胡語航王興勇
《兒科藥學雜志》2007年03期
【作者單位】：重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院
缺氧缺血性腎損傷是新生兒窒息、肺炎、休克及腎移植、腎切開取石術等臨床共同面臨的問題，嚴重時可發(fā)展為多器官功能障礙綜合癥甚至死亡。核因子B(nuclear factor kappa B，NF-KB)參與多種細胞因子及炎癥介質(zhì)基因的轉錄調(diào)控，在炎癥反應網(wǎng)絡調(diào)節(jié)中起重要作用。
1 Rel/NF-κB信號傳導通路
1．1 Rel/NF-κB的家族組成及功能
NF-κB是Rel蛋自家族成員，幾乎存在于所有細胞中，目前在哺乳動物細胞內(nèi)易發(fā)現(xiàn)NF-κB Rel家族的五個成員：RelA、NF-κB1、NF-κB2、RelB和C-Rel。每一個家族成員亞基的N末端都有一個約300個氨基酸殘基的Rel同源結構域(RHD)，是介導NF-κB與DNA結合所必須的，同時還含有核定位序列(NLS)，負責活化的NF-κB進入核內(nèi)發(fā)揮生物學功能。典型的NF-κB是由p50和p65亞基組成的異二聚體，幾乎存在于所有真核細胞中。
NF-κB的抑制蛋白(inhibitor-κB，IκB)家族成員包括IκB-α、β、γ、δ、ε和Bcl-3。IκB具有以下幾種功能：
①阻止NF-κB與DNA結合；
②通過與NF-κB亞基上的RHD耦聯(lián)，覆蓋NSL，使其不能核易位；
③使NF-κB與DNA形成的復合體解離，抑制相關基因轉錄。
1．2 NF-κB的活化與調(diào)控
靜息狀態(tài)下，NF-κB與其抑制蛋白IκB相結合并以非活化的形式存在于細胞質(zhì)。IκB抑制蛋白主要是對NF-κB的活化起抑制作用。IκB憑借錨蛋白重復序列與NF-κB的RHD結合，掩蔽NF-κB的NLS，使NF-κB滯留于胞漿。
NF-κB激活的機制較為復雜，目前尚未完全闡明，但可以肯定的是在其信號傳導通路中，IκB激酶(IκK)激活與IκB磷酸化是從NF-κB解離到降解關鍵的步驟。目前發(fā)現(xiàn)誘導NF-κB活化的信號先使IκB32和36位上的絲氨酸磷酸化，后者在21和22位的賴氨酸位置上迅速泛素化，進而觸發(fā)IκB被26S蛋白體快速降解后從NF-κB/IκB復合體中釋放出來，IκB失活。DiDonat等證實，至少有3種蛋白激酶參與IκB磷酸化及降解，導致NF-κB活化，它們分別是IκB蛋白激酶-1(1κK-1)、IκB蛋白激酶-2(IκK-2)、NF-κB誘導型蛋白激酶(NIK)?；罨腘IK又可使IκK-1和IκK-2磷酸化而被激活。即誘導劑通過激活信號傳導途徑，導致NIK活化，引起IκK-1、IκK-2磷酸化，IκB從NF-κB/IκB復合體中解離出來，被胞漿中的蛋白酶降解暴露出核定位位點，促進相關基因的轉錄和表達。NF-κB活化的反饋調(diào)節(jié)有兩種途徑：經(jīng)胞外的正反饋途徑和經(jīng)胞內(nèi)外的負反饋途徑。
2 ICAM-1 mRNA和蛋白的表達
2．1 ICAM-1轉錄及其在腎臟組織中的表達
細胞間粘附分子是一類調(diào)節(jié)細胞與細胞，細胞與細胞外基質(zhì)間相互結合、起粘附作用的膜表面糖蛋白，分ICAM-1、2、3三種。在ICAM-1基因的5’調(diào)節(jié)區(qū)域有IFN反應元件、糖皮質(zhì)激素受體結合位點、NF-κB結合位點、活化劑蛋白-1反應元件等。NF-κB、AP-1等轉錄因子可分別與這些元件結合而影響基因的轉錄，即各種刺激因素對這些轉錄因子作用從而促進ICAM-1基因的轉錄。
Muller等用免疫組化的方法研究了15例正常人腎組織中ICAM-1的表達，發(fā)現(xiàn)腎小球系膜細胞、內(nèi)皮細胞、腎小球壁層上皮細胞可以表達ICAM-1，ICAM-1強染色也可以見成纖維細胞、腎小管周圍毛細血管和大血管的內(nèi)皮細胞。正常腎小管上皮細胞也可以低水平表達ICAM-1，有炎癥反應存在時表達明顯增強。
2．2 NF-κB活化與ICAM-1轉錄表達
ICAM-1含有5個細胞外的免疫球蛋白樣結構域。ICAM-1表達的調(diào)控元件位于ICAM-1轉錄起始位點上游的115、40和60位點。組織受到缺血缺氧刺激后，IκB降解，NF-κB活化，從細胞質(zhì)到細胞核與靶基因即ICAM-1基因的啟動子和增強子中含有的κB序列相結合，迅速誘導基因轉錄表達。
3缺氧復氧分子信號機制的三個階段
3．1再灌注的速發(fā)型應答
再灌注后數(shù)秒至數(shù)分鐘內(nèi)，一連串的分子級聯(lián)反應很容易被刺激，尤其是那些依賴磷脂酶活化和胞內(nèi)Ca2+的分子。這一階段主要以脂質(zhì)和形成的蛋白為代表，這些蛋白在再灌注血流進入循環(huán)一開始就出現(xiàn)并且與內(nèi)皮組織建立聯(lián)系。早已存在于內(nèi)皮細胞表面和血小板的粘附因子如P-選擇素也在這一階段表達增強，粘附分子在細胞骨架變化及Ca2+釋放后表達增強。
3．2再灌注的早期反應
缺血再灌注后數(shù)分鐘至數(shù)小時內(nèi)，蛋白合成的活化轉錄開始，尤其是炎癥因子。在調(diào)節(jié)缺血再灌注分子信號途徑中這些炎癥因子尤其是TNF-α處于中心地位。起初的分子信號從此開始，并傳遞到細胞質(zhì)，胞質(zhì)內(nèi)的激酶被活化，信號至胞核，使轉錄因子活化、進一步持續(xù)炎癥反應。
3．2．1 TNF、NF-κB的活化
TNF是由157個氨基酸殘基組成的同型三聚體。TNF信號途徑已經(jīng)相當具有特征性。胞漿內(nèi)TNF與TNF-R1結合觸發(fā)一連串反應，激活核內(nèi)的NF-κB及原癌基因c-jun。這些核因子是誘導炎癥基因轉錄的基礎。IκB在胞漿內(nèi)磷酸化、泛素化并降解。IκK與TNF-R1共同活化，這一活化過程依賴于RIP。銜接蛋白也參與TNF-R1的活化，從而使得NF-κB、JNK活化。NF-κB、JNK及TNF-R1之間相互作用，使整個信號系統(tǒng)持續(xù)的進行，一直到位于核內(nèi)的轉錄因子的基因開始表達。
3．2．2 MAPK’s途徑
在所有應激誘導的激酶中，p38 MAPK更典型，被認為是更重要的炎癥激酶，可以對缺血再灌注后產(chǎn)生的一系列炎癥信號作出應答。JNK是分子量約為54KDa的蛋白質(zhì)，在應激、TNF、IL-1、LPS及其他一些條件下被活化，它在活化激活蛋白-1(AP-1)、TNF表達、T細胞增殖、產(chǎn)生IL-1等過程中有著尤其重要的作用。ERK是與增殖、轉化及分化相關的MAPK，它可以在細胞外基質(zhì)應答中參與產(chǎn)生細胞因子。MAPK’s途徑中彼此間是一連串相互重疊交錯的信號機制。實驗研究清楚地提示MAPKs在加重缺血再灌注損傷中起重要作用。大多數(shù)情況下，炎癥信號可以被MAPKs強化，而被MAPKs抑制劑下調(diào)。
3．3再灌注的遲發(fā)反應
缺血再灌注數(shù)天至數(shù)周后產(chǎn)生分子保護機制，包括細胞康復相關途徑，如抗炎癥細胞因子(IL-10)，晚發(fā)型粘附分子和生長因子如TGF-β在康復過程中將會被激活。在細胞水平，巨噬細胞和成纖維細胞明顯增多，參與修復過程。
4缺氧-復氧、PMNs粘附與腎損傷
大量動物試驗表明，多形核白細胞(PMNs)和其他炎癥細胞在急性缺血性腎損傷的發(fā)病機制中扮演了重要角色，炎癥細胞的激活和粘附分子的釋放是組織損傷的關鍵反應。
國內(nèi)學者已觀察到新生兒窒息后腎損傷組外周血白細胞計數(shù)明顯高于非損傷組，且與腎功能損傷程度呈正相關，在窒息大鼠恢復供氧的模型中進一步觀察到腎組織白細胞滯留數(shù)明顯增多，且與IL-1、IL-8、TNF-α。等炎癥細胞因子及腎小管損傷程度呈正相關?？梢奝MNs作為一種致傷因子參與了腎缺血再灌注損傷的發(fā)生。缺血再灌注可激活腎內(nèi)皮細胞和炎癥細胞，白細胞在血管內(nèi)皮細胞表面滾動、粘附和穿越內(nèi)皮移行至炎癥部位是PMNs激活和致炎的重要步驟，其分子基礎是PMNs及血管內(nèi)皮細胞表面的粘附分子相互作用及細胞因子對粘附分子表達的調(diào)節(jié)。ICAM-1與PMNs上的LFA-1和Mac-1配體相結合可引起細胞的粘附滲出，ICAM-1功能的缺陷將引起PMNs粘附和滲出障礙，有利于減輕炎癥反應。大量資料表明，CD11/CD18整合素和ICAM-1在缺血再灌注腎損傷的發(fā)病機制中具有重要作用。L-選擇素和P-選擇素可在受炎癥刺激后數(shù)分鐘內(nèi)表達于細胞及血小板表面，通過相應配體相互作用，介導起始粘附作用及滾動作用。
有學者認為，PMNs在介導缺血再灌注腎損傷起重要作用，其可能機制為：
①PMNs激活后通過“呼吸爆發(fā)”產(chǎn)生活性氧，超過了機體的清除能力，可直接損傷組織和誘導細胞凋亡。
②PMNs釋放多種水解蛋白酶等其它可引起組織損傷的酶類，這些物質(zhì)和白三烯、血小板激活因子增加血管通透性，促使炎癥反應的粘附分子的表達。
③PMNs激活后變得僵硬，失去變形能力而不能通過腎毛細血管，堵塞微循環(huán)，致再灌注后期的無灌流，延長腎缺血時間，加重缺血損傷。
綜上所述，缺氧復氧、缺血再灌注是一重要的病理現(xiàn)象。缺氧刺激TNF活化，活化NF-κB，致ICAM-1 mRNA表達增多，ICAM-1介導PMN粘附在腎小管內(nèi)皮細胞，這三者的時間進程關系提示它們之間存在一定的因果關系。