IκB激酶IKKε的研究進(jìn)展

王 薇 綜述，鄒秀蘭 審校

(三峽大學(xué)人民醫(yī)院，湖北 宜昌 443000)

IκB激酶IKKε的研究進(jìn)展

王 薇 綜述，鄒秀蘭 審校

(三峽大學(xué)人民醫(yī)院，湖北 宜昌 443000)

IκB激酶(IKK復(fù)合體)是NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的重要調(diào)節(jié)因子。最近，對IKKε在免疫信號中的功能和作用機(jī)制的研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步。此外，IKKε影響細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)化，因此也被列為致癌基因。IKKε基因敲除小鼠的研究已經(jīng)說明了IKKε在炎癥和代謝性疾病中的關(guān)鍵角色。本文將討論IKKε在腫瘤及炎癥、代謝性疾病中的作用，并探討其作為一個新的治療靶點的潛力。

IKKε；IκB激酶；炎癥；代謝性疾病；腫瘤；

IκB激酶家族(Kinases，IKKs)作為NF-kB信號途徑的關(guān)鍵成員，能解除IκB對NF-kB的抑制，激活參與應(yīng)激反應(yīng)和免疫細(xì)胞活化、增殖、分化、凋亡及腫瘤形成等相關(guān)的400多種基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。IKKε作為IKK家族新近發(fā)現(xiàn)的成員，通過NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控炎癥反應(yīng)，以及其對腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化影響的相關(guān)機(jī)制已經(jīng)得到證明。近年來，有關(guān)IKKε抑制劑用于治療炎癥性、代謝性疾病和腫瘤疾病的研究有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。

1 經(jīng)典IκB激酶與非經(jīng)典IκB激酶（IKK）

IKKα和IKKβ是經(jīng)典的IκB激酶，它們形成了一個具有調(diào)節(jié)作用的NEMO（Nuclear factor-Kappa B essential modulator）銜接蛋白復(fù)合體(也叫IKKγ)。這種IκB激酶復(fù)合體需要有適合的NF-κB信號來響應(yīng)多種炎癥刺激，如TNF和TLR配體。IKKα和IKKβ之間具有高度序列同源性(50%的序列相同，超過70%序列相似)和相似的結(jié)構(gòu)域，IKKα和IKKβ都包含有N端激酶區(qū)域(Kinase domain，KD)，羧基端亮氨酸拉鏈(Leucine zipper，LZ)結(jié)構(gòu)和螺旋-環(huán)-螺旋(Helix-loop-helix，HLH)結(jié)構(gòu)?；谂cIKKα和IKKβ的序列存在相似性的基礎(chǔ)上，研究者發(fā)現(xiàn)了兩個IKK相關(guān)激酶，TANK結(jié)合激酶1(TBK1)和IKKε(也稱為誘導(dǎo)IKK或IKK-i)。IKKε和TBK1被稱為非經(jīng)典IκB激酶并將IKK家族擴(kuò)大至四名成員。IKKε作為IKK家族成員之一，其編碼基因為IKBKE(Inhibitor of kappa light polypeptide gene en-hancer in B-cells，kinase epsilon)，該基因定位于1q32，包括N端激酶區(qū)域，類泛素區(qū)域、C端LZ結(jié)構(gòu)以及參與磷酸轉(zhuǎn)移酶活性調(diào)節(jié)的HLH基序。IKKε的激酶結(jié)構(gòu)域與IKKα和IKKβ相應(yīng)的結(jié)構(gòu)域在氨基酸序列上分別存在33%和31%的同源性。而且，IKKε也有類似經(jīng)典IKKs的結(jié)構(gòu)域組成。IKKβ和經(jīng)典IKKs也共享一個泛素樣結(jié)構(gòu)域(ULD)，用于發(fā)揮最佳激酶活性[1]。盡管最初將IKKε歸類于IKKs是基于它使磷酸化IκBα高表達(dá)的能力，但針對缺乏IKKε細(xì)胞的研究表明，它并不是IκBα磷酸化過程中所必需的。相反，IKKε被證明有助于脂多糖和病毒誘導(dǎo)的IRF3和IRF7的磷酸化過程，對它的同型二聚、核轉(zhuǎn)運和Ι型干擾素基因(IFN-α和IFN-β)的激活起允許作用[2]。

2 IKKε在炎癥和代謝性疾病中的作用

IKKε的活性已與炎癥性疾病的病理改變聯(lián)系到一起，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（RA）[3-5]。例如，IKKε在RA患者滑膜內(nèi)膜中持續(xù)性表達(dá)并且磷酸化，導(dǎo)致由IRF3驅(qū)動的炎性介質(zhì)的失控性釋放，如IFN-β、基質(zhì)金屬蛋白酶和趨化因子[4]。此外，IKKε的單核苷酸多態(tài)性已與RA早期階段聯(lián)系在一起，而且全基因組相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)了IKKε是系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）的易感基因，而Ι型干擾素在此病中起著主要作用[6-7]。

IKKε也與肺部炎癥有關(guān)。IKKε缺陷小鼠在鼻內(nèi)給IL-17后，表現(xiàn)出較少的中性粒細(xì)胞浸潤和促炎因子及趨化因子的表達(dá)。令人驚訝的是，這個模型中IKKε缺陷沒有影響NF-κB的活化，但是減弱了MAP激酶信號[8]。AKT-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過磷酸化和鈍化GSK3a，調(diào)節(jié)由IL-1誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞的水平。最新研究發(fā)現(xiàn)IKKε可以促進(jìn)這一通路，說明了IKKε在調(diào)節(jié)IL-17反應(yīng)中所起的作用[9]。IKKε主要通過調(diào)節(jié)NF-κB、IFN和IL-17的反應(yīng)，在炎癥性疾病的病理生理過程中起著重要作用。

IKKε也可能是一個治療炎癥性疼痛的潛在靶點。在炎癥疼痛模型(后肢注射酵母多糖或注射福爾馬林誘發(fā)炎癥)中，IKKε缺陷小鼠與野生型小鼠相比，明顯表現(xiàn)出疼痛行為減少，表示IKKε有助于炎癥性疼痛的發(fā)展[10]。在同一時間，痛覺神經(jīng)元中引起的NF-κB的活化減少，反映了炎癥基因表達(dá)水平降低。

IKKε已被報告為炎癥和肥胖之間的一個重要連接點。肥胖小鼠有很高的罹患炎癥或代謝性疾?。ㄈ?型糖尿?。┑娘L(fēng)險。事實上，肥胖類似于一個持續(xù)性的低度炎癥狀態(tài)，NF-κB活性升高引起肥胖小鼠肝臟中IKKε表達(dá)增加，脂肪細(xì)胞和脂肪組織中的巨噬細(xì)胞增多。這些反應(yīng)受葡萄糖和脂質(zhì)代謝過程涉及的調(diào)節(jié)蛋白和酶的表達(dá)水平變化調(diào)節(jié)，胰島素抵抗過程中相關(guān)前炎性細(xì)胞因子和蛋白質(zhì)生成減少也對其有調(diào)節(jié)作用。對培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞和肝癌細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染會引起IKKε引起的類似的變化，提示IKKε在調(diào)節(jié)肝臟炎癥中有直接作用。然而，另一組報道了和前面結(jié)論相矛盾的結(jié)果，其表示在由高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗模型中，IKKε基因敲除小鼠和野生型小鼠之間沒有區(qū)別[11]。因此，需要更多的研究來定義IKKε在代謝性疾病發(fā)展過程中的確切作用。

3 IKKε在腫瘤中的作用

IKKε已與多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展聯(lián)系在一起，并且可能作為一種癌基因促進(jìn)惡性轉(zhuǎn)化。例如，某些乳腺癌細(xì)胞系和30%的原始人類乳腺腫瘤細(xì)胞中的IKKε高水平表達(dá)[12]。高IKKε表達(dá)往往與c-Rel和p65NF-κB的亞基在細(xì)胞核中（例如在原發(fā)性乳腺腫瘤）積聚有關(guān)，而IKKε沉默在一些乳腺癌細(xì)胞系被證實可以降低NF-κB的活性和細(xì)胞增殖[13]。同樣，在乳腺癌細(xì)胞中引入惰性IKKε突變體(IKKεK38A)，對內(nèi)源性IKKε施加一個顯性負(fù)作用后，NF-κB依賴性基因的表達(dá)減少（例如細(xì)胞周期蛋白D1和RelB基因)[14]，證明了IKKε催化活性的必要性。這些事件導(dǎo)致NF-κB活化增強(qiáng)，從而促進(jìn)了乳腺上皮細(xì)胞的存活、轉(zhuǎn)化和增殖。另外，在不同的原發(fā)性腫瘤和來自于不同腫瘤的細(xì)胞系里，如肺和乳腺的惡性腫瘤，升高的IKKε水平也與信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(STAT1)的活化有關(guān)，這可能有助于IKKε的致癌活動。最近，人類卵巢癌細(xì)胞系和原發(fā)性腫瘤也顯示IKKε水平和活性的升高，普遍的低生存率與此有關(guān)[15-16]。此外，變異IKKε與晚期和高分化腫瘤有聯(lián)系，提示IKKε在卵巢腫瘤的進(jìn)展期比初期發(fā)揮的作用更大。最后，在不同NF-κB家族成員水平升高的前列腺癌和食管鱗狀細(xì)胞癌中，IKKε還被描述為一種致癌基因，在腎透明細(xì)胞癌中也是如此。

高水平IKKε對得到確認(rèn)的化學(xué)療法有抵抗作用[17]。這亦是提高了NF-κB的活化水平，從而促進(jìn)癌細(xì)胞存活，并降低其對化療藥物和電離輻射的敏感性。不幸的是，在IKKε活性喪失的乳腺腫瘤細(xì)胞中，盡管NF-κB的活性降低，腫瘤細(xì)胞對化療仍有抵抗，這表明細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)還涉及其他機(jī)制。在這方面，值得一提的是，一些神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系和人類原發(fā)性神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織中表現(xiàn)出IKKε水平升高和對DNA損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡敏感性降低[18]。然而，IKKε的抑制使細(xì)胞更加敏感，證明其有促存活效應(yīng)。

4 IKKε抑制劑的發(fā)展和特性

IKKε在炎癥、代謝性疾病以及癌癥的發(fā)展中所起的作用，體現(xiàn)出IKKε作為一個治療靶點的潛力。到目前為止，只有幾種IKKε的小分子抑制劑。BX-795是市場上第一個IKKε抑制劑，在體外在納摩爾濃度的水平抑制TBK1和IKKε活性[19]。然而，BX-795的特異性是一個問題，因為它最初是被作為3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDK1)的抑制劑開發(fā)的，后來才發(fā)現(xiàn)它也抑制IKKε[20]。而且，BX-795對幾個其他激酶，包括JNK和p38 MAP激酶[19，21]，表現(xiàn)出脫靶效應(yīng)。MRT67307，為BX-795的改良版本，不再抑制JNK或p38 MAP激酶，但對TBK1和PDK1[19-21]的活動仍有干擾。

隨著最近IKKε的底物特異性被闡明[22]，更有效、更好的IKKε抑制劑可能得到發(fā)展。IKKε一致的磷酸化模體與IKKβ的磷酸化模體不同，但是與TBK1的一致，提示要將TBK1不作為目標(biāo)，IKKε抑制劑的發(fā)展是非常困難的。然而，使用特定的IKKε/TBK1底物肽進(jìn)行高通量篩選時，一些引導(dǎo)分子表現(xiàn)出對IKKε或TBK1有選擇性。但是，因為IKKε和TBK1在致癌和炎癥信號通路中有許多重疊的功能，很可能IKKε特異性抑制劑的治療效果將因TBK1的冗余活性而受到限制。因此，至少在某些情況下，這兩種激酶活性的抑制劑可能是一種相對更好的治療方法。因此，更多關(guān)于調(diào)節(jié)IKKε表達(dá)的分子機(jī)制的基礎(chǔ)研究可能進(jìn)一步推動IKKε靶向藥物的發(fā)展。

5 問題與展望

經(jīng)典和非經(jīng)典IKKs之間的關(guān)系，以及其他信號傳導(dǎo)通路，也許是研究上述疾病的線索。許多涉及IKK和IKK相關(guān)激酶之間的連接成分(例如TANK、NEMO)被磷酸化或由不同類型的泛素鏈修飾，但這些修改的結(jié)果尚不完全清楚。研究者也認(rèn)為，IKKε與不同的鏈接蛋白(TANK，NAP1，SINTBAD)形成不同的復(fù)合體，可能執(zhí)行不同的功能。未來關(guān)于內(nèi)含不同IKKε鏈接蛋白的IKKε復(fù)合體其存在和功能的研究引起了許多研究者的興趣，因為這也許能提供許多可選擇性的IKKε目標(biāo)。IKKε表達(dá)的強(qiáng)誘導(dǎo)性和它在多種腫瘤中的過度表達(dá)也是值得研究的。什么是調(diào)節(jié)IKKε表達(dá)的上行信號？什么決定了IKKε的穩(wěn)定性？IKKε的過度表達(dá)是否足以致癌？在這方面，產(chǎn)生(例如乳腺)組織特異性IKKε轉(zhuǎn)基因小鼠可能提供非常豐富的信息。

IKKε作為抗炎或抗癌治療靶點的潛在價值，需要對其涉及的機(jī)制和通路進(jìn)行進(jìn)一步研究以證明。醫(yī)藥行業(yè)一直非常希望將IKKα/IKKβ抑制劑發(fā)展成新型的抗炎藥物，但到目前為止，獲得的成就有限。由于NF-κB調(diào)節(jié)著人體許多生理功能，非選擇性和完全抑制NF-κB通路可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用。更特異性的受體或者NF-κB依賴性基因某特定片段的表達(dá)，所產(chǎn)生的選擇性抑制NF-κB活性的化合物，副作用會減少。因此，IKKε作為非經(jīng)典IκB激酶很可能成為這樣的靶點，對于炎癥、代謝性疾病及腫瘤的治療將具有重要的臨床價值。

總之，IKKε在炎癥、代謝性疾病以及腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程中起到了重要的作用。如何延緩或抑制炎癥，代謝性疾病及腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，IKKε特異性抑制劑的開發(fā)和運用，以及利用條件性基因敲除/敲入/轉(zhuǎn)基因小鼠研究IKKε及它的調(diào)節(jié)物或底物，可能會給上述許多問題提供答案。最終，這可能使得IKKε特異性抑制劑成功用于治療自身免疫性疾病、肥胖、糖尿病和某些癌癥。

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鄒秀蘭。E-mail：zouxl61@126.com