核转录因子NF

武警医学(MedicalJournaloftheChinesePeople’sArmedPoliceForces)Vol.13No.042002-04出版

综　　述核转录因子NF-kB与中枢神经系统疾病

综述　审校　(天津300162)武警医学院附属医院放射科　冯凯琳　陈宝友　陈彦亭　宋立新　张永亮　

关键词　NF-kB　中枢神经　疾病

　　核转录因子-kappaB(Nuclearfactor-kappaB,NF-kB)是一种具有多向转录调节作用的蛋白质。NF-kB是作为B细胞核转录因子被发现的,因其结合位点在免疫球蛋白Kap2

pa轻链基因中而得名。此后发现它分布广泛,并参与多种基

因的转录调控,与炎症反应、免疫应答,以及细胞的增生、转化和凋亡等重要的生理病理过程密切相关。研究表明,NF-kB在中枢神经系统的神经塑型、神经发育及神经变性等过

程中具有重要的作用1。

1　NF-kB的生物学特性

111　NF-kB/Rel与IKB家族成员　NF-kB是NF-kB/Rel

蛋白家族成员2,由多肽P50和P65亚基形成P50～P65同源二聚体及P50～P65异源二聚体,其中发挥主要生理功能的是P50～P65异源二聚体。Rel家族成员包括P50(NF-kB1)、P52(NF-kB2)、P65(RelA)、RelB和C-Rel,它们共同

拥有一个保守的约300bp组成的Rel同源结构区(Relhomol2

ogydomain,RHD),RHD内含有DNA结合区、二聚体化区,主

要功能为介导Rel蛋白间的二聚化作用和蛋白与DNA的特异结合,并携带有核定位信号,参与活化的NF-kB由细胞质向细胞核的迅速移动。从广义上讲,凡能与DNA上NF-kB结合区相互作用的Rel蛋白的组合均可称为NF-kB,但习惯上通常只将P50～P65异原二聚体称为NF-kB。它几乎存在于体内所有细胞,且含量很高。在NF-kB的异原二聚体中,虽然两种亚单位均能与DNA结合,但只有P65在蛋白的

C-末端含有转录激活区域,能直接作用于靶基因而激活转

录。

NF-kB的DNA结合活性由一组属于IkB家族的抑制蛋

白控制。IkB家族包括IkBα、IkBβ、IkBε、IkBγ、IkBδ及Bcl-3,存在于胞浆中。IkB与NF-kB结合后,可阻止NF-kB由胞浆进入胞核中,使NF-kB无法与目的基因启动子区域的特定序列结合,调节基因转录的功能被抑制。在IkB家族中IkB

α是NF-kB的主要调控抑制蛋白。112　NF-kB的活化及调节　静止状态下,NF-kB以非活

性形式存在于胞浆中,由P50～P65和IkB组成三聚体复合物。当细胞受刺激后激活依赖泛素蛋白(Ubiquitin)的IkB激酶(IkBkinase,IKB),使IkBαN-末端32位和36位的2个丝氨酸磷酸化,磷酸化的IkB

α由泛素蛋白在多个位点泛素化。最后泛素化的IkB

α被26s蛋白酶小体降解,暴露出Rel蛋白上的核定位信号,而激活NF-kB,使NF-kB快速易位进入

核内,与靶基因kB位点结合,迅速诱导靶基因的转录3。目前研究发现具有kB位点并受NF-kB调控的靶基因有前炎细胞因子(TNFα、IL-2、IL-1β和IL-6等)、趋化因子IL-8、炎症反应酶类、粘附因子等4。

在体内,NF-kB的活化过程受到精细调控,NF-kB和

IkB互相调节对方的激活,在细胞内NF-kB活化后可上调

IkB

α的基因表达,这些抑制蛋白亚基的增加有助于将NF-kB限制在细胞质,下调细胞核中NF-kB的活性,此为NF-

kB激活的负反馈调节形式。TNF

α和IL-1β是NF-kB的两个重要诱导因子,参与构成NF-kB的正反馈环5,TNFα和IL-1

β的表达不仅诱导NF-kB激活,而且由NF-kB活化对其进行转录调控。NF-kB活化后可增强TNF

α和IL-1基因的转录,使TNF

α和IL-1产生和释放增多,进而再次激活NF-kB。正负反馈调节方式往往同时进行,NF-kB的活性状

态则取决于何种调节占优势。

大量工作表明,活性氧(Reactiveoxygenspecies,ROS)可能是激活IkK的共同的第二信使,NF-kB的诱导因素可能通过产生ROS激活IkK,使IkB快速磷酸化5。激活细胞内NF-kB的主要刺激信号包括:细胞因子(TNFα、IL-1)、氧化应激、紫外光、细菌和病毒产物、发育性改变、神经毒性肽、神经递质、神经营养因子等。

113　中枢神经系统中的NF-kB　研究发现与大多数外周

细胞不同,中枢神经系统尤其是大脑皮层和海马神经元内有高结构型活性的NF-kB,推测这些NF-kB可能参与代谢非常活跃的神经元中抗氧化系统的调节。NF-kB在大脑皮层、海马和小脑突触上的定位,提示NF-kB可能是正常触突活动中的一个重要信号转导者。在神经元胞体、突触以及突触后致密层均已发现存在可诱导型的NF-kB活性,提示其作为信使将突触信号传递到核内,同时在核内调控基因转录,发挥其生物学作用6。研究还证实在胶质细胞胞浆中存在非活性的NF-kB。

2　NF-kB在中枢神经系统疾病中的作用

211　NF-kB与脑缺血　Gabriel等在大鼠局灶性缺血模型

中,将大鼠大脑中动脉夹闭50min,在缺血后第4天和第7天,发现缺血中心区内神经元大量消失,取而代之以圆形小胶质细胞,缺血周边区围绕着星形胶质细胞,应用免疫组织化学染色发现,在小胶质细胞和星形胶质细胞中P65大量表达,且常位于胞核内。于缺血后7天用Westernblot显示缺血

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组织中NF-kBP65表达增强。凝胶电泳迁移率实验(Elec2

trophoreticmobilityshiftassays,EMSA)显示,NF-kB的DNA结

特征性改变为神经细胞内的神经元纤维缠结,神经细胞外结构中的神经斑(或称老年斑)及皮质动脉和小动脉的血管淀粉样变性。

研究发现AD患者脑中NF-kB被激活,而且只在退变神经元及早期老年斑周围的神经细胞和星形胶质细胞中激活。老年斑因淀粉样蛋白沉淀而形成,而NF-kB的激活与β

合活性在缺血后第4天和第7天明显增加,提示NF-kB参与了缺血后的损伤过程7。Schneider等亦报告在局灶性缺血动物模型中,NF-kB在缺血局部表达增强,并促进神经细胞死亡,而P65基因敲除小鼠的缺血性脑损伤明显减轻8。进一步证实NF-kB在局灶性脑缺血中具有损伤作用。

Clemens等报告大鼠全脑缺血30min,再灌注72h后,免

疫组织化学染色显示海马CA1区神经元细胞核中NF-kBP

50和P65大量表达,Westernblot和EMSA进一步证实P50和P65亚基的活性增强。在迟发性死亡的神经元中,NF-kB

的激活是持久的,可能诱导了导致神经元死亡的蛋白质,而存活的神经元中NF-kB的激活是短暂的,可能诱导了细胞抗凋亡机制,在存活的神经元中产生保护因子,抑制NF-kB的激活对脑组织有保护作用9,10。

NF-kB可通过调控多种与凋亡相关基因的表达引起神

经细胞的损伤。Dixon等发现短暂全脑缺血后72h,海马CA

1区神经元NF-kB的持续激活导致海马区bcl-xs表达明显

增加1

,bcl-xs能促进细胞凋亡,是一种死亡蛋白。Qin等

发现脑缺血后,NF-kB诱导P53、C-myc基因表达,而P53和C-myc在细胞凋亡中发挥重要作用12。C-myc被认为具有诱导细胞增殖和凋亡双向作用,C-myc基因诱导的凋亡需要P53基因参与。脑缺血后NF-kB诱导凋亡相关基因的表达是神经细胞死亡的途径之一。

212　NF-kB与中枢神经创伤　近年研究表明,创伤后NF-

kB活性增强。Yang等发现,大鼠脑创伤后1、3、5和7d脑皮

质中NF-kB活性均明显增强,其中第3天为高峰,10天后恢复至正常水平13。Bethea等发现,创伤性脊髓炎于损伤后30

minNF-kB即被激活,并持续至少72h。在小胶质细胞、内

皮细胞和神经元中都可检测出NF-kB活性14。

创伤后NF-kB活性增强的原因可能是:创伤的直接作用;创伤后多种细胞因子水平增加(如TNF

α),其反过来可进一步激活NF-kB;创伤后活性氧含量增加,它可使IkB降解增加,并诱导NF-kB激活。脑创伤后神经细胞表达NF-kB明显早于脑缺血,活性亦明显增强。

213　NF-kB与帕金森氏病　帕金森氏病(Parkinsondisease,

PD)是由于多种原因所致的中脑黑质多巴胺能神经元变性和减少,使黑质纹状体通路中多巴胺含量下降,从而出现以震颤、肌强直及运动减少为主要临床特征的一种疾病。Hunot等用免疫组化方法发现PD患者脑中核内NF-kB呈阳性的多巴胺能神经元数量是正常人的70倍,提示NF-kB的活化与PD的发病机制有关15。

214　NF-kB与阿尔茨海默病　阿尔茨海默病(Alzheimer

disease,AD)是中枢神经系统一种常见的引起早老的退性行疾病,其临床表现为随年龄的增高,伴有隐匿发作的进行性痴呆,包括进行性记忆力减退、智力下降,伴或不伴有轻度神经系统体征。AD的神经病理改变为弥散性大脑皮质萎缩以额、顶、颞叶为主,脑室和脑沟代偿性扩大,神经细胞丧失。

-淀粉样蛋白的沉积相关β,-淀粉样蛋白是NF-kB的强激

活剂,它可能通过与高级糖基化终产物受体相互作用而激活。Boisscere等进一步研究发现,AD患者基底核胆碱能神经元中的NF-kB被激活可能与AD发病相关的NF-kB的靶基因是β淀粉样前体卷白(

β-amyloidprecursorprotein,APP)基因,其蛋白酶解产物是β-淀粉样蛋白16。

3　NF-kB与中枢神经系统疾病治疗

既然NF-kB与多种神经系统疾病的发生有关,且NF-kB的持久激活会引起神经元的迟发性死亡,那么能干扰NF-kB的激活和/或其转录活性的措施引起了人们的兴趣。

目前的研究主要集中在抗氧化剂、蛋白激酶和蛋白酶小体抑制剂、糖皮质激素、基因治疗等方面。

311　抗氧化剂　目前的研究显示,促使NF-kB激活的最重

要的因素是活性氧(ROS),尤其是过氧化物可激活NF-kB。而Clemens等在脑缺血后应用了抗氧化剂LY231617后,NF-kB的活性受到抑制,同时脑损伤减轻9。抗氧化剂可抑制NF-kB的诱导合成、NF-kB与DNA的结合活性及阻止IkB

的磷酸化和降解过程。

312　蛋白激酶抑制剂和蛋白酶小体抑制剂　在NF-kB激

活的过程中,IkK起着关键的作用,它是IkB磷酸化的特异性激酶,增加细胞内IkK表达可加速IkB

α降解和NF-kB活化。因此应用蛋白激酶抑制剂可抑制NF-kB的激活。在IkBα的降解过程中26s蛋白酶小体也起着很重要的作用,它被抑制可阻断NF-kB的激活及其核转位。肽类硼酸PS341为蛋白酶小体的竞争抑制剂,很容易进入细胞内抑制蛋白酶小体,从而抑制NF-kB的激活17。

313　糖皮质激素　免疫抑制剂糖皮质激素作为配体与其受

体结合并使之激活,活化的糖皮质激素受体在细胞核内可与

NF-kB的P65亚基相互作用,抑制NF-kB的功能。另外,

活化的糖皮质激素受体,通过增强IkB

α的基因转录,上调IkBα的水平,阻断NF-kB的核易位及与DNA结合的过程18。

314　基因治疗　NF-kB作为一种转录因子是通过影响基

因转录来起作用的,因此可将人工合成的特异性与NF-kB结合位点互补的反义寡核苷酸序列导入机体,使其与NF-kB结合,阻止NF-kB与相应的基因结合,从而阻断目的基

因的表达。另外可用IkB突变体替代IkB,阻断IkB的磷酸化及降解。

4　展望

自1986年Sen和Baltimore首次发现NF-kB这一重要的

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转录调节蛋白以来,围绕NF-kB的研究日益增多。由于NF

-kB对多种神经细胞具有生物活性,在多种神经系统疾病

中均发现有NF-kB的激活,而NF-kB的持久激活会引起神经元的迟发性死亡,阻断NF-kB活化有可能成为今后治疗中枢神经系统疾病的重要手段,为中枢神经系统疾病的治疗开辟新的途径。

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热休克蛋白在脑缺血性损伤中的作用研究进展

综述　审校　(北京100089)武警总部机关门诊部　陈振需　林　琳　李　源①　

关键词　热休克蛋白　脑缺血　研究进展

　　脑缺血后虽然总蛋白的合成下降,但某些蛋白质合成增加,如热休克蛋白(HSP)1。这是脑缺血早期引起一系列应激反应,诱导有关基因表达,合成相关的应激蛋白。HSP被认为是脑缺血性损伤时敏感且可靠的标志之一,并认为对神经有保护作用。目前对脑缺血引起脑内HSP基因表达,合成

HSP与脑细胞功能状态,损伤时程以及保护机制之间关系的

(Heatshock,HS)现象。将果蝇从25℃的环境转移到30～32℃环境中,30min后唾液腺多丝线粒体的一定区带出现膨

突,这提示这一区带的基因转录增强,他将称之为热休克反应(Heatshockresponse,HSR)。1974年Tissiers等发现染色体的这一膨突与细胞中一类特殊的蛋白质合成有关,他们将这种特殊的蛋白质称为HSP。同时发现此时正常蛋白质合成抑制,原有蛋白质的合成减少2。以后的研究发现,这种现象不仅见于果蝇,而且广泛存在于细菌、植物和全部动物细胞内,在受到热刺激后均有HSP的表达。

除热刺激外,还有许多因素可以诱导HSP的合成,如缺血缺氧、照射、病毒感染、重金属、亚硝酸盐类、乙醇、过氧化

研究日益受到重视。

1　HSP的命名、分类和功能

111　HSP的命名　1962年Ritossa在观察果蝇幼虫唾液腺细

胞多丝线粒体在过热环境中形态变化时首先发现热休克

①解放军第四军医大学西京医院内科