次激活NF-κB而加強(qiáng)炎癥信號；經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)途徑：在細(xì)胞內(nèi)，IκB-α和p105基因的啟動子中含多個(gè)NF-κB結(jié)合序列，NF-κB可特異地識別這些順式作用元件。當(dāng)NF-κB被活化后，IκB-α和p105基因的轉(zhuǎn)錄可被上調(diào)，IκB-α和p105蛋白表達(dá)增加，使NF-κB胞核和胞質(zhì)間穿梭的動態(tài)平衡向胞質(zhì)傾斜，下調(diào)細(xì)胞核中NF-κB的活性，從而終止炎癥介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄。在機(jī)體內(nèi)，正負(fù)反饋兩種調(diào)節(jié)方式往往同時(shí)進(jìn)行，NF-κB的活化狀態(tài)取決于占優(yōu)勢的一方。
2 NF-κB與嚴(yán)重創(chuàng)傷
大多數(shù)與危重病有關(guān)的病理生理機(jī)制均可激活I(lǐng)κK/NF-κB通路。在諸如缺血/再灌注、氧化應(yīng)激等條件下，可使NF-κB活化。繼發(fā)的刺激如失血、高滲透壓、各種病毒和細(xì)菌產(chǎn)物，以及組織分解時(shí)釋放出的血紅蛋白、鉀等，巳知均可誘導(dǎo)激活I(lǐng)κK/NF-κB通路。
在嚴(yán)重創(chuàng)傷過程中，NF-κB參與巨噬細(xì)胞及白細(xì)胞的活化，并控制著許多促炎因子的基因表達(dá)；這一調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的失控將引起炎癥反應(yīng)的放大乃至組織損傷。Grove等發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1基因表達(dá)量與NF-κB的活化成正相關(guān)。有人證實(shí)，環(huán)加氧酶抑制劑通過抑制環(huán)加氧酶Ⅱ(COX-2)mRNA的表達(dá)和阻止NF-κB的活化來減少前列腺素Ⅱ(PEG2)的產(chǎn)生。另外，粒/巨噬細(xì)胞集落刺激因子、前炎癥刺激因子IL-1β和TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-3(MCP-3)等多種炎癥蛋白的表達(dá)都與NF-κB的活化有關(guān)。研究顯示患有全身炎癥反應(yīng)綜合征和多臟器功能障礙患者外周血炎性細(xì)胞NF-κB活性增強(qiáng)，且死亡患者NF-κB的活化水平高于生存患者，說明NF-κB在全身炎癥反應(yīng)和臟器組織損害的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。
2．1 NF-κB與燒傷
嚴(yán)重?zé)齻笱褐行粤＜?xì)胞數(shù)目增加且功能被激活，隨之繼發(fā)性釋放氧自由基、蛋白酶等，從而進(jìn)一步導(dǎo)致NF-κB的活化，引起TNF-α、血管內(nèi)皮黏附因子-1等產(chǎn)生增加，導(dǎo)致SIRS等全身炎癥反應(yīng)致全身組織損傷。
研究發(fā)現(xiàn)大鼠在嚴(yán)重?zé)齻?h其肺組織中NF-κB活性即明顯升高，3h達(dá)到高峰，在傷后24 h維持于高水平狀態(tài)。嚴(yán)重體表燒傷導(dǎo)致肺組織NF-κB活化，進(jìn)一步證實(shí)體表燒傷不但造成燒傷局部組織損傷而且影響了遠(yuǎn)隔臟器，NF-κB參與了這一過程。嚴(yán)重?zé)齻麑?shí)驗(yàn)動物心肌細(xì)胞活力顯著降低，核內(nèi)NF-κB水平明顯升高，其DNA結(jié)合活性亦顯著提高。NF-κB抑制劑吡咯烷二硫代氨基甲酸鹽(Purc)預(yù)處理后，可見到心肌細(xì)胞損傷明顯減輕，活力增強(qiáng)，核內(nèi)NF-κB水平及轉(zhuǎn)錄活性都有所降低。表明NF-κB參與了嚴(yán)重?zé)齻笮募〖?xì)胞的損傷作用，其機(jī)理可能是通過促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡而致心肌細(xì)胞損傷。
2．2 NF-κB與創(chuàng)傷性腦損傷
創(chuàng)傷性腦損傷是神經(jīng)外科常見的危急重癥，外傷后局部腦組織碎片、血腫、缺血缺氧均可誘發(fā)炎性反應(yīng)，導(dǎo)致NF-κB的活化。從目前的研究可以發(fā)現(xiàn)，NF-κB在腦損傷中具有雙重作用，一方面作為各種炎性因子的中間調(diào)控環(huán)節(jié)，在腦損傷后促進(jìn)炎性因子產(chǎn)生，具有保護(hù)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞的作用；另一方面，過度、持續(xù)的表達(dá)會導(dǎo)致各種損傷加重。
Clemens等通過大鼠腦缺血模型研究表明，24h內(nèi)一過性NF-κB活化誘導(dǎo)神經(jīng)元保護(hù)因子的表達(dá)，保護(hù)缺血性腦損傷，但在海馬神經(jīng)元中持續(xù)表達(dá)，造成海馬CA1區(qū)神經(jīng)元損傷，提示NF-κB的短暫激活可能誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡機(jī)制，在存活神經(jīng)元中產(chǎn)生保護(hù)因子，在缺血性腦損傷中起到神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的保護(hù)作用，而持續(xù)的NF-κB激活，可能誘導(dǎo)了導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的蛋白質(zhì)，造成神經(jīng)元的死亡。有人通過在大鼠尾狀核部位注入自體未凝血制造腦出血模型，研究了大鼠實(shí)驗(yàn)性腦出血后血腫周圍腦組織NF-κB的表達(dá)及其在繼發(fā)性腦損傷中的作用。結(jié)果提示腦出血后NF-κB表達(dá)增加，且發(fā)現(xiàn)NF-κB陽性細(xì)胞數(shù)與腦組織含水量呈正相關(guān)，NF-κB可能通過炎性機(jī)制參與了腦出血后繼發(fā)腦水腫的形成，NF-κB在腦內(nèi)出血中的作用與其在缺血性腦損傷中的作用相似，故相關(guān)的拮抗性治療應(yīng)在出血早期NF-κB廣泛活化與大量的促炎性因子表達(dá)之前進(jìn)行。
創(chuàng)傷性腦損傷還可引起腸組織NF-κB活性和MMP-9表達(dá)明顯上調(diào)。創(chuàng)傷性腦損傷后3h腸組織NF-κB的活性即明顯增加，并保持3～7d。另外，MMP-9的表達(dá)在創(chuàng)傷性腦損傷后12h也明顯增加，至72h達(dá)高峰。在時(shí)間上，NF-κB和MMP-9的表達(dá)高峰與腸粘膜損害高峰相吻合，提示由NF-κB和MMP-9介導(dǎo)的腸炎性反應(yīng)可能在所致急性腸黏膜損害中起重要作用。
2．3 NF-κB與失血性休克
在嚴(yán)重創(chuàng)傷或出血性休克的情況下，有效血容量明顯減少，心輸出量明顯下降，血液灌流不足，微循環(huán)障礙，從而直接影響主要臟器如腦、心、肺、肝、腎等的功能。在失血性休克大鼠病理過程中，肝組織在傷后NF-κB迅速表達(dá)，傷后6h達(dá)到峰值，傷后8h仍維持較高水平，NF-κB持續(xù)高表達(dá)一直維持在肝臟這一病理過程的始終，表明NF-κB在創(chuàng)傷失血性休克傷后肝臟繼發(fā)性損害中扮演著重要角色，參與了肝損傷的發(fā)生。同樣的研究發(fā)現(xiàn)，在失血性休克鼠模型的肺組織細(xì)胞中NF-κB的活性在短期內(nèi)立即升高，隨后各種細(xì)胞因子的含量也明顯增加，炎癥介質(zhì)的大量釋放產(chǎn)生瀑布樣反應(yīng)，導(dǎo)致膿毒癥，甚至臟器功能不全和多臟器功能障礙綜合征(MODS)。
2．4 NF-κB與MODS
MODS是嚴(yán)重創(chuàng)傷后主要并發(fā)癥和死亡原因之一。研究表明NF-κB的活化在創(chuàng)傷后MODS的發(fā)生中具有十分重要的作用，處于信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心地位。
大量的動物實(shí)驗(yàn)均表明嚴(yán)重創(chuàng)傷的早期已可誘導(dǎo)NF-κB的活化。在LPS引起的MODS大鼠模型中，顯示在NF-κB啟動子控制下可表達(dá)蟲熒光素酶DNA；LPS刺激時(shí)，NF-κB活化表現(xiàn)為器官特異性和時(shí)間依較性。給予LPS1～2h后，可誘導(dǎo)肝臟NF-κB活化，2h后使肺臟NF-κB活化，以及1～4h激活脾臟中的NF-κB在給予LPS 6h后，可發(fā)現(xiàn)肺臟NF-κB依賴性細(xì)胞因子mRNA和血清細(xì)胞因子增加，24h后可發(fā)現(xiàn)粒細(xì)胞性肺泡炎的組織學(xué)證據(jù)。這些結(jié)果提示NF-κB在急性肺損傷發(fā)病中的重要作用。在采用盲腸結(jié)扎或穿孔制成的鼠膿毒血癥模型中，3h后可在肝臟和肺臟中檢測到早期激活的NF-κB對鼠全身應(yīng)用胰酶后，肺臟炎癥反應(yīng)與NF-κB在肺內(nèi)的活性增加有關(guān)，可解釋急性胰腺炎時(shí)出現(xiàn)全身性炎癥反應(yīng)的機(jī)制。總之，越來越多的證據(jù)顯示，NF-κB參與了MODS的發(fā)生和發(fā)展。
Altavilla等在失血性休克小鼠模型中發(fā)現(xiàn)休克早期即出現(xiàn)肺、肝、腦細(xì)胞NF-κB的活化，提示NF-κB為MODS病理生理變化的啟動因子。Paterson等發(fā)現(xiàn)危重患者中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的NF-κB活性遠(yuǎn)較健康人的高，在10例患者中，存活96h的患者單核細(xì)胞NF--κB活性不變，而4例死亡者在死亡前的NF-κB活性則較存活者的明顯增加。同時(shí)血IL-6、IL-8和細(xì)胞間黏附分子-1升高，但與NF-κB活性無關(guān)。Foulds等研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后發(fā)生MODS的患者外周血單核和中性粒細(xì)胞中NF-κB的活性明顯高于未發(fā)生MODS的患者，死亡患者的NF-κB水平高于存活者。Bohrer等觀察到敗血癥休克患者外周血單個(gè)核細(xì)胞NF-κB的結(jié)合力增加，且所有6d內(nèi)死亡病例的第1天NF-κB活性均高于基礎(chǔ)值2倍以上，并顯示NF-κB活性與APACHE-Ⅱ評分呈明顯正相關(guān)。有研究顯示，MODS組各時(shí)點(diǎn)外周血單個(gè)核細(xì)胞NF-κB活性明顯高于正常對照組，以第3天為至高點(diǎn)，說明MODS早期存在NF-κB的活化增多；NF-κB活性在存活組呈降低的趨勢而死亡組維持在高水平，提示持續(xù)高水平的NF-κB活性預(yù)示預(yù)后不良。
3展望
目前在嚴(yán)重創(chuàng)傷領(lǐng)域，NF-κB更重要的方面是其對疾病預(yù)測的價(jià)值，尤其是在危重病的早期階段。今后，NF-κB活性的量化將有助于對危重病的預(yù)測和監(jiān)測，并可能為盡早調(diào)整加強(qiáng)治療方案提供一個(gè)理想的工具。
NF-κB在嚴(yán)重創(chuàng)傷炎性反應(yīng)中的有著重要地位，抑制NF-κB有望成為嚴(yán)重創(chuàng)傷后繼發(fā)性炎癥治療新的藥理學(xué)靶點(diǎn)。但目前各種拮抗NF-κB藥物治療嚴(yán)重創(chuàng)傷后繼發(fā)炎癥反應(yīng)的效果并未達(dá)到理想水平，提示可能還有其他的效應(yīng)機(jī)制參與了該過程的發(fā)生和發(fā)展。另外，在拮抗NF-κB時(shí)，將NF-κB的水平控制在什么范圍之內(nèi)更為合適，以及拮抗NF--κB在嚴(yán)重創(chuàng)傷后繼發(fā)性炎癥具體作用與時(shí)空關(guān)系等問題，均有待進(jìn)一步深入探討和研究。
(本文編輯：林永麗)