NF-κB信號通路在動脈粥樣硬化中的作用及機制研究進(jìn)展

鄭學(xué)忠，萬怡軒，王清岑，王 紅

動脈粥樣硬化(AS)是心腦血管疾病的關(guān)鍵致病因素，目前認(rèn)為AS是一種多因素、多步驟的疾病，涉及到氧化性低密度脂蛋白（OX-LDL）、黏附分子、細(xì)胞因子、生長因子、炎癥細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞 (ECs)和血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)等多種因素的相互作用[1-2]。NF-κB信號通路是由細(xì)胞因子介導(dǎo)的經(jīng)典的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，不僅參與炎癥反應(yīng)，也調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞損傷、氧化應(yīng)激、平滑肌增殖遷移、血管細(xì)胞凋亡等過程。本研究圍繞NF-κB信號通路及其抑制劑在AS發(fā)生、發(fā)展中的作用及其機制進(jìn)行闡述，以期為AS中的有效干預(yù)靶點提供思路。

1 NF-κB信號的組成和傳導(dǎo)

NF-κB轉(zhuǎn)錄因子只存在于核提取物中，而胞質(zhì)中的NF-κB 與一種抑制蛋白(IκB)結(jié)合存在。 IκB 蛋白家族包括IκBα、IκBβ、IκBγ 等成員，它們都能抑制 NF-κB 的活性并將其滯留在胞質(zhì)中，位于IκB上游的是IκB激酶復(fù)合物（IKK），IKK 復(fù)合體由 IKKα、IKKβ、IKKγ 組成 。

應(yīng)激和損傷時，TNF-α、脂多糖（LPS）等促炎因子能與細(xì)胞膜TNF受體結(jié)合，最先激活的是IKKα和IKKβ，IKK能特異性的磷酸化IκB的絲氨酸殘基，導(dǎo)致NF-κB與IκB解離，NF-κB得以活化，活化的NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核，作用于相應(yīng)基因的啟動子，從而介導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄[3]（圖1）。

圖1 NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

2 NF-κB信號與AS的關(guān)系

2.1 NF-κB 與氧化應(yīng)激 生理條件下，活性氧（ROS）為細(xì)胞代謝的產(chǎn)物，可以平衡抗氧化劑分子；在病理情況下，ROS過度積累削弱抗氧化機制，導(dǎo)致了氧化應(yīng)激性損傷。在AS形成過程中，ECs功能紊亂、巨噬細(xì)胞活化、VSMCs增殖和遷移等過程均涉及到ROS的產(chǎn)生[4]。

Sun等[5]研究顯示，OX-LDL能誘導(dǎo)VSMCs產(chǎn)生ROS，并通過激活NF-κB信號通路增加低密度脂蛋白受體（LOX-1）的表達(dá)；Masai等[6]證實，尿毒素提取物吲哚酚硫酸鹽誘導(dǎo)臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的NADPH氧化酶源性ROS，并通過NF-κB途徑增加MCP-1的表達(dá)。其機制為ROS產(chǎn)生過多時能能夠激活I(lǐng)KK，使NF-κB抑制蛋白IxB磷酸化，隨后NF-κB與IxB分離并轉(zhuǎn)入到細(xì)胞核內(nèi)，啟動炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[7]。

2.2 NF-κB與炎癥 炎癥細(xì)胞浸潤是AS病變的重要特征。炎癥細(xì)胞向血管壁浸潤首先需要黏附到ECs，此過程涉及ECs對黏附分子的表達(dá)，如血管細(xì)胞黏附分子（VCAM-1）、細(xì)胞間黏附分子（ICAM-1）等，而單核細(xì)胞趨化蛋白（MCP-1）表達(dá)促進(jìn)單核細(xì)胞向ECs的遷移。大量研究表明，激活 NF-κB 信號能顯著增加 MCP-1[2]、P-選擇素[8]、VCAM-1[9]、ICAM-1[10]的表達(dá)。

此外，促炎膜蛋白分子也參與了AS形成，Martin等分析了人頸AS斑塊，發(fā)現(xiàn)CD74表達(dá)量明顯比纖維斑塊區(qū)高；體外實驗證實在人VSMCs中CD74分子能夠激活NF-κB信號通路增加MCP-1表達(dá)[2]。

2.3 NF-κB與ECs損傷 各種刺激因素都可以使ECs結(jié)構(gòu)功能發(fā)生損傷，ECs損傷是血管性疾病和AS發(fā)病機制中的一個重要的起始步驟[11]。基質(zhì)相互作用分子1（STIM1）能調(diào)節(jié)ECs外鈣離子內(nèi)流，增加ECs的通透性。DebRoy等[12]用 LPS誘導(dǎo) ECs，STIM1表達(dá)增加，用 NF-κB 抑制劑處理后STIM1表達(dá)降低，并證明了NF-κB信號的激活促使NF-κB和STIM1啟動子結(jié)合，增加STIM1的表達(dá)導(dǎo)致內(nèi)皮損傷。

在ECs中，OX-LDL、溶血磷脂酸、極低密度脂蛋白、血管緊張素II、葡萄糖、病毒感染、湍流可激活NF-κB信號通路，使促炎因子 TNF-a、IL-1、IL-8、E-選擇素、α5β1 整合素蛋白、VCAM-1、ICAM-1 表達(dá)增加[13-15]。 NF-κB 信號激活可導(dǎo)致ECs損傷，并促進(jìn)AS的形成和發(fā)展。

2.4 NF-κB與VSMCs的增殖遷移 VSMCs增殖和遷移在AS的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[16]。研究顯示，小鼠頸動脈損傷后，激活了NF-κB信號通路，血管中層VSMCs從靜態(tài)表型向增殖表型轉(zhuǎn)化，并遷移至內(nèi)膜促進(jìn)AS內(nèi)膜增生[17]。NF-κB信號通路的激活，也促進(jìn)人主動脈平滑肌的增殖[18]。基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)使細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)降解或重塑，它能促進(jìn)平滑肌的增殖遷移，進(jìn)而加劇AS的病理過程。而在MMPs中，MMP-9調(diào)節(jié)平滑肌的增殖遷移最為重要。NF-κB被認(rèn)為是誘導(dǎo)MMPs表達(dá)必須的轉(zhuǎn)錄因子。正常情況下，MMP-9在平滑肌細(xì)胞中的合成和分泌量很少。在腫瘤壞死因子的刺激下，能激活NF-κB信號通路，使MMP-9表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)平滑肌增殖和遷移[19-20]?？傊珹S中NF-κB信號的激活能促進(jìn)VSMCs的增殖遷移。

2.5 NF-κB與血管細(xì)胞凋亡 在AS斑塊中存在著多種細(xì)胞的凋亡，如內(nèi)皮細(xì)胞 、平滑肌細(xì)胞 、巨噬細(xì)胞等。既往證據(jù)支持NF-κB信號激活促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的凋亡。血清淀粉樣蛋白A（SAA）能通過NF-κB信號介導(dǎo)巨噬細(xì)胞調(diào)亡[21]。Tan等[22]用SAA處理巨噬細(xì)胞后導(dǎo)致NF-κB活化，繼之Fas蛋白水平上調(diào)，降低抗凋亡蛋白BCL-2以及聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶水平，并激活Caspase-3凋亡信號通路，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞調(diào)亡。Lee等[23]在小鼠和人ECs中，證實了TNF-α能通過NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衍生的微粒（EMPs）的產(chǎn)生，沉默TNF受體（TNFR-1）或抑制 NF-κB能減少 TNF-α誘導(dǎo) EMP生成，產(chǎn)生的EMPs促進(jìn)促凋亡蛋白分子和黏附分子的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致ECs凋亡和血管炎癥。

3 NF-κB 信號抑制劑

3.1 抑制氧化應(yīng)激 長春西汀為一種強效型磷酸二酯酶抑制劑，Zhuang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，長春西汀能減少IKKα/β、IκBα磷酸化抑制NF-κB的核轉(zhuǎn)位，從而顯著抑制ox-LDL誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生。Xu等[25]研究了蘋果多酚（APS）在AS的作用，發(fā)現(xiàn)APS處理大鼠主動脈內(nèi)皮細(xì)胞后，抑制了ROS/MAPK/NF-κB信號通路，降低了細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生，從而抑制氧化應(yīng)激。表明長春西汀和蘋果多酚發(fā)揮抗AS的效果是依賴NF-κB信號通路介導(dǎo)的。

3.2 抑制血管炎癥 顆粒蛋白生長因子（progranulin）一直被視為炎癥過程的一個重要的調(diào)節(jié)劑，Hwang等[26]用Progranulin處理的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，IκB磷酸化水平和NF-kappaB的水平降低，Progranulin能阻斷從胞漿到細(xì)胞核的易位，并有效抑制脂多糖介導(dǎo)的炎癥信號傳導(dǎo)；Progranulin能抑制NF-κB結(jié)合于相關(guān)基因啟動子區(qū)域，顯著減少VCAM-1、ICAM-1、腫瘤壞死因子受體-α和 MCP-1的表達(dá)。Hsueh等[27]研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷通過NF-κB信號通路抑制TNF-α誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮VCAM-1、ICAM-1、E-選擇素和趨化因子的表達(dá)，其機制為柚皮苷抑制IKKα、IKKβ、IκBα 磷酸化，從而減少 NF-κB 的核轉(zhuǎn)位，進(jìn)而抑制NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。

3.3 抑制平滑肌增殖遷移 Cao等[28]研究青蒿素對小鼠平滑肌細(xì)胞作用時發(fā)現(xiàn)，青蒿素能降低細(xì)胞中增殖細(xì)胞核抗原、MMP-2、MMP-9、NF-κB p65 的表達(dá)，從而抑制平滑肌的增殖遷移，并證實青蒿素通過NF-κB信號通路呈劑量依賴方式明顯抑制平滑肌的增殖、遷移。Suh等[29]從海洋動物海綿屬中篩選MMP9抑制劑乙酸乙酯提取物（ECC)，證實ECC能有效地抑制腫瘤壞死因子誘導(dǎo)的人主動脈平滑肌細(xì)胞的遷移。其機制為ECC通過NF-κB信號途徑抑制MMP9啟動子的活性，從而降低MMP9的表達(dá)。

3.4 抑制血管細(xì)胞凋亡 細(xì)胞毒性物質(zhì)7-酮膽固醇（7-KC）參與了AS的病理生理過程，它能誘導(dǎo)血管單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞凋亡，7-KC血清水平升高與穩(wěn)定型冠心病患者心血管事件、總死亡和復(fù)合結(jié)局風(fēng)險增加相關(guān)[30]。Tesoriere等[31]用7-KC誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞IκBα磷酸化水平增加，伴隨著NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位增加，而加入梨果仙人掌黃素（indicaxanthin）后，NF-κB 活化顯著減少。 Indicaxanthin通過阻斷NF-κB激活，抑制了巨噬細(xì)胞的凋亡。在ECs中，卵泡抑素相關(guān)蛋白（FRP）通過PI3K-AKT-NF-κB通路上調(diào)細(xì)胞抗凋亡蛋白BCL-2的轉(zhuǎn)錄，從而阻止內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。FRP對ECs損傷的預(yù)防和治療提供了潛在靶點[32]。

綜上所述，NF-κB信號通路能夠作用于 AS形成的多個方面，包括炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、內(nèi)皮細(xì)胞損傷及凋亡、平滑肌增殖遷移等病理生理過程。NF-κB信號機制在AS的形成、發(fā)展和穩(wěn)定中起著重要作用，NF-κB信號可以促進(jìn)AS產(chǎn)生及發(fā)展，阻斷該通路則具有抗AS保護(hù)作用。然而，目前對NF-κB信號抑制劑使用僅限于實驗研究，其性能及療效需要進(jìn)一步在臨床中得到評估。尋找有效藥物阻止NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可能是抑制AS發(fā)生和發(fā)展的有效途徑，將為預(yù)防和治療AS提供新靶點。

[1] Tabas I,Garcia-Cardena G,Owens GK.Recent insights into the cellular biology of atherosclerosis [J].JCell Biol,2015,209(1):13-22.

[2] Pateras I,Giaginis C,Tsigris C,et al.NF-kappaB signaling at the crossroads of inflammation and atherogenesis:searching for new therapeutic links[J].Expert Opin Ther Targets,2014,18(9):1089-1101.

[3] Yu XH,Zheng XL,Tang CK.Nuclear factor-kappaB activation as a pathologicalmechanism of lipid metabolism and atherosclerosis[J].Adv Clin Chem,2015,70:1-30.

[4] Bryk D,Olejarz W,Zapolska-Downar D.The role of oxidative stress and NADPH oxidase in the pathogenesis of atherosclerosis[J].Postepy Hig Med Dosw(Online),2017,71:57-68.

[5] Sun Y,Chen X.Ox-LDL-induced LOX-1 expression in vascular smooth muscle cells:role of reactive oxygen species[J].Fundam Clin Pharmacol,2011,25(5):572-579.

[6] Masai N,Tatebe J,Yoshino G,et al.Indoxyl sulfate stimulates monocyte chemoattractant protein-1 expression in human umbilical vein endothelial cells by inducing oxidative stress through activation of the NADPH oxidase-nuclear factor-kappaB pathway[J].Circ J,2010,74(10):2216-2224.

[7] Kaulmann A,Bohn T.Carotenoids,inflammation and oxidative stress-implications of cellular signaling pathways and relation to chronic disease prevention[J].Nutr Res,2014,34(11):907-929.

[8] Wang Y,Wang X,Sun M,et al.NF-kB activity-dependent P-selectin involved in ox-LDL-induced foam cell formation in U937 cell[J].Biochem Biophys Res Commun,2011,411(3):543-548.

[9] Liu M,Yu P,Jiang H,et al.The essential role of pin1 via NF-kappaB signaling in vascular inflammation and atherosclerosis in ApoE-/-mice[J].Int JMol Sci,2017,18(3).

[10] Li Q,Syrovets T,Simmet T,et al.Plasmin induces intercellular adhesion molecule 1 expression in human endothelial cells via nuclear factor-kappaB/mitogen-activated protein kinasesdependent pathways[J].Exp Biol Med(Maywood),2013,238(2):176-186.

[11] Gimbrone MA, Jr., Garcia-Cardena G. Endothelial cell dysfunction and the pathobiology of atherosclerosis[J].Circ Res,2016,118(4):620-636.

[12] DebRoy A,Vogel SM,Soni D,et al.Cooperative signaling via transcription factors NF-kappaB and AP1/c-Fos mediates endothelial cell STIM1 expression and hyperpermeability in response to endotoxin [J].JBiol Chem,2014,289(35):24188-24201.

[13] Yurdagul A,Green J,Albert P,et al.alpha5beta1 integrin signaling mediates oxidized low-density lipoprotein-induced inflammation and early atherosclerosis [J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2014,34(7):1362-1373.

[14] Go YM,Son DJ,Park H,et al.Disturbed flow enhances inflammatory signaling and atherogenesis by increasing thioredoxin-1 level in endothelial cell nuclei[J].PLoSOne,2014,9(9):e108346.

[15] Xiao L,Liu Y,Wang N.New paradigms in inflammatory signaling in vascular endothelial cells [J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2014,306(3):H317-325.

[16] Xie B,Zhang C,Kang K,et al.miR-599 inhibits vascular smooth muscle cells proliferation and migration by targeting TGFB2[J].PLoSOne,2015,10(11):e0141512.

[17] Yoshida T, Yamashita M, Horimai C, et al. Smooth muscle-selective inhibition of nuclear factor-kappaB attenuates smooth muscle phenotypic switching and neointima formation following vascular injury [J].J Am Heart Assoc,2013,2(3):e000230.

[18] Lamers D,Schlich R,Horrighs A,et al.Differential impact of oleate,palmitate,and adipokines on expression of NF-kappaB target genes in human vascular smooth muscle cells[J].Mol Cell Endocrinol,2012,362(1-2):194-201.

[19] Jeong JW,Kim JW,Ku SK,et al.Essential oils purified from Schisandrae semen inhibits tumor necrosis factor-alpha-induced matrix metalloproteinase-9 activation and migration of human aortic smooth muscle cells [J].BMC Complement Altern Med,2015,15:7.

[20] Zhu X,Wang Z,Hu C,et al.Honokiol suppresses TNF-alpha-induced migration and matrix metalloproteinase expression by blocking NF-kappaB activation via the ERK signaling pathway in rat aortic smooth muscle cells[J].Acta Histochem,2014,116(4):588-595.

[21] Kuiper J,Quax PH,Bot I.Anti-apoptotic serpins as therapeutics in cardiovascular diseases [J].Cardiovasc Hematol Disord Drug Targets,2013,13(2):111-122.

[22] Tan SZ,Ooi DS,Shen HM,et al.The atherogenic effects of serum amyloid A are potentially mediated via inflammation and apoptosis[J].JAtheroscler Thromb,2014,21(8):854-867.

[23] Lee SK,Yang SH,Kwon I,et al.Role of tumour necrosis factor receptor-1 and nuclear factor-kappaB in production of TNF-alpha-induced pro-inflammatory microparticles in endothelial cells[J].Thromb Haemost,2014,112(3):580-588.

[24] Zhuang J,Peng W,Li H,et al.Inhibitory effects of vinpocetine on the progression of atherosclerosis are mediated by Akt/NF-kappaB dependent mechanisms in apoE-/-mice [J].PLoS One,2013,8(12):e82509.

[25] Xu ZR,Li JY,Dong XW,et al.Apple polyphenols decrease atherosclerosis and hepatic steatosis in ApoE-/-mice through the ROS/MAPK/NF-κB pathway[J].Nutrients,2015,7(8):7085-7105.

[26] Hwang HJ,Jung TW,Hong HC,et al.Progranulin protects vascular endothelium against atherosclerotic inflammatory reaction via Akt/eNOS and nuclear factor-kappaB pathways[J].PLoSOne,2013,8(9):e76679.

[27] Hsueh TP,Sheen JM,Pang JH,et al.The anti-atherosclerotic effect of naringin is associated with reduced expressions of cell adhesion molecules and chemokines through NF-kappaB pathway[J].Molecules,2016,21(2).

[28] Cao Q,Jiang Y,Shi J,et al.Artemisinin inhibits the proliferation,migration,and inflammatory reaction induced by tumor necrosis factor-alpha in vascular smooth muscle cells through nuclear factor kappa B pathway[J].JSurg Res,2015,194(2):667-678.

[29] Suh SJ,Kwak CH,Song KH,et al.Triple inhibitory activity of Cliona celata against TNF-alpha-induced matrix metalloproteinase-9 production via downregulated NF-kappaB and AP-1,enzyme activity,and migration potential [J].Inflammation,2012,35(2):736-745.

[30] Song J,Wang D,Chen H,et al.Association of plasma 7-Ketocholesterol with cardiovascular outcomes and total mortality in patients with coronary artery disease[J].Circ Res,2017,120(10):1622-1631.

[31] Tesoriere L,Attanzio A,Allegra M,et al.Phytochemical indicaxanthin suppresses 7-ketocholesterol-induced THP-1 cell apoptosis by preventing cytosolic Ca(2+)increase and oxidative stress[J].Br JNutr,2013,110(2):230-240.

[32] Liu S,Shen H,Xu M,et al.FRP inhibits ox-LDL-induced endothelial cell apoptosis through an Akt-NF-{kappa}B-Bcl-2 pathway and inhibits endothelial cell apoptosis in an apoE-knockoutmousemodel[J].Am JPhysiol Endocrinol Metab,2010,299(3):E351-363.