NF-κB/IκB信号通路与皮肤病*

郁 博综述,何 威审校

(1.第三军医大学新桥医院皮肤科,重庆400037;2.青岛大学医学院附属医院皮肤科 266003)

核因子-κB(nuclear factor kappa binding,NF-κB)是广泛存在于细胞中的具有多向调节作用的蛋白质分子,可调节100多种靶基因的表达,其中的大多数均参与了宿主的免疫和炎症反应。NF-κB抑制蛋白 (inhibitor of NF-κB,IκB)是 NF-κB的抑制因子。本文主要就 NF-κB/IκB信号通路的概况及其在某些皮肤病发病机制中的作用进行综述。

1 NF-κB/IκB 信号通路的构成

1.1 NF-κB/Rel蛋白结构和主要功能 NF-κB是由 Rel蛋白家族成员组成的二聚体。哺乳动物细胞中有6个NF-κB/Rel家族成员,分别为 NF-κB1(p50及其前体p105)、NF-κB2(p52及其前体 p100)、RelA(p65)、c-Rel、v-Rel和 RelB。其中 p50和p52二者分别由其蛋白前体p105和p100裂解而来,其C端不含有反式激活功能域(transactivatian domain,TAD),无转录激活活性,与靶DNA序列结合后表现为抑制基因转录。而RelA(p65)、RelB和c-Rel的C端均含TAD,与靶DNA序列结合后可促进基因转录。这些家族成员以一定的方式组合成同源或异源二聚体,即为不同的转录因子。目前发现的异源二聚体有 p50/RelA、p50/c-Rel、RelA/c-Rel和同源二聚体 RelA/RelA、p50/p50、p52/p52等,其中p50/RelA在多种细胞中含量丰富,即通常所说的 NF-κB。由于 NF-κB是序列特异的转录因子,不同的二聚体有不同的转录激活特性,因而对基因调控的特异性也有所不同[1]。

1.2 IκB蛋白结构和主要功能 IκB蛋白家族的成员主要包括:IκBα、IκBβ 、IκBε、Bcl-3、IκBγ、IκBδ、p100 和 p105 等。 IκB 分子的N端和C端均有重要的功能特性。N端是信号反应区,含有磷酸化位点和泛素化位点,其磷酸化位点中的两个丝氨酸残基对于调节IκB抑制 NF-κB的激活是非常重要的,其泛素化位点与IκB分子的泛素化及其降解有关。IκBα和 IκBβ的C端含有一个富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)的区域,称为 PEST区,而 IκBε则不含有此区。PEST区是一个磷酸化的位点,被认为在调节IκB的稳定性方面发挥作用,它可直接与DNA相互作用,从而抑制DNA与NF-κB/Rel二聚体的结合,并可促使已与DNA结合的NF-κB复合体从DNA上分离。此外,IκBα还可通过其C端与p53结合[2]。

1.3 IκB激酶复合物 IκB激酶(IκB kinase,IKK)复合物是外来刺激导致NF-κB信号传导通路改变的重要枢纽环节。IKK在外源刺激物作用下激活 IκB蛋白的磷酸化和降解途径。IKK复合物由多个亚基组成,主要起作用的亚基有IKKα、IKKβ和IKKγ。IKKα和IKKβ称为催化亚基,IKKγ又称结构亚基。IKKα和 IKKβ的基因结构相似,但抑制 IKKα和 IKKβ活性所产生的病理生理学结果却各不相同[3]。IKKα蛋白可与肿瘤坏死因子-α(TNF-α)受体家族成员中的 NF-κB受体激活蛋白(recep tor activator of NF-κB,RANK)作用,影响 NF-κB蛋白的DNA结合活性。而IKKβ蛋白与炎症反应有关,可保护多种细胞抵御炎症引起的凋亡。IKKγ亚基自身无激酶区域,但具有参与蛋白质相互作用的亮氨酸拉链膜体,影响IKK复合物和NF-κB代谢。

2 NF-κB/IκB信号通路的活化与调节

包括 TNF-α、IL-1β、LPS、氧化剂、放射线、紫外线、病毒及其代谢产物在内的多种因素可以诱导NF-κB的活化。与细胞分裂和增殖有关的因素也可促进NF-κB的活化。尽管上述激活物的细胞内信号传导途径不尽相同,但最终都通过IKK使IκB 降解,使后者与 NF-κB 解离,NF-κB 被激活[4]。

活化的NF-κB调控许多基因的表达,以直接或间接的方式调节机体的生理或病理反应。在细胞内外信号通路正、负反馈的精细调节下,正常细胞内NF-κB的活化维持在适当水平。如果刺激因素未能及时清除甚至加强,则导致NF-κB过度活化,引起 TNF-α、IL-1β等前炎性细胞因子大量合成、释放。这些前炎性细胞因子进一步活化 NF-κB/IκB信号通路,诱发更多的致炎因子生成,产生正反馈放大作用,形成“瀑布效应”[5]。这是 NF-κB迅速增加,反应灵敏的重要机制,必然导致机体的病理反应和损伤。NF-κB的主要负反馈调节取决于IκB的作用。IκBα本身是 NF-κB 作用的靶基因,NF-κB 的活化使IκBα合成增加;新合成的IκBα蛋白进入核内,与结合在DNA上的NF-κB结合,并使其从DNA上脱落,重新形成复合物,经核孔移出,在胞浆中以静息状态等待下一次的激活。此外,NF-κB活化可激活 p105的表达,使 p50同源二聚体增加,由于p50缺乏TAD,竞争性结合于DNA调控序列而抑制靶基因的表达。正、负两种反馈调节往往同时进行,NF-κB是否处于活化状态取决于何种调节占优势。

3 NF-κB/IκB 信号通路与皮肤病

3.1 NF-κB/IκB信号通路与银屑病 免疫介导是银屑病的主要发生机制,银屑病患者皮损区一些细胞因子及黏附分子表达异常,其中包括 IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、TNF-α和神经生长因子(NGF)等[6],而这些因子编码基因的启动子或增强子上都有NF-κB的结合位点。对银屑病患者皮损的研究发现 NF-κB表达量高于正常人,其中在 Munro微脓疡处表达更强,提示活化的NF-κB可能参与了银屑病的病理过程。在IκBα缺陷的转基因鼠出现表皮增厚现象以及银屑病样皮损,这进一步提示NF-κB参与银屑病的发病。但是与上述结论相反,在加入NF-κB抑制物的局部皮肤,表皮也出现了过度增殖。最近报道慢性银屑病斑块中NF-κB活化缺陷与皮损的形成有关,因此NF-κB在银屑病的发病过程中可能具有两种不同的作用。对此的可能解释在于 NF-κB作用的复杂性,NF-κB在疾病的不同阶段可能作用不同[7]。一些对NF-κB起作用的药物治疗银屑病有效,如糖皮质激素、环孢素及他克莫司等,这些药物作用的机制正是通过减少 IκB的降解而抑制 NF-κB的活性[8]。

3.2 NF-κB/IκB信号通路与结缔组织病 研究报道提取的系统性硬皮病患者外周血单个核细胞(PBMC)的核提取物,发现NF-κB的表达明显增加。在皮肌炎和多发性肌炎的肌肉中,所有的活肌纤维及20%～40%的坏死肌纤维的细胞质中都有NF-κB的表达,而且是p65表达,这可能提示NF-κB可能在调节肌病以及肌肉的修复中起作用[9]。对SLE患者外周血单一核细胞 NF-κB的检测表明,其外周血 PBMC中NF-κB活性较正常对照显著增高,且在活动期高于缓解期。通过基因敲除技术的研究发现,NF-κB对B细胞产生抗体也具有调节作用。对自身免疫性小鼠使用含假性NF-κB诱导剂的寡脱氧核苷酸,可使NF-κB的p50减少,而免疫球蛋白IgM和IgG的合成减少,同时抗dsDNA抗体的产生也明显减少[10]。这些实验结果都说明SLE患者中存在NF-κB信号通路的异常,而且这种异常与抗dsDNA、IgG分泌密切相关。

3.3 NF-κB/IκB信号通路与特应性皮炎 在他克莫司软膏治疗AD患者的研究发现,角质形成细胞NF-κB过度活化是启动或维持AD皮肤炎症反应的基础,他克莫司通过直接或间接作用抑制角质形成细胞的NF-κB在细胞核的表达,从而抑制与 NF-κB调控有关的免疫及炎症反应[11]。

在以泛发性皮炎为特征的IκBα缺陷小鼠的真皮成纤维细胞中,TNF-α可诱导嗜酸粒细胞活化趋化因子-1的表达,随着TNF-α减少,二者的m RNA 水平均减少;而显性表达 IκBα的小鼠则完全抑制了TNF-α介导的嗜酸粒细胞活化趋化因子-1的产生,然而即使在缺乏 TNF-α的情况下,仅仅激活IKKβ就足以使该因子完全表达,因此 NF-κB/IκB信号转导通路对于调节成纤维细胞的嗜酸粒细胞活化趋化因子-1的表达起关键性的作用[12]。

近来研究发现在树突状细胞和巨噬细胞中,IgE高亲和力受体(FcεRI)可以通过IκBα丝氨酸磷酸化及降解来激活 NF-κB[13]。NF-κB的抑制剂可以抑制 FcεRI诱导的 TNF-α的释放。RelB(-/-)小鼠出现的皮损与 AD患者相似,皮损中有CD4+T细胞和嗜酸粒细胞浸润。Tanaka等[14]证实,一种诱导NF-κB活化的寡聚脱氧核苷酸软膏外用可改善 NC/Nga特应性小鼠模型的皮炎症状,显示 NF-κB缺陷与AD的发病有关。

3.4 NF-κB/IκB信号通路与日光性皮炎 紫外线中主要由中波紫外线引起急性皮肤晒伤、皮肤老化、皮肤肿瘤形成及免疫抑制反应。暴露于紫外线下,可以导致DNA损伤,诱导几种信号转导途径,最终激活NF-κB和激活蛋白-1等一些核转录因子。将小鼠暴露于中波紫外线,然后通过系统和局部应用寡脱氧核苷酸可以抑制紫外线引起的皮肤水肿、淋巴细胞浸润、表皮增生、前炎症因子聚集等炎性变化,同时抑制IL-1、IL-6和TNF-α等细胞因子的分泌。长波紫外线照射后,人角质形成细胞中NF-κB的激活明显减少;而且用长波紫外线预处理后的角质形成细胞对NF-κB的诱导剂无反应,这提示长波紫外线可能调控 NF-κB依赖的基因表达[15]。

3.5 NF-κB/IκB 信号通路与皮肤肿瘤 NF-κB/IκB 信号通路的失调会导致与肿瘤生长、侵袭和转移相关的基因表达,并参与肿瘤细胞抵抗放疗及化疗的机制。NF-κB/IκB信号异常活化可导致细胞周期调节失控,表现为细胞无限增殖和自主分裂,肿瘤形成。另一方面,NF-κB可通过上调促细胞存活基因和抗凋亡基因表达,从而保护细胞使其免于凋亡[16]。

Torabian等[17]证实黑素瘤迁移与 NF-κB有关,Dimas等[18]在对黑素瘤的研究中也发现NF-κB与肿瘤的转移机制密切相关。研究发现,皮肤淋巴瘤中NF-κB p65与原癌基因cmyb均呈高表达,且两者的表达呈显著正相关。其相关机制可能在于各种刺激因子作用下NF-κB被激活,其与c-myb上的相应位点结合而激活c-myb的表达[19]。

3.6 NF-κB/IκB信号通路与遗传性皮肤病 色素失禁症是一种X联显性遗传病,目前确认是由于编码IKK的NEMO基因突变所致。A radhya等[20]确认了357例色素失禁症患者中277例的突变位点,其中90%共同存在NEMO基因的缺失。外胚层发育不良至少有3个基因与NF-κB活化有关,产生的症状各异[21]。

3.7 NF-κB/IκB信号通路与扁平苔藓 扁平苔藓的发病免疫学机制倾向于以细胞介导的免疫反应为主,激发或伴随体液免疫反应。Rhodus等[22]报道在口腔和皮肤扁平苔藓皮损的角质形成细胞中NF-κB表达升高,且与细胞毒性T细胞浸润密切相关,提示NF-κB在扁平苔藓发病机制中起重要作用。在口腔扁平苔藓的渗出液中NF-κB及其介导的细胞因子TNF-α、IL-1α、IL-6和 IL-8表达明显增高,且与疾病的严重程度成正相关[23]。任晓丽和白莉[24]也发现与正常人皮肤相比较,扁平苔藓皮损表皮和真皮浸润淋巴细胞中 NF-κB p65、ICAM-1表达增强,由此推测NF-κB p65调控 ICAM-1产生炎症和免疫反应,从而在扁平苔藓发病机制中发挥重要作用。

4 结 语

进一步了解 NF-κB/IκB信号通路及调节机制,将可能对免疫和炎症性皮肤病的治疗提供理论依据。随着分子生物技术的发展,以 NF-κB/IκB信号通路为靶点使用 NF-κB特异的选择性抑制剂或IκB特异的选择性增强剂进行基因治疗,有望为皮肤疾病治疗开辟新的道路。

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