NF-κB的研究进展及其在糖尿病中的作用

[关键词]NF-κB；糖尿病

[中图分类号]R587 [文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2007）06（c）-006-02

参与炎症反应和免疫反应的介质纷繁复杂、彼此关联，在体内构成了一个十分复杂的网络体系。而作为众多炎性因子共同的转录调节蛋白――核因子NF-κB的发现，为疾病的防治提供了新的线索。NF-κB是Sen和Baltimore[1] 于1986年发现的。1988年，Baeuerle和Baltimore报到了NF-κB的特异性抑制物IκB[2]。通常情况下NF-κB与IκB结合以无活性形式存在于细胞浆中，潜伏形式的NF-κB可被多种诱导物激活，进入核内与相应的靶基因结合，发挥转录调节作用，广泛参与多种生理或病理过程。

1 NF-κB和IκB

NF-κB 是NF-κB／Rel家族的成员，这一家族按结构、功能及合成模式的差异可分为两组。一组由p105、p100和Relish组成， 这组蛋白本身并无转录激活作用，必须与第二组蛋白形成聚合体才有活性；第二组包括RelA、c-Rel、 RelB、dorsal和Dif 等。NF-κB是由p50和RelA组成的异源二聚体，不同的二聚体形式在DNA 结合特征和作用方面是不同的［3,4］。

IκB也形成一相关的蛋白家族，包括IκBα、IκBβ、IκBγ、IκBδ、IκBε等，其中最重要的是IκBα和IκBβ。IκB的结构分为三个区：①含70个氨基酸的N末端区；②含205个氨基酸的内部区，可与NF-κB偶联；③含42个氨基酸的C末端区，抑制NF-κB与DNA结合并且与IκB的降解有关。IκB抑制NF-κB活性的机制可能在于：①与NF-κB亚基结合后掩盖 RHD上的核定位信号，使其不能核易位；② 变构抑制NF-κB与 DNA的结合活性，诱导其解离；③促进核内NF-κB出核。在胞浆中，NF-κB因与IB结合而以非活性的形式存在，不具有转录激活功能。

2 NF-κB的信号传导

NF-κB激活的直接动因是IκB磷酸化，而IκB的磷酸化由IκB激酶（I KK）催化，其激活过程：①IκB的磷酸化，首先IκB在酪蛋白激酶Ⅱ的作用下磷酸化其C末端富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸、苏氨酸的结构域，然后对IκBαN端的32和36位的丝氨酸进行磷酸化[5~8](IκBβ为19和23位的丝氨酸）; ②IκBN端第21和22位赖氨酸与多个泛素（ubiquitin）分子共价结合；③与泛素结合的IκB发生构象改变被多催化性ATP依赖性26 S的蛋白酶识别并降解，NF-κB 游离并移入核内[9，10]，调控免疫反应和炎症反应等相关因子的基因转录，随后NF-κB在核内与新合成的IκB结合出核，失去活性。另有研究表明，Src家族的p56lck激酶磷酸化IκBα的酪氨酸后，不需IκB的降解就能激活NF-κB，提示NF-κB的激活有另一不依赖苏氨酸磷酸化的途径。

NF-κB激活存在着精细的正负反馈调节机制，正反馈调节途径是：NF-κB活化后，可增强 TNF-α和 IL-lβ 等的基因转录，使TNF-α和 IL-lβ等的产生释放增多，进一步激活NF-κB导致炎症反应的持续化和扩大化；负反馈机制在于两方面，一方面NF-κB活化后，在启动炎症介质基因转录的同时，IκBα和p105的基因转录亦被上调，p50同源二聚体生成也有增多，这些有助于抑制NF-κB的活性。另一方面LPS、TNF和 IL-1能刺激 IL-10产生，后者能阻断某些细胞NF-κB的活化。此外人们还发现：不同的细胞、刺激因素以及同一细胞处于不同的病理生理状态，都影响着NF-κB的活化及其调控基因的转录差异性，这说明NF-κB信号通路的调节是十分精细的。

3 NF-κB的生物学功能

NF-κB进入细胞核内后，与其靶基因中启动子或增强子上的κB序列（GGGRNNYYCC）结合从而诱导许多因子的转录。如细胞因子、趋化因子、黏附分子、急性反应期蛋白、生长因子、免疫受体等。有研究表明NF-κB与凋亡关系十分密切。一方面NF-κB能刺激IL-1β转化酶蛋白酶、c-myc、TNF-α基因的表达，从而引起细胞凋亡。另一方面， NF-κB通过激活抗凋亡基因 TRAF1，TRAF2，c-IAP1，c-IAP2阻断半胱天冬酶的激活，从而介导细胞存活，又有抗凋亡作用。NF-κB是如何同时调节细胞的生存和死亡信号呢？有人认为可能是不同的NF-κB家族成员介导不同的信号，导致细胞生或死；也可能NF-κB在细胞凋亡中的作用依赖于细胞类型或外界刺激类型。另细胞癌变也与NF-κB有一定关系，一些NF-κB/Rel 蛋白质，特别是c-Rel就因为它们参与了B细胞和T细胞的异常生长而首先被发现。在癌基因Ras诱导癌变细胞中，NF-κB活性增高，NF-κB与IκB结合后，癌基因Ras诱导的细胞生存力明显丧失，这也证明NF-κB与细胞癌变有关。绝大多数资料显示，NF-κB导致癌症的发生是因为细胞因子或其受体基因转录的激活，促进了非调节性淋巴细胞的生长或阻断了凋亡。

4 NF-κB与糖尿病

糖尿病是一种多因素作用的慢性疾病。胰岛β细胞的病理生理状态一直是探讨糖尿病病因的焦点之一。文献业已显示，由诱导型一氧化氮合成酶（iNOS）催化产生的NO是细胞因子介导的β细胞损害及功能异常的潜在介质。Darville等对β细胞的研究显示IL-1β诱导的iNOS启动子的活化需要NF-κB结合位点的存在[11]。提示NF-κB的激活也许是导致β细胞的死亡和1型糖尿病的关键媒介[12]。

动脉粥样硬化（AS）是糖尿病大血管病变最主要的病理改变。有证据表明NF-κB的激活可能是AS发生、发展的始动因素之一。已知糖尿病血管病变主要的发生机制包括：多元醇通路、糖基化终末产物（AGEs）、己糖胺通路及蛋白激酶C（PKC）活性强，而高血糖引起的活性氧族（ROS）的增加是这4个通路的共同点。ROS的产生可导致IκBa磷酸化和降解以及NF-κB在核内聚集。最近的研究成果表明，AGEs与其受体（RAGE）结合后可促进应激敏感的NF-κB，使细胞表面ICAM-1、VCAM-1、MCP-1等黏附分子的表达上调，促进循环中的白细胞（以单核细胞为主）与内皮细胞黏附，启动AS的发生[13，14]。糖尿病肾病是糖尿病晚期常见的并发症。Hofmann等人[15]研究发现，与无肾脏并发症的糖尿病患者相比，糖尿病肾病患者表现出更强的NF-κB DNA结合活性，且其活性与蛋白尿程度和血浆血栓调节蛋白浓度相关，显示NF-κB活性与糖尿病肾病的程度密切相关。

综上所述，NF-κB可调控与炎症反应和免疫反应有关的许多细胞因子、黏附分子基因的表达，从而促进糖尿病血管病变的发生。由于对NF-κB活化在疾病中所扮演的角色有了比较充分的认识，人们试图从拮抗NF-κB活化入手，探索防治疾病有效的方法。值得注意的是，NF-κB的激活与抑制正成为新药研究与开发的一个新的治疗靶点。虽然这些研究许多仅取得初步疗效，还不能达到临床应用的程度，但有理由相信：对NF-κB的进一步研究，将为糖尿病及其并发症的防治开辟新的领地。

[参考文献]

[1]Sen R,Baltimore D.Multiple nuclear factors interact with immunoglobulin enhancer sequence[J].Cell,1986,46:705-716 .

[2]Baeuerle PA,Baltimore D.IκB:a specific inhibitor of the NF-κB transcription factor[J].Science,1988,242(4878):540-546.

[3]Li Q,Verma IM.NF-kappa B regulation in the immune system[J].Nat Rev Immunol,2002,2:725-734.

[4]Senftleben U,Karin M.The IKK/ NF-kappa B pathway[J].Crit Care Med,2002,30:S18-S26.

[5]Karin M, Delhase M.The I kappa B kinase( IKK ) and NF-kappa B:key elements of proinflammatory signaling[J].Semin Immunol,2000,12:85-98.

[6]Karin M,Lin A.NF-kappa B at the crossroads of life and death[J].Nat Immunol,2002,3:221-227.

[7]Kumar A，Lnu S,Malya R,et al.Mechanical stretch activates nuclear factor- kappaB,activator protein-1,and mitogen-activated proteinkinases in lung parenchyma:implications in asthma[J].FASEB J,2003,17:1800-1811.

[8]Kumar A,Boriek AM.Mechanical stress activates the nuclear factor- kappa B pathway in skeletal muscle fibers:apossible role in Duchenne muscular dystrophy[J].FASEB J,2003,17:386-396.

[9]Karin M,Ben -Neriah Y.Regulatory functions of ubiquitination in the immune system[J].Nat Immunol,2002,3:20-26.

[10]Wilkinson KD.Signal transduction:aspirin,ubiquitin and cancer[J].Nature,2003,424:738-739.

[11]Darville MI ,Eizirik DL.Regulation by cytokines of the inducible nitric oxide synthase promoter in insulin-producing cells[J].Diabetologia,1998,41(9):1101-1108.

[12]Ho E, Chen G,Bray TM.Alpha-phenyl-tert-buty lnitrone(PBN)inhibits NF-κB activation offering protection against chemically induced diabetes[J].Free Radical Biology MED,2000,28(4):604-624.

[13]Martin RD,Hoeth M ,Warbinek RH, et al.The transcription factor NF-κB and the regulation of vascular cell function[J].Arterioscier Thromb Vasc Biol,2000,20(Supple):E83-E88.

[14]Morigi M ,Angioletti S,Imberti B,et al. Leukocyte-endothelial interaction is augmented by high glucose concentrations and hyprglycemia in a NF-κB-dependent fashion[J].J Clin Invest,1998,101:1905-1915.

[15]Hofmann MA,Schiekofer S,Isermann B,et al.Peripheral blood mononuelear cells isolated from patients with diabetic nephropathy show increased activation of the oxidative-stress sensitive transcription factor NF-kappa B[J].Diabetolagia,1999,42:222.

（收稿日期：2007-04-26）

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