The Genic Modulation of Cytokines by NF-kB and Inflammatory Response<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

赵丽云 Liyun Zhao
叶铁虎 Tiehu Ye 教授
中国协和医科大学北京协和医院麻醉科，北京 100730
Department of Anesthesiology, Peking Union Medical College Hospital, Beijing 100730

ABSTRACT

NF-kB is a DNA-bingding transcription factor that exists extensively in many cells. It can enhance the transcription of a variety of genes, including cytoking and growth factors, adhesion molecules, immunoreceptors, and acute-phase protein when cells are stimulated by bacteria and virus etc, especially to the transcription of TNF-α（tumor necrosis factor-α）、IL-1、IL-6、IL-8 which ate considered to be very important in the generation of acute inflammatory responses. Excessive cytokine-mediated inflammation is likely to be play a fundamental role in the SIRS(systemic inflammatory response  syndrome)、ARDS(adult respiratory distress syndrome)、MODS(multiple organ dysfunction syndrome). This paper has reviedwed the genic modulation of cytokines by NF-kB and inflammatory response and might prove beneficial for the treatment of cytokine-mediated inflammatory diseases.
　Key Words: NF-Kb; Cytokine; Inflammatory responses.

核因子-kB是1986年首先由San和Baltimore^[1]发现，他们在实验中发现B细胞核提取物有一种能与免疫球蛋白k轻链基因的增强kB序列特异结合的蛋白因子，命名为NF-kB。NF-kB广泛存在于各种细胞中，在细胞受到病毒或细菌感染、细胞因子、DNA损伤、紫外线照射等各种因素刺激后可被活化，增强多种基因的转录，如细胞因子、生长因子、粘附分子、受体、急性期蛋白等，尤其为多种细胞因子转录所必需^[2]，包括TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等在炎症反应发生中起重要作用的炎症介质，而大量炎症介质的释放又是多种疾病状态发生发展的基础，如严重烧伤、创伤（包括外科大手术）、休克、急性坏死性胰腺炎、恶性肿瘤等到可导致失控的炎症反应，造成宿主自组织结构和生理功能的广泛损害，进而引起SIRS、ARDS、MODS，甚至死亡。NF-kB作为一种普遍存在的转录因子，是多种信号转导的汇聚点，且在调节炎症反应的基因中起关键作用。因此阐述NF-kB的基因调控机制将对炎症反应的控制提供极具潜力的治疗措施。

一、 NF-kB的分子生物学特性
　　1． NF-kB的结构与组成：NF-kB是由Rel蛋白家族的成员以同源或异源二聚体的形式组成的一组转录因子。Rel蛋白家族的原型是鸡的原癌基因V-Rel，并由此得名。该家族成员均在N端含有保守的300个氨基酸残基左右的Rel同源结构域，其中分别存在着与其他Rel蛋白、DNA和I-kB结合的区域以及核定位序列。目前哺乳动物发现的Rel蛋白有RelA（也称p65）、RelB、C-Rel、p50（NF-kB2）等，Rel家族成员 以一定的组合两两结形成不同的NF-kB转录因子（但并非所有的成员都可形成二聚体），其中p50（NF-kB1）RelA发现最早也是分布最广泛的NF-Kb，因此一般意义上的NF-kB就指p50（NF-kB1）/RelA二聚体。
　　2． NF-kB的激活：细胞在静息状态下，NF-kB与其抑制蛋白I-kB（inhibitor kB）家族成员 结合以三聚体的形式存在于胞浆中。当细胞受到活化刺激进而启动细胞第二信使系统时，I-kB发生磷酸化并使NF-kB与I-kB解离，使NF-kB进入细胞核，与相应的靶序列结合，启动相关基因的转录^[3]。
　　3．I-kB：I-kB包括I-kBβ、I-kBν、I-Bδ、p100等，该家庭成员在分子的中部均含有5～7个约30个氨基酸残基的锚蛋白（ankyrin）重复序列，这些重复序列可与NF-kB的RHD相互作用，是NF-kB与I-kB家族相互作用的结构基础，其中I-kBα是I-kB蛋白家族中发现最早和研究最清楚的成员。NF-kB发生作用的前提是与I-kB解离，而I-kB的解离需自身的磷酸化，磷酸化过程需特殊的泛素依赖性的I-kB激酶（I-kB kinase, IKK），包括IKKα、IKKβ，二者均参与TNF-α、IL-1诱导NF-kB的活化过程^[4]

　　二、 NF-kB对细胞因子的基因调控
　　尽管细胞因子的作用是独立的，但它们的产生及其作用与炎症反应密切相关，如脓毒败血症，细菌内毒素与其它有毒物质使宿主多种细胞快速产生了TNF-α、IL-1β，这些细胞因子又介导了宿主对感染的许多早期反应如导致巨噬细胞分泌其他炎症介质IL-6、IL-8。NF-kB对这些细胞因子的基因转达录具有很强的调控作用^[5]。当细胞受到刺激时，细胞因子依其刺激物及细胞或组织类型以其独特的方式产生。NF-kB作为转录的激活剂，一方面它可与有活性的转录因子相互作用于共同决定细胞因子基因转录的速率；另一方面，NF-kB在其基序（motif）中，有一些利于细胞因子转录的结合位点，如与转录因子NF-IL-6的启动子结合则启动了IL-6、IL-8的转录活性^[6]。NF-kB还与其他转录因子具有直接的蛋白与蛋白间的相互作用，如与糖皮质激素受体之间的作用可改变NF-kB结合于DNA的能力而表现为抑制NF-kB的活性。
　　此外，转录后RNA形成的速率、mRNA的稳定性、翻译效率等因细胞因子的不同而相差悬殊，如TNF-α的产生，转录后的过程较转录激活更为关键，当巨噬细胞受内毒素刺激后产生TNF-α，转录速率增加了5～50倍而翻译速率却可增加100倍；相反当内毒素刺激巨噬细胞产生IL-8时，IL-8的产生速度主要取决于IL-8基因的转录和RNA的形成过程。总之，细胞因子产生的种类和时间均是由于细胞在受到刺激后NF-kB与各种转录因子结合位点之间复杂的相互作用的结果，目前已证实NF-kB可高效率地诱导多种细胞因子（IL-1、IL-6、IL-8、IL-α粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等）的基因表达。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

　　三、 NF-kB与细胞因子网络的反馈调节
　　1． 正反馈调节：NF-kB是细胞因子介导的炎症反应的主要调节者，其活性受到细胞内和细胞外反馈调节的严密控制。细胞外的正反馈调节产生了炎症反应信号的扩大效应，如细菌内毒素使NF-kB激活增加了TNF-α和IL-1β的转录，而此两种细胞因子反过来又可激活NF-kB，TNF-α和IL-1β的产生又可诱使其他细胞因子如IL-6和IL-8等的释放并持续存在于血液中^[2]。此外，内毒素、TNF-α和IL-1β等可同时诱导单核-巨噬细胞、中性粒细胞（PMN）趋化因子的产生从而促使PMN在炎症部位的聚集和激活而产生更多的炎症介质，包括TNF-α和IL-1β等，而产生的为症介质又可重新使NF-kB激活，如此产生了促炎因子的放大环，产生了更多的细胞因子^[7]。
　　2． 负反馈调节：负反馈调节在细胞内外均可发生，在细胞内，NF-kB激活导致I-kBa、P105的上调，抑制蛋白的产生增加使NF-kB的解离减少从而下调细胞核内NF-kB的活性^[8][9]；NF-kB的细胞外负反馈机制是通过调NF-kB实现，炎炎刺激如内毒素、TNF-α、IL-1β一种抗炎因子，可抑制促炎因子的产生，Wang等^[10]证实IL-10可通过阻止单核细胞中NF-kB的活性而抑制细胞因子的产生。

　　四、 NF-kB与炎症反应
　　随着分子生物学的飞速发展，人们对多种因素诱发机体发生过度的炎症反应有了进一步的认识，近年来的研究结果显示，当机体的炎性细胞（中性粒细胞、单核-巨噬细胞、淋巴细胞、血管内皮细胞等）受到外界刺激时，可通过相应的受体启动细胞内信号转导过程，激活多种转录因子，进一步导致炎症介质基因的复制与转录而引起我种炎症介质的超量释放。在此过程中，NF-kB起到了关键作用。
　　众所周知，失控的炎症反应是ARDS重要的病理学基础。Schwartz等^[11]报道患有ARDS病人，其肺泡巨噬细胞的NF-kB活性明显高于其他类严重病患者，而且他们也证实患有ARDS 的肺泡灌洗耳恭听液中，IL-8、TNF-α的水平明显升高，这与肺组织中NF-kB表达增强是一致的。Miagkova等^[12]报道类风湿性关节炎患者的关节滑液中有NF-kB的激活现象，而骨性关凶炎中无类似表现。相关的动物实验亦证实了NF-kB与炎症反应的关系。Timothy S 等^[13]通过建立大鼠内毒素休克模型，发现在腹腔内注入内毒素2小时肺组织中NF-kB的激活达峰值，同时肺组织中有细胞因子诱导的中性粒细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子mRNA的表达，而在内毒素注入前1小时应用抗毒素NAC则使肺组织中NF-kB的表达呈剂量依赖性的下降，且CINC 的表达出现阴性，相应地肺灌洗液中的PMN 在应用NAC后出现显著的下降。CINC是由肺泡巨噬细胞产生的重要的PMN 趋化因子，它导致了PMN 在肺组织及其他炎症部位的聚集浸润，进而引发ARDS和其他部位的炎症反应， Shenker^[14]等通过建立鼠低血容量休克模型也证实肺组织中NF-kB激活的同时导致了一系列细胞因子的激活。
　　此外，NF-kB调控的基因还可编码诱导一系列粘附分子、血小板活化因子、受体等到的基因表达，这些均在炎症性疾病的发生发懂中具有重要的作用。
　　近年来提出，NF-kB具有抑制凋亡的作用。已知非甾体类抗炎药以及阿片类药物的抗肿瘤作用于就是通过抑NF-kB的活性而促使肿瘤细胞的调亡，但NF-kB在炎症反应中是否对单核-巨噬细胞、PMN也具有凋亡作用，是否因此延长了炎性细胞的存活时间而进一步加重了炎症反应的程度，尚不十分清楚。一些学者证实阿片类药物对单核-巨噬细胞的促凋亡作用部分是依赖于减低NF-kB的活性从而减少细胞因子的释放这一机理^[15]，但阿片类药物是否因此而对一些急性炎症性疾病的恢复有利将有待于进一步的研究。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

　　五、 针对NF-kB的抗炎新策略
　　大量的证据表明，传统的抗炎治疗措施如皮质炎固醇、非甾体类抗炎药以及一些减少和阻断炎症介质的方法，虽对机体的过度反应、减轻靶器官的损害有一定的疗效，但其作用广泛缺乏特异性，因此，只有从控制炎症反应的“瓶颈”-即关键环节进行干预，方可从根本上解决这一道难题。NF-kB作为一种普遍存在的转录因子，是多种信号转录的汇聚点，多数学者最近提出NF-kB是极具潜力的新型抗炎靶点^[16]。
　　1． 抗氧化治疗：抗氧化剂-吡咯烷二硫氨基甲酸（PDTC）作为NF-kB的抑制剂已受到众多研究者的青睐。
　　2． 针对I-kB的形成及活性、减和I-kB的降解、促进I-kB的生成，从而减少NF-kB的解离， 抑制NF-kB的活性。如靶向I-kBα的反义核酸，可阻止I-kBa的形成，减轻I-kB的磷酸化，某些蛋白酶小体抑制剂可减少I-kB的降解^[17]。
　　3． 抑NF-kB的合成^[18]：针对性p50和p65的反义寡脱氧核甘苷酸中与编码NF-kB的基因及mRNA结合，进而阻断基因的转录、翻译过程，最终抑NF-kB的形成。
　　4． 拮抗NF-kB的活性：妈保民与顺式元件一致的双链寡聚脱氧核苷酸，转染入细胞，竞争性地抑制转录因子与顺式元件的结合，干扰转录因子的DNA结合性及基因表达。此策略已应用于NF-kB过度活化有关的疾病如心肌再灌注损伤、肾小球肾炎等炎症性疾病的治疗，动物实验也显示出确切诱人的效果^[19][20]，但迄今为止拮抗NF-kB的策略用于治疗ARDS、SIRS的研究尚未见报道。
　　总之，对转录因子与炎症性疾病的研究尚处于早期阶段，有关NF-kB对中中细胞因子基因调控的影响仍需进一步完善，可以设想，随着分子生物学技术的发展和人们对炎症性疾病认识的进一步提高，必将产生特异性更强的新型抗炎施。

参考文献
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