核转录因子κB对哮喘患儿气道平滑肌作用机制的研究进展

刘璐， 孙丽平

综 述

核转录因子κB对哮喘患儿气道平滑肌作用机制的研究进展

刘璐， 孙丽平

核转录因子κB(NF-κB)是一种促进转录的蛋白质，可调节炎症介质的基因表达和气道内多种细胞的功能，是防治哮喘的研究的一个核心环节。NF-κB感受刺激而活化后能调控前炎性因子的生成，参与多种促炎反应因子和趋化因子基因的转录。NF-κB抑制蛋白(IκB)是 NF-κB信号转导途径成员之一，以无活性形式存在于胞浆中，在外界信刺激下被激活而发生磷酸化，结果NF-κB由抑制状态被激活。肿瘤坏死因子α刺激IκB激酶α进入细胞核，继而调控特定NF-κB应答基因的表达。

哮喘； 气道平滑肌细胞； 核转录因子κB； 儿童

气道重塑是支气管哮喘(简称哮喘)的特征之一。气道平滑肌是维持气道张力的重要组织，而气道平滑肌细胞是其效应细胞，过度增殖是导致重塑的主要原因，与炎症密切相关。核转录因子(nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)参与多种基因的转录，是炎症反应发生的核心环节，在发病过程中占重要角色。目前对于哮喘而言，NF-κB是一个研究热点。本文通过文献检索，从而阐述NF-κB对气道平滑肌细胞的作用机制。

1 NF-κB来源

1986年Sen和Baltimore首次在B细胞提取物中发现了能与免疫球蛋白κ轻链基因增强子发生特异结合和的蛋白，称其为NF-κB。NF-κB家族是一类可与多种基因启动子部位的κB位点发生特异性结合，促进转录的蛋白质总称，其转录因子涉及多种细胞应答。NF-κB有5个主要成员，在哺乳动物的细胞中有RelA(p65)、RelB、c-Rel、p50/p105(NF-κB1)和p52/p100(NF-κB2)，所有成员的N末端均有约300个氨基酸残基的Rel同源区，各蛋白成员间可形成不同形式的同源或异源二聚体复合物[1]。

2 NF-κB与哮喘

哮喘是一种异质性疾病，以气道慢性炎症和气道重塑为特征。由多细胞参与调控的慢性炎症导致黏液增多、胶原沉积和气道平滑肌增生或肥大，致使气道重构，出现气道高反应性，可引起呼吸道通气受限[2]。临床上表现为呼吸短促、气喘、咳嗽、痰液产生。目前，抗炎疗法是西医主要治疗手段，如糖皮质激素、白三烯调节剂、色甘酸钠等多种抗炎药物在临床广泛应用[3]。因炎症途径复杂，抗炎疗法仍无法从根本上解决问题。研究发现控制炎症级联反应的上游是理想的治疗策略。诱导痰测验发现气管组织内炎症细胞随着NF-κB活化而增加[4-6]。多种因子通过NF-κB调节炎症介质的基因表达，对炎症细胞有至关重要的作用[7-10]。

NF-κB通路从被发现至今有20年，与多种重要通路联系密切、牵涉病种广。目前多种治疗哮喘药物是通过抑制NF-κB的表达或阻断其信号通路的方式来提高抗炎活性[6-7，11-13]。当细胞受到刺激信号后，NF-κB从NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)α复合体中游离后活化进入细胞核，继而调控相关基因的表达，这个反式过程涉及IKK对IκBα的磷酸催化作用[14]。NF-κB通路是多种诱导物诱导其他基因表达调控的途径[15]。氧化应激通过NF-κB通路诱导炎症基因表达，从而导致气道炎症产生，对生理应激反应敏感的转录因子NF-κB，是炎性细胞因子网络中调节气道病理活动的重要参与者。对NF-κB活化响应的主要炎症介质有白细胞介素1β(interleukin-10，IL-1β)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)和Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)[16]。炎症中多种信号转导通路汇集于NF-κB/IκBα复合体，因此将NF-κB定为治疗标靶，是防治哮喘研究的一个重要环节。

3 NF-κB与气道重塑

气道上皮细胞内NF-κB活化与哮喘发病机制有关。降低NF-κB过表达可抑制气道平滑肌细胞增殖。NF-κB可以通过调控免疫和炎症相关因子及介质之间的级联放大瀑布效应，从而对炎症和免疫反应起枢纽作用。当气道上皮组织内NF-κB通路被激活后，释放的炎症介质(如IL-1β、TNF-α等)刺激气道平滑肌细胞及成纤维细胞，使之增殖、活化，导致气道上皮细胞增生、气道组织纤维化、气道重塑[17-18]。

3.1 激活NF-κB对气道重塑的影响 气道上皮受氧化应激、细胞因子等多种刺激，可以刺激NF-κB活化，同时也可以作为佐剂诱导抗原特异性致敏。IκB激酶(IKK复合体)是NF-κB信号转导途径成员之一，包括IKKα、IKKβ催化亚基和调调节蛋白，研究表明， IKK的表达能够证实NF-κB被激活，通过诱导表达IKK复合体抑制剂的突变体激活气道内NF-κB后，IKKβ瞬时表达；而后在卵清蛋白致敏的哮喘小鼠气道内，除气道反应性乙酰甲胆碱、嗜酸性粒细胞、黏液增多以外，IKKβ表达活化标志物水平显著升高[19]。

在炎症环境中IKKβ对NF-κB的激活是重要因素，与气道重塑相关。实验通过对卵清蛋白致敏小鼠模型腹腔注射IMD-0354(合成的IKKβ抑制剂)，检测发现NF-κB的活化被IMD-0354抑制，同时也包括气道重塑的病理特征，杯状细胞增生、上皮下纤维化，胶原沉积，平滑肌肥大，还有嗜酸性粒细胞数也明显目减少。气道结构改变之所以停止， 是通过IKKβ抑制IL-13、IL-1β的产生致使γ干扰素活化而实现的[20]。

结合蛋白影响气道顺应性、肺反冲和气道收缩反应，对气道平滑肌起平衡作用，与ankrd1有相互作用关系。基因检测表明，NF-κB直接结合ankrd1启动子，调节ankrd1水平。敲除平滑肌细胞的结合蛋白后，可增加Akt、IKK-α、IκBα的磷酸化，导致NF-κB激活，以及气道平滑肌增生和miR-26a上调。

上述证据表明，NF-κB过表达对气道重塑有促进作用，因此抑制其表达，有助于减少炎症反应的发生，从而抑制气道重塑。

3.2 抑制NF-κB对气道重塑的影响 NF-κB是一种转录因子，通过降低其表达水平，抑制其活化从而可以改善各种炎症性疾病，在哮喘的病理生理过程中起着至关重要的作用[21-22]。

通过抑制NF-κB下游趋化因子和降低Th2反应，可降低变应性气道炎症关键引发剂(Eotaxin-1和胸腺基质淋巴细胞生成素)和肺部Th2型细胞因子(IL-4、IL-5和IL-13)以及胸腺淋巴细胞和脾细胞中Th2转录因子结合蛋白3的表达，从而发挥发挥其抗炎活性[23]。如硫酸锌可以降低尘螨介导的炎性产物，如IL-6、IL-8、IL-1和气道平滑肌细胞的单核细胞趋化蛋白。动物实验证明，通过补充不同剂量(6、12、24、96 μmol/L)硫酸锌而抑制尘螨诱导的细胞膜外信号调节激酶和NF-κB的磷酸化，从而使锌在气道平滑肌细胞才中得以产生抗炎作用[24]。

4 NF-κB在气道细胞中的作用

浸润炎症细胞会产生细胞因子、趋化因子和细胞黏附分子等一系列炎性介质，可调节炎症细胞、皮细胞、平滑肌、成纤维细胞和内皮细胞的功能。NF-κB在调节气管炎症细胞基因表达有着核心作用。

4.1 淋巴细胞 淋巴细胞有免疫调节的功能。嗜酸粒细胞性炎症反应促使T淋巴细胞产生IL-4、IL-5、IL-13，再刺激B淋巴细胞而产生IgE。非过敏性嗜酸性炎症由先天淋巴细胞2和自然杀伤细胞T共同协调[25]。中性粒细胞性炎症包括Th1和Th17。Th17细胞是IL-17A、IL-17F和IL-22的主要来源，在重度哮喘者气道组织内显著增加[26]。在气道上皮细胞和气道平滑肌细胞的结构变化中，Th17因子占重要角色[27]。上皮黏蛋白和气道平滑肌增殖均与NF-κB信号相关[28-29]。

4.2 嗜酸性粒细胞 过敏性气道炎症以嗜酸性粒细胞浸润和激活为特点。嗜酸性粒细胞对气道上皮细胞受NF-κB信号调控释放细胞黏附因子有促进作用[30]。过敏原激活NF-κB和其他因子(TNF-α、IL-8等)[31]。NF-κB信号可调节TNF-α抗凋亡，对嗜酸性粒细胞的存亡起重要作用[32]。

4.3 中性粒细胞 中性粒细胞性炎症主要来源于呼吸道黏膜下的中性粒细胞浸润。NF-κB是中性粒细胞产生的IL-8是调控基因，是重要介导物[33]。Th17和巨噬细胞分别调节中心粒细胞的应答[34-35]。

4.4 上皮细胞 气道上皮组织直接与空气接触，是保护组织免受外界侵害的生理屏障，其中上皮细胞起关键作用。受NF-κB调节产生免疫或炎症介质，这些介质可复原炎症细胞，从而影响上皮功能。通过Th2应答，上皮细胞可产生胸腺基质淋巴细胞生成素[36]。黏蛋白过度增殖来源于上皮细胞，Toll样受体4和NF-κB对其有调控作用[37]。

4.5 气道平滑肌细胞 气道平滑肌持续收缩与气管痉挛有关，同时也参与气道重构，致使气管阻塞[38-40]。气道平滑肌细胞所产生生长因子、细胞因子和其他炎症介质，与阻塞性呼吸道疾病的炎症有密切联系。通过刺激炎症因子和生长因子的表达，可产生炎症细胞和上皮细胞[41]。NF-κB被凝血酶和IL-1α激活，从而调节与哮喘相关的基因。

5 NF-κB作为治疗的靶标

NF-κB是多种炎性反应的通路，可以作为抗炎治疗的重要靶点。目前GINA推荐的治疗或控制哮喘的一线基础药物——糖皮质激素，则是NF-κB活化抑制剂，糖皮质激素受体和NF-κB可能在功能上互为转录拮抗因子GC可直接结合IκB-α基因启动子上的GC结合位点，活化IκB-α基因的启动子，促使IκB-α表达的上调，进而抑制NF-κB依赖的基因转录[42-43]。已使用多年的哮喘控制类药物——长效β2受体激动剂，实验表明通过抑制NF-κB信号可降低小鼠模型中TNF-α、IL-1、IL-6等促炎因子的表达[44]。除此之外，多种中药成分也具有相似作用，如在卵清蛋白致敏小鼠肺组织样本中检测到黄芪提取物能抑制NF-κB表达。雷公藤甲素通过抑制NF-κB表达，从而抑制哮喘小鼠气道杯状细胞增生[45]。说明通过抑制NF-κB活化对治疗哮喘有效。

综上所述，NF-κB与多细胞联系紧密，对哮喘相关的因子表达起重要调控作用，参与气道重塑整个环节。因此，NF-κB可以作为治疗哮喘的目标。

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(本文编辑：刘颖)

Mechanism of action of nuclear transcription factor kappa B in airway smooth muscle in asthmatic children

LIULu，SUNLiping.
ChangchunUniversityofTraditionalChineseMedicine，Changchun130117，China

Nuclear factor kappa B is a transcription-promoting protein, which regulates the gene expression of inflammatory mediators and function of many kinds of cells in airway. It is a core element in the research of asthma prevention and treatment. NF-kappa B can regulate the production of proinflammatory factors after activation,and participates in the transcription of a variety of proinflammatory and chemokine genes. I kappa B is one of the NF- kappa B signal pathways and is inactive in the cytoplasm. The phosphorylation arises after I kappa B is activated by external stimuli, and then NF- kappa B is activated. Tumor necrosis factor α stimulates I kappa B kinase α to enter into the nucleus, which then regulate the expression of specific NF-kappa B response gene.

Asthma； Airway smooth muscle； Nuclear transcription factor kappa B; Children

国家自然基金面上资助项目(81473729)；吉林省科技厅自然科学基金项目(20150101209JC)

130117 长春，长春中医药大学2014级中医儿科学专业研究生(刘璐)；130021 长春，长春中医药大学附属医院儿科(孙丽平)

刘璐(1983-)，男，长春中医药大学2014级博士研究生在读。研究方向：中医药防治小儿肺系疾病的基础研究

孙丽平，E-mail：slpwzt7063@163.com

10.3969/j.issn.1674-3865.2017.02.005

R725.6

A

1674-3865(2017)02-0106-04

2016-10-29)