胡語航王興勇
《兒科藥學雜志》2007年03期
【作者單位】：重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院
缺氧缺血性腎損傷是新生兒窒息、肺炎、休克及腎移植、腎切開取石術等臨床共同面臨的問題，嚴重時可發(fā)展為多器官功能障礙綜合癥甚至死亡。核因子B(nuclear factor kappa B，NF-KB)參與多種細胞因子及炎癥介質基因的轉錄調控，在炎癥反應網(wǎng)絡調節(jié)中起重要作用。
1 Rel/NF-κB信號傳導通路
1．1 Rel/NF-κB的家族組成及功能
NF-κB是Rel蛋自家族成員，幾乎存在于所有細胞中，目前在哺乳動物細胞內易發(fā)現(xiàn)NF-κB Rel家族的五個成員：RelA、NF-κB1、NF-κB2、RelB和C-Rel。每一個家族成員亞基的N末端都有一個約300個氨基酸殘基的Rel同源結構域(RHD)，是介導NF-κB與DNA結合所必須的，同時還含有核定位序列(NLS)，負責活化的NF-κB進入核內發(fā)揮生物學功能。典型的NF-κB是由p50和p65亞基組成的異二聚體，幾乎存在于所有真核細胞中。
NF-κB的抑制蛋白(inhibitor-κB，IκB)家族成員包括IκB-α、β、γ、δ、ε和Bcl-3。IκB具有以下幾種功能：
①阻止NF-κB與DNA結合；
②通過與NF-κB亞基上的RHD耦聯(lián)，覆蓋NSL，使其不能核易位；
③使NF-κB與DNA形成的復合體解離，抑制相關基因轉錄。
1．2 NF-κB的活化與調控
靜息狀態(tài)下，NF-κB與其抑制蛋白IκB相結合并以非活化的形式存在于細胞質。IκB抑制蛋白主要是對NF-κB的活化起抑制作用。IκB憑借錨蛋白重復序列與NF-κB的RHD結合，掩蔽NF-κB的NLS，使NF-κB滯留于胞漿。
NF-κB激活的機制較為復雜，目前尚未完全闡明，但可以肯定的是在其信號傳導通路中，IκB激酶(IκK)激活與IκB磷酸化是從NF-κB解離到降解關鍵的步驟。目前發(fā)現(xiàn)誘導NF-κB活化的信號先使IκB32和36位上的絲氨酸磷酸化，后者在21和22位的賴氨酸位置上迅速泛素化，進而觸發(fā)IκB被26S蛋白體快速降解后從NF-κB/IκB復合體中釋放出來，IκB失活。DiDonat等證實，至少有3種蛋白激酶參與IκB磷酸化及降解，導致NF-κB活化，它們分別是IκB蛋白激酶-1(1κK-1)、IκB蛋白激酶-2(IκK-2)、NF-κB誘導型蛋白激酶(NIK)。活化的NIK又可使IκK-1和IκK-2磷酸化而被激活。即誘導劑通過激活信號傳導途徑，導致NIK活化，引起IκK-1、IκK-2磷酸化，IκB從NF-κB/IκB復合體中解離出來，被胞漿中的蛋白酶降解暴露出核定位位點，促進相關基因的轉錄和表達。NF-κB活化的反饋調節(jié)有兩種途徑：經(jīng)胞外的正反饋途徑和經(jīng)胞內外的負反饋途徑。
2 ICAM-1 mRNA和蛋白的表達
2．1 ICAM-1轉錄及其在腎臟組織中的表達
細胞間粘附分子是一類調節(jié)細胞與細胞，細胞與細胞外基質間相互結合、起粘附作用的膜表面糖蛋白，分ICAM-1、2、3三種。在ICAM-1基因的5’調節(jié)區(qū)域有IFN反應元件、糖皮質激素受體結合位點、NF-κB結合位點、活化劑蛋白-1反應元件等。NF-κB、AP-1等轉錄因子可分別與這些元件結合而影響基因的轉錄，即各種刺激因素對這些轉錄因子作用從而促進ICAM-1基因的轉錄。
Muller等用免疫組化的方法研究了15例正常人腎組織中ICAM-1的表達，發(fā)現(xiàn)腎小球系膜細胞、內皮細胞、腎小球壁層上皮細胞可以表達ICAM-1，ICAM-1強染色也可以見成纖維細胞、腎小管周圍毛細血管和大血管的內皮細胞。正常腎小管上皮細胞也可以低水平表達ICAM-1，有炎癥反應存在時表達明顯增強。
2．2 NF-κB活化與ICAM-1轉錄表達
ICAM-1含有5個細胞外的免疫球蛋白樣結構域。ICAM-1表達的調控元件位于ICAM-1轉錄起始位點上游的115、40和60位點。組織受到缺血缺氧刺激后，IκB降解，NF-κB活化，從細胞質到細胞核與靶基因即ICAM-1基因的啟動子和增強子中含有的κB序列相結合，迅速誘導基因轉錄表達。
3缺氧復氧分子信號機制的三個階段
3．1再灌注的速發(fā)型應答
再灌注后數(shù)秒至數(shù)分鐘內，一連串的分子級聯(lián)反應很容易被刺激，尤其是那些依賴磷脂酶活化和胞內Ca2+的分子。這一階段主要以脂質和形成的蛋白為代表，這些蛋白在再灌注血流進入循環(huán)一開始就出現(xiàn)并且與內皮組織建立聯(lián)系。早已存在于內皮細胞表面和血小板的粘附因子如P-選擇素也在這一階段表達增強，粘附分子在細胞骨架變化及Ca2+釋放后表達增強。
3．2再灌注的早期反應
缺血再灌注后數(shù)分鐘至數(shù)小時內，蛋白合成的活化轉錄開始，尤其是炎癥因子。在調節(jié)缺血再灌注分子信號途徑中這些炎癥因子尤其是TNF-α處于中心地位。起初的分子信號從此開始，并傳遞到細胞質，胞質內的激酶被活化，信號至胞核，使轉錄因子活化、進一步持續(xù)炎癥反應。
3．2．1 TNF、NF-κB的活化
TNF是由157個氨基酸殘基組成的同型三聚體。TNF信號途徑已經(jīng)相當具有特征性。胞漿內TNF與TNF-R1結合觸發(fā)一連串反應，激活核內的NF-κB及原癌基因c-jun。這些核因子是誘導炎癥基因轉錄的基礎。IκB在胞漿內磷酸化、泛素化并降解。IκK與TNF-R1共同活化，這一活化過程依賴于RIP。銜接蛋白也參與TNF-R1的活化，從而使得NF-κB、JNK活化。NF-κB、JNK及TNF-R1之間相互作用，使整個信號系統(tǒng)持續(xù)的進行，一直到位于核內的轉錄因子的基因開始表達。
3．2．2 MAPK’s途徑
在所有應激誘導的激酶中，p38 MAPK更典型，被認為是更重要的炎癥激酶，可以對缺血再灌注后產(chǎn)生的一系列炎癥信號作出應答。JNK是分子量約為54KDa的蛋白質，在應激、TNF、IL-1、LPS及其他一些條件下被活化，它在活化激活蛋白-1(AP-1)、TNF表達、T細胞增殖、產(chǎn)生IL-1等過程中有著尤其重要的作用。ERK是與增殖、轉化及分化相關的MAPK，它可以在細胞外基質應答中參與產(chǎn)生細胞因子。MAPK’s途徑中彼此間是一連串相互重疊交錯的信號機制。實驗研究清楚地提示MAPKs在加重缺血再灌注損傷中起重要作用。大多數(shù)情況下，炎癥信號可以被MAPKs強化，而被MAPKs抑制劑下調。
3．3再灌注的遲發(fā)反應
缺血再灌注數(shù)天至數(shù)周后產(chǎn)生分子保護機制，包括細胞康復相關途徑，如抗炎癥細胞因子(IL-10)，晚發(fā)型粘附分子和生長因子如TGF-β在康復過程中將會被激活。在細胞水平，巨噬細胞和成纖維細胞明顯增多，參與修復過程。
4缺氧-復氧、PMNs粘附與腎損傷
大量動物試驗表明，多形核白細胞(PMNs)和其他炎癥細胞在急性缺血性腎損傷的發(fā)病機制中扮演了重要角色，炎癥細胞的激活和粘附分子的釋放是組織損傷的關鍵反應。
國內學者已觀察到新生兒窒息后腎損傷組外周血白細胞計數(shù)明顯高于非損傷組，且與腎功能損傷程度呈正相關，在窒息大鼠恢復供氧的模型中進一步觀察到腎組織白細胞滯留數(shù)明顯增多，且與IL-1、IL-8、TNF-α。等炎癥細胞因子及腎小管損傷程度呈正相關。可見PMNs作為一種致傷因子參與了腎缺血再灌注損傷的發(fā)生。缺血再灌注可激活腎內皮細胞和炎癥細胞，白細胞在血管內皮細胞表面滾動、粘附和穿越內皮移行至炎癥部位是PMNs激活和致炎的重要步驟，其分子基礎是PMNs及血管內皮細胞表面的粘附分子相互作用及細胞因子對粘附分子表達的調節(jié)。ICAM-1與PMNs上的LFA-1和Mac-1配體相結合可引起細胞的粘附滲出，ICAM-1功能的缺陷將引起PMNs粘附和滲出障礙，有利于減輕炎癥反應。大量資料表明，CD11/CD18整合素和ICAM-1在缺血再灌注腎損傷的發(fā)病機制中具有重要作用。L-選擇素和P-選擇素可在受炎癥刺激后數(shù)分鐘內表達于細胞及血小板表面，通過相應配體相互作用，介導起始粘附作用及滾動作用。
有學者認為，PMNs在介導缺血再灌注腎損傷起重要作用，其可能機制為：
①PMNs激活后通過“呼吸爆發(fā)”產(chǎn)生活性氧，超過了機體的清除能力，可直接損傷組織和誘導細胞凋亡。
②PMNs釋放多種水解蛋白酶等其它可引起組織損傷的酶類，這些物質和白三烯、血小板激活因子增加血管通透性，促使炎癥反應的粘附分子的表達。
③PMNs激活后變得僵硬，失去變形能力而不能通過腎毛細血管，堵塞微循環(huán)，致再灌注后期的無灌流，延長腎缺血時間，加重缺血損傷。
綜上所述，缺氧復氧、缺血再灌注是一重要的病理現(xiàn)象。缺氧刺激TNF活化，活化NF-κB，致ICAM-1 mRNA表達增多，ICAM-1介導PMN粘附在腎小管內皮細胞，這三者的時間進程關系提示它們之間存在一定的因果關系。