NF-κB信号通路抑制结肠炎及炎症相关结肠癌的研究

孙伟东，张志强，朴大勋

(哈尔滨医科大学附属第一医院结肠直肠外科，哈尔滨 150001)

炎性肠病是一种特殊的慢性肠道炎症性肠病，主要包括克罗恩病及溃疡性结肠炎[1]。其中，克罗恩病主要好发于小肠及近端结肠；溃疡性结肠炎则好发于结肠及直肠。目前炎性肠病在全球范围发病率差异较大，在北美、北欧及西欧发病率较高，而在亚洲及南美发病率较低[1]。目前，大规模的Meta分析显示，炎性肠病的发病率在过去10年明显上升[2]。20%～40%的炎性肠病患者会发展为炎症相关结直肠癌(colitis-associated colorectal cancer,CAC)，CAC好发于活动性炎性肠道，能导致10%～15%炎性肠病患者的死亡[3]。自1925年世界上第一例由溃疡性结肠炎发展而来的CAC被报道之后[4]，炎性肠病导致的CAC发病率呈现出逐年增高的趋势[5]。包括氧化应激、白细胞介素(interleukin，IL)-6、多种炎症介质、染色体不稳定、炎症相关免疫细胞、细胞炎症因子以及多种信号通路，如核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信号通路、信号转导及转录激活因子3及IL-6/信号转导及转录激活因子3细胞因子信号转导抑制因子3，在溃疡性结肠炎发展至CAC中发挥一定作用[6-7]。其中NF-κB信号通路在CAC中的作用受到了人们的广泛关注。现对NF-κB信号通路的结构作用，NF-κB信号通路在CAC动物模型、CAC患者以及多种信号因子作用于NF-κB信号通路抑制CAC的最新研究进展予以综述，进一步探索NF-κB信号通路在CAC中的作用，并且以NF-κB信号通路为靶点设计新药物治疗CAC提供科学理论依据。

1 NF-κB的结构与作用

哺乳动物NF-κB转录因子家族包括NF-κB1(p50及前体p105)、NF-κB2(p52及前体p100)、相关因子A、核因子c-Rel及相关因子B。它们在N端都具有Rel同源结构域，通过该结构域的二聚体化与DNA序列特异性结合，激活或抑制下游转录。在未受外界信号刺激的情况下，上述蛋白形成同二聚体或异二聚体，被NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)家族严格抑制。IκB家族包括IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBε、Bcl-3、p100及p105等。IκB家族则受NF-κB抑制蛋白激酶(inhibitor of NF-κB kinase，IKK)复合物调控。IKK复合物由IKKα、IKKβ及IKK组成[8]。NF-κB信号通路分为“NF-κB经典通路”和“NF-κB非经典通路”。经典通路即在受肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、IL-1、电离辐射等刺激下，IKK激活从而磷酸化IκB，使其泛素化降解，释放相关因子A/p50复合物入核，激活下游靶基因转录[9]。在非经典通路中，在受B细胞活化因子、CD40配体、淋巴毒素β等TNF超家族的刺激下，NF-κB诱导激酶被激活，进一步激活IKKα，由此磷酸化p100致使其泛素化降解成p52，之后p52/相关因子B复合物入核，激活下游靶基因转录。NF-κB非经典通路中核心的调控元件就是NF-κB诱导激酶，在无外界信号刺激下，NF-κB诱导激酶被TNF受体作用因子3泛素化酶复合物所降解，维持在较低水平；而在外界受体刺激下，TNF受体作用因子3则会被募集到受体结合区域，被泛素化酶细胞凋亡抑制蛋白泛素化降解，从而稳定NF-κB诱导激酶，激活下游信号通路[10-11]。

2 结肠炎和炎症相关结肠癌中NF-κB信号通路的作用机制

2.1NF-κB信号通路在结肠炎癌变过程中的作用 据文献报道，NF-κB信号通路在溃疡性结肠炎、CAC小鼠模型炎症肠黏膜中的表达均增高[12]。这些变化表明，CAC的发生发展需要肿瘤细胞的NF-κB信号通路的激活，细胞中NF-κB信号通路的激活有助于促进肿瘤的发生与发展，进一步强调了NF-κB信号通路的激活在肿瘤的起始过程中的重要作用[13]。其中NF-κB信号通路中IκBβ特异性缺失，炎症因子水平的显著增加，但CAC的发生率显著降低。氧化偶氮甲烷和葡聚糖硫酸钠的给药导致IKK的激活和抗凋亡蛋白Bcl-xL的表达，肠黏膜细胞中IκBβ的缺失导致前凋亡蛋白Bak和Bax的表达上调而促进细胞凋亡，提示NF-κB信号通路通过抑制细胞凋亡促进肿瘤的发展[14-15]。

NF-κB是炎症的关键调节因子，可以通过多种刺激因子来激活，包括细菌成分(如脂多糖)、促炎细胞因子(如TNF-α、IL-1)和病毒等，一旦被激活，与NF-κB结合的IκB被IKK磷酸化。IκB的降解可使NF-κB易位至细胞核并介导各种靶基因的转录。由NF-κB信号通路编码的一些促炎因子(如TNF-α、IL-1和IL-6等)促进炎症相关的组织损伤，并且与肿瘤的发生发展相关,例如，TNF-α已经被证明是一种肿瘤诱导因子，能够通过诱导活性氧类的产生和促进DNA损伤而导致细胞瘤变[14]。在炎性肠病患者中观察到NF-κB的表达和激活增加，特别是在黏膜巨噬细胞和上皮细胞中，同时伴有促炎细胞因子(如TNF-α、IL-1和IL-6)的增加。NF-κB信号通路通过刺激促炎因子、抗凋亡基因的表达，在炎症和肿瘤的转变过程中发挥作用[15]。虽然NF-κB信号通路的激活已被证实参与了CAC的发生发展，但是常规的NF-κB信号通路的运转仍然被认为在维持肠道上皮细胞动态平衡中不可或缺[16]。

2.2多种信号因子作用于NF-κB信号通路在结肠炎及CAC的作用

2.2.1TNF受体相关因子结合蛋白结构域(tumor-necrosis factor receptor-associated factor-binding protein domain，Trabid)介导的NF-κB信号通路抑制结肠炎及CAC相关研究 真核细胞生物中，有8种不同类型的泛素连接，Trabid又名Zranb1(zinc finger RANBP2-type containing 1)，属于A20 OTU家族，是一类去泛素酶[17]。Trabid与K29及K33的N端锌指结构域相结合，进一步表明了Trabid易切割K29、K33及K63连接的泛素链，从而起到去泛素化的作用[18-19]。

Trabid在肝癌中表达明显下降，且Trabid能与环指蛋白8竞争性结合Twist1，从而切割环指蛋白8对Twist1的K63连接的泛素链，进一步促进Twist1与β转导重复包含蛋白的结合，导致β转导重复包含蛋白对Twist1进行K48连接的泛素化降解，从而起到抑制肝癌发生发展的作用[20]。然而，Trabid是否在溃疡性结肠炎发展至CAC的形成过程中存在作用，尚未见明确报道。

Tran等[19]证实Trabid是Wnt/β联蛋白通路的一种正性调控因子。经典Wnt/β联蛋白通路的一个关键效应蛋白是β联蛋白，它与协同转录因子结合，以促进Wnt/β联蛋白靶基因的转录。在无Wnt/β联蛋白刺激的情况下，β联蛋白被磷酸化，并与K48相连进行泛素化修饰，Trabid表现出与锌指结构和K63相连的泛素链相连，并与OTU结构域结合在一起。在具有高Wnt/β联蛋白通路活性的结直肠癌细胞系HCT116中，Trabid能结合去泛素化肿瘤抑制因子从而正调控Wnt/β联蛋白信号通路。

相对于正常结肠组织，Trabid在溃疡性结肠炎患者及CAC患者组织中呈低表达，且CAC患者较溃疡性结肠炎患者更低。同样，在进一步小鼠溃疡性结肠炎及CAC模型中也检测到Trabid表达降低,A20去泛素化酶的OTU结构域能够去除受体相互作用蛋白上K48连接的多聚泛素链，从而拮抗NF-κB信号通路[21]。而Trabid与A20同样拥有保守的OTU结构域。同时在Trabid-/-小鼠中检测NF-κB信号通路的标志性蛋白，发现相比空白对照组小鼠，非经典NF-κB信号通路的标志性蛋白表达有明显升高，高度提示Trabid能够影响非经典NF-κB下游通路。研究结果提出假设，在溃疡性结肠炎患者中Trabid表达水平异常降低，从而促进非经典NF-κB通路的激活，促使溃疡性结肠炎患者向CAC进展[22]。

2.2.2突变型p53延长NF-κB信号通路的活化、促进炎症相关结肠癌 在炎性肠病发展为CAC的患者中，持续炎症的微环境造成持续的氧化损伤以及组织的破坏和更新，炎症因子可通过激活NF-κB和其他信号转导通路促进肿瘤细胞的增殖和存活。p53作为肿瘤的抑制剂延缓了癌症的发生发展，而p53基因的突变是人类癌症最常见的遗传改变。CAC患者中发现p53基因的突变以及肿瘤腺体丰富的p53蛋白蓄积[22]。突变体p53不仅使患者更容易受结肠炎的影响，而且能大大加速CAC的发生发展。突变型p53可能通过蛋白质的相互作用增强细胞中的NF-κB信号通路的转导，从而促进炎性肠病向CAC的发生发展[23]。

2.2.3miR-19a通过调节NF-κB信号通路促进CAC 微RNA是一类小的非编码RNA，具有调节生物学过程的能力，对癌症的发生发展起着至关重要的作用。微RNA已成为结肠癌的诊断和预后的生物学标志。结直肠癌患者中常见微RNA的失调，miR-19a可以通过TNF-α诱导蛋白3激活结肠中的NF-κB信号通路的活性和TNF-α的表达，NF-κB信号通路的激活促进了炎性肠病的发生，也在炎性肠病向CAC的发展过程中起到关键作用，此外抑制miR-19a也可以减缓炎性肠病和CAC的发生发展[23]。

2.2.4活化蛋白激酶(activated protein kinase，PAK)调节NF-κB信号通路促进CAC PAK是具有激酶活性的多功能酶。5-氨基水杨酸是一种用于治疗溃疡性结肠炎的抗炎药，能够作为一种化学预防剂，预防溃疡性结肠炎的发生，5-氨基水杨酸的作用靶点为PAK1；PAK1与肠道肿瘤的发生有关，与正常肠道黏膜相比，在炎性肠病和CAC患者肠道上皮表面以及CAC肿瘤中PAK1高表达；γ干扰素、IL-1β和TNF-α等诱导肠道上皮细胞中PAK1的磷酸化，在炎性肠病患者中高表达的PAK1，在肿瘤的形成过程中进一步磷酸化，通过抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ诱导IKKα的磷酸化以及IκB的降解，进一步促进NF-κB经典信号通路的激活，从而促进炎性肠病向CAC的发生发展[24]。

2.2.5核苷酸结合寡聚结构域2(nucelotide oligomerization domain 2，NOD2)调节NF-κB信号通路抑制CAC NOD2是炎性肠病的主要易感基因。在炎性肠病和CAC的发生发展中发挥关键作用，15%～20%的炎性肠病患者携带NOD2突变基因[24]。NOD2通过下调Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)信号通路从而抑制结肠炎症和肿瘤的发生发展。NOD2缺失小鼠的结肠在炎性肠病和CAC发生期间，炎症基因的表达以及NF-κB等多种信号通路的激活明显高于正常结肠组织。体外研究表明，NOD2可激活NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，抑制TLR介导的NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，从而抑制炎性肠病和CAC的发生发展[25]。

2.2.6金雀异黄素27(genistein-27，GEN-27)通过抑制NF-κB信号通路抑制CAC GEN-27是一种新的木黄酮衍生物。GEN-27是一种从膳食大豆中分离出的异黄酮，具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗癌的特性，特别是在癌症的预防中发挥重要作用。GEN-27对CAC细胞增殖起抑制作用，且GEN-27能够抑制脂多糖诱导的结肠肿瘤细胞系的增殖，并显著抑制IL-1和IL-6的分泌[26]。进一步研究表明，GEN-27显著抑制HCT116细胞系中的NF-κB的核转位及IκB和IKKα/β的磷酸化，因而确定GEN-27通过调节NF-κB信号通路参与炎症介导的CAC细胞的增殖，GEN-27可能是一种潜在的化学预防剂，从而预防CAC的发生发展[18]。

2.2.7壳寡糖通过抑制小鼠NF-κB信号通路抑制CAC的发展 壳寡糖是一种生物相容性化合物，是由壳质的水解和脱乙酰作用产生的。在无脊椎动物中，包括螃蟹和虾中，壳寡糖已经表现出具有抗炎作用。在口服壳寡糖的CAC模型小鼠中发现小鼠肿瘤的大小和数量明显减少。研究发现，壳寡糖增加了磷酸腺苷蛋白激酶的活性，抑制了NF-κB信号通路介导的炎症反应，并且降低了小鼠结肠组织中细胞周期蛋白、核糖体蛋白等的表达，进一步证实了壳寡糖通过激活磷酸腺苷蛋白激酶抑制了NF-κB信号通路从而抑制了小鼠炎性肠病与CAC的进展，CAC的化学预防需要新颖、有效和安全的药物，壳寡糖可能在CAC的化学预防中具有潜在作用[27]。

2.2.8苹果多糖提取物通过抑制小鼠NF-κB信号通路抑制CAC的发展 在氧化偶氮甲烷和葡聚糖硫酸钠诱导的CAC模型小鼠中，用蛋白质印迹、免疫印迹测定、实时聚合酶链反应检测、电泳迁移率变动测定和流式细胞术等技术评估苹果多糖提取物的化学保护作用，发现苹果多糖提取物能够降低氧化偶氮甲烷、葡聚糖硫酸钠的相关毒性，预防癌症的发生，并且降低TLR4、髓样分化蛋白2、β干扰素TLR结构域衔接蛋白相关分子、TNF-α和IL-6等的水平。苹果多糖提取物的保护作用与抑制TLR4/髓样分化蛋白-2介导的信号转导有关，包括抑制NF-κB信号通路以抑制小鼠结肠炎与CAC的发生发展。由此，苹果多糖提取物可用于联合治疗炎性肠病及CAC[28]。

3 小 结

NF-κB转录因子家族在炎症、应激反应、细胞分化和增殖以及细胞凋亡过程中都发挥重要作用，也与肿瘤的发生发展密切相关。对NF-κB转录因家族的研究受到越来越多科学家的关注[29]。NF-κB信号通路作为溃疡性结肠炎及CAC中的经典信号通路，已经取得广泛认可。目前已经发现植物化学物质姜黄素在CAC中通过抑制NF-κB信号的活化，下调NF-κB调节基因的表达，在体内体外抑制细胞增殖、细胞迁移和血管生成，从而使炎症相关结肠癌的患者受益。另一种来源于姜黄素的化合物成为C086，显示出比姜黄素更加有效的抑制CAC细胞生长并下调NF-κB信号通路的作用[29]。在NF-κB信号通路的研究中，有助于进一步阐明溃疡性结肠炎发展成CAC过程中的基因调控机制，并为以NF-κB为靶点设计新药物阻断溃疡性结肠炎向CAC进展提供理论线索和实验依据。