對核因子NFκB在免疫反應和細胞凋亡中作用認識范文

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核轉錄因子nf-κB最初在鼠成熟B細胞和粒細胞瘤中發現并命名為細胞核Kappa輕鏈基因表達的調節子，但是接下來的研究不斷發現其存在于多種細胞中。即使是病毒，如巨細胞病CMV、乙肝病毒HBV、人類免疫缺陷病毒HIV-1和流感病毒等都能有效利用NF-κB強有力的轉錄功能。對NF-κB研究的興趣主要集中在對生物醫學具有相當重要性的基因轉錄控制的可誘導性和可調控性上。其中對NF-κB和I-κB在免疫調節和疾病的發生發展中的作用尤為關注。

NF-κB家族、結構及一般功能

NF-κB是由兩個單體組成二聚體轉錄因子家族的原型，其單體包含約300氨基酸的DNA結合Rel區和I-κB結合區。目前所知NF-κB/Rel家族成員包括RelA(p65)、RelB、c-Rel、v-Rel、p50、p52、Dorsal、Dif和Relish等。NF-κB的活化形式由p50亞單位和p65亞單位組成的異源二聚體，在多種轉錄過程中發揮關鍵作用。在靜態細胞，p50/p65二聚體在血漿中與I-κBα、I-κBβ和I-κBγ結合以防止其進入細胞核結合DNA。Rel家族參與腫瘤的發生已得證實，同時也是活化NF-κB成員之一，而且不同形式的Rel成員可能活化不同的靶基因。

NF-κB特異性識別DNA元件5’-GGGRNYYYCC-3’（R為非特異性嘌呤，Y為非特異性嘧啶，N為核苷酸）。2.9Å分辨率時p50/p65二聚體的晶體結構包含有5個堿基對5’-GGGAC-3’p50亞位點和4個堿基對3’-TTCC-5’p65亞位點，每個亞單位包含有2個通過由10個氨基酸組成的連接子相互結合的免疫球蛋白樣區。p50通過精氨酸54、精氨酸56、酪氨酸57、谷氨酸60、組氨酸64和賴氨酸241結合于5’亞位點，p65則通過精氨酸33、精氨酸35、酪氨酸36、谷氨酸39和精氨酸187結合于3’亞位點，這說明p50/p65二聚體具有不同的啟動子。p50二聚體-DNA復合物由10個環狀結構構成有利于蛋白-DNA識別。

對NF-κB基因的克隆將有利于對其轉錄調節的精確認識。p50DNA結合亞單位的克隆顯示NF-κB/I-κB系統是是一個通過胞漿/胞核分配控制蛋白功能的獨特模式。就像糖皮質激素受體活化方式一樣，NF-κB可以看成是胞內第二信使而將信號從細胞表面傳到細胞核。有必要指出的是NF-κB基因的表達在mRNA水平受到腫瘤壞死因子TNF-α和佛波酯的調節。p65亞單位行使著抑制亞單位I-κBα和I-κBβ受體的功能，并顯示出kappaB特異性DNA結合活性。65KD的蛋白p65在凝膠中具有獨特的移動性。同時I-κB主要通過與p65相互作用而達到對NF-κB的抑制。

NF-κB抑制家族I-κB和IKK

在靜止細胞胞漿中NF-κB與其抑制蛋白I-κBα、I-κBβ和I-κBγ結合形成復合物。其它I-κB樣蛋白包括Bcl-3、I-κB-ε、I-κB-δ（p100）、Cactus和Relish等[1].NF-κB的活化需要I-κB的磷酸化和蛋白酶的快速降解。許多外界刺激如細胞因子、蛋白激酶活化因子、病毒、氧化物、細菌組成物（酯多糖、肽聚糖、鞭毛蛋白等）[2-4]。然而，復合物NF-κB/I-κB的形成在體內外能夠被快速而有效地逆轉。

I-κB激酶IKK是I-κB離開NF-κB并使之得以活化的必需前提，隨之降解抑制因子I-κB。NF-κB的活化需要I-κBα32位和36位絲氨酸的磷酸化。但是在完整細胞I-κBα的磷酸化并不足以激活NF-κB。

完整的IKK復合物包括2個催化亞單位IKKα(IKK1)、IKKβ(IKK2)和1個伴隨亞單位NEMO(NF-κBessentialmodifier)或IKKγ。IKKα和IKKβ屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶，而NEMO雖包含有多個蛋白反應基序但卻無明顯的催化區。TNF-α刺激顯示c-IAP-1對NEMO的調節在IKK復合物的活化上作用特殊。NEMO保守的鋅指結構對于NEMO的泛素化和IKK的活化至關重要[5]，特別是位于鋅指417位的殘基半胱氨酸[6]。IKKβ和其它激酶對IKKγ/NEMO的磷酸化在調節IKK活性的過程中發揮著相當作用，IKKγ/NEMO碳末端144-159、369和375位殘基是IKKβ發揮磷酸化作用的主要位點[7]。IKKγ/NEMO是免疫、炎癥和凋亡通路上的中心分子。與此相反地是IKKγC417R在人THP.1單核細胞的IKK活性和NF-κB的活化上起負性調節作用，使細胞對TNF-α和LPS調節的凋亡增加[6]。位于IKKβ螺旋-環-螺旋HLH基序與碳末端之間的絲氨酸從的自身磷酸化使IKK活性下降。對于IKKα，其絲氨酸176是NF-κB誘導激酶NIK磷酸化的主要位點。同時NIK在胸腺微環境的中心耐受上起著重要作用[8]。

如前所述，盡管存在許多影響和不同的信號通路，但是I-κB復合物和IKK復合物的磷酸化是NF-κB在一系列刺激下轉移進入細胞核內的前提。

NF-κB與免疫和炎癥反應

NF-κB作為重要的轉錄因子之一在天然免疫和獲得性免疫以及炎癥反應中起著相當作用。

一系列基因敲除研究顯示，P50-/-小鼠NF-κB/Rel復合物在特異性基因轉錄調節當中發揮著其特有的功能。RelA-/-顯示RelA在粒細胞的生成上具有負性調控作用。c-Rel-/-小鼠研究說明NF-κB在細胞因子調節和適當的免疫應答功能發揮中作用突出。RelB-/-/p105-/-雙敲除表現出因強有力的滲透表型而至的高死亡率。這說明多個Rel基因的敲除，其對細胞發育所造成的影響遠遠超過單基因的敲除。同時NF-κB/Rel信號通路的活化是T細胞激活的重要組成之一。胸腺細胞絕大多數NF-κB/Rel蛋白復合物常常由于I-κB突變而至信號失活。

NF-κB參與炎癥反應。在急慢性炎癥性疾病中，黏附分子從外周循環募集T淋巴細胞、中性粒細胞及嗜酸粒細胞等炎性細胞到達炎癥部位。NF-κB增加多種細胞因子和炎癥相關性酶如可誘導一氧化氮合酶（iNOS），基因的表達。可誘導酶環氧化酶-2（COX-2）也受到NF-κB的調節。將人外周血單核細胞、內皮細胞和肺組織暴露于促炎細胞因子IL-1β、TNF-α或氧化劑中時引起明顯地NF-κB活化。NF-κB/Rel家族一直公認為是能夠通過共激活多個炎癥性基因來擴大疾病特異性炎癥過程通用的永久機

制。

NF-κB/Relp50和p65亞單位在體內對抑制膿毒血癥或感染性休克時的高死亡率起著重要作用[9]。另外在慢性酒精中毒的環境下由失血性休克誘導的肝損傷敏感性的增加至少部分的受到增強的NF-κB活性的調節[10]。在臨床實踐中系統性NF-κB抑制物的應用可能會對休克相關疾病產生有益的結果[11]。RelB通過對活化的組織成纖維細胞趨化因子表達的控制來限制炎癥過程的進展。p50-/-小鼠對Th2細胞因子IL-5和趨化因子的產生缺陷，而且巨噬細胞炎性蛋白MIP-1α的產生不足，這說明NF-κB在過敏性氣道炎癥反應的噬酸粒細胞誘導中作用不容忽視。在OVA敏感小鼠支氣管應用NF-κB寡聚脫氧核苷可引起氣道免疫細胞有效的核轉染，這表明局部免疫細胞NF-κB的活化參與哮喘發生的起效期[11]。NF-κB1缺陷小鼠對少突絞質細胞髓鞘糖蛋白誘導的實驗性自身免疫性腦脊髓炎具有明顯地抵抗性，故說明NF-κB在在體自身反應性T細胞的活化與分化中起著相當作用。c-Rel缺陷小鼠對膠原誘導的關節炎的抵抗和p50缺陷小鼠在誘導的急慢性關節炎模型中的難控性表明NF-κB/Rel在炎性關節炎發病當中的明顯作用。

糖皮質激素因具有抗炎和免疫抑制作用而在免疫應答和炎癥反應中備受關注。然而，巨噬細胞移動抑制因子MIF通過拮抗糖皮質激素來發揮促炎作用。有趣的是，糖皮質激素通過上調I-κBα轉錄來增加胞漿I-κBα蛋白的量，從而達到對NF-κB的抑制。因此，NF-κB、MIF和糖皮質激素三者之間相互作用關系部分表述如下：MIF對糖皮質激素調節的抑制NF-κB的反向調控是經由阻止糖皮質激素誘導的胞漿I-κBα的增加來完成，從而引起NF-κB的入核轉錄。再者，MIF通過一相同于脂多糖LPS的胞內通路來使I-κB降解。在糖皮質激素缺乏時MIF對LPS誘導的I-κBα減少無效，相反在LPS缺乏時MIF抑制糖皮質激素誘導的I-κBα的增加。

NF-κB與凋亡

NF-κB/Rel通過參與多個目的基因的轉錄來調節細胞增殖、分化、生長和凋亡。

NF-κB二聚體能夠保護胚胎肝臟細胞發生凋亡。RelA可能以完全相反的方式控制著依賴于細胞型和凋亡刺激特性的凋亡的發生。c-Rel具有誘導凋亡的作用。與c-Rel不同的是其配對體v-Rel并不誘導細胞凋亡，但是也有研究發現溫度敏感性v-Rel突變體卻能夠引起雞脾細胞的凋亡。NF-κB通過表達抗凋亡蛋白c-IAP-1和c-IAP-2來發揮在人癌細胞存活當中的抗凋亡特性。然而，NF-κB在α病毒誘導的前列腺癌細胞株中顯示出促凋亡作用。NF-κB抑制TNF調節的細胞凋亡，其中包括對凋亡抑制因子Bcl-2家族蛋白A1、Bcl-XL和IEX-1L的調節。NF-κB異常表達跟肝癌的發生密切相關，這主要是通過對抗凋亡基因Bcl-2的調節來實現。

NF-κB轉錄誘導產生包含死亡效應區（DED）的蛋白，從而通過抑制caspase-8活性達到對TNF調節的凋亡抑制。在正常細胞，NF-κB1(p50,p105)調控G0期細胞的存活，然而有絲分裂的順利進行需要有不同的Rel/NF-κB因子來參與對細胞分裂周期的進行和凋亡的防止的調控。NF-κB可以防止免疫調節自然殺傷性T淋巴細胞（iNKT）的凋亡[12]。反應蛋白FIP-3能夠活化細胞死亡通路，并且抑制NF-κB依賴性存活機制，但是腺病毒蛋白AdE3（14.7K）能夠部分地反轉FIP-3誘導的凋亡。細胞對殺傷性因素的抗性主要可能是由于凋亡誘導因素TNF、電離輻射和癌性化療復合物柔紅霉素對NF-κB的激活所致。

KutukO和BasagaH業已證實非甾體類抗炎藥（NSAID）能夠抑制TNF-α和IL-1誘導的NF-κB活化和致敏Hela細胞的凋亡[13]。病毒如HIV、HBV、EBV、腺病毒、鼻病毒和流感病毒等利用NF-κB通路進行自身復制、存活和對免疫應答的逃避。另外許多病毒一方面利用NF-κB的抗凋亡特性來逃避宿主的防御機制，另一方面誘發凋亡達到病毒擴散（表1）。流感病毒相關性腦病的外周血單核細胞能夠產生細胞因子，并且其外周血單核細胞的活化與NF-κB激活有關[14]。在凋亡刺激存在時應用NF-κB/Rel抑制治療可能會降低對腫瘤的抗凋亡界限，從而對腫瘤治療產生一個更加有效的效果。也有研究表明抑制NF-κB跟癌性化療呈現平行關系。因此，NF-κB/Rel在不同的條件和不同的刺激下顯示出促凋亡和抗凋亡的雙重特性。這為凋亡相關性疾病的治療提供了有力的線索。

自達1995年發現p65/RelA亞單位敲除小鼠因肝功能退化而在發育第16天死亡起，人們不斷將注意力集中到NF-κB在不同疾病中的重要作用以及與之相關的治療策略上。NF-κB已被列為一靶目標來作為疾病治療的輔助性方式之一。

通過對NF-κB與疾病關系的研究，以用來對諸如自身免疫性疾病、病毒相關性疾病、腫瘤、炎癥、休克和哮喘等多種疾病的治療發現新策略。特異性NF-κB/Rel抑制物的開發將會降低像非甾體類抗炎藥和糖皮質激素等治療的副作用以及為一系列疾病的治療提供可能（表2）。對p50的局部抑制可能防止導致關節破壞的炎癥和滑液組織反應。阻斷NF-κB活性可能是一個治療風濕性關節炎的有效措施。皮質激素現已成為治療哮喘的主要藥物[15]。以動物模型研究為基礎，NF-κB在從發育到對損傷的細胞反應性協調和大腦特異性的突觸信號傳遞等神經系統中發揮著重要作用。NF-κB信號傳導可能是一治療缺血性腦中風、腦或脊髓外傷、Alzheimer’s病和Parkinson’s病頗有價值的途徑。

總之，如前所述至少在部分疾病當中，NF-κB跟許多疾病相關。不管什么NF-κB/Rel相關治療方案的采用都需要慎重考慮以達到更加有效的治療效果。新晨