核因子-κB对哮喘炎性因子的调控

中华结核和呼吸感染 1999年第4期第22卷 综　述

作者：张劭夫　张波

单位：250031 济南，济南军区总医院呼吸科

　　核因子-κB( NF-κB)是近年来发现的重要基因转录因子, 参与许多炎性因子的调控。哮喘气道炎症由多种细胞因子、粘附分子和炎性介质参与形成，因此对哮喘患者NF-κB的研究具有重要意义。

　　一、NF-κB/NF-κB抑制因子(IκB)的种类和基本结构

　　NF-κB最初在免疫球蛋白kappa轻链增强子中得以确认^［1］。但后来的研究表明, NF-κB可见于许多不同类型细胞的胞浆,为一结构上相关联的蛋白质家族，以同或异二聚体形式存在。迄今已经确认哺乳动物细胞的NF-κB 家族共有5个成员:P65、C-Rel、RelB、P50/P105和P52/P100,其中P65亦为RelA^［2］。P65、C-Rel 和RelB通常直接作为转录活性蛋白而生成,而P50/P105和P52/P100则首先分别生成105×10³和100×10³的较长前体分子,尔后再进一步加工为较小的转录活性蛋白形式。NF-κB家族的每一个成员均含有一个称为Rel-同源功能区(RHD)的末端区域,在该区域内有与DNA结合和二聚体化( dimerization)的功能区以及核定位信号(NLS)存在^［3］。通常NF-κB的活化形式为异二聚体，由P65和P50亚单位组成。其他亚单位也可能系NF-κB的其他活化形式。不同的NF-κB的活化形式可能激活不同的靶基因。

　　在未受到刺激细胞的胞浆内，NF-κB二聚体与一组称为IκB的抑制蛋白非共价结合，而使其无法进入细胞核内发挥作用，IκB亦由一些功能和结构相关的分子家族组成。目前，有7种 IκB成员被证实：IκB α、IκB β、IκB γ、IκB ε、REL-3、P100和P105^［2］。所有已知的 IκB蛋白均有一个30～33个氨基酸重复序列, IκB蛋白藉此与NF-κB的RHD发生作用，此即 NF-κB与 IκB之间相互作用的特征性事件。通过上述作用IκB掩盖NF-κB的NLS，从而阻止其核移位。诱导 NF-κB活性的信号可使IκB蛋白降解而与NF-κB解离,从而使NF-κB二聚体进入细胞核诱导基因表达。

　　二、NF-κB的活化

　　具有极为重要基因转录调控作用的NF-κB在进入细胞核调节基因转录之前，首先要实现其活化，因此 NF-κB的活化是NF-κB信号途径中关键的步骤^［4］。对未受刺激的细胞 ,NF-κB与IκB相结合存在于细胞浆中。正是IκB与NF-κB的结合阻滞了NF-κB活化进入细胞核发挥作用，所以IκB与NF-κB的解离是NF-κB活化的首要条件^［5］。研究表明，凡是能够激活NF-κB的物质如肿瘤坏死因子α(TNF-α)，白细胞介素1β(IL-1β)，脂多糖(LPS)，蛋白激酶C(PKC)以及某些病毒等均可使 IκB降解。在IκB被发现后不久，便证实由佛波酯(PMA)所诱导的 NF-κB的活化与细胞浆中NF-κB和IκB复合物的解离有关。由于PMA是NF-κB的强力活化诱导剂，且PMA的生物学特性主要是其具有激活某些异构体的作用，因此，研究者自然推测磷酸化在 NF-κB的激活过程中发挥了关键作用。不久许多研究证实，IκB便是磷酸化的靶物质，由于IκB蛋白的磷酸化使NF-κB-IκB复合体解离而释放NF-κB进入胞核激活基因表达。

　　对最早IκB蛋白cDNA克隆-IκBα的研究表明：在体内以IκB特异性抗体示踪观察到，经NF-κB诱导剂处理的细胞可见IκB 的快速消失（10分钟），而在30分钟后可重新出现。IκB 的快速降解可使NF-κB释放入细胞核，而继之IκB 的再合成，则可终止被诱导细胞内NF-κB的转录活性^［6］。进入细胞核的NF-κB与靶基因启动κB位点结合，诱导转录促进靶蛋白的合成。Brown等^［7］证实IκB 的磷酸化发生于N末端丝氨酸残基的32和36位置上。由于32和36丝氨酸特异性磷酸化在IκB 降解初始具有关键作用，因此IκB激酶便成为研究的重点。许多激酶在体外可使IκB 磷酸化，包括PKC 、PKA、Rafl、双链RNA(dsRNA)依赖性激酶（PKR）和P90-核糖体S6蛋白（P90-RSK）等^［8］。与PKR互补的反义RNA可阻滞由dsRNA诱导的NF-κB的激活^［9］，但其并不能阻止TNF 诱导的NF-κB的活性。然而上述各种激酶均不能在体内使 IκB 的2个丝氨酸残基特异性磷酸化，并且以苏氨酸来替代丝氨酸残基亦可阻止诱导 IκB 磷酸化^［2］。这表明肯定有一种新的精确的丝氨酸特异性激酶存在。另外，仅替换1个丝氨酸即足以防止许多活化信号对NF-κB的激活，则提示一个完整的底物序列至关重要。引起NF-κB激活的信号很多，这些诱导因子通过各自不同的途径传递着细胞内的信号，所以必定存在一个共同作用部位，使这些不同的NF-κB诱导因子发挥同样作用。推测这一部位即可能是使IκB磷酸化的激酶。IκB激酶有两种，即IKK α和IKK β,其分子量分别为85 ×10³和87×10^3［2］。IKK β的蛋白测序结果表明其52%与IKK α同源。IKK α和IKK β的mRNA均呈广泛分布样表达。虽然IKK α和IKK β结构彼此相似，但它们与任何其他已知的Ser/Thr激酶不同，IKK α和IKK β分别由745和756个氨基酸组成，其均有一N末端激酶功能区和C末端螺旋-环-螺旋(HLH)功能区，N末端激酶功能区有一亮氨酸拉锁(LZ)结构。免疫沉淀反应表明IKK α和IKK β能够形成同或异二聚体,其间的相互作用系由LZ功能区的结合所介导，HLH区域对亚单位（α和β）间的相互作用并非必需，但对维持激酶活性必不可少。证实IKK α和IKK β是IκB激酶的最可靠的证据来自基因转染研究，转染研究中每种激酶的过度表达足以引起NF-κB的激活，但IKK α和IKK β之间的活化存在一定的差别，仅仅转染IKK β, NF-κB即被完全激活，而IKK α的活性则较低，需要TNF α的复合刺激才能充分激活NF-κB。失去激酶活性的IKKβ可有力地抑制TNF-α或IL-1诱导的 NF-κB的活化^［10］，而IKK α去激酶活性突变体的作用则有争论，对其结果尚无满意的解释,但通过应用反义IKK α证实了可完全抑制IL-1和TNF-α诱导的NF-κB的激活，虽然对每一种激酶亚单位的确切作用尚不完全了解，但很可能两种激酶均参与了前炎症细胞因子诱导的NF-κB的激活。已知 IκB激酶的关键作用是其可使IκB两个N末端丝氨酸残基磷酸化。 IKK α能够使IκB α32和36丝氨酸磷酸化，IKK β亦有同效。与之对照，IKK β可使IκB β的19和23丝氨酸磷酸化，而IKK α则使IκB β磷酸化的作用很小,且似乎只对23丝氨酸起作用。IKK α和IKK β均仅对丝氨酸有特异性，此可通过以苏氨酸或丙氨酸替代丝氨酸不能很好使IκB β磷酸化来证实。目前尚无证据表明IKK α或IKK β可使其他IκB类型磷酸化。

　　三、NF-κB/IκB在哮喘炎性因子调节中的作用

　　许多刺激因子:如细胞因子IL-1β和TNF-α;蛋白激酶C激活物佛波酯;氧化剂;病毒如鼻病毒,流感病毒,腺病毒等均可作为活化信号激活胞浆内的IκB激酶,而使IκB磷酸化^［11］。磷酸化的IκB与NF-κB解离，游离的NF-κB则可由胞浆进入胞核与炎性因子基因启动子区域中的κB位点结合，启动炎性因子基因转录为mRNA,从而促进多种哮喘炎性因子的合成^{［12，13］}。由NF-κB调节的与哮喘气道炎症有关的炎性因子见表1。

表1　NF-κB调控的炎性因子基因

　　糖皮质激素的抗炎作用不同于某一种炎性因子的拮抗剂，其表现为广泛的抗炎性因子作用。估计由激素所直接调节的基因数约为10～100个^［14］。间接调节将更多。此泛抗炎性作用提示，激素可能在细胞因子产生的某个共同环节上对许多炎性因子进行调控。近来发现的NF-κB即可能是激素作用的关键部位。激素与胞浆中的激素受体(GR)结合,使原与GR结合而阻止其进入细胞核的热休克蛋白解离。激素与GR形成的同二聚体移位于胞核内，与靶基因的糖皮质激素反应元件(GRE)结合，此作用可改变转录速率而影响基因表达。激素抑制参与炎症的细胞因子基因转录，且这些基因的启动子区域常无GRE存在，提示除了GR与GRE结合的作用外，激素还可通过其他机制介导免疫负调节。已证实GR被激素激活后可与NF-κB结合，阻止其进入胞核与各种致炎因子基因的κB位点结合，从而抑制炎性因子的合成^［15］。GR与NF-κB的相互作用可见于胞浆或胞核。激素也增加IκBα基因的转录，促进IκBα的合成^［16］。IκB于胞核内与激活的NF-κB结合，使NF-κB脱离靶基因κB位点回至胞浆中。炎性因子的合成因NF-κB的脱离而受阻。由此可见，激素对NF-κB较强的抑制作用是其广泛抗炎作用的基础。

　　参与哮喘炎症的细胞因子数量极多，机制极为复杂。如果能在一个较高的水平上对产生炎性因子的总体环节进行控制，而不是孤立地对繁杂的细胞因子一个一个分而治之，则将对哮喘的防治产生重要影响。参考文献

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(收稿：1998-09-04　修回：1998-12-17)