張茴燕綜述， 殷小平審校

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綜 述

IKK/NF-κB信號通路與中樞神經系統(tǒng)疾病

張茴燕綜述， 殷小平審校

IKK/NF-κB信號通路是目前研究發(fā)現(xiàn)最重要的炎癥通路之一。炎癥反應廣泛參與神經系統(tǒng)疾病的病理生理過程，腦缺血再灌注損傷是炎癥反應的急性表現(xiàn)，慢性炎癥反應也是神經系統(tǒng)退行性疾病發(fā)生發(fā)展的重要原因。IKK/NF-κB信號通路是迄今研究的最為重要的炎癥反應通路之一，生理條件下，核轉錄因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)與NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)蛋白結合以無活性的形式存在于細胞質中，當機體受到外界刺激時，激活IκB活激酶復合物(inhibitor of IκB kinases,IKK)使其發(fā)生磷酸化和泛素化，致使NF-κB與IκB發(fā)生解離并進入細胞核，與靶基因中NF-κB的結合位點相結合，啟動靶基因轉錄，從而增加下游炎性因子的表達[1]。調控IKK/NF-κB信號通路從而調控下游炎性因子的表達，可能成為預防和治療炎癥反應所致的中樞神經系統(tǒng)疾病的重要方法，因此，本文對IKK/NF-κB信號通路在中樞神經系統(tǒng)疾病的作用作一綜述。

1 IKK/NF-κB信號通路

1.1 IKK/NF-κB信號通路系統(tǒng)組成 在中樞神經系統(tǒng)，IKK/NF-κB信號通路主要存在于神經元、膠質細胞及血管內皮細胞中，由NF-κB家族、IκB家族及IKK復合物共同組成。NF-κB屬于Rel蛋白家族，是由兩種Rel家族亞基共同組成的同源或異源二聚體。在哺乳動物中NF-κB/Rel家族有5種不同亞基：p50、p52、RelA(p65)、RelC、RelB，每個亞基含有一個DNA結合亞單位，即由N-端300個氨基酸組成的Rel同源結構域[2]，負責DNA結合、二聚化、核定位及與IκB抑制性亞單位相互作用。

IκB家族主要成員有：IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBε、Bcl-3、p100 和p105，每個成員均含有與NF-κB相互作用的基礎結構，是由5～7個約30個氨基酸組成的蛋白重復序列[3]。在IκB家族中IκBα可與最普遍的NF-κB二聚體p65/p50結合，掩飾p65的核定位序列，IκBα的核導出序列與p50的核定位序列結合，使IκBα與NF-κB二聚體p65/p50的復合物在細胞質和細胞核之間穿梭運動；另外IκBα是NF-κB活化過程中最強的負反饋因子，保證NF-κB活化的迅速發(fā)生和關閉；IκBβ和IκBε能緩沖系統(tǒng)活化的波動趨勢，從而NF-κB保持一個相對較長的響應時間。

IKK復合物是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族成員，由IKKα(IKK1)、IKKβ(IKK2)及NEMO(IKKγ)3個亞基組成。IKKα和IKKβ具有較高的序列同源性和相似的結構，N-末端均含有蛋白激酶區(qū)，因此具有絲氨酸蛋白激酶活性，可催化底物IκB蛋白發(fā)生磷酸化；NEMO可使IKKα和IKKβ緊密結合，通過調節(jié)IKKα和IKKβ的結構變化來改變它們的活性。NEMO在經典NF-κB信號通路中是必不可少的，它通過與IKKα和IKKβ的直接作用而介導IKK復合物的組裝，并促進IκB蛋白與IKK復合物的相互作用。

1.2 IKK/NF-κB信號通路與炎癥反應 正常情況下在細胞質內IκB蛋白通過非共價鍵與NF-κB結合，掩蓋NF-κB的核定位信號，從而阻止NF-κB核易位。當細胞受外界刺激后，NF-κB活化主要有兩條途徑：即經典激活途徑和非經典激活途徑。

經典激活途徑是NEMO發(fā)生泛素化，使IKK的蛋白激酶區(qū)暴露，誘導T環(huán)絲氨酸殘基發(fā)生反式自磷酸化。被激活的IKK可使IκBα的第32、36位點絲氨酸殘基磷酸化，磷酸化的IκB被泛素結合酶識別發(fā)生快速泛素化，在26s的蛋白酶的作用下被降解，致使NF-κB與IκB解離；解離狀態(tài)下的NF-κB p65亞基進一步轉錄后修飾，由細胞漿入細胞核，與靶基因中NF-κB的結合位點相結合，啟動靶基因轉錄，從而增加下游一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、環(huán)氧酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)、白介素1β(interleukin 1β,IL-1β)、白介素6(interleukin 6,IL-6)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)等炎性因子的表達。而炎性因子IL-1β和TNF-α作為NF-κB下游產物亦可誘導NF-κB的激活，可能是通過促進IKK激活及磷酸化、IκB磷酸化降解、p65亞基磷酸化，上調更多炎性因子的表達，形成炎性環(huán)路[4]。

非經典激活途徑是通過NF-κB誘導激酶(NF-κB inducing kinase，NIK)激活IKKα，被激活的IKKα使p100發(fā)生裂解，生成p52，隨后p52與RelB形成功能復合體并發(fā)生核移位，進入細胞核與靶基因結合，促進其表達[5]。

2 IKK/NF-κB信號通路與腦血管疾病

2.1 IKK/NF-κB信號通路與腦缺血 在大腦中動脈閉塞(MCAO)腦缺血動物模型中，腦缺血后氧化應激可誘導大量IKKα在細胞核內聚集，術后1 h和24 h IKKα、IKKα/β分別發(fā)生磷酸化，激活IκB，使NF-κBp65亞基解離進入細胞核與靶基因結合，促進炎癥因子的表達[6]。過氧化酶基因敲除后氧化應激水平增強，致使pIKKα、NIK和組蛋白H3表達明顯增多，且核內組蛋白H3磷酸化水平與IKK核內表達水平具有相關性。pIKKα具有較強的組蛋白H3酶活性，可使組蛋白H3的第10位絲氨酸發(fā)生磷酸化，激活組蛋白乙酰轉移酶，促進NF-κB的基因轉錄。Herrmann O等發(fā)現(xiàn)神經元細胞特異性敲除IKK2基因的MCAO小鼠腦組織內神經元細胞凋亡明顯減少，且梗死面積明顯減小；神經元細胞內IKK2基因過表達組，腦缺血后梗死面積明顯增大，因此提出神經元內IKK2與腦缺血后的腦損傷密切相關[7]。有文獻報道應用IKK抑制劑大鼠腦皮質和紋狀體區(qū)域的小膠質細胞活性明顯下降從而減少促炎因子IL-1β的表達，促炎因子的減少反過來會減弱小膠質細胞的活性，從而形成負反饋減輕腦損傷[8]。此外，IKK抑制劑還可通過抑制細胞粘附因子的表達及白細胞分泌基質金屬蛋白9(matrix metalloproteinases-9，MMP-9)，降低白細胞的浸潤，減輕血腦屏障的破壞。MCAO術前10 min腹腔注射IKK抑制劑(BMS-345541)可抑制NF-κB的活性，減少細胞凋亡，但是不能減少梗死面積[9]。MCAO術后6 h～72 h人參皂苷Rb1可抑制NF-κB的活性，抑制NF-κB p65亞基、IKKα和IκB磷酸化,從而抑制炎癥因子的生成,發(fā)揮神經保護作用[10]。有文獻報道電針刺可減少細胞內IKKα、IKKβ及NF-KB p65的表達水平，從而減少炎癥因子的生成，減小梗死面積，改善神經功能[11]。綜上所述，IKK/NF-κB信號通路與腦缺血后腦損傷有密切聯(lián)系，參與腦缺血后中樞神經系統(tǒng)損傷的病理生理過程，且其抑制劑治療也能取得明顯的療效。因此對腦缺血后IKK/NF-κB信號通路的激活機制進行深入研究，有助于尋找治療的關鍵靶點。

2.2 IKK/NF-κB信號通路與腦出血 腦出血后的炎性損傷是一個非常復雜而又無比迅速的過程，涉及一系列炎性細胞和分子水平的相互影響，在該過程中NF-κB信號通路起到重要作用。NF-κB可通過促進炎性因子的表達，引發(fā)和加重炎癥反應，也可誘導神經細胞產生促凋亡因子促進細胞凋亡的發(fā)生。腦出血后2 h NF-κB表達開始增多，48 h后達到高峰。有臨床研究表明灶周組織內NF-κB的活性與腦出血患者的預后密切相關，并提出NF-κB檢測可作為預測腦出血患者預后的一種手段，抑制NF-κB活性可能成為治療腦出血的新方向[12]。另有研究結果顯示腦出血后13～48 h NF-κB活性達到高峰，且細胞壞死高峰時間也為腦出血后13～48 h，因此提出腦出血后NF-κB活性與細胞壞死具有相關性[13]。腦出血后細胞凋亡可促進細胞發(fā)生壞死，NF-κB活性與細胞凋亡密切相關，所以NF-κB是直接促進細胞壞死，還是通過促進細胞凋亡或者其他機制導致細胞壞死，其具體機制還有待進一步研究。最新文獻報道腦出血后NF-κB活性與自噬有關，自噬通過調控NF-κB活性，促進細胞凋亡及炎性因子的表達，從而加重腦損傷及神經損傷[14]。

3 IKK/NF-κB信號通路與中樞神經退行性疾病

3.1 IKK/NF-κB信號通路與亨廷頓舞蹈病 亨廷頓舞蹈病是一種罕見的常染色體遺傳性神經退行性疾病，以膠質細胞激活為主要特征的炎癥反應始終貫穿著神經退行性疾病的發(fā)生發(fā)展，IKK/NF-κB信號通路可調控神經炎癥反應，從而參與疾病的發(fā)生發(fā)展。

HD動物模型中，IKKβ表達增多且活性增強，活化的IKKβ可激活半胱天冬酶，半胱天冬酶活性增強導致亨廷頓基因(HTT)的氨基末端片段結構發(fā)生變化，抑制抗凋亡蛋白BCL-XL的表達，導致DNA損傷，使HTT突變成突變型亨廷頓基因(mHTT)[15]。mHTT的第一個外顯子與IKKγ結合，激活IKK復合體，加速IκB蛋白的降解，增強NF-κB的活性，從而促進NF-κB靶基因的轉錄。有研究發(fā)現(xiàn)在HD動物模型中IKKβ具有促凋亡的作用，抑制IKKβ活性可抑制中間多棘神經元的退化，另外小膠質細胞IKKβ基因敲除可減輕神經炎癥反應和神經元毒性[16]。IKKα可抑制半胱天冬酶的活性和抑制HTT發(fā)生蛋白水解,因此抑制IKKβ活性或者增強IKKα活性可改善神經元的存活率。有研究提出IKKβ具有神保護作用，抑制IKKβ活性可增強HTT的蛋白水解作用和核定位[17]，增強IKKβ活性可增強蛋白磷酸酶2(protein phosphatase-2，PP2A)的磷酸化，使HTT第421位絲氨酸去磷酸化，從而促進核易位。然而，也有研究證實IKKβ可使HTT的第13和16位絲氨酸發(fā)生磷酸化，增強核定位、蛋白水解和自噬作用，但是IKKβ不能促進mHTT發(fā)生磷酸化[18]。在HD中IKK通路是發(fā)揮細胞保護作用還是發(fā)揮細胞毒性作用尚存在爭議，這可能與IKK3個亞基表達是否平衡有關，也可能與其他通路活性有關。拉喹莫德是一種免疫調制劑，有學者采用拉喹莫德干預出現(xiàn)癥狀HD患者的單核細胞，發(fā)現(xiàn)干預后24 h細胞內炎性因子表達明顯減少，并進一步證實是通過抑制IκB蛋白降解及NF-κB核易位，抑制IKK與HTT結合來實現(xiàn)的[19]。

3.2 IKK/NF-κB信號通路與阿爾茨海默病 阿爾茨海默病主要病理特征為β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)蓄積形成的老年斑(senile plaque，SP)和高度磷酸化tau蛋白導致的神經纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFTs)。AD患者腦內Aβ異常沉積形成免疫原，激活小膠質細胞釋放IL-1、IL-6、 TNF-α、干擾素等炎性因子及Aβ，而炎性因子反過來激活小膠質細胞，在體內形成一個正反饋環(huán)路，使炎性因子不斷增加，最終導致神經元變性壞死。在AD動物模型和細胞實驗研究中，發(fā)現(xiàn)Aβ與TLR4/CD14復合體結合[20]，激活細胞內髓樣分化蛋白88(myeloid differentiation protein-88，MyD88)和腫瘤壞死因子受體相關因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor-6，TRAF-6)，TRAF-6與IKK結合并激活IKK，致使NF-κB與IκB解離后進入細胞核，啟動下游炎性基因的轉錄。有研究證實原蘇木素A可抑制小膠質細胞內TLR4與CD14結合，從而阻止信號傳導至下游IKK/IκB/NF-κB信號通路[21]。臨床實驗證實白藜蘆醇對AD具有抗炎作用，有學者進一步探討其作用機制，研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可抑制IKK和IκB、信號傳導及轉錄激活因子1(signal transducers and activators of transcription，STAT1)和信號傳導及轉錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription，STAT3)發(fā)生磷酸化，從而抑制NF-κB活性。另外研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇干預巨噬細胞后也可抑制由Aβ引起的炎癥反應[22]。研究證實，在AD動物模型中NF-κB激活先于caspase-3,且NF-κB的活性受到抑制后，caspase-3的活性也同樣被抑制，這表明NF-κB在促進神經元細胞凋亡的過程中也起著重要作用[23]。

4 IKK/NF-κB信號通路與脊髓損傷

炎癥反應在脊髓損傷的繼發(fā)性損傷病理生理過程中起著重要作用，脊髓損傷后神經元和小膠質細胞內NF-κB異常激活并大量表達，進而釋放大量促炎因子及趨化因子，這些因子可以在損傷后的脊髓組織中誘導炎癥細胞的血管粘附和浸潤、激活小膠質細胞釋放炎癥因子和蛋白酶，加重脊髓的繼發(fā)性損傷，導致神經元的凋亡及膠質瘢痕的形成，阻礙神經功能的恢復。脊髓損傷后30 min IKKβ表達開始升高，并持續(xù)到72 h 后恢復到正常水平，BMS-345541干預可明顯抑制IKKβ的活性及pIκBα的磷酸化，從而抑制NF-κB的活性，減輕脊髓損傷后炎癥細胞的浸潤，減少脊髓組織內的細胞凋亡[24]。在特異性敲除骨髓細胞內IKKβ基因的SCI動物模型中，發(fā)現(xiàn)術后6～24 h中性粒細胞浸潤數量相比于對照組分別減少52%和59%，神經元細胞壞死減少33%，IKKβ基因敲除能減少活性氧、活性氮的產生和神經元凋亡，降低MMP-9的活性，減少促炎因子的表達，從而減輕SCI引發(fā)的神經炎癥反應和神經損傷[25]。有研究發(fā)現(xiàn)紫柳花對大鼠急性脊髓損傷后具有神經保護作用，它可調控IKK/NF-κB信號通路，抑制IKKβ的活性、pIκBα及NF-κB的表達[26]。也有文獻報道他莫昔芬可降低NF-κBp65和pIκBα的表達，從而抑制IKK/NF-κB信號通路介導的炎性反應，通過檢測組織中髓過氧化酶(myeloperoxidase，MPO)活性證實他莫昔芬可減少脊髓損傷部位的炎癥細胞浸潤，此外，他莫昔芬還可降低蛋白凋亡酶3(caspase-3)的活性發(fā)揮抗細胞凋亡作用[27]。

5 展 望

IKK/NF-κB信號通路作為炎癥反應的通路之一，已經慢慢成為中樞神經系統(tǒng)疾病的研究熱點。大量研究已表明，IKK/NF-κB信號通路參與中樞神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展過程，但其具體機制還有待進一步探討研究。目前的研究已經表明，IKK抑制劑對中樞神經系統(tǒng)具有保護作用，但是仍然需要尋找對人體更為安全有效且能順利通過血-腦脊髓屏障的藥物。綜上所述，IKK/NF-κB信號通路可以作為治療中樞神經系統(tǒng)疾病的新靶點，對中樞神經系統(tǒng)疾病的治療發(fā)揮重要作用。

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1003-2754(2016)12-1143-03

R743.3

2016-10-12；

2016-11-30 作者單位：(南昌大學第二附屬醫(yī)院神經內科，江西 南昌 330006) 通訊作者：殷小平，E-mail:xiaopingbuxiao@126.com