NF-κB在動物應激調控中的作用及機制研究進展

聶君書，胡惠潔，徐 晶，袁建彬，郭景茹 (黑龍江八一農墾大學 動物科技學院，黑龍江 大慶 163319)

應激是指在內外環境的刺激下，機體產生全身性的非特異性反應，各種刺激作用于下丘腦-垂體-腎上腺軸和交感神經系統，引發機體代償性生理反應，促進腎上腺素、糖皮質激素等激素的分泌[1]。核因子-kappa B(nuclear factor-kappa B，NF-κB)是一種具有多功能且至關重要的蛋白轉錄調節因子。哺乳動物的NF-κB家族主要是由Rel蛋白家族中任意的兩種蛋白相結合而構成的同源以及異源的二聚體，NF-κB/Rel蛋白家族成員主要包括以下幾種：p65、Rel B、c-Rel、NF-κB1(p50/p105)、NF-κB2(p52/p100)。NF-κB具有多種生物學功能，并協助復雜的生物學過程，NF-κB在應激反應中存在多種作用機制，并參與炎癥反應與應激相關疾病的發展[2]。

1 NF-κB在動物應激調控中的作用

應激是一種普遍存在的現象，如果應激作用過強、過久，機體的新陳代謝難以抵抗應激刺激，就會對各系統產生復雜的影響，動物機體表現為精神異常、食欲不振、代謝減弱、生產性能下降、免疫功能衰退等癥狀[3-4]，嚴重影響了動物生產、健康與福利，對畜牧業的發展帶來極大的損失。NF-κB作為細胞內的核轉錄因子，應激反應對不同的組織器官中NF-κB的表達存在影響，進而調控基因轉錄與應激引起的各種疾病的發生發展。

1.1 NF-κB在應激發生過程中對動物腦的影響及作用機制腦是動物機體主要器官之一，在應激源的作用下，動物發生腦水腫，這是由于缺氧作用下機體內腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)的合成減少，導致細胞膜的鈉泵轉運發生障礙，Na+因無法外流而大量聚集在細胞內，促使滲透壓升高引發腦水腫[5]。NF-κB作為應激反應的重要介導物，影響神經系統和炎癥基因的表達。應激導致動物大腦發生損傷，并使機體內氨基酸、活性氧的生成增加，超過了抗氧化系統的消除能力，氧自由基通過直接途徑或者間接途徑使得NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)的發生磷酸化，磷酸化后的IκBα與NF-κB解離，暴露出核定位序列，激活NF-κB[6]，并進入細胞核內，NF-κB轉錄調節的結合位點位于促炎細胞因子的啟動區，它的活化能夠結合并調控促炎細胞因子，增強多種炎性介質基因的表達，使損傷加重。有研究結果表明慢性應激可增加大鼠腦皮層NF-κB p65亞基激活與表達，并使腦損傷加重，而敲除p65亞基的鼠缺血性腦損傷明顯減輕，在腦水腫大鼠腦組織中，NF-κB的活性持續增加，在240 min時達到最大值，且應激后腦組織細胞凋亡的變化與NF-κB活性表達呈正相關[7]，在腦部損傷中，NF-κB經應激反應激活后促進凋亡相關基因的轉錄表達，從而導致細胞凋亡，加重腦水腫和神經損傷[8]。

1.2 NF-κB在應激發生過程中對動物呼吸系統的影響及作用機制應激還會導致動物呼吸加深加快，耗氧量增加，毛細血管擴張，隨著應激加強，肺間質內的血管發生充血，肺泡上皮增生明顯，上皮細胞死亡[9]。肺組織中[10]的中性粒細胞的變形能力減弱，促進中性粒細胞表面黏附分子的表達，中性粒細胞被激活后釋放活性氧及蛋白酶，破壞了肺泡壁，引發肺部炎癥反應[11]。NF-κB是肺部炎癥級聯反應中重要的調控因子之一，應激導致的肺部損傷與NF-κB有密切的關系，可通過NF-κB上調炎性蛋白基因的表達而實現[12]。肺部損傷時，NF-κB在上皮細胞、巨噬細胞、中性粒細胞內表達增強，發生活化，參與損傷的大部分炎性細胞因子的基因啟動子或增強子上，都含有多個NF-κB結合位點，活化的NF-κB參與并調控這些因子的轉錄表達，促使趨化因子的表達升高。反之，炎癥介質促進NF-κB的激活，從而組成一個復雜的調節環路，放大延續炎性反應。隨著NF-κB的活化時間增加，肺損傷的程度也隨之加重，因此NF-κB的激活與細胞因子的表達、肺損傷呈正相關[13]。

1.3 NF-κB在應激發生過程中對動物心血管系統的影響及作用機制心肌損傷在應激反應中最為明顯，強刺激下可引起交感-腎上腺系統興奮，釋放出大量的皮質醇類、兒茶酚胺類激素，當兒茶酚胺被釋放后，心肌耗氧量增加，驅動心血管系統的功能提高，加強心肌收縮力，使血流速度加快，外周阻力加強，外周血管收縮，從而造成動物心律失常，影響微循環，加劇心肌損傷與心肌梗死的發生[14]。NF-κB存在于心肌細胞、血管平滑肌細胞及內皮細胞中，參與了應激引發的心血管疾病的過程。例如，心功能不全、心肌與疾病，進而激活機體心肌組織內NF-κB的活化，誘導促炎細胞因子的釋放，再進一步激活NF-κB，最終導致NF-κB活化的正、負反饋調節機制失衡，引起心肌細胞的損傷。缺血再灌注損傷等疾病。因此，應激反應能夠誘導心血管功能障礙導致心臟功能障礙影響疾病發生發展，因此適當的抑制NF-κB活化對于心血管疾病的治療具有積極的作用[15-16]。

1.4 NF-κB在應激發生過程中對動物消化系統的影響及作用機制應激能夠導致動物的消化系統功能紊亂與損傷，機體腸道血流減少，細胞代謝障礙誘發組織損傷，Ca2+大量內流使組織細胞水腫，增大了黏膜通透性，使動物胃腸道菌群的群落豐富度和多樣性降低并產生致病物質[17]，引起胃腸道炎癥反應。TOMINAGA等[18]指出應激源誘導下丘腦釋放促腎上腺皮質激素釋放因子(corticotropinreleasing factor，CRF)，激活下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamo-pituitary-adrenal axis，HPA)軸，CRF通過中樞受體和外周神經系統影響胃腸道的運動功能，表現為胃排空遲緩，胃動力減弱。王群茹等[19]研究發現潰瘍性結腸炎小鼠黏膜下層及固有層的Toll樣受體4(toll like receptor 4，TLR4)、NF-κB表達較顯著增強，提示TLR4、NF-κB表達越強，結腸病變越重，其可能機制為小鼠消化系統受到應激后，TLR4與NF-κB信號通路激活，導致各種炎癥介質在結腸內釋放，如白細胞介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素等，從而引發結腸組織過強的免疫反應，損傷結腸黏膜組織，引發疾病。

2 NF-κB在動物機體不同應激反應中的作用

2.1 NF-κB在動物機體氧化應激反應中的作用在氧化應激反應中，不同動物機體內NF-κB的表達量均發生了變化，胡慧慧[20]通過對比氧化應激大鼠與正常大鼠體內NF-κB p65亞基的表達量，發現氧化應激大鼠體內p65的表達量升高，楊美麗等[8]研究表明大鼠也表現出相同結果。對于家兔和豬體內NF-κB的變化，氧化應激下其機體內p65亞基的表達量升高[21-22]，NF-κB抑制蛋白的表達量明顯下降，NF-κB被活化。以上試驗結果中NF-κB的表達均呈現上升的趨勢，提示氧化應激與NF-κB的表達呈正相關。然而，NF-κB的作用機制存在多樣性，首先，NF-κB是氧化應激時細胞內的靶點，參與了氧化還原調節，其對氧化應激時產生的活性氧非常敏感，活性氧能夠激活酪氨酸激酶的級聯反應，導致IκB的分離與降解，促進NF-κB的激活。過氧化氫作為重要的活性氧之一，能夠穿過細胞質膜，產生較高反應的氫氧根自由基，激活轉錄因子NF-κB，損傷鄰近細胞，誘導凋亡[23]。此外，氧化應激能夠誘導p50/p65二聚體與NF-κB抑制蛋白IκB所形成的三聚體復合物發生解離，刺激IκB激酶復合物蛋白(inhibitor of NF-κB kinase ,IKK)后，使IκB蛋白絲氨酸殘基的第32與36位點磷酸化并降解，p65亞基的表達水平上調，促進NF-κB的活化，將其轉移至細胞核內，與目的基因結合并介導炎癥反應與損傷作用[24]。

2.2 NF-κB在動物機體熱應激反應中的作用對于熱應激反應中NF-κB的表達，閆秀梅等[25]發現反復高熱下的大鼠體內NF-κB的正表達水平較正常大鼠組均增加，鞏棟梁[26]研究發現，熱應激后豬十二指腸、盲腸、結腸內NF-κB的活性增強，表明熱應激使NF-κB表達上調。在熱應激反應中NF-κB的活化存在不同機制，馬丹丹[27]研究發現熱應激顯著增加了肉雞脾臟內NF-κB表達量和炎性細胞因子的含量，TLR4的表達上調，p65入核明顯，認為熱應激與NF-κB、Toll樣受體信號通路存在密切關系，熱應激能夠使Toll樣受體激活，促使信號轉導相關分子催化轉化生長因子β活化激酶1(transforming growth factor β-activated kinase-1，TAK-1)，磷酸化的TAK-1進一步激活NF-κB，進而使下游的NF-κB大量活化以及TNF-α、IL-1的釋放，啟動基因表達[28]。此外，熱應激反應后，機體內與氧化應激相關的因子含量顯著變化，例如：活性氧的含量與NF-κB的表達水平均升高，超氧化物歧化酶、丙二醛的含量降低[29]，在使用活性氧抑制劑干預后，機體內NF-κB p65的水平明顯受到抑制。因此熱應激與氧化應激之間存在密切聯系，熱應激可以誘導動物機體發生氧化應激，當機體內活性氧的水平升高后，導致IκB的分離與降解，促進NF-κB的激活，損傷鄰近細胞，誘導凋亡。

2.3 NF-κB在動物機體冷應激反應中的作用冷應激反應中動物體內NF-κB的表達也普遍升高，ZHAO等[30]對低溫環境下肉雞心臟炎癥因子進行了研究，通過對比正常組與應激組心肌組織的NF-κB水平，發現應激組NF-κB的表達顯著高于正常組。張子威[31]通過檢測冷應激下雞肝臟NF-κB的表達量，也發現冷應激作用下的NF-κB表達水平顯著增加。WEI[32]研究表明，對小鼠進行冷應激后，其心臟內NF-κB與炎性因子呈正向變化。因此，冷應激誘導NF-κB活性顯著增強及其核移位，包括p50/p65異源二聚體和p50/p50同源二聚體，且p50/p65異源二聚體是冷應激誘導NF-κB活化的主要形式[33]。對于冷應激作用下IκB磷酸化誘導的NF-κB活化，可能是通過TLR/NF-κB信號轉導途徑介導的。首先刺激因子與TLR4結合、聚合，使得信號轉導至細胞內，TLR4與MyD88的羧基端結合，激活受體相關激酶自身磷酸化，繼而使腫瘤壞死因子受體相關因子-6(TNF receptor associated factor-6，TRAF-6)激活，TRAF-6激活IKK并催化IκB的磷酸化，磷酸化的IκB被泛素連接酶復合物識別發生泛素化而降級，從而促進NF-κB的表達[34-35]。

上述幾種應激反應對動物體內NF-κB的表達均有影響，目前國內外的研究中，不同應激反應中的NF-κB表達與不同動物體內NF-κB的表達量普遍呈現升高趨勢[36-37]，其中的相同點涉及到NF-κB的經典途徑，即內外刺激激活細胞漿中IKK，進而使IκBα的第32位與第36位的絲氨酸磷酸化并降解，將NF-κB釋放到細胞核內發生激活并起到調節作用[38]，但可能由于NF-κB通路的復雜性，NF-κB在各種應激反應中的作用機制也存在差異性，對于更多的作用機制，需要進一步研究與討論。

3 總結與展望

綜上所述，應激對動物機體產生影響，能夠使機體的功能、結構等方面發生變化，在應激發生過程中，NF-κB也起到了重要的作用，參與并調控應激導致的疾病的發生發展過程，此外，不同動物的應激反應中NF-κB的表達也有變化，近年來NF-κB作用機制逐漸清晰化，但對于其作用機制的差異性需要進一步的研究與探討。預計今后在應激性疾病中，NF-κB的靶向治療將會應用廣泛，并有助于各種疾病的診斷、治療和預后[39]。