核因子κB在糖尿病肾病中的调控机制研究进展

罗欣月，李华，柳茜，朱春玲，严瑞

(贵州医科大学附属医院肾内科，贵阳 550004)

糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。近年来，成年人糖尿病的患病率呈持续升高趋势，预计到2035年全球糖尿病患者将达5.92亿[1]。糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病全身性微血管并发症之一，可导致慢性肾功能衰竭。DN发病机制复杂，主要涉及血流动力学异常、慢性炎症反应、氧化应激、肾素-血管紧张素-醛固酮系统过度活化以及血脂异常[2]。研究发现，炎症与DN密切相关[3]，是DN恶化的危险因素[4]。在肾脏细胞中，细胞因子激活多种信号通路，转录因子和表观遗传机制调节基因的表达，其中促进肾脏炎症的一个关键的转录因子为核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)。与肾脏损伤相关的多种因素可激活NF-κB，包括细胞因子和生长因子、病原体相关分子模式和损伤相关分子模式、Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)、NOD样受体以及免疫介质等[5]。通常NF-κB在巨噬细胞、肾小球细胞(包括蛋白尿疾病中的足细胞)以及肾小管实质细胞中被激活，并与疾病严重程度(如蛋白尿或炎症)相关[6]。另外，NF-κB暴露于炎症刺激后在固有肾小球细胞(如足细胞)、肾小球系膜、肾小管以及内皮细胞中活化，以调节多种促炎因子的转录[5,7-8]。现就NF-κB在DN中的调控机制的研究进展进行综述，以寻找新的分子靶标，保护肾脏免受损伤，为DN的预防和治疗提供理论依据。

1 NF-κB的结构特征

Rel蛋白家族的5个成员形成了15种潜在的NF-κB同源或异源二聚体：NF-κB1(p50，由p105生成)、NF-κB2(p52，由p100生成)、RelA(p65)、RelB和c-Rel。NF-κB蛋白以二聚体(同源或异源二聚体)的形式结合到κB位点，并可以对靶基因转录产生正反两种作用[9]。NF-κB蛋白的特征为存在N端Rel同源结构域。结合到κB位点的NF-κB，其Rel同源结构域与DNA接触并支持亚基二聚化。只有RelA、c-Rel和RelB具有起始转录功能的C端反式激活域[10]，其中C端亚结构域的疏水残基可以形成二聚化和抑制性蛋白质。尽管p52和p50缺乏C端反式激活域，但可通过与含C端反式激活域的NF-κB亚基异源二聚化或与具有反式激活功能的非Rel蛋白相互作用正向调节转录。NF-κB二聚体通过各种翻译后修饰进一步激活，并转移至细胞核，与特定的DNA序列结合促进靶基因的转录[8,10]。

2 NF-κB的信号转导通路

在静息细胞中，NF-κB与NF-κB抑制蛋白(nuclear factor-κB inhibitor protein，IκB)结合并被隔离在细胞质中。介导NF-κB激活的信号转导通路包括经典途径和非经典通路。

2.1经典信号转导通路 NF-κB的激活通常是由IκBα的蛋白酶体降解介导。受各种免疫受体[如TLR、白细胞介素(interleukin，IL)-1受体、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)受体以及抗原受体]刺激，下游配体与上述受体结合，导致一系列信号级联反应，最终激活IκB激酶(IκB kinase，IKK)。IKK复合物由催化亚基(IKKα和IKKβ)和调节亚基[NEMO(NF-κB essential modifier)]组成，IKK激活后使两个N端丝氨酸上的IκBα磷酸化，触发泛素化和蛋白酶体降解，导致NF-κB复合物转移到细胞核中，主要为p50/RelA和p50/c-Rel二聚体，结合特定序列从而调节大量基因的表达[10-12]。

2.2非经典信号转导通路 与典型的NF-κB信号转导通路相比，非典型的NF-κB信号转导通路缓慢(在数小时内激活)。非典型的NF-κB信号转导通路主要为NF-κB诱导激酶独立激活下游激酶IKKα和IKKβ，触发p100的磷酸化和加工[13]，并作用于p52的前体生成p52，p52主要与RelB结合形成RelB/p52异源二聚体，然后易位至细胞核以进一步转录[14-17]。

3 NF-κB在DN中的作用机制

目前人们对DN发病机制的研究尚不全面，认为DN发病主要与细胞内代谢异常、晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)、肾小球超滤引起的肾小球内高压等因素密切相关，以上因素可诱导肾小球内皮细胞损伤，黏附分子和趋化因子表达，导致巨噬细胞浸润到肾组织中。持续的微炎症是DN发展的病理生理基础[18]。在链脲佐菌素诱发的糖尿病中，已有肾皮质中NF-κB活化的报道[19]。NF-κB是炎症的中心转录因子，在DN中被多种刺激激活[20]。NF-κB可与在DN发病中起重要作用的基因的部分启动子区域结合[21]。在高血糖刺激下，RelA和RelB形成NF-κB复合物，并被IκB抑制，IκB上丝氨酸残基的磷酸化通过泛素化通路被破坏，从而激活NF-κB复合物。活化的NF-κB复合物易位至细胞核并结合κB结合基序的DNA进一步转录，导致各种基因异常转录如蛋白激酶C-β[22]、AGEs积累[23]和氧化应激[24]等。此外，NF-κB可刺激成纤维细胞增殖和分化，并诱导肾小管细胞炎症和基质合成[25]，这两个过程均导致肾纤维化。未来需要深入研究NF-κB与其他信号分子之间相互作用的机制，探讨阻断NF-κB通路的分子靶标在DN中的抗炎、抗纤维化作用。

4 NF-κB在DN相关通路中的调控机制

4.1炎症因子与NF-κB 炎症通路在DN的发病中具有核心作用，研究较深入的炎症细胞因子包括IL-1和TNF-α，其可诱导NF-κB通路活化。IL-1和TNF-α分别与受体结合并触发不同级联信号，激活IKK复合物，从而导致NF-κB活化[26]。Chen和Li[25]发现，替比夫定可通过转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β/Smad和NF-κB通路减轻肾纤维化和炎症。同时TNF-α又是NF-κB的下游因子，T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域分子3通过触发巨噬细胞的NF-κB/TNF-α信号通路加速DN进展，因此T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域分子3可作为 DN治疗的新靶标[27]。另外，NF-κB/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎症小体信号通路进一步扩大了DN的炎症反应。病原体相关分子模式和损伤相关分子模式介导的TLR4或TNF激活会诱导 NF-κB信号转导，导致IL-1β前体、IL-18前体和NLRP3的表达增加，NLRP3复合体激活胱天蛋白酶(caspase)1，激活的caspase-1促进炎症细胞因子IL-1β和IL-18分泌[28-30]。Sun等[31]研究证明，抗疟疾药青蒿琥酯通过抑制TLR4/NF-κB/NLRP3炎症通路改善高糖诱导的大鼠肾小球系膜细胞损伤。黄葵胶囊可通过抑制NLRP3活化及NF-κB信号通路，缓解DN大鼠的肾上皮-间充质转化[32]。可见，NF-κB是介导促炎细胞因子和介质表达的关键调节剂，因此可通过抑制NF-κB信号通路减轻肾脏炎症。

4.2磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路与NF-κB P13K/Akt是DN重要的信号转导通路，调控疾病的发生发展。研究表明，高糖可通过激活PI3K/Akt-NF-κB信号通路介导足细胞损伤[33-34]。PI3K及其下游靶标Akt的激活对于NF-κB的激活至关重要。PI3K包含1个催化亚基(p110)和2个调节亚基(p85和p55)。高糖刺激后，PI3K的p85调节亚基磷酸化导致p110催化亚基激活，活化的PI3K异二源聚体(即p110α和p85)诱导磷脂酰肌醇-4,5-双磷酸酯转化为磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯，并通过IKK的磷酸化或Akt磷酸化直接激活IKK复合物，然后通过IKK复合物激活p65/RelA亚基使NF-κB转运到细胞核中，从而进入涉及NF-κB通路的信号级联反应[11,35-36]。由此可见，抑制PI3K或任何下游靶标(如Akt)将有效调节NF-κB信号转导级联反应。有研究表明，三七皂苷R1通过激活PI3K/Akt信号通路使NF-κB失活，从而减轻细胞凋亡和炎症反应，改善足细胞和肾脏损伤[37]。中国专利药物降糖汤(包含大戟、丹参、黄芪、黄药、黄连)可能通过PI3/Akt和NF-κB信号转导通路减轻DN中的炎症[38]。因此，PI3K/Akt-NF-κB信号转导通路可考虑作为DN的治疗靶点，但仍需更多的临床试验验证。

4.3AGE受体(receptor of advanced glycation end pro-duct，RAGE)与NF-κB 高血糖可导致AGEs产生，从而诱发肾功能障碍、活化肾小球细胞、激活巨噬细胞。AGEs与RAGE结合将导致细胞氧化应激增加和NF-κB活化，进而触发细胞外基质蛋白合成增加[39]。体外研究表明，表达RAGE的细胞可诱导NF-κB(p50/p65)从细胞质向核内持续转运[40]。RAGE配体对NF-κB的持续活化作用是先降解IκB蛋白，然后在新合成的IκBα和IκBβ下合成新的NF-κB p65信使RNA和蛋白[40]。而NF-κB作为调节RAGE表达的启动子可以进一步促进AGEs与RAGE结合，从而加速糖尿病进程。研究表明，表没食子茶素没食子酸酯通过下调AGEs-RAGE轴激活转录因子NF-κB[41]。D-核糖诱导依赖RAGE的NF-κB信号通路介导糖尿病小鼠系膜细胞损伤和肾功能障碍[42]。Yang等[43]发现，格列齐特可通过抑制RAGE-p22phox-NF-κB通路减少还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，从而抵抗AGEs和高糖引起的肾细胞损伤。因此，下调AGEs-RAGE轴可以抑制细胞氧化应激和NF-κB活化，从而对肾脏起保护作用。

4.4p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)与NF-κB MAPK信号通路包括胞外信号调节激酶1和2、p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶。研究显示，MAPK信号通路在高血糖诱导的细胞损伤中发挥关键作用[44]。p38 MAPK信号转导通路是细胞信号传递的交汇点，在高糖、血管活性物质、细胞因子和氧化应激等因素作用下，p38 MAPK激活引起细胞生长、增殖和分化[45]。p38 MAPK的激活可使多种核转录因子活化，影响目的基因的表达。p38 MAPK下游因子包括MAPK激活蛋白激酶2和MAPK激活蛋白激酶3，其中MAPK激活蛋白激酶2加剧了炎症过程，且也是持续激活NF-κB所必需[46]。同时，p38 MAPK可通过下游因子NF-κB介导肾脏微炎症和肾脏纤维化。Ma等[47]研究表明，利拉鲁肽的抗炎作用可通过抑制p38 MAPK/NF-κB通路的激活，从而抑制TNF-α、IL-6和IL-1β表达。Zhang等[48]的研究指出，雷公藤红素通过MAPK/NF-κB通路减轻糖尿病大鼠的肾脏损伤。菜籽蛋白衍生的抗氧化肽RAP(序列为YWDHNNPQIR)通过MAPK/NF-κB信号通路减轻DN的肾纤维化[49]。在未来的研究中，可以根据抑制MAPK/NF-κB通路的药物理化特性、药动学等优化NF-κB抑制剂结构，使其成为DN的有效治疗选择。

4.5活性氧类与NF-κB 糖尿病中活性氧类水平的升高在糖尿病并发症中起主要作用，持续性高血糖会导致线粒体活性氧类产生增加，并诱导细胞损伤，从而导致线粒体功能障碍。过多的活性氧类可影响血管内皮，并诱导肾小球系膜细胞中TGF-β1和细胞外基质表达上调，促进DN中足细胞凋亡[50]。调节促炎细胞因子基因表达的NF-κB在炎症和活性氧类产生之间的正反馈回路中起着至关重要的作用。生理条件下，NF-κB以抑制蛋白(IκB)的形式存在于细胞质中。活性氧类影响IκB的磷酸化和降解，从而使NF-κB释放转录至细胞核[51]。一方面，活性氧类可能影响NF-κB蛋白本身的DNA结合特性，p50DNA结合结构域上的氧化可阻止NF-κB的DNA结合。另一方面，受活性氧类依赖性过程影响的RelA的磷酸化导致NF-κB活化[52]。通过以上研究学者找到了靶向活性氧类治疗DN的药物，目前发现西洛他唑可降低活性氧类水平，抑制NF-κB活性及降低炎症介质水平，从而间接减轻炎症反应[53]。可见，活性氧类以多种方式与NF-κB信号转导通路相互作用。NF-κB依赖性基因的转录影响细胞中活性氧类的水平，而NF-κB的活性也受活性氧类水平的调节。

4.6细胞焦亡与NF-κB 细胞焦亡是一种促炎症程序性细胞死亡方式，GSDMD(Gasdermin D)已被证明是激活细胞焦亡的关键蛋白，caspase切割GSDMD，其中GSDMD的N端片段释放并在细胞质膜上形成孔径，导致水流入、细胞膨胀和溶解，炎症因子释放，从而进一步扩大炎症级联反应[54]。GSDMD在细胞焦亡中起重要作用。研究发现，在脂肪细胞中NF-κB可激活GSDMD介导的细胞焦亡，并通过阻断NF-κB/GSDMD信号通路减轻炎症小体诱导的焦亡[55]。另有研究发现，NF-κB可诱导肾缺血再灌注损伤中肾小管上皮细胞GSDMD介导的细胞焦亡[56]。Wang等[57]的研究显示，抑制TLR4/NF-κB信号转导通路可以逆转糖尿病小鼠及高糖诱导的人肾小管上皮细胞中GSDMD介导的细胞焦亡的发生和IL-1β释放。细胞焦亡在DN发病中的作用目前尚不完全清楚，但以上研究提示NF-κB可激活GSDMD介导的细胞焦亡，同时引起炎症级联反应，这为开发更多的DN治疗方法提供了新方向。

5 NF-κB的治疗靶点

抑制NF-κB的激活可改善DN，提示NF-κB可作为DN的治疗靶点。Li等[58]研究发现，来氟米特和贝那普利合用可通过调节NF-κB、TGF-β和瞬时受体电位通道6的表达减轻DN大鼠的肾脏损伤，并抑制高糖诱导的细胞凋亡。Han等[59]发现，水蛭素通过抑制p38 MAPK/NF-κB通路的炎症作用，减少糖尿病大鼠肾脏组织中巨噬细胞浸润、促炎细胞因子表达以及足细胞凋亡。Huang等[60]发现，短链脂肪酸，尤其是丁酸可抑制NF-κB激活对DN起保护作用。Yuan等[61]研究证明，竹节参皂苷ⅣA通过抑制NLRP3炎症小体激活和NF-κB信号转导，有效抑制了小鼠脂肪组织中高脂饮食诱导的炎症。Li等[62]证明，真武汤能够显著促进肾组织中外泌体的分泌，同时阻断NF-κB核易位以及NLRP3炎症小体的活化，抑制IL-1β和caspase-1的表达，从而减轻肾功能障碍。Zhang等[63]研究发现，沙利度胺可通过负调节NF-κB信号通路减轻DN的肾脏炎症。但在进行临床研究之前，有必要进一步研究NF-κB阻断治疗对肾脏保护作用的分子机制。

6 小结与展望

NF-κB的激活与某些促炎趋化因子的转录相关，并与其他信号通路直接或间接作用影响DN的发展。NF-κB的转录取决于NF-κB与其他转录因子和核调节蛋白的相互作用，通过这种方式NF-κB可以与其他信号通路整合并参与DN的发病。通过对其他信号通路与NF-κB信号转导通路的研究，发现了多种NF-κB抑制剂，但这些抑制剂是对NF-κB活化的整体抑制，不良反应较多。未来需要进一步对NF-κB进行研究，寻找有针对性的NF-κB抑制剂，从而为临床相关疾病的预防与治疗提供新思路及新的药物靶点。