核因子κB在糖尿病腎病中的調控機制研究進展

羅欣月，李華，柳茜，朱春玲，嚴瑞

(貴州醫科大學附屬醫院腎內科，貴陽 550004)

糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病。近年來，成年人糖尿病的患病率呈持續升高趨勢，預計到2035年全球糖尿病患者將達5.92億[1]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病全身性微血管并發癥之一，可導致慢性腎功能衰竭。DN發病機制復雜，主要涉及血流動力學異常、慢性炎癥反應、氧化應激、腎素-血管緊張素-醛固酮系統過度活化以及血脂異常[2]。研究發現，炎癥與DN密切相關[3]，是DN惡化的危險因素[4]。在腎臟細胞中，細胞因子激活多種信號通路，轉錄因子和表觀遺傳機制調節基因的表達，其中促進腎臟炎癥的一個關鍵的轉錄因子為核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)。與腎臟損傷相關的多種因素可激活NF-κB，包括細胞因子和生長因子、病原體相關分子模式和損傷相關分子模式、Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、NOD樣受體以及免疫介質等[5]。通常NF-κB在巨噬細胞、腎小球細胞(包括蛋白尿疾病中的足細胞)以及腎小管實質細胞中被激活，并與疾病嚴重程度(如蛋白尿或炎癥)相關[6]。另外，NF-κB暴露于炎癥刺激后在固有腎小球細胞(如足細胞)、腎小球系膜、腎小管以及內皮細胞中活化，以調節多種促炎因子的轉錄[5,7-8]。現就NF-κB在DN中的調控機制的研究進展進行綜述，以尋找新的分子靶標，保護腎臟免受損傷，為DN的預防和治療提供理論依據。

1 NF-κB的結構特征

Rel蛋白家族的5個成員形成了15種潛在的NF-κB同源或異源二聚體：NF-κB1(p50，由p105生成)、NF-κB2(p52，由p100生成)、RelA(p65)、RelB和c-Rel。NF-κB蛋白以二聚體(同源或異源二聚體)的形式結合到κB位點，并可以對靶基因轉錄產生正反兩種作用[9]。NF-κB蛋白的特征為存在N端Rel同源結構域。結合到κB位點的NF-κB，其Rel同源結構域與DNA接觸并支持亞基二聚化。只有RelA、c-Rel和RelB具有起始轉錄功能的C端反式激活域[10]，其中C端亞結構域的疏水殘基可以形成二聚化和抑制性蛋白質。盡管p52和p50缺乏C端反式激活域，但可通過與含C端反式激活域的NF-κB亞基異源二聚化或與具有反式激活功能的非Rel蛋白相互作用正向調節轉錄。NF-κB二聚體通過各種翻譯后修飾進一步激活，并轉移至細胞核，與特定的DNA序列結合促進靶基因的轉錄[8,10]。

2 NF-κB的信號轉導通路

在靜息細胞中，NF-κB與NF-κB抑制蛋白(nuclear factor-κB inhibitor protein，IκB)結合并被隔離在細胞質中。介導NF-κB激活的信號轉導通路包括經典途徑和非經典通路。

2.1經典信號轉導通路 NF-κB的激活通常是由IκBα的蛋白酶體降解介導。受各種免疫受體[如TLR、白細胞介素(interleukin，IL)-1受體、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)受體以及抗原受體]刺激，下游配體與上述受體結合，導致一系列信號級聯反應，最終激活IκB激酶(IκB kinase，IKK)。IKK復合物由催化亞基(IKKα和IKKβ)和調節亞基[NEMO(NF-κB essential modifier)]組成，IKK激活后使兩個N端絲氨酸上的IκBα磷酸化，觸發泛素化和蛋白酶體降解，導致NF-κB復合物轉移到細胞核中，主要為p50/RelA和p50/c-Rel二聚體，結合特定序列從而調節大量基因的表達[10-12]。

2.2非經典信號轉導通路 與典型的NF-κB信號轉導通路相比，非典型的NF-κB信號轉導通路緩慢(在數小時內激活)。非典型的NF-κB信號轉導通路主要為NF-κB誘導激酶獨立激活下游激酶IKKα和IKKβ，觸發p100的磷酸化和加工[13]，并作用于p52的前體生成p52，p52主要與RelB結合形成RelB/p52異源二聚體，然后易位至細胞核以進一步轉錄[14-17]。

3 NF-κB在DN中的作用機制

目前人們對DN發病機制的研究尚不全面，認為DN發病主要與細胞內代謝異常、晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)、腎小球超濾引起的腎小球內高壓等因素密切相關，以上因素可誘導腎小球內皮細胞損傷，黏附分子和趨化因子表達，導致巨噬細胞浸潤到腎組織中。持續的微炎癥是DN發展的病理生理基礎[18]。在鏈脲佐菌素誘發的糖尿病中，已有腎皮質中NF-κB活化的報道[19]。NF-κB是炎癥的中心轉錄因子，在DN中被多種刺激激活[20]。NF-κB可與在DN發病中起重要作用的基因的部分啟動子區域結合[21]。在高血糖刺激下，RelA和RelB形成NF-κB復合物，并被IκB抑制，IκB上絲氨酸殘基的磷酸化通過泛素化通路被破壞，從而激活NF-κB復合物。活化的NF-κB復合物易位至細胞核并結合κB結合基序的DNA進一步轉錄，導致各種基因異常轉錄如蛋白激酶C-β[22]、AGEs積累[23]和氧化應激[24]等。此外，NF-κB可刺激成纖維細胞增殖和分化，并誘導腎小管細胞炎癥和基質合成[25]，這兩個過程均導致腎纖維化。未來需要深入研究NF-κB與其他信號分子之間相互作用的機制，探討阻斷NF-κB通路的分子靶標在DN中的抗炎、抗纖維化作用。

4 NF-κB在DN相關通路中的調控機制

4.1炎癥因子與NF-κB 炎癥通路在DN的發病中具有核心作用，研究較深入的炎癥細胞因子包括IL-1和TNF-α，其可誘導NF-κB通路活化。IL-1和TNF-α分別與受體結合并觸發不同級聯信號，激活IKK復合物，從而導致NF-κB活化[26]。Chen和Li[25]發現，替比夫定可通過轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β/Smad和NF-κB通路減輕腎纖維化和炎癥。同時TNF-α又是NF-κB的下游因子，T細胞免疫球蛋白和黏蛋白結構域分子3通過觸發巨噬細胞的NF-κB/TNF-α信號通路加速DN進展，因此T細胞免疫球蛋白和黏蛋白結構域分子3可作為 DN治療的新靶標[27]。另外，NF-κB/核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體信號通路進一步擴大了DN的炎癥反應。病原體相關分子模式和損傷相關分子模式介導的TLR4或TNF激活會誘導 NF-κB信號轉導，導致IL-1β前體、IL-18前體和NLRP3的表達增加，NLRP3復合體激活胱天蛋白酶(caspase)1，激活的caspase-1促進炎癥細胞因子IL-1β和IL-18分泌[28-30]。Sun等[31]研究證明，抗瘧疾藥青蒿琥酯通過抑制TLR4/NF-κB/NLRP3炎癥通路改善高糖誘導的大鼠腎小球系膜細胞損傷。黃葵膠囊可通過抑制NLRP3活化及NF-κB信號通路，緩解DN大鼠的腎上皮-間充質轉化[32]?？梢?，NF-κB是介導促炎細胞因子和介質表達的關鍵調節劑，因此可通過抑制NF-κB信號通路減輕腎臟炎癥。

4.2磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路與NF-κB P13K/Akt是DN重要的信號轉導通路，調控疾病的發生發展。研究表明，高糖可通過激活PI3K/Akt-NF-κB信號通路介導足細胞損傷[33-34]。PI3K及其下游靶標Akt的激活對于NF-κB的激活至關重要。PI3K包含1個催化亞基(p110)和2個調節亞基(p85和p55)。高糖刺激后，PI3K的p85調節亞基磷酸化導致p110催化亞基激活，活化的PI3K異二源聚體(即p110α和p85)誘導磷脂酰肌醇-4,5-雙磷酸酯轉化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯，并通過IKK的磷酸化或Akt磷酸化直接激活IKK復合物，然后通過IKK復合物激活p65/RelA亞基使NF-κB轉運到細胞核中，從而進入涉及NF-κB通路的信號級聯反應[11,35-36]。由此可見，抑制PI3K或任何下游靶標(如Akt)將有效調節NF-κB信號轉導級聯反應。有研究表明，三七皂苷R1通過激活PI3K/Akt信號通路使NF-κB失活，從而減輕細胞凋亡和炎癥反應，改善足細胞和腎臟損傷[37]。中國專利藥物降糖湯(包含大戟、丹參、黃芪、黃藥、黃連)可能通過PI3/Akt和NF-κB信號轉導通路減輕DN中的炎癥[38]。因此，PI3K/Akt-NF-κB信號轉導通路可考慮作為DN的治療靶點，但仍需更多的臨床試驗驗證。

4.3AGE受體(receptor of advanced glycation end pro-duct，RAGE)與NF-κB 高血糖可導致AGEs產生，從而誘發腎功能障礙、活化腎小球細胞、激活巨噬細胞。AGEs與RAGE結合將導致細胞氧化應激增加和NF-κB活化，進而觸發細胞外基質蛋白合成增加[39]。體外研究表明，表達RAGE的細胞可誘導NF-κB(p50/p65)從細胞質向核內持續轉運[40]。RAGE配體對NF-κB的持續活化作用是先降解IκB蛋白，然后在新合成的IκBα和IκBβ下合成新的NF-κB p65信使RNA和蛋白[40]。而NF-κB作為調節RAGE表達的啟動子可以進一步促進AGEs與RAGE結合，從而加速糖尿病進程。研究表明，表沒食子茶素沒食子酸酯通過下調AGEs-RAGE軸激活轉錄因子NF-κB[41]。D-核糖誘導依賴RAGE的NF-κB信號通路介導糖尿病小鼠系膜細胞損傷和腎功能障礙[42]。Yang等[43]發現，格列齊特可通過抑制RAGE-p22phox-NF-κB通路減少還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，從而抵抗AGEs和高糖引起的腎細胞損傷。因此，下調AGEs-RAGE軸可以抑制細胞氧化應激和NF-κB活化，從而對腎臟起保護作用。

4.4p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)與NF-κB MAPK信號通路包括胞外信號調節激酶1和2、p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶。研究顯示，MAPK信號通路在高血糖誘導的細胞損傷中發揮關鍵作用[44]。p38 MAPK信號轉導通路是細胞信號傳遞的交匯點，在高糖、血管活性物質、細胞因子和氧化應激等因素作用下，p38 MAPK激活引起細胞生長、增殖和分化[45]。p38 MAPK的激活可使多種核轉錄因子活化，影響目的基因的表達。p38 MAPK下游因子包括MAPK激活蛋白激酶2和MAPK激活蛋白激酶3，其中MAPK激活蛋白激酶2加劇了炎癥過程，且也是持續激活NF-κB所必需[46]。同時，p38 MAPK可通過下游因子NF-κB介導腎臟微炎癥和腎臟纖維化。Ma等[47]研究表明，利拉魯肽的抗炎作用可通過抑制p38 MAPK/NF-κB通路的激活，從而抑制TNF-α、IL-6和IL-1β表達。Zhang等[48]的研究指出，雷公藤紅素通過MAPK/NF-κB通路減輕糖尿病大鼠的腎臟損傷。菜籽蛋白衍生的抗氧化肽RAP(序列為YWDHNNPQIR)通過MAPK/NF-κB信號通路減輕DN的腎纖維化[49]。在未來的研究中，可以根據抑制MAPK/NF-κB通路的藥物理化特性、藥動學等優化NF-κB抑制劑結構，使其成為DN的有效治療選擇。

4.5活性氧類與NF-κB 糖尿病中活性氧類水平的升高在糖尿病并發癥中起主要作用，持續性高血糖會導致線粒體活性氧類產生增加，并誘導細胞損傷，從而導致線粒體功能障礙。過多的活性氧類可影響血管內皮，并誘導腎小球系膜細胞中TGF-β1和細胞外基質表達上調，促進DN中足細胞凋亡[50]。調節促炎細胞因子基因表達的NF-κB在炎癥和活性氧類產生之間的正反饋回路中起著至關重要的作用。生理條件下，NF-κB以抑制蛋白(IκB)的形式存在于細胞質中?；钚匝躅愑绊慖κB的磷酸化和降解，從而使NF-κB釋放轉錄至細胞核[51]。一方面，活性氧類可能影響NF-κB蛋白本身的DNA結合特性，p50DNA結合結構域上的氧化可阻止NF-κB的DNA結合。另一方面，受活性氧類依賴性過程影響的RelA的磷酸化導致NF-κB活化[52]。通過以上研究學者找到了靶向活性氧類治療DN的藥物，目前發現西洛他唑可降低活性氧類水平，抑制NF-κB活性及降低炎癥介質水平，從而間接減輕炎癥反應[53]?？梢?，活性氧類以多種方式與NF-κB信號轉導通路相互作用。NF-κB依賴性基因的轉錄影響細胞中活性氧類的水平，而NF-κB的活性也受活性氧類水平的調節。

4.6細胞焦亡與NF-κB 細胞焦亡是一種促炎癥程序性細胞死亡方式，GSDMD(Gasdermin D)已被證明是激活細胞焦亡的關鍵蛋白，caspase切割GSDMD，其中GSDMD的N端片段釋放并在細胞質膜上形成孔徑，導致水流入、細胞膨脹和溶解，炎癥因子釋放，從而進一步擴大炎癥級聯反應[54]。GSDMD在細胞焦亡中起重要作用。研究發現，在脂肪細胞中NF-κB可激活GSDMD介導的細胞焦亡，并通過阻斷NF-κB/GSDMD信號通路減輕炎癥小體誘導的焦亡[55]。另有研究發現，NF-κB可誘導腎缺血再灌注損傷中腎小管上皮細胞GSDMD介導的細胞焦亡[56]。Wang等[57]的研究顯示，抑制TLR4/NF-κB信號轉導通路可以逆轉糖尿病小鼠及高糖誘導的人腎小管上皮細胞中GSDMD介導的細胞焦亡的發生和IL-1β釋放。細胞焦亡在DN發病中的作用目前尚不完全清楚，但以上研究提示NF-κB可激活GSDMD介導的細胞焦亡，同時引起炎癥級聯反應，這為開發更多的DN治療方法提供了新方向。

5 NF-κB的治療靶點

抑制NF-κB的激活可改善DN，提示NF-κB可作為DN的治療靶點。Li等[58]研究發現，來氟米特和貝那普利合用可通過調節NF-κB、TGF-β和瞬時受體電位通道6的表達減輕DN大鼠的腎臟損傷，并抑制高糖誘導的細胞凋亡。Han等[59]發現，水蛭素通過抑制p38 MAPK/NF-κB通路的炎癥作用，減少糖尿病大鼠腎臟組織中巨噬細胞浸潤、促炎細胞因子表達以及足細胞凋亡。Huang等[60]發現，短鏈脂肪酸，尤其是丁酸可抑制NF-κB激活對DN起保護作用。Yuan等[61]研究證明，竹節參皂苷ⅣA通過抑制NLRP3炎癥小體激活和NF-κB信號轉導，有效抑制了小鼠脂肪組織中高脂飲食誘導的炎癥。Li等[62]證明，真武湯能夠顯著促進腎組織中外泌體的分泌，同時阻斷NF-κB核易位以及NLRP3炎癥小體的活化，抑制IL-1β和caspase-1的表達，從而減輕腎功能障礙。Zhang等[63]研究發現，沙利度胺可通過負調節NF-κB信號通路減輕DN的腎臟炎癥。但在進行臨床研究之前，有必要進一步研究NF-κB阻斷治療對腎臟保護作用的分子機制。

6 小結與展望

NF-κB的激活與某些促炎趨化因子的轉錄相關，并與其他信號通路直接或間接作用影響DN的發展。NF-κB的轉錄取決于NF-κB與其他轉錄因子和核調節蛋白的相互作用，通過這種方式NF-κB可以與其他信號通路整合并參與DN的發病。通過對其他信號通路與NF-κB信號轉導通路的研究，發現了多種NF-κB抑制劑，但這些抑制劑是對NF-κB活化的整體抑制，不良反應較多。未來需要進一步對NF-κB進行研究，尋找有針對性的NF-κB抑制劑，從而為臨床相關疾病的預防與治療提供新思路及新的藥物靶點。