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关键性的核转录因子NF-k B的最新研究进展

http://www.wd999.com 2007-3-30 8:55:05

       郭双平王文亮

      (第四军医大学病理学教研室 710032)

       一.概述

       核转录因子NF-k B(nuclear transcription fator-k B, NF-k B) 是一类关键性的核转录因子，通常以同源或异源二聚体非活性形式存在于几乎所有类型细胞的胞质，具有十分重要的功能，它与免疫细胞的活化，T，B淋巴细胞的发育，应激性反应，细胞凋亡等多种细胞活动有关。许多因素可激活核转录因子NF-k B，使其从细胞质转位于细胞核，与NF-k B反应性基因的k B位点结合并调控NF-k B反应性基因的转录。本文就近年来有关核转录因子NF-k B活化的信号转导机制，NF-k B对炎性分子转录的调控，NF-k B在细胞凋亡中的作用及其与病毒的相互关系等方面的最新研究结果进行综述。

       二. 核转录因子NF-k B的活化机制

       核转录因子NF-k B最初发现于B淋巴细胞，与免疫球蛋白的k 轻链基因增子的B位点结合，调控免疫球蛋白k 轻链的转录，故命名为核转录因子k B（nuclear factor-k B,NF-k B)[1]。随后的研究表明，NF-k B存在于几乎所有类型的组织和细胞，是一类关键性的核转录因子，并构成核转录因子NF-k B家族，其家族的五位成员分别是:NF-k B1(p50), NF-k B2(p52, p49,p50B), Rel A(p65), c-rel, Rel B。核转录因子NF-k B家族成员通常以同源二聚体或异源二聚体形式与其抑制蛋白Ik Bs形成复合物，以非活性形式存在于细胞质中，只有在受到各种活化因素的作用，NF-k B才能被激活，从NF-k B-Ik Bs复合物中解离出来，其DNA结合位点暴露并转位于细胞核与NF-k B反应性基因的k B位点结合，调控NF-k B反应性基因的转录。能激活核转录因子NF-k B的因素很多，包括各种应激性刺激，细菌粘多糖，病毒，氧自由基和多种细胞因子等，它们激活核转录因子NF-k B的机理各不相同，多与PKC依赖性的信号转导途径有关，但一些因素如乙型肝炎病毒x基因通过非PKC 依赖性途径激活NF-k B。随着近年来分子生物学的迅速发展，核转录因子NF-k B的活化机制正逐步被阐明。如肿瘤坏死因子TNF-a 对NF-k B的活化是研究最广泛而深入的，TNF-a 的转录受NF-k B的调控，它同时又以自分泌或旁分泌的方式作用于细胞，激活核转录因子NF-k B。首先，TNF-a 与其膜受体TNFR1结合，接头蛋白TRADD通过死亡结构域与TNFR1的胞质区结合，并将丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶RIP/TRAF2与TNFR1连接，形成信号转导复合体，TRAF2与NIK(NF-k B inducing kinase,NIK)相互作用并激活Ik Ba 蛋白激酶IKK-a (Ik B kinase-a , IKK-a ), IKK-a 使NF-k B最主要的抑制蛋白Ik Ba 氨基端第32，36位丝氨酸磷酸化，磷酸化的Ik Ba 进一步被蛋白酶降解，使NF-k B从NF-k B- Ik Ba 复合体中解离，NF-k B被活化，其DNA结合位点暴露，并转位于细胞核发挥作用。以上是以TNF-a 为例阐述NF-k B被活化的信号转导过程，图示如下：

       此外，最近的研究发现除TNFR1外，TNF受体家族其他成员包括TNFR2,CD40, CD30都可通过这一途径启动NF-k B的活化。但不同的信号通过不同的Ik B蛋白激酶磷酸化Ik Bs, Ik B蛋白激酶虽属于MAPK家族,但通过专一途径磷酸化其靶物Ik Bs,其中IKK-a 是已明确的一种Ik B蛋白激酶[2]。

       那么，NF-k B与其抑制蛋白Ik Bs的关系如何，它究竟是怎样被活化的呢？NF-k B的亚单位p50，p65，p52，c-Rel,ReB聚合形成同源或异源二聚体，并且与其他DNA结合蛋白不同，NF-k B的亚单位在其Rel同源区RHD(RHD,Rel homology domain)形成两个Ig样结构域，其羧基端的主要作用是聚合两个亚单位，氨基端的主要作用是形成序列特异的口袋样结构与靶基因k B位点特异性结合。

       而其抑制蛋白IkBs的ARD(ankyrinrepeat domain,ARD)形成一轻度弯曲的圆柱状结构，它含有能特异地识别NF-k B的氨基酸残基，从而与聚合的p50/p65的Ig样结构域结合。Ik Bs有六种，分别是Ik Ba ，-b ，-g ，-e ，-d ，Bcl-3。关于Ik Bs与NF-k B亚单位结合后阻止NF-k B与靶基因结合的机理也已阐明，当Ik Bs与p65亚单位结合时使p65的空间构象改变，p65亚单位Ig样结构域的氨基末端旋转180°，从而使与靶DNA结合的关键的氨基酸残基被隐藏，这样就抑制了NF-k B与靶DNA调节区的特异性结合。而Ik Bs的氨基末端第32，36位丝氨酸残基从NF-k B- Ik Bs复合物中突起，很容易被Ik B蛋白激酶磷酸化，磷酸化的Ik Bs进一步被蛋白酶降解，使NF-k B活化，从NF-k B- Ik Bs复合物中解离出并转位于细胞核，与相应的靶基因结合。但同时Ik Bs在被降解后又迅速地再合成，并能进入细胞核与NF-k B结合，而NF-k B- Ik Bs复合物的形成使NF-k B从其结合的DNA k B位点上脱离，并重新转位于细胞质，由此实现NF-k B活化与失活的循环，完成NF-k B作为一种核转录因子而调控基因转录的功能[3，4，5]。有60多种基因的转录需要核转录因子NF-k B参与，如与细胞粘附，免疫刺激，细胞凋亡，炎性细胞趋化等相关的基因，而这些重要的生理活动完成的分子基础是NF-k B的活化与失活不断循环。

       三.核转录因子NF-k B的功能

       1.核转录因子NF-k B对炎性分子转录的调控

       炎症反应对机体具有重要意义，在炎症反应中有多种炎性细胞和炎性分子的参与，而编码炎性分子基因的转录主要受核转录因子NF-k B调控，多种编码炎性分子的基因是NF-k B反应性基因，其调控区都含有k B位点，如单核细胞趋化因子MCP-1，2，3，巨噬细胞炎性蛋白MIP-1a ，1b ，2及粘附分子ICAM-1等[6，7]。多种炎性刺激如细菌脂多糖，病毒都可激活核转录因子NF-k B，活化的NF-k B调控趋化因子，粘附分子的转录，这些炎性分子具有重要的作用，如趋化因子CC家族的单核细胞趋化因子MCP-1对单核细胞，T淋巴细胞，主要是CD4+，CD8+细胞具有趋化作用，吸引炎性细胞到达炎症部位。总之，编码炎性分子的基因是NF-k B反应性基因，对这些炎性分子转录的调控是NF-k B最主要的功能，也是研究最早而广泛的内容。但是研究者们一直在思考有一个问题，即急性炎症反应中炎性分子的合成和分泌是如何被精密地调控的呢？这对于骨髓造血系统来源的细胞如巨噬细胞和颗粒细胞是容易理解的，它们短暂的生命周期有助于在其完成功能后细胞本身及其所产生的炎性分子的清除。但对于非造血系统来源的细胞如成纤维细胞和血管内皮细胞由于其生命周期较长，但它们是炎症反应中最先被激活的细胞，首先合成和分泌粘附分子作用于淋巴细胞，单核细胞等，使之与血管内皮细胞粘附并向炎症部位聚集。若成纤维细胞和血管内皮细胞持续地分泌炎性分子，就会造成急性炎症的慢性化，但在正常机体并不出现这种情况。那么，活化的成纤维细胞和血管内皮细胞合成和分泌炎性分子的过程是如何被精密地调控的呢？直到最近才阐明这与核转录因子NF-k B的作用有关，核转录因子NF-k B家族的Rel B以细胞特异性的方式对上述细胞进行调控，它就象一个“刹车”对成纤维细胞中炎性分子的转录进行负调控。Rel B-/-细胞在细菌脂多糖刺激下合成和分泌的多种炎性分子持续性地增高，而Rel B+/+细胞在受到同样的刺激时，仅出现短暂的炎性分子合成增加，但Rel B在造血统来源的炎性细胞中无上述负调控作用[7]。因此，NF-k B以细胞特异的方式调控炎性分子的表达，是机体正常炎症反应所必需的。

       2.核转录因子NF-k B在细胞凋亡中的作用

       核转录因子NF-k B除调控炎性分子的表达外，与细胞存活及凋亡也密切相关。最初促使研究者将核转录因子NF-k B与细胞存活及凋亡联系起来的原因是NF-k B亚单位的氨基端约有300多个氨基酸与病毒癌基因v-Rel同源，并且下调NF-k B的功能可诱导小鼠正常B淋巴细胞及转化的B淋巴细胞凋亡，而高表达NF-k B可促进B淋巴细胞存活。进一步研究发现核转录因子NF-k B与其它类型细胞的存活也相关，缺乏NF-k B p65亚单位的胚胎小鼠在胚胎15至16天死亡，其最显著的特点是大量肝细胞凋亡，表明NF-k B p65亚单位对肝细胞存活是必需的，抑制p65亚单位的功能可诱导小鼠肝细胞凋亡。已充分证明核转录因子NF-k B是细胞存活相关基因，可抑制细胞凋亡[9]。细胞凋亡与肿瘤治疗关系密切，诱导细胞凋亡是许多抗癌药物治疗肿瘤的机制之一。但是，肿瘤细胞往往对抗癌药物诱导的细胞凋亡产生抗性，从而削弱治疗效果。最近的研究表明，肿瘤细胞核转录因子NF-k B的活化是其抗药性产生的机制之一，如细胞因子TNF-α的转录受NF-k B的调控，它又以自分泌或旁分泌的方式作用于细胞激活核转录因子NF-k B。众所周知，TNF-α与TNFR1结合后可通过信号转导途径诱导细胞凋亡，但同时通过另一条信号转导途径激活与细胞存活相关基因NF-k B，而核转录因子NF-k B抑制TNF-α诱导的细胞凋亡。核转录因子NF-k B抑制TNF-α及抗癌药诱导的细胞凋亡机理直到最近才阐明，TNF-α在诱导细胞凋亡的同时通过活化核转录因子NF-k B建立细胞的快速防御机制，在凋亡启动阶段就阻断死亡信号的传递。核转录因子NF-k B可激活TRAF1(TNFR-associated factor1),TRAF2, c-IAP1, IAP2(inhibitor-of-apoptosis),这些基因产物可相互协同在早期抑制TNF-α及抗癌药诱导的细胞凋亡；同时核转录因子NF-k B对重要的凋亡相关分子caspase-8的直接阻断作用而由此抑制一系列caspase的活化也是其抗细胞凋亡的重要机制[10]。因此，TNF-α对核转录因子NF-k B的活化是肿瘤细胞对TNF-α诱导的细胞凋亡产生抗性的原因。实际上，这也是肿瘤细胞对只要能使NF-k B活化的其他许多抗肿瘤药产生抗性的原因[11，12，13]。这一问题引起研究者们极大的兴趣，许多研究从不同的方面阐述了这一问题，如TNF-α作用于敲除Rel A的小鼠成纤维细胞和巨噬细胞，细胞凋亡率比野生型细胞显著高，而将RelA重新转染入Rel-/-的细胞则可保护细胞免于 TNF-α诱导的细胞凋亡。有学者构建了突变的Ik Ba 真核表达载体，将第32，36位丝氨酸突变成丙氨酸而使Ik Ba 不能被IKK磷酸化，降解，从而抑制NF-k B的活化。结果，TNF-α及多种抗癌药物诱导转染上述载体的成纤维瘤细胞凋亡，而过表达NF-k B则保护上述细胞存活。总之，研究充分表明，TNF-α及许多抗癌药物在诱导细胞凋亡的同时，可激活细胞存活相关基因NF-k B，从而抑制其诱导的细胞凋亡。因此，在抗炎和抗肿瘤的过程中对于那些能同时使核转录因子NF-k B活化者可采取措施抑制NF-k B的活化，这样就可以提高治疗效果。如糖皮质激素就可以抑制NF-k B的活化，或用蛋白酶抑制剂抑制Ik Bs的降解，或用基因治疗的方法将突变的不能被蛋白酶降解的Ik Bs真核表达载体转入机体都可阻断核转录因子NF-k B的活化。

       3．核转录因子NF抑制-k B的其他作用

       病毒感染与核转录因子NF-k B的活化也密切相关，已发现很多病毒包括登革热病毒，巨细胞病毒，HIV，EB病毒，乙型肝炎病毒等都可激活核转录因子NF-k B[14]。其具体机理各不相同，可能与病毒感染时核转录因子NF-k B被活化调控一系列炎性分子的转录，参与炎症反应有关。此外，活化的NF-k B可抑制细胞凋亡，而病毒与宿主细胞凋亡密切相关，那么，病毒对NF-k B的活化是否与其诱导或抑制宿主细胞凋亡有关，尚需探讨。另外，核转录因子NF-k B可能是调节白血病细胞分化的一种调控分子[15]。核转录因子NF-k B在应激反应中也发挥作用，神经系统小胶质细胞在受到刺激后其NF-k B可被迅速活化。

       总之，核转录因子NF-k B是一个关键性的转录因子，具有广泛而重要的作用，尤其是在炎症反应和细胞凋亡中，将其作为靶分子治疗炎性疾病或常规抗肿瘤的辅助治疗都将是继续研究的问题。

       主要参考文献：

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