韓志海虞積耀
《海軍醫(yī)學雜志》2009年03期
【作者單位】：海軍總醫(yī)院呼吸科；海軍總醫(yī)院病理科；
核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）是真核細胞的核轉錄因子。1986年Sen和Baltimore先發(fā)現(xiàn)它是B淋巴細胞中免疫球蛋白kappa輕鏈轉錄所需要的轉錄因子，故命名為NF-κB。后發(fā)現(xiàn)NF-κB不僅存在于B淋巴細胞，而且普遍存在于真核細胞。NF-κB受多種刺激因素激活后入核內(nèi)，能和許多基因啟動子區(qū)域的固定核苷酸序列結合，啟動基因轉錄發(fā)揮其轉錄調節(jié)因子的功能，在機體免疫應答、炎癥反應及細胞的生長調控等方面發(fā)揮信號轉導樞紐的作用。目前，對NF-κB在嚴重創(chuàng)傷中作用的研究已進入一個新的領域。
1 NF-κB的結構及功能
NF-κB是由Rel/NF-κB家族的多肽成員組成的一組轉錄因子，主要有p50、p53、RelA(p65)、RelB(p68)和C-Rel(p75)5種NF-κB/Rel蛋白，根據(jù)C端區(qū)域結構的不同，Rel蛋白可分為2類：一類是含有錨蛋白樣重復結構(ankyrin like repeats)的前體蛋白p105和p100，經(jīng)ATP依賴的蛋白酶水解，可生成成熟的p50和p52；另一類是RelA、RelB、C-Rel，它們沒有前體，其C端含有一個或多個反式激活功能域(transactivationdomain，TA)，具有獨立激活基因轉錄的功能。Rel家族成員以同源或異源二聚體的形式存在，目前發(fā)現(xiàn)了一些具有轉錄活性的二聚體，它們是P50/RelA、RelB/p50、RelB/p52、p65/p50、p65/p6s、p65/c-Rel和p50/p50等，在這些復合物中，以p50和RelA形成的異源二聚體(p50/RelA，即通常所稱的NF-κB)更常見，活性更高，幾乎存在于所有細胞中。
在靜息狀態(tài)下，NF-κB與其抑制性蛋白IκB(inhibitorof NF-κB)特異地結合形成三聚體，使NF-κB限制在細胞質中。目前巳知哺乳動物細胞有IκB-α、IκB-β、IκB-γ、IκB-、IκB-δ、IκB-ε、p100和Bcl23等7種抑制性蛋白，它們都具有5～7個與Rel蛋白相互作用的錨蛋白重復序列和與降解有關的C端PEST序列。
大量的刺激因素如促炎性因子(TNF-α等)、T細胞和B細胞激活抗原、細菌脂多糖(LPS)、紫外線照射、電離輻射、病毒感染、活性氧介質和各種集落刺激因子(如粒-巨噬細胞集落刺激因子)等均能激活NF-κB和它的靶基因。TNF-α等刺激因素活化膜受體后，繼之活化Iκb激酶(Iκb kinase IκK)，活化的IκK將IκB-α分子的Ser32、Set36磷酸化，在泛素連接酶的作用下，磷酸化的IκB-α分子N端的21和22賴氨酸被泛素化修飾，構象發(fā)生改變，被ATP依賴的26S蛋白酶體識別并降解，NF-κB/IκB三聚體復合物變?yōu)镹F-κB二聚體復合物，暴露出p50的核定位信號和p65的DNA結合位點，二聚體進入細胞核調節(jié)特異基因的轉錄?；罨腘F-κB二聚體進入細胞核后，特異地與靶基因上游調控元件中的出基因結合，單獨或與其他轉錄因子協(xié)同調節(jié)靶基因的表達。
NF-κB的反饋調節(jié)包括細胞內(nèi)外的反饋調節(jié)、IκK水平的調節(jié)和p65蛋白的磷酸化調節(jié)等。細胞內(nèi)外的反饋調節(jié)為主要的調節(jié)方式，包括經(jīng)細胞外的正反饋調節(jié)途徑和經(jīng)細胞內(nèi)的負反饋調節(jié)途徑。經(jīng)細胞外的正反饋調節(jié)：NF-κB活化后，可增強TNF-α和IL-2β基因的轉錄，使TNF-α和IL-2β的產(chǎn)生和釋放增強，進而再次激活NF-κB而加強炎癥信號；經(jīng)細胞內(nèi)的負反饋調節(jié)途徑：在細胞內(nèi)，IκB-α和p105基因的啟動子中含多個NF-κB結合序列，NF-κB可特異地識別這些順式作用元件。當NF-κB被活化后，IκB-α和p105基因的轉錄可被上調，IκB-α和p105蛋白表達增加，使NF-κB胞核和胞質間穿梭的動態(tài)平衡向胞質傾斜，下調細胞核中NF-κB的活性，從而終止炎癥介質的轉錄。在機體內(nèi)，正負反饋兩種調節(jié)方式往往同時進行，NF-κB的活化狀態(tài)取決于占優(yōu)勢的一方。
2 NF-κB與嚴重創(chuàng)傷
大多數(shù)與危重病有關的病理生理機制均可激活IκK/NF-κB通路。在諸如缺血/再灌注、氧化應激等條件下，可使NF-κB活化。繼發(fā)的刺激如失血、高滲透壓、各種病毒和細菌產(chǎn)物，以及組織分解時釋放出的血紅蛋白、鉀等，巳知均可誘導激活IκK/NF-κB通路。
在嚴重創(chuàng)傷過程中，NF-κB參與巨噬細胞及白細胞的活化，并控制著許多促炎因子的基因表達；這一調節(jié)環(huán)節(jié)的失控將引起炎癥反應的放大乃至組織損傷。Grove等發(fā)現(xiàn)巨噬細胞炎癥蛋白-1基因表達量與NF-κB的活化成正相關。有人證實，環(huán)加氧酶抑制劑通過抑制環(huán)加氧酶Ⅱ(COX-2)mRNA的表達和阻止NF-κB的活化來減少前列腺素Ⅱ(PEG2)的產(chǎn)生。另外，粒/巨噬細胞集落刺激因子、前炎癥刺激因子IL-1β和TNF-α、單核細胞趨化蛋白-3(MCP-3)等多種炎癥蛋白的表達都與NF-κB的活化有關。研究顯示患有全身炎癥反應綜合征和多臟器功能障礙患者外周血炎性細胞NF-κB活性增強，且死亡患者NF-κB的活化水平高于生存患者，說明NF-κB在全身炎癥反應和臟器組織損害的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。
2．1 NF-κB與燒傷
嚴重燒傷后血液中性粒細胞數(shù)目增加且功能被激活，隨之繼發(fā)性釋放氧自由基、蛋白酶等，從而進一步導致NF-κB的活化，引起TNF-α、血管內(nèi)皮黏附因子-1等產(chǎn)生增加，導致SIRS等全身炎癥反應致全身組織損傷。
研究發(fā)現(xiàn)大鼠在嚴重燒傷后1h其肺組織中NF-κB活性即明顯升高，3h達到高峰，在傷后24 h維持于高水平狀態(tài)。嚴重體表燒傷導致肺組織NF-κB活化，進一步證實體表燒傷不但造成燒傷局部組織損傷而且影響了遠隔臟器，NF-κB參與了這一過程。嚴重燒傷實驗動物心肌細胞活力顯著降低，核內(nèi)NF-κB水平明顯升高，其DNA結合活性亦顯著提高。NF-κB抑制劑吡咯烷二硫代氨基甲酸鹽(Purc)預處理后，可見到心肌細胞損傷明顯減輕，活力增強，核內(nèi)NF-κB水平及轉錄活性都有所降低。表明NF-κB參與了嚴重燒傷后心肌細胞的損傷作用，其機理可能是通過促進心肌細胞凋亡而致心肌細胞損傷。
2．2 NF-κB與創(chuàng)傷性腦損傷
創(chuàng)傷性腦損傷是神經(jīng)外科常見的危急重癥，外傷后局部腦組織碎片、血腫、缺血缺氧均可誘發(fā)炎性反應，導致NF-κB的活化。從目前的研究可以發(fā)現(xiàn)，NF-κB在腦損傷中具有雙重作用，一方面作為各種炎性因子的中間調控環(huán)節(jié)，在腦損傷后促進炎性因子產(chǎn)生，具有保護神經(jīng)元、膠質細胞的作用；另一方面，過度、持續(xù)的表達會導致各種損傷加重。
Clemens等通過大鼠腦缺血模型研究表明，24h內(nèi)一過性NF-κB活化誘導神經(jīng)元保護因子的表達，保護缺血性腦損傷，但在海馬神經(jīng)元中持續(xù)表達，造成海馬CA1區(qū)神經(jīng)元損傷，提示NF-κB的短暫激活可能誘導了細胞凋亡機制，在存活神經(jīng)元中產(chǎn)生保護因子，在缺血性腦損傷中起到神經(jīng)元結構和功能的保護作用，而持續(xù)的NF-κB激活，可能誘導了導致神經(jīng)元死亡的蛋白質，造成神經(jīng)元的死亡。有人通過在大鼠尾狀核部位注入自體未凝血制造腦出血模型，研究了大鼠實驗性腦出血后血腫周圍腦組織NF-κB的表達及其在繼發(fā)性腦損傷中的作用。結果提示腦出血后NF-κB表達增加，且發(fā)現(xiàn)NF-κB陽性細胞數(shù)與腦組織含水量呈正相關，NF-κB可能通過炎性機制參與了腦出血后繼發(fā)腦水腫的形成，NF-κB在腦內(nèi)出血中的作用與其在缺血性腦損傷中的作用相似，故相關的拮抗性治療應在出血早期NF-κB廣泛活化與大量的促炎性因子表達之前進行。
創(chuàng)傷性腦損傷還可引起腸組織NF-κB活性和MMP-9表達明顯上調。創(chuàng)傷性腦損傷后3h腸組織NF-κB的活性即明顯增加，并保持3～7d。另外，MMP-9的表達在創(chuàng)傷性腦損傷后12h也明顯增加，至72h達高峰。在時間上，NF-κB和MMP-9的表達高峰與腸粘膜損害高峰相吻合，提示由NF-κB和MMP-9介導的腸炎性反應可能在所致急性腸黏膜損害中起重要作用。
2．3 NF-κB與失血性休克
在嚴重創(chuàng)傷或出血性休克的情況下，有效血容量明顯減少，心輸出量明顯下降，血液灌流不足，微循環(huán)障礙，從而直接影響主要臟器如腦、心、肺、肝、腎等的功能。在失血性休克大鼠病理過程中，肝組織在傷后NF-κB迅速表達，傷后6h達到峰值，傷后8h仍維持較高水平，NF-κB持續(xù)高表達一直維持在肝臟這一病理過程的始終，表明NF-κB在創(chuàng)傷失血性休克傷后肝臟繼發(fā)性損害中扮演著重要角色，參與了肝損傷的發(fā)生。同樣的研究發(fā)現(xiàn)，在失血性休克鼠模型的肺組織細胞中NF-κB的活性在短期內(nèi)立即升高，隨后各種細胞因子的含量也明顯增加，炎癥介質的大量釋放產(chǎn)生瀑布樣反應，導致膿毒癥，甚至臟器功能不全和多臟器功能障礙綜合征(MODS)。
2．4 NF-κB與MODS
MODS是嚴重創(chuàng)傷后主要并發(fā)癥和死亡原因之一。研究表明NF-κB的活化在創(chuàng)傷后MODS的發(fā)生中具有十分重要的作用，處于信號轉導的核心地位。
大量的動物實驗均表明嚴重創(chuàng)傷的早期已可誘導NF-κB的活化。在LPS引起的MODS大鼠模型中，顯示在NF-κB啟動子控制下可表達蟲熒光素酶DNA；LPS刺激時，NF-κB活化表現(xiàn)為器官特異性和時間依較性。給予LPS1～2h后，可誘導肝臟NF-κB活化，2h后使肺臟NF-κB活化，以及1～4h激活脾臟中的NF-κB在給予LPS 6h后，可發(fā)現(xiàn)肺臟NF-κB依賴性細胞因子mRNA和血清細胞因子增加，24h后可發(fā)現(xiàn)粒細胞性肺泡炎的組織學證據(jù)。這些結果提示NF-κB在急性肺損傷發(fā)病中的重要作用。在采用盲腸結扎或穿孔制成的鼠膿毒血癥模型中，3h后可在肝臟和肺臟中檢測到早期激活的NF-κB對鼠全身應用胰酶后，肺臟炎癥反應與NF-κB在肺內(nèi)的活性增加有關，可解釋急性胰腺炎時出現(xiàn)全身性炎癥反應的機制?？傊?，越來越多的證據(jù)顯示，NF-κB參與了MODS的發(fā)生和發(fā)展。
Altavilla等在失血性休克小鼠模型中發(fā)現(xiàn)休克早期即出現(xiàn)肺、肝、腦細胞NF-κB的活化，提示NF-κB為MODS病理生理變化的啟動因子。Paterson等發(fā)現(xiàn)危重患者中性粒細胞和單核細胞的NF-κB活性遠較健康人的高，在10例患者中，存活96h的患者單核細胞NF--κB活性不變，而4例死亡者在死亡前的NF-κB活性則較存活者的明顯增加。同時血IL-6、IL-8和細胞間黏附分子-1升高，但與NF-κB活性無關。Foulds等研究發(fā)現(xiàn)，術后發(fā)生MODS的患者外周血單核和中性粒細胞中NF-κB的活性明顯高于未發(fā)生MODS的患者，死亡患者的NF-κB水平高于存活者。Bohrer等觀察到敗血癥休克患者外周血單個核細胞NF-κB的結合力增加，且所有6d內(nèi)死亡病例的第1天NF-κB活性均高于基礎值2倍以上，并顯示NF-κB活性與APACHE-Ⅱ評分呈明顯正相關。有研究顯示，MODS組各時點外周血單個核細胞NF-κB活性明顯高于正常對照組，以第3天為至高點，說明MODS早期存在NF-κB的活化增多；NF-κB活性在存活組呈降低的趨勢而死亡組維持在高水平，提示持續(xù)高水平的NF-κB活性預示預后不良。
3展望
目前在嚴重創(chuàng)傷領域，NF-κB更重要的方面是其對疾病預測的價值，尤其是在危重病的早期階段。今后，NF-κB活性的量化將有助于對危重病的預測和監(jiān)測，并可能為盡早調整加強治療方案提供一個理想的工具。
NF-κB在嚴重創(chuàng)傷炎性反應中的有著重要地位，抑制NF-κB有望成為嚴重創(chuàng)傷后繼發(fā)性炎癥治療新的藥理學靶點。但目前各種拮抗NF-κB藥物治療嚴重創(chuàng)傷后繼發(fā)炎癥反應的效果并未達到理想水平，提示可能還有其他的效應機制參與了該過程的發(fā)生和發(fā)展。另外，在拮抗NF-κB時，將NF-κB的水平控制在什么范圍之內(nèi)更為合適，以及拮抗NF--κB在嚴重創(chuàng)傷后繼發(fā)性炎癥具體作用與時空關系等問題，均有待進一步深入探討和研究。
(本文編輯：林永麗)