IKK/NF-κB信号通路与中枢神经系统疾病

张茴燕综述， 殷小平审校



综 述

IKK/NF-κB信号通路与中枢神经系统疾病

张茴燕综述， 殷小平审校

IKK/NF-κB信号通路是目前研究发现最重要的炎症通路之一。炎症反应广泛参与神经系统疾病的病理生理过程，脑缺血再灌注损伤是炎症反应的急性表现，慢性炎症反应也是神经系统退行性疾病发生发展的重要原因。IKK/NF-κB信号通路是迄今研究的最为重要的炎症反应通路之一，生理条件下，核转录因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)与NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)蛋白结合以无活性的形式存在于细胞质中，当机体受到外界刺激时，激活IκB活激酶复合物(inhibitor of IκB kinases,IKK)使其发生磷酸化和泛素化，致使NF-κB与IκB发生解离并进入细胞核，与靶基因中NF-κB的结合位点相结合，启动靶基因转录，从而增加下游炎性因子的表达[1]。调控IKK/NF-κB信号通路从而调控下游炎性因子的表达，可能成为预防和治疗炎症反应所致的中枢神经系统疾病的重要方法，因此，本文对IKK/NF-κB信号通路在中枢神经系统疾病的作用作一综述。

1 IKK/NF-κB信号通路

1.1 IKK/NF-κB信号通路系统组成 在中枢神经系统，IKK/NF-κB信号通路主要存在于神经元、胶质细胞及血管内皮细胞中，由NF-κB家族、IκB家族及IKK复合物共同组成。NF-κB属于Rel蛋白家族，是由两种Rel家族亚基共同组成的同源或异源二聚体。在哺乳动物中NF-κB/Rel家族有5种不同亚基：p50、p52、RelA(p65)、RelC、RelB，每个亚基含有一个DNA结合亚单位，即由N-端300个氨基酸组成的Rel同源结构域[2]，负责DNA结合、二聚化、核定位及与IκB抑制性亚单位相互作用。

IκB家族主要成员有：IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBε、Bcl-3、p100 和p105，每个成员均含有与NF-κB相互作用的基础结构，是由5～7个约30个氨基酸组成的蛋白重复序列[3]。在IκB家族中IκBα可与最普遍的NF-κB二聚体p65/p50结合，掩饰p65的核定位序列，IκBα的核导出序列与p50的核定位序列结合，使IκBα与NF-κB二聚体p65/p50的复合物在细胞质和细胞核之间穿梭运动；另外IκBα是NF-κB活化过程中最强的负反馈因子，保证NF-κB活化的迅速发生和关闭；IκBβ和IκBε能缓冲系统活化的波动趋势，从而NF-κB保持一个相对较长的响应时间。

IKK复合物是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员，由IKKα(IKK1)、IKKβ(IKK2)及NEMO(IKKγ)3个亚基组成。IKKα和IKKβ具有较高的序列同源性和相似的结构，N-末端均含有蛋白激酶区，因此具有丝氨酸蛋白激酶活性，可催化底物IκB蛋白发生磷酸化；NEMO可使IKKα和IKKβ紧密结合，通过调节IKKα和IKKβ的结构变化来改变它们的活性。NEMO在经典NF-κB信号通路中是必不可少的，它通过与IKKα和IKKβ的直接作用而介导IKK复合物的组装，并促进IκB蛋白与IKK复合物的相互作用。

1.2 IKK/NF-κB信号通路与炎症反应 正常情况下在细胞质内IκB蛋白通过非共价键与NF-κB结合，掩盖NF-κB的核定位信号，从而阻止NF-κB核易位。当细胞受外界刺激后，NF-κB活化主要有两条途径：即经典激活途径和非经典激活途径。

经典激活途径是NEMO发生泛素化，使IKK的蛋白激酶区暴露，诱导T环丝氨酸残基发生反式自磷酸化。被激活的IKK可使IκBα的第32、36位点丝氨酸残基磷酸化，磷酸化的IκB被泛素结合酶识别发生快速泛素化，在26s的蛋白酶的作用下被降解，致使NF-κB与IκB解离；解离状态下的NF-κB p65亚基进一步转录后修饰，由细胞浆入细胞核，与靶基因中NF-κB的结合位点相结合，启动靶基因转录，从而增加下游一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、环氧酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)、白介素1β(interleukin 1β,IL-1β)、白介素6(interleukin 6,IL-6)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)等炎性因子的表达。而炎性因子IL-1β和TNF-α作为NF-κB下游产物亦可诱导NF-κB的激活，可能是通过促进IKK激活及磷酸化、IκB磷酸化降解、p65亚基磷酸化，上调更多炎性因子的表达，形成炎性环路[4]。

非经典激活途径是通过NF-κB诱导激酶(NF-κB inducing kinase，NIK)激活IKKα，被激活的IKKα使p100发生裂解，生成p52，随后p52与RelB形成功能复合体并发生核移位，进入细胞核与靶基因结合，促进其表达[5]。

2 IKK/NF-κB信号通路与脑血管疾病

2.1 IKK/NF-κB信号通路与脑缺血 在大脑中动脉闭塞(MCAO)脑缺血动物模型中，脑缺血后氧化应激可诱导大量IKKα在细胞核内聚集，术后1 h和24 h IKKα、IKKα/β分别发生磷酸化，激活IκB，使NF-κBp65亚基解离进入细胞核与靶基因结合，促进炎症因子的表达[6]。过氧化酶基因敲除后氧化应激水平增强，致使pIKKα、NIK和组蛋白H3表达明显增多，且核内组蛋白H3磷酸化水平与IKK核内表达水平具有相关性。pIKKα具有较强的组蛋白H3酶活性，可使组蛋白H3的第10位丝氨酸发生磷酸化，激活组蛋白乙酰转移酶，促进NF-κB的基因转录。Herrmann O等发现神经元细胞特异性敲除IKK2基因的MCAO小鼠脑组织内神经元细胞凋亡明显减少，且梗死面积明显减小；神经元细胞内IKK2基因过表达组，脑缺血后梗死面积明显增大，因此提出神经元内IKK2与脑缺血后的脑损伤密切相关[7]。有文献报道应用IKK抑制剂大鼠脑皮质和纹状体区域的小胶质细胞活性明显下降从而减少促炎因子IL-1β的表达，促炎因子的减少反过来会减弱小胶质细胞的活性，从而形成负反馈减轻脑损伤[8]。此外，IKK抑制剂还可通过抑制细胞粘附因子的表达及白细胞分泌基质金属蛋白9(matrix metalloproteinases-9，MMP-9)，降低白细胞的浸润，减轻血脑屏障的破坏。MCAO术前10 min腹腔注射IKK抑制剂(BMS-345541)可抑制NF-κB的活性，减少细胞凋亡，但是不能减少梗死面积[9]。MCAO术后6 h～72 h人参皂苷Rb1可抑制NF-κB的活性，抑制NF-κB p65亚基、IKKα和IκB磷酸化,从而抑制炎症因子的生成,发挥神经保护作用[10]。有文献报道电针刺可减少细胞内IKKα、IKKβ及NF-KB p65的表达水平，从而减少炎症因子的生成，减小梗死面积，改善神经功能[11]。综上所述，IKK/NF-κB信号通路与脑缺血后脑损伤有密切联系，参与脑缺血后中枢神经系统损伤的病理生理过程，且其抑制剂治疗也能取得明显的疗效。因此对脑缺血后IKK/NF-κB信号通路的激活机制进行深入研究，有助于寻找治疗的关键靶点。

2.2 IKK/NF-κB信号通路与脑出血 脑出血后的炎性损伤是一个非常复杂而又无比迅速的过程，涉及一系列炎性细胞和分子水平的相互影响，在该过程中NF-κB信号通路起到重要作用。NF-κB可通过促进炎性因子的表达，引发和加重炎症反应，也可诱导神经细胞产生促凋亡因子促进细胞凋亡的发生。脑出血后2 h NF-κB表达开始增多，48 h后达到高峰。有临床研究表明灶周组织内NF-κB的活性与脑出血患者的预后密切相关，并提出NF-κB检测可作为预测脑出血患者预后的一种手段，抑制NF-κB活性可能成为治疗脑出血的新方向[12]。另有研究结果显示脑出血后13～48 h NF-κB活性达到高峰，且细胞坏死高峰时间也为脑出血后13～48 h，因此提出脑出血后NF-κB活性与细胞坏死具有相关性[13]。脑出血后细胞凋亡可促进细胞发生坏死，NF-κB活性与细胞凋亡密切相关，所以NF-κB是直接促进细胞坏死，还是通过促进细胞凋亡或者其他机制导致细胞坏死，其具体机制还有待进一步研究。最新文献报道脑出血后NF-κB活性与自噬有关，自噬通过调控NF-κB活性，促进细胞凋亡及炎性因子的表达，从而加重脑损伤及神经损伤[14]。

3 IKK/NF-κB信号通路与中枢神经退行性疾病

3.1 IKK/NF-κB信号通路与亨廷顿舞蹈病 亨廷顿舞蹈病是一种罕见的常染色体遗传性神经退行性疾病，以胶质细胞激活为主要特征的炎症反应始终贯穿着神经退行性疾病的发生发展，IKK/NF-κB信号通路可调控神经炎症反应，从而参与疾病的发生发展。

HD动物模型中，IKKβ表达增多且活性增强，活化的IKKβ可激活半胱天冬酶，半胱天冬酶活性增强导致亨廷顿基因(HTT)的氨基末端片段结构发生变化，抑制抗凋亡蛋白BCL-XL的表达，导致DNA损伤，使HTT突变成突变型亨廷顿基因(mHTT)[15]。mHTT的第一个外显子与IKKγ结合，激活IKK复合体，加速IκB蛋白的降解，增强NF-κB的活性，从而促进NF-κB靶基因的转录。有研究发现在HD动物模型中IKKβ具有促凋亡的作用，抑制IKKβ活性可抑制中间多棘神经元的退化，另外小胶质细胞IKKβ基因敲除可减轻神经炎症反应和神经元毒性[16]。IKKα可抑制半胱天冬酶的活性和抑制HTT发生蛋白水解,因此抑制IKKβ活性或者增强IKKα活性可改善神经元的存活率。有研究提出IKKβ具有神保护作用，抑制IKKβ活性可增强HTT的蛋白水解作用和核定位[17]，增强IKKβ活性可增强蛋白磷酸酶2(protein phosphatase-2，PP2A)的磷酸化，使HTT第421位丝氨酸去磷酸化，从而促进核易位。然而，也有研究证实IKKβ可使HTT的第13和16位丝氨酸发生磷酸化，增强核定位、蛋白水解和自噬作用，但是IKKβ不能促进mHTT发生磷酸化[18]。在HD中IKK通路是发挥细胞保护作用还是发挥细胞毒性作用尚存在争议，这可能与IKK3个亚基表达是否平衡有关，也可能与其他通路活性有关。拉喹莫德是一种免疫调制剂，有学者采用拉喹莫德干预出现症状HD患者的单核细胞，发现干预后24 h细胞内炎性因子表达明显减少，并进一步证实是通过抑制IκB蛋白降解及NF-κB核易位，抑制IKK与HTT结合来实现的[19]。

3.2 IKK/NF-κB信号通路与阿尔茨海默病 阿尔茨海默病主要病理特征为β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)蓄积形成的老年斑(senile plaque，SP)和高度磷酸化tau蛋白导致的神经纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs)。AD患者脑内Aβ异常沉积形成免疫原，激活小胶质细胞释放IL-1、IL-6、 TNF-α、干扰素等炎性因子及Aβ，而炎性因子反过来激活小胶质细胞，在体内形成一个正反馈环路，使炎性因子不断增加，最终导致神经元变性坏死。在AD动物模型和细胞实验研究中，发现Aβ与TLR4/CD14复合体结合[20]，激活细胞内髓样分化蛋白88(myeloid differentiation protein-88，MyD88)和肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor-6，TRAF-6)，TRAF-6与IKK结合并激活IKK，致使NF-κB与IκB解离后进入细胞核，启动下游炎性基因的转录。有研究证实原苏木素A可抑制小胶质细胞内TLR4与CD14结合，从而阻止信号传导至下游IKK/IκB/NF-κB信号通路[21]。临床实验证实白藜芦醇对AD具有抗炎作用，有学者进一步探讨其作用机制，研究发现白藜芦醇可抑制IKK和IκB、信号传导及转录激活因子1(signal transducers and activators of transcription，STAT1)和信号传导及转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription，STAT3)发生磷酸化，从而抑制NF-κB活性。另外研究发现白藜芦醇干预巨噬细胞后也可抑制由Aβ引起的炎症反应[22]。研究证实，在AD动物模型中NF-κB激活先于caspase-3,且NF-κB的活性受到抑制后，caspase-3的活性也同样被抑制，这表明NF-κB在促进神经元细胞凋亡的过程中也起着重要作用[23]。

4 IKK/NF-κB信号通路与脊髓损伤

炎症反应在脊髓损伤的继发性损伤病理生理过程中起着重要作用，脊髓损伤后神经元和小胶质细胞内NF-κB异常激活并大量表达，进而释放大量促炎因子及趋化因子，这些因子可以在损伤后的脊髓组织中诱导炎症细胞的血管粘附和浸润、激活小胶质细胞释放炎症因子和蛋白酶，加重脊髓的继发性损伤，导致神经元的凋亡及胶质瘢痕的形成，阻碍神经功能的恢复。脊髓损伤后30 min IKKβ表达开始升高，并持续到72 h 后恢复到正常水平，BMS-345541干预可明显抑制IKKβ的活性及pIκBα的磷酸化，从而抑制NF-κB的活性，减轻脊髓损伤后炎症细胞的浸润，减少脊髓组织内的细胞凋亡[24]。在特异性敲除骨髓细胞内IKKβ基因的SCI动物模型中，发现术后6～24 h中性粒细胞浸润数量相比于对照组分别减少52%和59%，神经元细胞坏死减少33%，IKKβ基因敲除能减少活性氧、活性氮的产生和神经元凋亡，降低MMP-9的活性，减少促炎因子的表达，从而减轻SCI引发的神经炎症反应和神经损伤[25]。有研究发现紫柳花对大鼠急性脊髓损伤后具有神经保护作用，它可调控IKK/NF-κB信号通路，抑制IKKβ的活性、pIκBα及NF-κB的表达[26]。也有文献报道他莫昔芬可降低NF-κBp65和pIκBα的表达，从而抑制IKK/NF-κB信号通路介导的炎性反应，通过检测组织中髓过氧化酶(myeloperoxidase，MPO)活性证实他莫昔芬可减少脊髓损伤部位的炎症细胞浸润，此外，他莫昔芬还可降低蛋白凋亡酶3(caspase-3)的活性发挥抗细胞凋亡作用[27]。

5 展 望

IKK/NF-κB信号通路作为炎症反应的通路之一，已经慢慢成为中枢神经系统疾病的研究热点。大量研究已表明，IKK/NF-κB信号通路参与中枢神经系统疾病的发生发展过程，但其具体机制还有待进一步探讨研究。目前的研究已经表明，IKK抑制剂对中枢神经系统具有保护作用，但是仍然需要寻找对人体更为安全有效且能顺利通过血-脑脊髓屏障的药物。综上所述，IKK/NF-κB信号通路可以作为治疗中枢神经系统疾病的新靶点，对中枢神经系统疾病的治疗发挥重要作用。

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1003-2754(2016)12-1143-03

R743.3

2016-10-12；

2016-11-30 作者单位：(南昌大学第二附属医院神经内科，江西 南昌 330006) 通讯作者：殷小平，E-mail:xiaopingbuxiao@126.com