核因子κB信號通路的研究進展

方年富綜述，李弼民審校

（1.江西省景德鎮市第二醫院消化科 333000；2.南昌大學第一附屬醫院消化科，江西 南昌 330006）

核因子－κB（nuclear factor－kappa－B，NF－κB）是廣泛存在于哺乳動物細胞中的一種重要轉錄調控因子，能與多種細胞基因的啟動子和增強子序列位點發生特異性結合，通過調控多種重要的細胞因子、黏附分子、趨化因子、生長因子和免疫受體的表達，在機體的免疫應答、炎癥反應及細胞的生長調控等方面發揮重要的作用［1］，其活化也參與細胞增殖和凋亡的過程［2－3］。鑒于NF－κB在信號通路中的重要作用，研究NF－κB及其信號傳導途徑的活化與調節對于預防和治療疾病有重要的意義。

1 NF－κB的組成

NF－κB是由Sen和Baltimore［4］在1986年首次從成熟的B淋巴細胞中提取出來，因其能與K輕鏈基因增強子的κB序列（5－GGG ACT TTC C－3）特異性結合并促進K輕鏈基因蛋白的表達，故稱之為核因子－κB。它由Rel的轉錄激活因子家族蛋白組成，在哺乳動物細胞中 Rel／NF－κB家族有5位成員［5］:NF－κB1（p50／p105）、NF－κB2（p52／p100）、RelA（p65）、c－Rel和RelB。它們的共同特征是N末端均有一個由約300個氨基酸組成的保守區域，稱之為Rel同源區（Rel homology domain，RHD）。Rel同源區包含3個功能區即DNA結合域、二聚化域、核定位信號（nuclear translocation signal，NLS）區，分別負責與DNA結合、二聚化、與NF－κB抑制蛋白相互作用。Rel蛋白成員間可形成同源或異源二聚體，不同的NF－κB／Rel蛋白二聚體具有不同的結合序列，而且具有各自的特性。絕大多數NF－κB蛋白（p50／p65、p50／c－Rel、p65／c－Rel）是轉錄激活的復合體，但p50同源二聚體和p52同源二聚體則是轉錄抑制的復合體。NF－κB最常見的形式是由p50或p52與p65亞基組成的異二聚體，標準NF－κB p50與p65二聚體的結合序列為5－GGG RNN YYC C－3。而 Rel／c－Rel二聚體的結合序列為5－HGG ARN YYC C－3（其中 H代表A、C或T，R為嘌呤，Y為嘧啶）。根據結構、功能和合成方式可將Rel蛋白分為兩類:一類是含有錨蛋白重復序列（ankyrin repeat motif）的前體蛋白p105和p100，經ATP依賴的蛋白酶水解，可生成成熟的p50和p52；另一類是p65（RelA）、RelB、c－Rel，它們沒有前體，其C端含有一個或多個轉錄活化功能域（transcriptional activation domain，TAD），具有獨立激活基因轉錄的功能。

2 NF－κB抑制蛋白（inhibitory subunit of NF－κB，IκB）

IκB是一個相對分子質量為36kD的阻礙蛋白，擁有5～7個與Rel蛋白相互作用的錨蛋白重復序列C末端序列，與ReL／NF－κB蛋白的RHD氨基酸殘基相互作用，可掩蓋 NF－κB的核定位信號，從而使其以非活性復合物形式被錨定于細胞漿內。其N端是信號反應區，含有磷酸化和泛素化位點，在誘導IκB降解過程 中起作用。IκB 有 多種亞型，包括IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBδ、IκBε、IκBζ、Bcl－3、p105（NF－κB l）、p100（NF－κB2）及MAIL等。不同亞型蛋白生物學功能不同，如新合成的IκBα與NF－κB結合終止其在胞漿中的反應；而新合成的IκBβ由于未經基礎磷酸化，當它與NF－κB結合后不但不能掩蓋NF－κB的核易位信號序列，反而還能阻止NF－κB與IκBα的結合。這樣與未經基礎磷酸化IκBβ結合的NF－κB仍能進入核內并具有轉錄活性［6］。而對IκBε的功能，有學者認為與IκBβ相似上調炎癥反應［6］；也有學者認為它對NF－κB的激活存在負反饋調節［7］。Bcl－3和IκBζ是IκB家族比較特殊的成員，它們位于細胞核內，協同具有轉錄抑制活性的同源二聚體p50／p50或p52／p52抑制NF－κB的活化，但非核易位抑制或DNA結合抑制［8］。IκBα是 NF－κB的主要調控蛋白，主要與含有 RelA和c－Rel的二聚體具有高親和力，而與其他Rel親和力低。

3 κB激酶（IκB kinase，IκK）

IκK是控制IκB活性的主要成分，IκK復合物是一個大的多組分蛋白激酶復合體（＞700000），它至少包括4種組分.即具有催化活性的IκKα、IκKβ和2個輔助蛋白IκKγ／NEMO、IKAP。IκKα相對分子質量為85000，由745個氨基酸殘基組成；IκKβ相對分子質量為87000，由756個氨基酸殘基組成。IκKα和IκKβ的同源性達70%，它們的N端含有激酶功能區和亮氨酸拉鏈，C端擁有螺旋－環－螺旋（HLH）結構域。在激酶功能區，IκKα和IκKβ之間通過亮氨酸拉鏈緊密結合在一起。IκKγ／NEMO作為調節亞基，由419個氨基酸殘基組成，具有α螺旋區域和1個鋅指結構域，IκKγ／NEMO通過鋅指結構域與IκKα、IκKβ相結合而發揮作用［9］。IκKα和IκKβ為酶解功能單位，都含有絲分裂原激活蛋白激酶激酶（mitogen actived protein kinase kinase，MAPKK）激活環序列（SxxxS）。若將IκKβ激活環上的絲氨酸突變為丙氨酸，IκK復合物失去對TNF－α、IL－1和LPS的反應，NF－κB不活化。將IκKα激活環上的絲氨酸同樣突變為丙氨酸，卻不影響TNF－α和IL－1激活IκK，單獨去除IκKα并不影響促炎性細胞因子激活 NF－κB，NF－κB活性也只是輕微下降。IκKα可以使IκBα上的Ser32和Ser36磷酸化，激活的是 NF－κB RelB／p52二聚體；而IκKβ不僅可以使IκBα的Ser32和 Ser36磷酸化，還能使IκBβ上的 Serl9 和Ser23磷酸化，激活的是RelA／p50二聚體。因此，IκKβ激活環的2個部位磷酸化對IκK復合體的激活是必需的［10］。IκKγ為調解單位，不含有催化激酶結構域，對于募集上游的激活物是必要的。

4 NF－κB的激活

NF－κB的激活機制是一個復雜的過程，細胞在靜息狀態下，NF－κB與IκB結合組成異源多聚體（p50－p65－IκBα或 p50－p65－IκBβ），以無活性的潛在狀態存在于細胞漿中。當細胞受到NF－κB激活劑刺激時，胞漿中NF－κB三聚體復合物中的IκB的N端調節區的Ser32／36磷酸化，隨后與泛素連接酶中含有F框的B－TrCP蛋白結合，其氨基端第21、22位賴氨酸殘基發生泛素化，IκB構象改變并經ATP依賴性26S蛋白酶小體識別并降解，從三聚體中解離出來，暴露出p50亞基的易位信號和p65亞基的DNA位點，從而使p50／p65異二聚體表現出NF－κB活性，活化的 NF－κB從細胞漿易位至細胞核內，與κB反應元件（5－GGG RNY YYC C－3，R為嘌呤，Y為嘧啶，N為任意核酸）結合發揮轉錄調控作用［11］。

5 NF－κB信號通路的活化和轉導過程

大量的刺激因素如促炎性細胞因子——腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor－α，TNF－α）及白介素l（interleukin－1，IL－1）、活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）、脂多糖（lipopoly saccharide，LPS）、T細胞和B細胞激活抗原、紫外線照射、電離輻射、病毒感染和各種集落刺激因子（如粒－巨噬細胞集落刺激因子）等均能激活NF－κB信號通路。NF－κB信號傳導通路屬于受調蛋白水解酶依賴的受體信號傳導通路。目前研究表明，NF－κB信號傳導通路主要通過3種途徑活化，其中2種途徑是IκK依賴性的，另一途徑則與酪蛋白激酶2有關［12］。

經典途徑由病原體相關分子模式（PAMP）或促炎性細胞因子引發。具體過程如LPS首先與LBP（LPS結合蛋白）－CDl4形成復合物，此復合物中的LPS解聚后與TLR4結合導致TLR4的聚合而活化，在一種分泌蛋白MD2的輔助下，活化的TLR4與接頭蛋白 MyD88（myeloid differentiation factor 88）結合，MyD88通過其死域（death domain）再與IL－1受體相關絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶（IL－1Rassociated serine threonine kinase，IRAK）結合，依次活化IRAK、腫瘤壞死因子受體相關因 子－6 （tumor necrosis factor receptor assoeiated factor 6，TRAF－6）、轉化生長因子 B激酶1（TAK－l）、MAPKK、NF－κB誘導激酶（NF－κB inducing kinase，NIK）；TNF激活 NF－κB時，首先與1型TNF受體（TNFR1）結合，在胞漿內區與TNFRI相關死亡域蛋白（tumor necrosis factor receptor associated death domain protein，TRADD）、受體作用蛋白（ribosome－inactivating protein，RIP）、TRAF－2發生作用，激活 NIK；而IL－1與1型IL－l受體（IL－1R）結合，經IL－1受體相關蛋白（interleukin－1receptor accessory protein，IL－1RACP）進一步激活IRAK及 TRAF－6，從而激活 NIK，最終活化IκKα／IκKβ／IκKγ三聚體，導致IκB磷酸化和降解，p50／RelA發生核易位，實現快速強烈的NF－κB信號通路激活。在這個過程中IκKβ發揮主要作用，此途徑反應十分迅速，5min即可使NF－κB的活性水平達到峰值。旁路途徑主要發生在B細胞中，是通過選擇性活化p52／RelB二聚體實現NF－κB活化。它由TNF受體家族如腫瘤壞死因子超家族B細胞活化因子、CD40或淋巴毒素b等配體引發，NIK活化后選擇性活化IκKα同源二聚體，進而使前體蛋白p100的C末端降解形成p52，最終與胞漿中RelB形成異源二聚體，發生核易位，實現NF－κB的活化。值得注意的是，此途徑是以IκKα依賴性、IκKβ和IκKγ非依賴性的方式激活的。非典型途徑是非依賴IκK的激活通路，在這個途徑中IκBα磷酸化是通過依賴p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）導致酪氨酸激酶Ⅱ（CK－Ⅱ）活化，活化CK－Ⅱ將IκB－a富含脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸殘基的C－末端（PEST）序列磷酸化，磷酸化的IκBα隨后被相應的蛋白體降解而實現的。非典型途徑誘導相對較弱并緩慢的NF－κB活化反應，通常處理2～4h后達到活化高峰。紫外線輻射通過該途徑誘導NF－κB活化。

還有2種NF－κB活化途徑:一種是細胞在低氧或pervanadate的處理下，IκBα的第42位酪氨酸殘基（Tyr）發生磷酸化，磷酸化后的IκBα通過與磷脂酰肌醇－3激酶（PI－3K）調節亞基p85的Src同源區2特異結合而與NF－κB脫離而非降解，從而可使NF－κB進入細胞核［13］；另一種情況出現在線粒體，當線粒體受到遺傳或化學應力時，鈣調磷蛋白磷酸酶的活化將使IκBβ的313位的絲氨酸脫磷酸，從而解除其對p50／c－Rel雙體的抑制［14］。

6 NF－κB的反饋調節

NF－κB的反饋調節包括細胞內的反饋調節、IκK水平的調節和p65蛋白的磷酸化調節等。細胞內的反饋調節為主要的調節方式:（1）正反饋調節，胞外刺激因子與NF－κB相互作用形成正反饋是炎癥反應放大的重要機制，如前炎癥介質TNF－α、IL－1、ROI及LPS等是 NF－κB誘導劑，NF－κB活化后又能增強其基因轉錄和表達，進一步活化NF－κB；據報道RelA增強IκBα的磷酸化和降解，被認為是高親和力NF－κB復合物的一個正反饋環［15］；NF－κB活化調節它的上游激酶，也形成正反饋。（2）負反饋調節，胞內 NF－κB活化后，抑制蛋白IκBα、IκBζ、MAIL、p105基因轉錄和表達上調［16］，下調 NF－κB活性；另外，NF－κB也可激活其上游信號分子的調節器，最終導致NF－κB活性抑制［17］；胞外LPS、TNF－α等同時可刺激抗炎性細胞因子IL－10、IL－13的產生，后者抑制 NF－κB的活化。在機體內，正、負反饋2種調節方式往往同時進行。NF－κB的活化狀態取決于占優勢的一方。

7 NF－κB的生物學功能

7.1 細胞增殖和凋亡的調節 NF－κB參與多種細胞活化，它參與細胞增殖和胚胎發育的重要性在NF－κB或IκK基因敲除小鼠的研究中進一步證實如p65或IκKβ缺乏的小鼠，由于過度增殖致小鼠在胚胎的第12.5～14.5天死亡［11］，而IκKα缺乏小鼠則表現出顱面、軀干及其他器官嚴重畸形［18］。NF－κB對細胞凋亡的調控均具有雙向性，它既可以促進凋亡的發生，也可抑制凋亡。NF－κB可直接上調凋亡抑制因子－1（IAP－1）、Bcl－2、caspase－3、A20等抗凋亡基因的表達而發揮抗凋亡作用［19－20］，又可以抑制抗凋亡蛋白的表達和誘導Fas、FasL、DR4、DR5等促凋亡蛋白的表達促進細胞凋亡［21］。它到底是抑制還是誘導凋亡取決于細胞的類型及刺激因素和刺激時間的不同。Chen等［22］研究發現，NF－κB亞單位的種類及數量在細胞凋亡中起著決定性的作用，當p65（RelA）過度表達時，發生凋亡抑制；當c－Rel表達增加時，則促進凋亡的發生。

7.2 免疫調節 NF－κB在細胞免疫中起重要作用，是免疫細胞功能的主要調節器，對巨噬細胞、中性粒細胞發揮對入侵細菌病原體的宿主防御功能，還直接參與樹突狀細胞抗原遞呈和T細胞的活化過程；同時NF－κB在調節體液免疫中也至關重要，直接調節免疫球蛋白K鏈的表達，促進免疫球蛋白的合成。NF－κB活性的抑制或敲除NF－κB依賴基因導致宿主免疫功能障礙，并削弱細菌清除能力［23］，如p50缺乏小鼠除細菌清除能力下降外，對肺炎鏈球菌的易感性亦增加。

7.3 炎癥反應調節 NF－κB激活后使細胞因子受體信號進入細胞核，增強或抑制一些涉及炎癥或自身細胞生存的基因。NF－κB調節的靶基因迄今已達200余種，這些基因包括細胞因子（GCSF、GM－CSF、TNF－α、IFN－β、IL－1β、IL－2、IL－3、IL－6等）、化學趨化因子（IL－8）、巨噬細胞炎癥蛋白（MIP）－1a、黏附分子［E選擇素、細胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule，ICAM－1）、血管內皮細胞黏附分子 1（vascular cell adhesion molecule，VCAM－1）等］、免疫受體、酶［誘導型一氧化氮合酶（inducile nitric oxide synthase，iNOS）、環氧化酶2（cyclooxygenase－2，COX－2）、磷脂酶 A2等］、生長因子［粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（grannlocyte macrophage colony stimulating fac－tor，GM－CSF）、粒細胞集落刺激因子（grannlocyte colony stim－ulating factor，G－CSF）、巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M－CSD）等］、免疫受體、急性期蛋白（C反應蛋白）、轉錄因子IκBα等［24－25］，可見 NF－κB調節大量前炎癥基因表達，從而成為炎癥調控的樞紐和關鍵。抑制NF－κB活化、阻止病理條件的發展，對炎癥緩解也有作用。

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