溫悅萌 艾華

北京大學第三醫(yī)院運動醫(yī)學研究所，北京大學肥胖與代謝病研究中心

營養(yǎng)運動與肥胖研究室（北京 100191）

κB抑制蛋白激酶（IκB kinase，IKK）作為核因子 κB（nuclear factor κB，NF-κB）信號轉導途徑的上游激酶，廣泛存在于細胞質中，在炎性反應、免疫反應、細胞增殖、細胞凋亡等多種生物過程中起著不可忽視的重要作用。本文簡要介紹了IKK的結構、分布、信號傳導、功能調控及其與疾病的關系，著重就IKK與能量代謝、肥胖、運動和運動減肥的近期研究進展做一綜述。

1 IKK家族及其結構和分布

IKK家族包括催化亞基IKKα和IKKβ，調節(jié)亞基IKKγ和IKK相關激酶IKKε、TBK1 （TANK binding kinase-1），因后二者在結構和功能上與IKKα和IKKβ具有很大的同源性，共同調節(jié)著NF-κB的活性，故將它們一并說明。

1996年 和 1997年，Chen等[1]和 DiDonato等[2]相繼用生物化學的方法分離純化出了IKKα和IKKβ，IKKα由745個氨基酸殘基組成，相對分子質量約為85 kDa；IKKβ由756個氨基酸殘基組成，相對分子質量約為87 kDa。經(jīng)同源性分析，IKKα和IKKβ有52 %同源的氨基酸序列，都含有N端激酶結構域（kinase domain，KD）、亮氨酸拉鏈（leucine zipper，LZ）、螺旋-環(huán)-螺旋（helixloop-helix，HLH）和富含絲氨酸的C末端，其中含LZ結構和HLH區(qū)的 C 端有 44%的同源性，而 N端KD有 64%的同源性。IKKα在細胞質和細胞核中均有分布，而IKKβ大多存在于細胞質中。

1998年，Rothwarf 等[3]又發(fā)現(xiàn)了IKKγ，由419個氨基酸組成，為調節(jié)亞基。IKKγ可分為IKKγ1與IKKγ2，它們可形成同源、異源或者三聚體。IKKγ與IKKα和IKKβ結合共同存在于細胞質中。

IKKε[4]（又叫 IKKi[5]）與 IKKα 和 IKKβ 有部分相同的序列，都含有KD、LZ和HLH，IKKε的激酶結構域序列分別與IKKα和IKKβ有著33%和30%的同源性。TBK1又稱NAK[6]（NF-κB–activating kinase）或 T2K（TNF receptor–associated factor 2 （TRAF2）-associated kinase），與IKKα和IKKβ有著相似的結構序列，與IKKε有64%的同源性，都存在于胞質中。

2 IKK的信號傳導和功能調控

IKK是體內(nèi)重要的信號傳遞者和放大者，其功能是被上游的多種刺激例如細胞因子、致病原、輻射誘導的雙鏈DNA斷裂等激活后，經(jīng)過一系列復雜的信號轉導，激活其下游的NF-κB系統(tǒng)。NF-κB是一類核轉錄因子蛋白質的總稱，能與多種基因啟動子或增強子上的κB位點發(fā)生特異性結合，促進基因轉錄。在靜息狀態(tài)下，NF-κB通常與κB抑制蛋白（inhibitor of κB，IκB）結合，受到抑制。當受到刺激時，IKK通過引起IκB的磷酸化，使IκB與NF-κB解離，導致NF-κB激活并從細胞質易位入核，啟動相關基因轉錄。

盡管IKKα和IKKβ在序列上具有很大的同源性，但由于作用底物的特殊性和調節(jié)模式不同，其各自具有不同的功能。IKKβ是IKK復合體催化亞基的主要成分，對于由炎性刺激例如腫瘤壞死因子 -α（TNF-α）、白細胞介素 -1（IL-1）、Toll樣受體（TLR）拮抗劑脂多糖（LPS）誘導的NF-κB的快速調節(jié)是必需的。相比之下，IKKα主要由B細胞激活因子 （BAFF） 、CD40配體、淋巴毒素異源三聚體激活。在功能方面，IKKβ依賴途徑主要激活先天免疫，IKKα依賴途徑則主要調節(jié)獲得性免疫和淋巴器官的形成[7]。IKKα可以通過加速NF-κB的兩個亞基——RelA和c-Rel的轉運，使之加速從促炎因子啟動子上脫離，負性調節(jié)巨噬細胞NF-κB的激活和炎性反應[8]?？梢姡琁KK復合體的兩個調節(jié)亞基——IKKα和IKKβ在炎癥和先天免疫的精密調控中起到了相反卻又互補的作用。

IKKγ是IKK復合體的調節(jié)亞基。在TNF-α誘導的NF-κB的激活過程中，IKKβ和IKKγ是必不可少的。但在敲除IKKα后，經(jīng)典的NF-κB的轉錄激活沒有出現(xiàn)，證明IKKγ結構域在IKKα依賴的NF-κB的轉錄激活中并不是必需的[9]。

敲除IKKα基因的小鼠表現(xiàn)出皮膚和骨骼上的缺陷[10]。而敲除IKKβ或IKKγ后發(fā)現(xiàn)，小鼠在胚胎期死于肝細胞凋亡[11]，說明后兩者對機體是不可或缺的。

IKKε和TBK1除具有調節(jié)NF-κB活性的功能外，還可以激活兩類轉錄因子：干擾素反應因子3（IRF3）和 IRF7[12]，并對 I型干擾素基因的表達具有重要的作用。與IKKα和IKKβ相比，IKKε和TBK1的表達范圍更加廣泛。促炎因子TNF-α、IL-1、IL-6和LPS可以通過誘導IKKε和TBK1的產(chǎn)生，顯著刺激NF-κB的激活[5]。IKKε優(yōu)先表達于T細胞和外周血細胞中，TBK1則表達于胚胎纖維母細胞中。敲除TBK1后，小鼠在胚胎期同樣死于肝細胞凋亡[13]。IKK相關蛋白激酶與IKKs協(xié)調，共同對抗病毒反應等主動防御系統(tǒng)起重要作用。

3 IKK信號通路與疾病的關系

幾乎所有的疾病都有機體免疫系統(tǒng)的參與，而IKK/NF-κB信號系統(tǒng)是連接刺激因子與炎性反應/免疫反應之間的重要通路，因而參與了幾乎所有的疾病。研究證明，IKK/NF-κB信號通路在人體炎癥性疾病和自身免疫性疾病例如哮喘、慢性阻塞性肺病[14]、炎癥性腸病[15]、病毒性肝炎、肝硬化[16]、類風濕性關節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、多發(fā)性硬化和惡性腫瘤[17]等疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

4 IKK與能量代謝和肥胖

4.1 IKK與AMPK（AMP-activated protein kinase）的關系

AMPK是細胞內(nèi)能量平衡和代謝的調節(jié)器。研究表明，二甲雙胍能激活AMPK，二甲雙胍也呈劑量依賴性抑制TNF-α誘導的IKK活性和NF-κB的激活，并且削弱TNF-α誘導的各種促炎因子和細胞粘附分子的基因表達[18，19]。AMPK的激活劑AICAR也呈劑量依賴性抑制TNF-α和IL-1β誘導的NF-κB報告基因（reporter gene）的表達。用RNA干擾（RNAi）的方法干擾AMPKα1，可削弱由二甲雙胍或AICAR誘導的NF-κB的抑制作用，說明AMPK在調節(jié)細胞炎癥方面可能扮演重要角色，也說明IKK可能與能量代謝有關。

脂肪細胞分泌的細胞因子脂聯(lián)素在抗炎和抗凋亡方面起著重要作用。用脂聯(lián)素預處理細胞可以激活細胞內(nèi)轉接蛋白APPL-1（Adaptor protein containing PH domain，PTB domain and leucine zipper motif 1）依賴的AMPK，阻斷IKK/NF-κB信號的激活，達到抑制細胞凋亡和抗炎的作用[20，21]。這也說明了IKK與AMPK之間有密切聯(lián)系。

4.2 IKK與肥胖的關系

進食量過多與代謝組織的慢性炎性反應密切相關。在促炎信號反應軸上，NF-κB和其上游激酶IKKβ是飲食誘導的肥胖的首要介導者。以往的研究都集中在外周組織的炎性反應和調節(jié)上，Zhang等[22]證明了下丘腦的IKKβ/NF-κB通路介導的代謝炎性反應，是導致肥胖的能量失衡的神經(jīng)機制。IKKβ/NF-κB在下丘腦神經(jīng)元中廣泛存在，但通常處于失活狀態(tài)。進食過度通過下丘腦的內(nèi)質網(wǎng)應激反應激活IKKβ/NF-κB，從而阻斷胰島素/瘦素信號通路，導致胰島素/瘦素抵抗。研究證明，抑制下丘腦的IKKβ/NF-κB信號通路是對抗肥胖及其相關疾病的一項有效對策。

肥胖往往伴隨營養(yǎng)肥胖性脂肪肝，脂肪肝的發(fā)展可導致肝臟纖維化、肝硬化和肝癌等疾病，嚴重影響人類健康。有研究顯示，高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠使用IKKβ的抑制劑AS602868后，與對照組相比，體重增長和內(nèi)臟脂肪含量的蓄積受到了抑制，脂肪組織內(nèi)巨噬細胞的浸潤和炎癥因子的產(chǎn)生減少，肝臟實質細胞中NF-κB的激活受到抑制，脂聯(lián)素水平與正常對照組相當，而未給予AS602868的高脂喂養(yǎng)小鼠脂聯(lián)素水平下降。與此同時，AS602868通過過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）和PPARγ增加脂質的β氧化，改善脂肪肝。AS602868介導的IKKβ抑制為改善營養(yǎng)肥胖性脂肪肝提供了一種新的治療思路[23]。

高脂飲食可導致肝臟和脂肪組織中IKKε的水平持續(xù)性升高，增強NF-κB在小鼠體內(nèi)的激活。Chiang等[24]發(fā)現(xiàn)敲除脂肪組織巨噬細胞中IKKε的小鼠不會發(fā)生高脂飲食誘導的肥胖，同時肝臟和脂肪組織中慢性炎癥、肝臟脂肪變性和整個機體胰島素抵抗的程度均減輕，解偶聯(lián)蛋白-1（UCP-1）的表達增加，能量消耗和產(chǎn)熱增加[25]。研究還發(fā)現(xiàn)IKKε敲除的小鼠致炎因子的表達減少，糖脂代謝過程中的某些調節(jié)蛋白和酶類也相應減少。IKKε作用的發(fā)現(xiàn)為肥胖、糖尿病和胰島素抵抗等相關代謝性疾病的治療提供了一個可能的靶點。

有研究表明蛋白酪氨酸磷酸酶1B （PTP1B）的抑制劑——SA18和SA32在肥胖小鼠模型中通過抑制其體重增長和改善血液中自由脂肪酸（FFA）和其他血液指標的水平，發(fā)揮著抑制肥胖的作用。Bhattarai等[26]發(fā)現(xiàn)，在已分化的脂肪細胞中，SA18和SA32除了抑制PTP1B的表達外，還對IKKβ的表達有很強的抑制作用。SA18和SA32有可能通過抑制IKKβ信號通路阻止體重增加和下調血液FFA。

4.3 IKK與運動和運動減肥

Ji 等[27]利用跑臺運動讓大鼠運動至力竭，結果發(fā)現(xiàn)在運動組大鼠的骨骼肌細胞中，NF-κB和P50蛋白水平升高，且胞液中IκB α和IKK復合物的含量下降，而磷酸化的IκB α和IKK復合物的含量上升，證明急性力竭性運動可以激活IKK/NF-κB信號通路。

但長期的運動鍛煉會降低IKK/NF-κB信號傳導，減輕炎性反應。在對高脂喂養(yǎng)的肥胖小鼠進行8周游泳訓練后，肝臟和脂肪組織中的促炎分子生成減少，IκB和NF-κB的激活也減少，證明運動訓練可以減弱肥胖的促炎分子信號[28]。

Haskell-Luevano等用黑皮質素受體-4（MC4R）敲除小鼠建立代謝綜合癥動物模型證明，自主性運動可改善肥胖、攝食過量、高胰島素和高瘦素含量等狀況[29]。還有研究[30]也證明，長期運動鍛煉可改善肥胖大鼠脂肪和肝臟組織中的胰島素抵抗，抵抗內(nèi)質網(wǎng)應激帶來的不良影響。

Bradley等[31]的研究顯示，與正常對照組相比，高脂喂養(yǎng)的小鼠脂肪組織中炎癥因子TNF-α、單核細胞趨化蛋白（MCP-1）、纖溶酶原激活物抑制因子1（PAI-1）和IKKβ的表達均增加，而運動組小鼠則沒有出現(xiàn)這一現(xiàn)象，證明運動能減輕肥胖小鼠脂肪組織中炎性因子的表達，改善胰島素抵抗[32]。高脂飲食與白色脂肪組織中炎性反應密切相關，是導致代謝綜合癥，例如胰島素抵抗和肝臟脂肪變性的重要原因之一。分別給予低脂飲食和運動鍛煉，發(fā)現(xiàn)白色脂肪組織中炎癥因子表達下降，巨噬細胞浸潤減少。單獨運動鍛煉能改善胰島素抵抗，結合運動和低脂飲食對改善肝臟脂肪變性有很好的效果[33]。

缺血、缺氧、氧化應激、紫外線、病毒等許多應激因素都可以導致內(nèi)質網(wǎng)應激，從而引發(fā)蛋白質未折疊反應（UPR），這是機體對應激產(chǎn)生的一種適應性的保護反應[34，35]，當應激過于強烈和持久時就會引發(fā)細胞凋亡，從而阻止對機體的進一步破壞。攝食過量通過激活下丘腦IKKβ/NF-κB系統(tǒng)和引起內(nèi)質網(wǎng)應激，導致胰島素抵抗和瘦素抵抗。而運動鍛煉可在下丘腦抑制IKKβ/NF-κB信號激活和內(nèi)質網(wǎng)應激，緩解攝食過量。運動鍛煉的這一作用與下丘腦致炎因子IL-6和抗炎因子IL-10有關[36]。上述研究表明，IKK/NF-κB信號系統(tǒng)在運動減肥和改善胰島素抵抗的過程中起重要作用。

5 小結

IKK通過調節(jié)NF-κB，對炎性反應和細胞代謝等生命現(xiàn)象產(chǎn)生著重要影響?，F(xiàn)代研究證明，肥胖機體的組織器官中存在炎性反應。作為炎性反應的主要信號通路，IKK在肥胖及其相關疾病的發(fā)生發(fā)展中起著不可忽視的作用。通過對IKK/NF-κB信號通路的研究，有可能找到改善肥胖及其相關疾病狀況的新途徑或新靶點。發(fā)現(xiàn)對IKK通路的有效抑制劑或拮抗劑也是今后研究的方向之一。另外，研究合理生活方式如合理飲食、合理運動對IKK通路的影響，將可能為大眾提供更為簡便和健康的防治肥胖及其相關疾病的方法和措施。

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