活性氧介導NF-κB信號通路在消化系統疾病中的研究進展

劉紅 陳紫紅 左寒冬

【摘 要】核因子κB（NF-κB）是一種普遍存在于多種細胞質中，參與調節多種炎性反應的早期轉錄因子，活性氧（ROS）是一種細胞代謝或是外源性因素刺激產生的機體信號轉導分子，可參與細胞凋亡、基因表達、信號轉導等機體生理功能。眾所周知，炎癥在消化系統疾病的發生發展中至關重要，而NF-κB信號通路是重要的慢性炎癥信號通路，隨著研究的深入，不斷有學者提出ROS可以介導NF-κB信號通路參與各系統疾病的發生發展，本文將對近年來ROS介導NF-κB信號通路在消化系統疾病中的研究進展作一綜述。

【關鍵詞】活性氧（ROS）;核因子κB（NF-κB）;消化系統疾病;綜述

【Abstract】Nuclear factor-κB （NF-κB） is an early transcription factor that is ubiquitous in a variety of cytoplasm and participates in the regulation of a variety of inflammatory responses. Reactive oxygen species （ROS） is a signal transduction molecule produced by cell metabolism or exogenous factors， which can participate in cell apoptosis， gene expression， signal transduction and other physiological functions of the body.It is well known that inflammation in the development of digestive system disease is crucial， and the NF-κB signaling pathway is an important chronic inflammatory signaling pathways， with the deepening of the research， some scholars put forward continuously ROS can be mediated the NF-κB signaling pathways involved in each system disease development， this review will review the research progress of ROS-mediated NF-κB signaling pathway in digestive system diseases.

【Keywords】 reactive oxygen species（ROS）;nuclear factor-κB （NF-κB） ;diseases of the digestive system;review

在氧被還原時因獲得電子數不同會形成多種不同的產物，有些產物具有很強的氧化活性，是已知最強的氧化劑之一，人們把這種含有氧元素且較O2活潑的分子或自由基統稱為活性氧（ reactive oxygen species，ROS），起初認為ROS是細胞代謝的正常副產物，由細胞代謝過程中活性氧過量產生，包括過氧化氫（ H2O2 ）、超氧陰離子（O2-） 、羥自由基（-OH） 等，但隨著研究的深入，人們發現ROS不僅可由細胞正常代謝產生，也可由外源性因素刺激產生，是機體重要的信號轉導分子。一切需氧生物均能產生ROS，正常ROS可參與細胞凋亡、基因表達、信號轉導等機體生理功能，因為機體內含有可滅活某些ROS的酶以及各種水溶性、脂溶性抗氧化劑等組成的防御系統，能將ROS轉變為活性較低的物質，使得機體氧化性損傷趨勢與抗氧化防御系統在正常生理情況下處于動態平衡，因此保護機體不受損失;但若機體發生異常，ROS持續升高，則可能導致機體發生一系列損傷反應，比如類脂中的不飽和脂肪酸發生過氧化反應破壞細胞膜的結構，進而損傷細胞的結構和功能，導致多種疾病的發生[1，2]。

核因子κB （ nuclear factor-κB，NF-κB）是一個轉錄因子蛋白家族，包括Rel （cRel）、p65 （RelA， NF-κB3）、RelB和p50（NF-κB1）、p52（NF-κB2）共5個亞單位，普遍存在于多種組織的多種細胞質中，參與多種炎癥和免疫基因表達的調節，作為早期轉錄因子，NF-κB的激活不需要新翻譯出的蛋白進行調控就能與多種細胞因子基因的啟動子或增強子區NF-κB結合位點特異性結合， 調控其轉錄和表達，進而可以在第一時間對有害細胞的NF-κB信號通路刺激作出反應。現有研究發現，應激性刺激、紫外線照射、內毒素、氧自由基等多種因素都能夠活化NF-κB，進而誘導細胞因子、生長因子 （如TGF-β1 ） 產生，激活的細胞因子又通過級聯反應而生成促炎遞質，進而介導炎性反應的發生發展[3，4，5]。

1 ROS介導NF-κB信號通路與消化系統實質臟器疾病的發生發展

1.1 ROS介導NF-κB信號通路與急性胰腺炎

越來越多的報道表明氧化應激及其產生的ROS在急性胰腺炎（acute pancreatitis ，AP）的炎癥反應機制中起著重要作用，在生理條件下，組織中含有多種內源性抗氧化酶如谷胱甘肽（GSH）和超氧化物歧化酶（SOD），它們都可以清除ROS，防止脂質過氧化。但在AP中，ROS過度產生，從而導致ROS與內源性抗氧化劑或抗氧化酶之間失衡，過量的ROS能直接或間接地激活NF-κB進而損傷腎組織，導致腎功能不全和組織學改變，這可能也是AP引起腎損傷的機制之一，而進一步研究發現，抑制IκB降解可抑制NF-κB的活化，減輕AP對機體造成損傷的嚴重程度，從而抑制了過度的氧化應激反應，抑制ROS介導的NF-κB信號通路可能是減輕AP引起的腎損傷的一條新途徑[6]。

1.2 ROS介導NF-κB信號通路與慢性胰腺炎

慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）的特點是胰腺內外分泌功能的進行性喪失，它是發展為胰腺癌（pancreatitis cancer，PC）的重要原因之一。近年來不斷有研究證實炎癥和氧化應激在胰腺炎的發生發展中至關重要，抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸被證實它可以通過清除細胞內異常積累的ROS保護胰腺細胞使之存活，有學者經過實驗并提出LPS-TLR-4-ROS-NF-κB通路在炎癥反應、氧化應激和胰腺細胞死亡過程中起著重要作用，即LPS通過激活TLR-4受體觸發炎癥通路，上調促炎細胞因子的產生，阻止LPS和TLR-4受體的結合可以抑制ROS-NF-κB通路，從而抑制炎癥反應，防止炎癥性癌變，這條通路可能為調節代謝紊亂提供了新的治療策略[7]。

1.3 ROS介導NF-κB信號通路與胰腺癌

PC是世界上最常見的具有早期侵襲和轉移特征的惡性腫瘤之一，沒有早期的檢測試驗，大多數患者沒有特異性的癥狀或體征，因此大多數患者要到疾病晚期才會被診斷出來，疾病晚期往往療效不佳、預后很差，盡管付出了幾十年的努力，它的5年的存活率仍然只有5%左右。基質金屬蛋白酶（MMPs）是一種由癌細胞分泌的蛋白水解酶，在細胞外基質的降解過程中起著重要的作用，可導致天然屏障的弱化和增強腫瘤的侵襲。MMP-2和MMP-9是PC中常見的升高酶，ROS可以通過多種信號途徑上調MMP-2和MMP-9的表達。苦參是一種傳統的中草藥，具有獨特的抗癌作用，苦參堿是苦參中的有效成分，具有抗肝炎病毒感染、抗纖維化、抗炎、抗過敏和其他免疫調節作用，通過多種信號通路抑制癌細胞增殖，誘導癌細胞凋亡和自噬。LIAN等[8]發現苦參堿能夠通過ROS/NF-κB/MMPs通路在體外減弱細胞內的ROS來抑制PC細胞中MMP-2和MMP-9的表達，具有抗轉移和侵襲作用。

化療耐藥是PC治療中的一個難題，吉西他濱是臨床常用的化療藥物，據報道，吉西他濱和其他化療藥物一樣，可以誘導ROS作為效應體，增強其抗癌能力，而NF-κB信號通路在炎癥和腫瘤中具有重要作用，在吉西他濱治療過程中，NF-κB可以被吉西他濱激活，ZHANG等證實了ROS參與了吉西他濱誘導的NF-κB/p65核易位，由此可見，ROS/NF-κB信號通路在PC化療耐藥中的重要作用，這條通路可能是是化療耐藥的新解釋，針對這些相關途徑和分子的策略有望提高PC患者化療的敏感性[9]。

1.4 ROS介導NF-κB信號通路與肝細胞癌

肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）在人類惡性腫瘤中占很大比例，是全球第三大常見的癌癥相關死亡原因，是對全球性人類健康的主要威脅。目前針對HCC靶向治療的研究參差不齊，其機制較為復雜，近年來人們日漸關注炎癥在HCC中的重要作用，因此NF-kB信號通路也隨之成為研究熱點，各種研究紛繁可見，LAMPIASI等[10]學者研究發現一種新型的NF-kB抑制劑—去羥甲基-環氧喹諾霉素（DHMEQ），它與塞來昔布聯合應用可以更好地通過ROS與NF-kB信號通路相互作用在HCC細胞中誘導細胞凋亡和細胞周期阻滯，發揮抗腫瘤作用，這為臨床上治療HCC患者提供了一個新的途徑。

2 ROS介導NF-κB信號通路與消化系統空腔臟器疾病的發生發展

2.1 ROS介導NF-κB信號通路與食管癌

食管癌（esophagus cancer，EC）是世界上第八大最常見的惡性腫瘤，也是導致癌癥死亡的第六大原因。在致癌過程中，癌細胞轉移依賴于細胞外基質的降解，而細胞外基質的降解主要是由MMPs催化的。LIU等[11]的研究證實促炎細胞因子IL-17A可通過ROS依賴，NF-κB介導的MMP-2和MMP-9活化來促進食管腺癌細胞的侵襲性，為腫瘤的生長、侵襲和轉移提供了合適的微環境，這與早前就有報道的IL-17A通過NF-κB介導的MMP表達促進胃癌和結直腸癌的侵襲性相互佐證，由此可見，ROS-NF-κB信號通路通過其上下游調控基因和介質在EC中發揮著至關重要的作用。

2.2 ROS介導NF-κB信號通路與壞死性小腸結腸炎

壞死性小腸結腸炎（NEC）是早產兒最常見的威脅生命的胃腸道疾病之一，在其發病機制中，NF-κB、ROS、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等發揮了至關重要的作用。LPS一方面可以通過IRAK和TRAF6途徑，另一方面可以通過PI3K和Akt途徑誘導ROS產生，ROS異常積累后激活NF-κB進而促進了下游炎性細胞因子（如TNF-α、IL‐6等）的釋放和其他介質參與炎癥反應，進一步加劇了NEC的發生發展，鑒于ROS在TLR4信號通路中調節NF-κB激活的作用，減少ROS的產生很可能是改善NEC的有效策略，近年來，有學者提出金槍魚脊骨蛋白（an antioxidant peptide from tuna backbone protein，APTBP）可以通過LPS激活TLR4信號通路，有效抑制脂質過氧化，在清除自由基和ROS方面具有較高的活性，因此APTBP下調ROS的清道夫作用在NF-κB信號通路和治療NEC方面引起人們的關注。YIN等[12]研究展示了APTBP治療后細胞間ROS確有減少、LPS激活的NF-κB信號通路活性減弱以及下游的炎性細胞因子（TNF-α，IL‐6等）也隨之減少，表明APTBP確實可以通過清除ROS減少NF-κB介導的促炎細胞因子的釋放，從而減輕腸道炎癥。

2.3 ROS介導NF-κB信號通路與潰瘍性結腸炎

潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）是一種特發性慢性炎癥性腸病，其發病機制涉及基因與環境之間復雜的相互作用，雖然UC的確切發病機制仍有爭議，但越來越多的實驗和臨床證據表明，過度炎癥和異常免疫對UC的發病機制至關重要，這種過度和不受控制的結腸組織炎癥導致持續的高水平ROS和無限制的促炎細胞因子的產生。

ROS主要在炎癥細胞和上皮細胞中產生，上皮細胞中的ROS在UC的發生發展中起著重要和決定性的作用。LIAN等[13]表明，中草藥中提取的化合物casicin通過增加抗氧化酶過氧化還蛋白3和MnSOD的表達，可以明顯緩解葡聚糖硫酸鈉（dextran sulfate sodium，DSS）誘導的UC，抑制巨噬細胞中的AKT / NF-κB通路進而減少ROS的產生和促炎細胞因子（IL‐1β，IL‐6，TNF‐α） 的釋放，減輕結腸的損傷。

2.4 ROS介導NF-κB信號通路與直腸損傷

ROS可由外源性因素刺激產生，放射治療被廣泛應用于盆腔腫瘤的治療，直腸是放射性損傷的高危器官，以往研究表明，輻射可通過血管損傷和組織重塑誘導缺氧，缺氧誘導ROS產生，進而導致直腸損傷。LIU等[14]研究證實端粒反轉錄酶（telomerase reverse transcriptase，TERT）通過抑制NF-κB和提高細胞自噬水平來減少缺氧誘導的ROS水平進而減輕了輻照誘導的直腸晚期損傷。SHI[15]等也發現在腸道上皮細胞中，創傷弧菌（Vibrio vulnificus produces hemolysin，rVvhA）可以通過產生ROS而介導NF-κB依賴性細胞死亡。

2.5 ROS介導NF-κB信號通路與結直腸癌

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是消化道常見惡性腫瘤之一，具有快速轉移，預后較差的特點，“炎癥-腺瘤-癌”學說是目前比較公認的CRC發生發展學說，不論是UC、NEC、還是輻射導致的直腸損傷等，最終都可能發展成CRC。早前就有學者提出TNF-α促進p47phox的膜易位來刺激ROS產生NADPH氧化酶（NOX），進而激活NF-κB導致炎癥介質IL-8的最終產生，癌細胞分泌的IL-8可以在腫瘤微環境中促進內皮細胞增殖，進而促進腫瘤血管生成。后來人們發現穿心蓮內酯（Andrographolide）通過抑制HCT116結直腸癌細胞中的NADPH氧化酶/ROS/NF-κB和Src/MAPKs/AP-1軸進而拮抗 TNF-α誘導的炎癥介質IL-8的產生，從而抑制腫瘤血管內皮細胞增殖，影響腫瘤血管生成的微環境，但其是否可以延長CRC患者的生存期還有待進一步研究證實?？梢?，ROS介導的NF-κB信號通路在CRC的發生發展中至關重要，基本貫穿CRC的發生發展[16]。當然也有學者提出雖然ROS和NF-kB在腸道腫瘤中均發揮著重要作用，但ROS和NF-kB是促進RAC1下游腸干細胞增殖的兩個平行通路，RAC1誘導的ROS產生和NF-kB激活促進了Wnt驅動的腸干細胞增殖和CRC的發生[17]。

3小結和展望

既往已有研究表明NF-κB的激活參與調節細胞的氧化還原狀態，ROS通過參與早期TLR4介導的細胞反應從而調節NF-κB的轉錄，之后一些報告也一致顯示，廣泛的抗氧化劑抑制了NF-κB的激活，由此可見ROS在調節NF-κB信號通路中扮演了一個重要的角色，異常積累的ROS很可能通過激活NF-κB信號通路進而促進促炎細胞因子釋放，從而參與疾病的發生發展。但目前ROS/NF-κB軸在有關胃和膽囊疾病方面的研究尚少，大多研究均將ROS和NF-κB分離，其實就以上所述可以大膽推測ROS/NF-κB軸可能也存在于胃、膽囊等消化系統疾病中。目前來看，ROS和NF-κB幾乎參與了整個消化系統疾病的發生發展，發揮著承上啟下的關鍵作用，不論是實質還是空腔臟器，只要其發生與炎性反應和應激相關，ROS/NF-κB信號通路就可能被激活并產生和釋放一系列促炎因子，進一步加重炎性反應和氧化應激，同時這些炎性因子的產生和釋放增多又會進一步激活NF-κB信號通路，導致最初炎癥信號不斷被放大，形成惡性循環，最終甚至可能導致炎性反應失控。

消化系統疾病在整個人類疾病譜中占有很大的比例，隨著精準醫療的推廣，如果能找到一條有關消化系統疾病發生發展的共同通路，就有望開發出針對該通路的靶向治療方式，那勢必又會將常見多發消化系統疾病的治療推向又一個高峰。當然，這必然會面臨許許多多挑戰，比如：消化系統不同疾病中ROS/NF-κB信號通路的上游調控基因和下游炎性細胞因子又有所不同，目前的研究證據尚不能證明某些特定基因或是炎性因子必定存在于某些疾病或不存在于某些疾病;又比如其他因素是否也參與了炎癥和應激的發生發展，與種族、年齡、遺傳、環境等是否有關，畢竟在不同區域同一疾病的發病率和患病率是不盡相同的;還有的學者提出ROS具有濃度依賴性，一定濃度下具有誘發疾病發生的趨勢，而如果濃度足夠則可能誘導腫瘤凋亡，那某種意義上ROS是否可能成為一種治療疾病的新型靶點呢？ROS/NF-κB信號通路在消化系統疾病中的作用與在其他系統疾病中的作用是否相同，有何區別，ROS是上調還是下調NF-κB等這些疑問還有待未來更多的研究證據支持和解釋。

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