NF-κB在肠缺血再灌注损伤中作用的研究进展

张玉华，朱鹏飞，王猛，张云杰，丁建

(1.山东中医药大学，山东 济南 250014；2.山东中医药大学附属医院胸外科，山东 济南 250014；3.山东中医药大学附属医院普外科，山东 济南 250014)

在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血再灌注损伤。虽然，近年来随着动脉搭桥术、心肺脑复苏等先进技术的推广应用，大大降低了缺血再灌注损伤程度，但仍有再灌注后症状不能缓解甚至加重缺血损伤的情况，肠道作为缺血再灌注后最早受损器官，当机体缺血时最易受缺血再灌注的影响，肠缺血再灌注(intestinal ischemia-reperfusion,IIR)损伤的具体发病机制目前仍不是很清楚，近年来，在信号通路层面就IIR损伤提出一些新论点，本文针对核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)这一信号通路展开论述。

一、IIR损伤

1.IIR概述 IIR是一种由原发的肠道疾病或继发性肠道疾患而引起肠道组织的缺血、缺氧，甚致缺血坏死的综合征。在缺血状态下，为维持心脑等重要器官灌流，机体启动自我损伤修复机制，此时肠道则成为最早缺血受损器官。当血流再灌注时，不仅不能迅速减轻组织缺血、缺氧症状，反而会进一步加重组织器官损伤，再灌注损伤远比缺血本身造成的损伤严重得多。IIR后不仅损伤肠道组织本身，而且对远隔器官如肝、肺、脑等重要脏器的功能均产生严重影响[1-3]，严重者可以导致全身炎症反应综合征(SIRS)和多器官功能障碍综合征(MODS)，甚至多器官功能衰竭(MOF)。

2.IIR发病机制 IIR的发病机制极其复杂,目前尚未完全阐明，但众多最新研究均对其做出新的阐述，目前主流学说主要概括为三大层面。

(1)病理生理学层面：在缺血缺氧状态下，大量钙离子内流，体内活性氧自由基异常活跃且不稳定，细胞膜的脂质氧化反应受到影响，导致细胞膜的结构改变，肠黏膜通透性增加，肠黏膜屏障功能异常，大量内毒素移位，这也成为脓毒血症的重要原因之一[4]。Schellekens等[5-6]发现肠黏膜通透性增加、屏障功能受损后，血清肠脂肪酸结合蛋白(I-FABP)的表达会显著增加，因而I-FABP可作为IIR的诊断指标。

(2)细胞机制层面：细胞凋亡是由于受体内外多种因素影响，触发了细胞内预存的死亡程序而导致细胞程序性死亡的过程。该过程主要有两条途径：一是细胞外的死亡受体途径，该途径主要靠刺激因素激活p53、Bcl-2、NF-κB等基因，由肿瘤坏死因子(TNF)家族受体介导，激活Casepase-8；另一条途径是细胞内的线粒体途径，该途径是靠刺激因素影响线粒体的膜电位，促使大量离子内流，加之受到大量氧自由基的攻击，线粒体肿胀、结构破坏，最终导致分解，进而促使线粒体内细胞色素C肽释放，激活Casepase-9。两种途径最终均效应性激活Casepase-3，进而进一步激活内切核酸酶，促使DNA链断裂，细胞结构最终解体，完成整个细胞凋亡的过程。

(3)分子机制层面：炎性反应是IIR的重要机制之一，细胞因子、黏附因子等炎性介质可通过与内皮细胞粘连而将其破坏，加重肠上皮细胞损伤，而以白细胞为主的炎性细胞可阻塞微小血管，继发肠组织低灌注，氧自由基及缩血管物质的释放增加了血管通透性，引起肠道组织水肿，加重肠道组织缺血缺氧症状。近年来，针对信号通路在IIR发病机制中的研究愈来愈多，其中既包括保护性分子机制又包括损伤性分子机制研究。保护性分子机制如： SIRT1/p53机制[7]，SIRT1作为Sirtuin家族成员之一，通过发挥乙酰化作用，使肿瘤相关蛋白p53上的赖氨酸位点去乙酰化,进而降低p53的结合能力,削弱其干扰细胞正常周期、促进细胞凋亡的能力，进而抑制或减轻细胞凋亡。损伤性分子机制，如：以细胞因子为主的IκB-α/NF-κB/ICAM-1通路[8]、以炎症因子为主的PI3K/Akt/NF-κB途径[9]以及以炎症、凋亡为主的JAK2/STAT3通路[10]等。两种分子机制均在信号通路层面对IIR做出了新的阐述，而在众多信号通路中，NF-κB在IIR损伤中起着不可替代的作用。

3.IIR防治研究 对IIR发病机制的深入研究，为及时有效的防治提供了强有力支持。防治措施主要包括通过抗炎、抗细胞凋亡、抗氧化应激、抗氧自由基、调节相关免疫反应、能量疗法，以及缺血预处理和后处理等，近年来中医药在IIR损伤防治中也广泛应用[11]。通过调节NF-κB的活化是有效减轻IIR对机体损伤的重要策略之一[12]，它不仅可以通过调控炎性因子来影响肠道炎性反应，还可以通过对细胞凋亡的调控来影响肠上皮细胞的再生。

二、NF-κB

1.NF-κB概述 NF-κB作为细胞中一种重要的转录调节因子，是细胞内信号转导的中间枢纽[13]，可通过调控多种基因的表达来参与机体多种生物进程，如炎症反应、细胞凋亡、免疫反应、肿瘤发生、组织损伤与修复等。其中NF-κB对细胞凋亡起双向调节作用，既能通过IAP家族、Bcl-2家族等抑制细胞凋亡，又能通过NF-κB自身激活来促进细胞凋亡。正常情况下，NF-κB在细胞胞质内以无活性状态的三聚体形式存在，后者由NF-κB两成员单体及抑制因子IKB结合而成，在细胞因子或者内毒素等因素的刺激下，NF-κB经过磷酸化、乙酰化、甲基化和泛素化等多种翻译及修饰调控后被激活发挥作用[14]。

2.NF-κB的应用 NF-κB广泛存在于多种组织细胞中，与多种基因启动子发生特异性结合，参与机体多种病理生理过程的转录调控。近期研究中，NF-κB得到广泛应用，通过发挥其转录调节作用，其对机体各个脏器均有不同程度的调控作用。NF-κB信号通路在脑损伤保护中起重要作用，可减缓神经退行性脑疾病[15]。NF-κB也广泛存在于心肌细胞中，尤其是缺血再灌注后，广泛参与心肌炎性反应、心肌细胞凋亡以及心功能下降等病程。除在心脑等重要脏器发挥重要作用外，NF-κB可通过调节许多炎症细胞因子参与癌症及众多免疫疾病的表达[16]。而且它还是维持肠道内先天免疫稳态的核心参与者，可减轻炎症对肠道产生的损伤[17]，尤其是在IIR中，NF-κB可影响众多细胞因子及黏附因子的表达调控，诱发肠道炎症反应或加重原有炎症反应，加重IIR造成的多脏器功能损伤。更好地理解和运用NF-κB，可以更有针对性地对IIR所致炎性损伤进行靶向干预治疗[18]。

三、NF-κB在IIR损伤中应用

1.IIR-肠损伤 炎症是IIR损伤的重要发病机制之一，IIR可显著提高内毒素攻击的敏感性，使中性粒细胞、单核/巨噬细胞处于敏感状态。因此，抑制各种细胞因子及炎性介质的激活和释放是减轻IIR的重要手段之一，而抑制NF-κB信号通路介导的炎症反应在此过程中发挥重要作用。刘启胜等[19]指出过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)的激活可调节TLR-4/NF-κB信号通路，而罗格列酮作为PPAR-γ的激动剂之一，能够通过抑制上述信号通路的激活而减轻IIR后的肠道炎症反应，减轻肠道充血、水肿等一系列病理改变。Meng等[20]则提出通过抑制Nrf2/NF-κB信号通路控制炎症细胞因子以及Caspase-3蛋白的过度表达，以此减轻肠道炎症反应的同时，也减少了肠细胞凋亡。因此从分子机制层面着手，发挥NF-κB在炎症反应中的作用，可有效缓解和减轻再灌注引起的肠道损伤。

细胞凋亡作为IIR的另一重要发病机制之一，其内源性途径主要依靠刺激因素激活p53、NF-κB等，最终激活内切核酸酶使细胞解体凋亡，我们可以通过调控抗细胞凋亡基因的表达，阻断NF-κB的激活，以此提高肠上皮细胞存活率，减轻细胞凋亡。He等[21]实验证明，上调IIR大鼠IEC-6细胞中的miR-146a后，TLR4/TRAF6/NF-κB途径下调，Caspase-3的裂解减少，从而得出结论：通过TLR4/TRAF6/NF-κB信号通路可减少NF-κB p65核移位和Caspase-3的裂解，从而提高肠上皮细胞的存活率，减轻细胞凋亡。吴忠明等[22]通过利用硫化氢(H2S)促进NF-κB磷酸化的形式以减轻肠上皮细胞的凋亡。以上研究均证实NF-κB在细胞凋亡中发挥重要作用，我们可以通过对NF-κB的调控减少细胞凋亡，发挥其在IIR中保护作用。

同时，Turan等[23]通过利用S-亚硝基谷胱甘肽(GSNO)对IIR的大鼠进行预处理，结果表明GSNO可通过抑制NF-κB的激活和降低iNOS的表达而减轻肠道炎症反应及氧化应激反应。此外，金晓昇等[24]的研究证明壳寡糖通过清除肠道内自由基的方式而抑制NF-κB活性，减轻肠黏膜损伤。姜酚(6G)作为生姜的主要活性成分对IIR所致的肠黏膜损伤亦有保护作用，Li等[25]认为可能与抑制p38 MAPK/NF-κB信号通路有关。

综上所述，IIR后，NF-κB通过介导多条信号通路而发挥对肠道的保护作用。

2.IIR-远隔脏器损伤 IIR后，不仅加重肠道组织自身的损伤，而且继发损伤肺、肝、肾、脑等组织器官，NF-κB作为一种重要转录因子，也发挥不可或缺的作用。

(1)IIR-肺损伤:IIR后可触发全身炎症反应，而过度的炎症反应正是导致急性肺损伤的重要原因，NF-κB在这个过程中起核心作用，NF-κB与TNF-α形成正反馈循环，二者相互激活，最终可致瀑布样炎性反应，加重肺损伤。廖美娟等[26]的研究也证实了这一点，通过应用姜黄素预处理，肺组织中TNF-α和 IL-6的表达水平明显降低，从而减少NF-κB的活化，从而进一步减轻了IIR继发的肺损伤程度。储磊等[2]也表示黄芩素可通过抑制NF-κB的活化，降低IIR后肺组织内TNF-α的水平。在其他相关研究中，IIR后，肺组织会发生病理组织学改变，肺组织及肺间质均充血、水肿，大量中性粒细胞在肺泡及肺间质内广泛浸润。NF-κB、p65无论是在肺泡间质内，还是在细胞核内均有高强度表达，肺组织内NF-κB的活性明显增强[27]。结果表明IIR后所致的肺损伤与NF-κB的表达及其活化密切相关。正常情况下N-myc下游调节基因2(NDRG2)在肺组织中呈现高表达，杨波等[28]指出IIR后，NDRG2在肺组织中的表达下调，而加重IIR造成的肺损伤。NDRG2是一种应激反应性基因，主要通过下调IKKα/β抑制IKBα的降解，从而抑制NF-κB传导通路的活化，最终抑制细胞凋亡,起到减轻IIR后致肺损伤程度的作用。

(2)IIR-肝损伤:IIR后，肠黏膜由于缺血缺氧、炎性介质、氧自由基等众多因素而致肠上皮细胞损伤、坏死脱落,肠黏膜屏障功能破坏,通透性增加,肠内细菌及毒素随血进入门静脉，促进肠源性炎症介质释放进入血液循环，致肝细胞受损，通过激活 Kupffer细胞、中性粒细胞释放大量促炎因子和炎性介质，进而激活 NF-κB信号通路，加重肝损伤程度[29]。将谷氨酰胺(Gln)对IIR损伤大鼠预处理后，血清中天冬氨酸转氨酶、丙氨酸转氨酶、NF-κB等表达水平均显著降低，超氧化物歧化酶(SOD)、谷光甘肽(GSH)等表达水平均明显升高[30]，说明Gln可通过抑制NF-κB的表达来减轻氧化损伤,减少炎性介质的表达，从而起到降低肝损伤的作用。Fan等[1]实验表明姜黄素可显著降低肝内MPO活性，以及血清TNF-α水平，其作用机制可归因于通过抑制NF-κB途径的抗氧化和抗炎作用，以此起到保护肝脏的目的。吴忠明[22]的研究亦指出硫化氢可通过下调Caspase-3和Bax的基因表达、上调Bcl-2基因表达、抑制细胞色素C从线粒体向细胞质释放，从而抑制肝细胞凋亡，进而对IIR所引起的肝脏损伤起到良好的保护作用。

(3)IIR-肾损伤:由于IIR造成的低血压及氧化应激反应，肾脏成为IIR的重要靶器官。孙倩等[31]研究发现IIR 2 h后，肾小管上皮细胞产生大量水肿、坏死和空泡化现象，肾组织中SOD活性降低，同时丙二醛(MDA)含量升高，上述现象表明IIR可致肾脏损伤，其产生的机制可能与IIR导致全身氧化应激反应、肾脏氧自由基大量蓄积密切相关。IIR后体内氧自由基大量爆发性堆积，肾小管上皮细胞内自由基也成倍增加，使细胞膜脂质过氧化，钙离子内流，启动细胞凋亡的线粒体途径。在此过程中，NF-κB对细胞内众多基因尤其是对免疫炎症反应有关键性调控作用，对B细胞增殖、肾小球活化以及系膜增生均有重要调控作用。

(4)IIR-脑损伤:IIR致脑损伤的主要机制是通过激活脑组织小胶质细胞，激活一氧化氮合酶(NOS)，促进活性氧(ROS)生成，从而诱发脂质过氧化反应。小胶质细胞TLR4/My D88信号通路在IIR脑损伤中发挥重要作用，杨博[3]指出褪黑素可通过抑制TLR4/My D88信号通路，影响NF-κB、TNF-α、IL-6和IL-1β的表达水平，进而发挥抗炎症、抗氧化及抗凋亡的作用，从而对IIR所致脑损伤起到保护作用。机体疼痛的过程常常伴随中枢神经系统中磷酸化NF-κB p65的表达及其核转位增加和NF-κB信号通路的激活，而IIR可加重机体疼痛程度，激化众多炎性因子。基础以及临床研究发现，使用NF-κB抑制剂可有效缓解炎性疼痛的程度，洪嘉琪等[32]指出，提取物芍药苷可通过抑制炎性因子释放和脊髓小胶质细胞的激活来抑制Akt/NF-κB信号通路发挥作用，以此达到缓解炎性疼痛的目的，亦可降低IIR所带来的中枢神经疼痛。

(5)IIR-心肌损伤：再灌注时间愈长，肠壁充血水肿状态愈严重，以低血压为主要特征的内毒素休克可影响心肌灌流，出现心肌能量代谢功能障碍。IIR对心肌的损伤可体现在激活NF-κB，从而刺激心肌细胞中的炎症反应、氧化应激和细胞凋亡[33]。因此，NF-κB抑制剂亦是减轻IIR致心肌细胞损伤的有效方法之一。

综上所述，IIR是一种复杂的病理生理过程，NF-κB通过对多个靶点的调控来发挥作用，对IIR及其所致的多脏器损伤均有重要提示意义。近年来，虽然针对IIR的研究已取得较大进展，但其作用机制复杂、病理生理变化多端，目前仍缺乏临床验证，无法将研究成果与临床有机地结合在一起，缺少大规模、长期、对照性、前瞻性的临床研究。因此，一方面需要我们充分利用现代先进手段，开展基础研究，收集大量样本，从多角度、深层次探讨NF-κB在IIR中的作用；另一方面，要将所得理论研究成果与临床相结合，更好地指导临床IIR的治疗。