NF-κ B的分子生物学活性及其在阿尔茨海默病中的作用

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   ［摘要］ 转录因子NF-κB是介导许多免疫和炎症反应的中心物质，同时也是细胞凋亡信号通路中的一个重要的转录调节因子，且NF-κB对阿尔茨海默病发生发展有重要影响，越来越受到人们的重视。本文就NF-κB的生物学特性及其与阿尔茨海默病的关系做简要综述。

    ［关键词］ NF-κB；阿尔茨海默病；炎症；氧化应激；凋亡

    NF-κB是一种广泛存在于真核细胞内可将信息从胞浆传至细胞核并引起相应基因表达的重要转录因子。近年研究表明，NF-κB存在于神经系统几乎所有类型的细胞中，主要包括神经元、星型胶质细胞、小胶质细胞和少突细胞［1~3］，在神经塑型、神经发育及神经变性等过程中具有独特作用，广泛参与神经系统病理、生理过程。现就NF-κB的分子生物学活性及其在神经系统变性疾病阿尔茨海默病中的作用综述如下。

    1 NF-κB的生物学特性

    1.1 NF-κB的发现及其结构 1986年Sen和Baltimore首先在B淋巴细胞中发现NF-κB，它在

    淋巴细胞中可以刺激免疫球蛋白κ轻链的转录［4］。NF-κB可诱导免疫应答反应中众多蛋白质的基因表达，在转录调控作用中发挥重要的作用。NF-κB家族中有5个成员［5］， NF-κB1（p50/p105）、NF-κB2(p52/p100)、RelA(p65)、RelB和cRel。根据结构、功能不同分成两组，一组为p50、p52，分别由它们的前体p105和p100裂解而成，再与NF-κB家族中的其他成员结合成同源或异源二聚体；另一组为RelA（p65）、RelB和cRel，它们没有前体。这些蛋白的氨基端都有1个大约300个氨基端残基组成的区域，与原癌基因Rel表达的蛋白同源，称为Rel同源区（rel homogeneous domain，RHD）。RHD包括3个功能区：（1）DNA结合区，可与靶DNA的κB序列结合；（2）二聚体化区，可形成同源或异源二聚体；（3）核定位信号（nuclear translocation signal， NLS）与其抑制剂IκB结合的部位［5］。Rel蛋白之间可形成同源或异源二聚体，其中以p50/p65二聚体最为多见，几乎存在于所有的细胞中，与κB序列有高度的亲和力。

    1.2 NF-κB信号传导通路 NF-κB是普遍存在于真核细胞中的一种快反应转录因子，在静息状态下通常以p65/p50/ IκB聚体复合物的形式以非活性状态存在于胞浆内［6］。NF-κB可以被许多激活物所激活，包括致炎细胞因子（如IL-1、TNF-α），生长因子（如NGF、GM-CSF），免疫受体（如CD40、FasL）、细菌及其产物LPS、病毒与病毒蛋白及其某些理化因素（如紫外线、神经毒素）等。NF-κB的激活主要依赖于IκB激酶（IKK）、IκB泛素连接酶和26S蛋白酶体。在上述激活物的刺激下，IKK首先被诱导激活，进而磷酸化IκBN末端两个重要的丝氨酸残基（IκBα的Ser32和Ser36残基；IκBβ的Ser32和Ser36残基）。磷酸化的IκB在泛素连接酶作用下进一步泛素化，IκB发生构象改变，最后被ATP依赖性26S蛋白酶体所降解。游离的NF-κB迅速入核，与其靶基因增强子的κB基因序列结合，从而促进基因的转录［3，7］。

    2 NF-κB在神经系统生理功能

    2.1 NF-κB在神经系统的激活剂 第一类为CNS特异的信号，神经递质谷氨酸盐通过谷氨酸受体激活NF-κB；神经生长因子则通过p75受体激活NF-κB［8］；β-淀粉样蛋白。第二类信号在外周组织也存在，包括炎症细胞因子（TNF-α，IL-1，IL-6）、佛波酯、氧化应激、紫外光、细菌核病毒产物等［1］。

    2.2 NF-κB与神经元 NF-κB在神经系统发育中具有进化保留作用，果蝇属中的NF-κB相似物“脊背”（dorsal）在胚胎发育中是决定脊腹极性必须的因子。在神经系统发育过程中NF-κB的活化水平是变化的，在出生后早期的大鼠小脑中（即突触形成阶段）其水平最高，以后逐渐降低［9］。NF-κB的亚基因表达水平在神经发育过程中也是动态的，例如：诱导型的P50同源二聚体和P65/cRel二聚体存在于幼鼠的大脑中，而在成年大鼠脑组织中不存在。有研究表明，NF-κB抑制剂SN50可阻断NGF对交感神经元的保护作用［10］，提示NF-κB在神经系统发育过程中有调控神经元死亡的作用。NF-κB除了存在于神经元胞体外还存在于突触末端，远离神经元胞体处，并可在突触末端被激活，说明它对突触功能有很强的调节作用［1］。神经元内谷氨酸受体的激活和胞膜去极化都可激活NF-κB，突触传递的长期强化（longterm potentiation，LTP）亦可激活NF-κB，此过程被认为是学习和记忆的分子机制。与其他仅由LTP高频刺激才可诱导激活的转录因子（如cfos和NGFI-A）不同，NF-κB由低频刺激即可激活［11］。

    2.3 NF-κB与胶质细胞 神经系统的胶质细胞，比如星型胶质细胞和小胶质细胞，生理上伴随神经元至神经元突触位置，因而维持突触功能的完整性以及促成细胞外基质蛋白的合成［12］。有研究［13~15］发现，在老年性痴呆、帕金森病、HIV综合征及持续、短暂脑损伤或局灶性脑缺血等疾病中，大量的小胶质细胞和激活的星型胶质细胞在神经变性场所聚集。在感觉和运动神经元的轴突传递中，对维持周围神经系统雪旺细胞（Schwann cell）和中枢神经系统少突胶质细胞的髓鞘完整性也是必不可少的［16］。越来越多的研究将目标转向脑内的胶质细胞，Matsuoka等［17］发现脑室内注射KA后使海马小胶质细胞和星型胶质细胞中的NF-κB持续激活，并且认为NF-κB介导了KA引起的海马神经元损伤。Dunn等［18］观察到了在由IL-1诱导的纹状体胶质细胞的凋亡中的NF-ΚB的核转位。有发现表明，NF-κB在培养的星型胶质细胞中在凋亡中作为促死亡因子，因此提示NF-κB介导了星型胶质细胞的凋亡［19］。

    3 NF-κB与阿尔茨海默病

    阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）又称老年性痴呆，是一种常见的老年神经退行性疾病，临床表现以进行性认知障碍，智力衰退和人格改变为特征。目前关于AD的病因和发病机制仍不清，其发病与遗传、环境、年龄等密切相关。但是，老年斑（senile plaques，SPs）、脑血管内淀粉样蛋白（amyloid protein，AP）沉积和神经元纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）是AD的主要病理特征，前两者的主要成分为β-淀粉样蛋白（βamyloid protein，Aβ），后者也被证实具有淀粉样蛋白的特性或与其有关。在AD病人脑组织切片的免疫组化分析中发现NF-κBp65处于活化形式并且在神经元及星型胶质细胞中处于激活状态，这些NF-κB激活的细胞仅局限于老年斑的附近［28］。这提示AD的发病也许与NF-κB的激活有关。

    3．1 NF-κB与阿尔茨海默病中的炎症应答 在老年人的大脑中，各种炎症参数慢慢在升高［20，21］。而在神经变性疾病中，炎症介质及反应更是大幅度提高了。在AD病人的颅内，像细胞因子、C反应蛋白、补体蛋白等诸如此类的炎症因子明显上调［22~24］。许多流行病学调查中发现，ApoE4是AD发病的最大的危险因素，同时与颅内炎症有密切联系［25］。Bales等通过对APPV717F转基因小鼠ApoE基因是否敲除对Aβ沉积影响的观察，发现ApoE的表达与否对Aβ沉积和神经斑块的形成具有重要作用。进一步试验证实，用Aβ细胞因子作用于胶质细胞后，ApoE的表达明显增高，而NF-κB活化的抑制剂则能阻断包括ApoE在内的加速Aβ沉积和神经退行性变的各种因子释放［26］。Gal Ophir［25］发现，在ApoE4的转基因小鼠中，侧脑室注入LPS(脂多糖)后的10 h点实时PCR分析，各种炎症因子(IL-6、IL-1β、cxcl10和NF-ΚB)表达明显高于侧脑室注入LPS的ApoE3转基因小鼠，而在假手术组的ApoE3和ApoE4的转基因小鼠中，此类炎症因子明显低于LPS组，但是又比未给予任何处理的转基因组小鼠中的表达高。而免疫组化在处理组24 h点测定，表明在ApoE4组中，NF-ΚB在海马的阳性细胞数量及定量分析均明显高于ApoE3组。这些结果提示，经过LPS预处理的转基因小鼠的颅内炎症应答反应被ApoE4延长及上调，而这种效应又与NF-κB信号传导通路的过度活化相关联。近年发现，在胶质细胞中，细胞因子与β-淀粉样蛋白（Aβ）通过NF-κB的激活相互作用。Schubert等发现Aβ能激活小胶质细胞，使其释放IL-1，IL-1与星型胶质细胞表明的IL-1β受体结合，使星型胶质细胞被激活并开始繁殖、释放炎性蛋白。炎性蛋白又可以加速具有神经毒性的Aβ沉积［27］，而NF-κB为炎症前基因的极早期急性转录调控因子，对大量的炎症反应具有调控作用。Bales等研究发现，用Aβ作用于原代培养的星型胶质细胞后，能以时间-剂量依赖型的方式激活NF-κB上调IL-1β和IL-6表达［28］。Sun Ae Lyu［29］等研究Seungmagalgeuntang对LPS诱导的BV-2小胶质细胞系的作用中发现，SGT不仅可以抑制NO的分泌，还有TNF-ɑ、IL-1β和IL-12的这些促炎因子也明显被SGT抑制，同时观察到了IκB的减少及NF-κB的减少，提示SGT可能阻断了NF-κB的活化从而抑制炎症因子的释放。

    3．2 NF-κB与阿尔茨海默病中凋亡的关系 尽管NF-κB的激活在生理状态下有抗细胞凋亡的作用，但是它在胶质细胞中的过度活化能促进细胞毒性物质的生成，从而间接导致细胞凋亡。而Aβ是AD发病的主要神经病理标志［30］，同时在AD病人神经元细胞死亡中是因Aβ的增多所致的细胞凋亡［31］。有研究证明，Aβ在体外神经元模型中直接引起毒性作用［32，33］。Carlos等［34］通过在外周血淋巴细胞的培养后予以Aβ25-35干预，得出Aβ可以诱导NF-κB的激活以及核转位，并且说明NF-κB的核转位与凋亡的程序具有直接相关性。Youn Sook［31］等用神经生长因子诱导分化的PC12细胞予以Aβ干预，在试验中观察到过度表达的Bcl-2可减少Aβ诱导的凋亡，同时也抑制了p38MAP激酶的增多以及NF-κB的激活。而p38激酶的特异性抑制剂可以抑制Aβ诱导的NF-κB的激活及减少凋亡。Bcl-2蛋白通过抑制转录因子NF-κB的激活而阻止Aβ诱导的凋亡，得出Bcl-2的过度表达可以保护分化的PC12细胞Aβ诱导的凋亡，这种抑制效应可能与p38MAP激酶以及NF-κB的激活减少相关。而Colin等用Aβ刺激小胶质细胞，使之产生TNF/iNOS-依赖型神经细胞凋亡，Aβ纤维与小胶质细胞结合，促使包括Src家族成员和Syk在内的酪氨酸激酶-依赖型信号反应，其中Src激酶（例如Lyn）调控着几种支持与吞噬Aβ纤维有关的酪氨酸激酶的激活，相应的Syk激酶的活化能提高Aβ刺激小胶质细胞后的炎症因子产生。Aβ诱导的Src和Syk的活化能激活炎症前转录因子NF-κB，从而产生细胞因子，使小胶质细胞分泌TNF-α，最终导致细胞凋亡［35］。

    3．3 NF-κB与阿尔茨海默病中的氧化应激 在许多细胞中，NF-κB被发现是第一个可以对氧化应激应答的真核转录因子［36］。亦有研究提出一些依据来证明多种因子都能通过氧化应激而激活NF-κB：（1）在某些细胞株中，直接应用H2O2可以激活NF-κB；（2）在转基因小鼠的AD模型中，发现大量升高的氧化应激标志物；（3）Aβ的神经毒性可以被抗氧化剂减弱，比如VitE，拉扎洛依以及自由基清除剂；（4）那些影响细胞内ROS的抑制剂或酶的过分表达可以通过一些因子来调节NF-κB的激活。这些理论提出了H2O2可能是NF-κB激活的第二信使［37］。国内研究发现，在星型胶质细胞中，H2O2可使p65由胞浆向核移位，并降低IκBα的水平，而黄芩苷自身不会导致p65亚基胞核移位基影响IκBα表达水平，但可以减少H2O2所致p65亚基胞核移位及细胞内IκBα降低的程度［38］。

    由于神经系统的高代谢率以及缺乏氧化防御机制，因此它更容易受到活性氧簇(ROS)的损害。AD的发病与ROS的产生和氧化应激密切相关［39］。Aβ是AD的主要发病原因，而现有研究发现，在神经元的死亡中，Aβ通过诱导细胞内的ROS而成为NF-κB的诱导物。Akama等用Aβ1-42的毒性片段作用于原代培养的大鼠皮质的胶质细胞，发现其能使NF-κB活化，并且显示Aβ刺激iNOS的表达和NO的产生，是通过一个NF-κB依赖型机制运行的。在iNOS的启动子区至少包括一个NF-κB反应元件，因此激活的NF-κB成为细胞因子或细胞应激时iNOS基因表达的重要转录因子［40］。Sun Youn等用PC12细胞原代培养，而后用Aβ孵育，同时在几组里加入绿茶提取物，另一些则不加入绿茶提取物，于1 h测定NF-κB，4 h测ROS。结果显示，用Aβ处理的PC12细胞内ROS是以剂量依赖型升高，而同时用绿茶提取物处理的细胞ROS减少。用Aβ处理的PC12细胞NF-κB激活，同时胞质内的IκBα及磷酸化的IκBα浓度升高，但是这些效应都可以被绿茶提取物所抑制。这说明绿茶提取物阻止ROS是通过抑制IκB的生成而抑制NF-κB的激活［41］。

    4 结语和展望

    NF-κB可能通过多途径参与AD的发病过程，它的激活可以导致炎症反应、氧化应激，以及细胞的凋亡，其与Aβ在AD中的作用是相互促进的，从而导致Aβ的沉积和增多、神经元纤维缠结形成，神经元损伤丢失而加重神经毒性［42］。所以深入研究NF-κB在AD中的发病机制及其确切的级联反应，对AD的相关药物的研制具有重要意义。

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  作者单位： 410011 湖南长沙，中南大学湘雅二医院中医科

　　(编辑：夏 琳)