IκB激酶β在脊髓損傷后炎癥反應(yīng)機(jī)制中作用的研究進(jìn)展

唐瑞苓，李敏，汪俊宇，向武，張安仁

1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川成都市610037；2.中國人民解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，四川成都市610083

在近年來的研究中，人們對脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)后繼發(fā)性炎癥的關(guān)注度越來越高[1]，發(fā)現(xiàn)其嚴(yán)重程度與脊髓損傷后的恢復(fù)密切相關(guān)[2]，并對其機(jī)制進(jìn)行深入研究，但至今尚未得到一個(gè)明確的結(jié)論。

核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信號通路與炎癥級聯(lián)反應(yīng)密切相關(guān)，可通過調(diào)控炎癥基因表達(dá)來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[3]。脊髓損傷后，NF-κB被異常激活，釋放大量炎癥因子、趨化因子和黏附分子等[4]。NF-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor kappa B,IκB)激酶β (IκB kinase beta,IKKβ)是NF-κB經(jīng)典激活通路中活化NF-κB的關(guān)鍵激酶，在調(diào)控通路相關(guān)基因表達(dá)中占據(jù)核心地位[5-6]。脊髓損傷后30 min，可觀察到IKKβ活性開始上升，并在12 h達(dá)到峰值[7]；而NF-κB p65(NF-κB是二聚體中必不可少的組成蛋白)在脊髓損傷后30 min也可被觀察到表達(dá)，并在24 h達(dá)峰值[8-9]。由此可見，IKKβ的表達(dá)水平與NF-κB活化和表達(dá)存在相關(guān)性。而有研究發(fā)現(xiàn)，在敲除脊髓損傷小鼠神經(jīng)元中IKKβ后，IκB激酶復(fù)合物(IκB kinase complex,IKK)/NF-κB信號通路激活受到抑制，并減輕脊髓損傷后炎癥反應(yīng)，從而產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用[10]。

因此，IKKβ很有可能是治療脊髓損傷后炎癥反應(yīng)的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。本文對近年來IKKβ在脊髓損傷后炎癥反應(yīng)中的研究進(jìn)行綜述，試圖尋找一種新的治療脊髓損傷的靶點(diǎn)。

1 IKKβ的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 IKKβ主要結(jié)構(gòu)

IKKβ是IKK中的一個(gè)亞基，主要作用是快速磷酸化降解IκB。IKK由IKKα、IKKβ和IKKγ/NEMO(NF-κB essential modifier)3個(gè)亞基組成，正常情況下，三者以1∶1∶2的比例組合在一起[11]。IKKγ/NEMO屬于調(diào)節(jié)亞基，起修飾作用，IKKα和IKKβ屬于激酶亞基，這兩個(gè)亞基約有50%的序列相同，都有一個(gè)N端激酶結(jié)構(gòu)域、二聚化功能域和一個(gè)C端NEMO結(jié)合域(NEMO binding domain,NBD)。雖然它們都參與信號通路的激活，但對NF-κB活化調(diào)節(jié)存在差異[12]。

IKKβ不但能使IκB調(diào)節(jié)域被磷酸化，隨后泛素化降解，還可以通過直接磷酸化p65上的Ser 563位點(diǎn)，使NF-κB活化。在關(guān)于IKKβ與IKKα活性分析的研究中發(fā)現(xiàn)[13]，這二者活性相互獨(dú)立，且IKKβ磷酸化IκB的能力是IKKα的50～60倍。這就確定IKKβ作為NF-κB信號通路上游蛋白靶點(diǎn)的絕對優(yōu)勢。

1.2 IKK/NF-κB信號通路被激活

IKK/NF-κB信號通路被激活有賴于IKKβ的磷酸化，但激活I(lǐng)KK的過程尚不明確。以Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)誘導(dǎo)IKK活化的過程為例：胞膜上TLR與其配體結(jié)合后發(fā)生同源二聚體構(gòu)象變化，從而募集適配器蛋白——髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)和MyD88銜接蛋白(MyD88 adaptor-like protein,Mal)，再以MyD88為骨架募集白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶1(interleukin-1 receptor-associated kinases-1,IRAK-1)和白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinases-4,IRAK-4)，共同構(gòu)成Myddosome復(fù)合物。

由于空間臨近性，IRAK-1被IRAK-4磷酸化，并離開Myddosome復(fù)合物與腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)受體相關(guān)因子(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)結(jié)合，然后TRAF6又被多聚泛素化并募集轉(zhuǎn)化生長因子激酶1(transforming growth factor-β activated kinase-1,TAK1)和轉(zhuǎn)化生長因子激酶1靶向蛋白2/3(transforming growth factor-β activated kinase-1 binding protein 2/3,TAB2/3)。由于與被泛素化TRAF6相結(jié)合，TAK1自身磷酸化被開啟并成功將自己激活，然后TAK1通過磷酸化IKK來調(diào)控下游信號通路[14]。

IKK被磷酸化主要是IKKβ被磷酸化，從而誘導(dǎo)出IKK活性[15]。然后IκB就被IKKβ磷酸化和泛素化，并被26s蛋白酶體識別降解，從而釋放出NF-κB二聚體，NF-κB在其核定位區(qū)的作用下開始向核內(nèi)移動(dòng)，然后與DNA上κB位點(diǎn)結(jié)合，并誘導(dǎo)目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[16]。這就是NF-κB經(jīng)典激活通路。

1.3 IKKβ的功能

IKKβ的作用主要是磷酸化IκB，激活NF-κB信號通路。而該通路一旦被異常激活，各種疾病也隨之而來，如癌癥、糖尿病等。

在癌癥中，IKKβ誘導(dǎo)NF-κB活化釋放出炎癥因子，影響腫瘤生存微環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長、浸潤和擴(kuò)散以及腫瘤血管的生成。因此，IKKβ是炎癥和腫瘤之間的聯(lián)系紐帶[17]。在癌癥小鼠模型中，小鼠IKKβ基因被敲除以后，腫瘤發(fā)生率均有所下降，這可能是由于炎性細(xì)胞中IKKβ缺失，導(dǎo)致炎性因子分泌減少，從而減少對腫瘤細(xì)胞的刺激[18-19]。

在糖尿病中，IKKβ與1型糖尿病中β細(xì)胞受損相關(guān)。使用IKKβ抑制劑——水楊酸鹽可阻斷NF-κB活化，從而減少炎癥因子釋放，減輕對胰島β細(xì)胞功能的損害[20-21]。

因此，IKKβ可能是治療癌癥和1型糖尿病新的方向。

但在自身免疫系統(tǒng)疾病中，IKKβ缺乏反而會導(dǎo)致免疫缺陷疾病，影響免疫系統(tǒng)正常工作。小鼠體內(nèi)IKKβ的缺失會直接導(dǎo)致胚胎期小鼠免疫功能缺失而死亡[22]。

總之，IKKβ在疾病中的作用主要是介導(dǎo)炎癥，進(jìn)而導(dǎo)致疾病發(fā)生，但它也是維持免疫系統(tǒng)正常功能的重要組成部分。

2 IKKβ與脊髓損傷后炎癥反應(yīng)

2.1 脊髓損傷后炎癥反應(yīng)

脊髓損傷是一種嚴(yán)重威脅人類健康的常見外傷，以損傷后出現(xiàn)相應(yīng)節(jié)段肢體感覺、運(yùn)動(dòng)功能障礙以及自主神經(jīng)功能障礙為主要表現(xiàn)。在脊髓受到機(jī)械性外傷的瞬間會產(chǎn)生原發(fā)性損傷，這種損傷是不可逆的。隨著時(shí)間的推移，由于原發(fā)性損傷引發(fā)局部受損區(qū)域出現(xiàn)滲出、水腫、出血、神經(jīng)元細(xì)胞變性壞死等病理改變，進(jìn)而引發(fā)一系列繼發(fā)性損傷[23]。而這些損害可持續(xù)數(shù)小時(shí)或更長時(shí)間，同時(shí)會加深損傷程度，擴(kuò)大損傷范圍[24]。

繼發(fā)性損傷相關(guān)機(jī)制主要包括血脊髓屏障被破壞、神經(jīng)性炎癥、創(chuàng)傷后組織缺血機(jī)制、自由基損傷機(jī)制、興奮性氨基酸毒性作用、細(xì)胞凋亡與壞死、鈣介導(dǎo)與電解質(zhì)失衡等[2,25]。其中炎癥反應(yīng)在脊髓損傷繼發(fā)性損傷中占據(jù)重要位置。但因其反應(yīng)機(jī)制較為復(fù)雜[1]，對脊髓損傷治療造成非常大的困難。

一般來說，炎癥是機(jī)體對局部損傷的適應(yīng)性、穩(wěn)態(tài)應(yīng)答。損傷初期炎癥具有限制和修復(fù)受損組織的作用，但是一旦失控，就會造成多器官失調(diào)，甚至?xí)l(fā)死亡[26-27]。特別是在脊髓損傷后，脊髓形態(tài)遭到破壞和扭曲，組織中的軸突、血管、神經(jīng)元等也受到損害，隨后引發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)(主要是由先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)引起)，并對脊髓血管壁、外周循環(huán)網(wǎng)、腎素/血管緊張素系統(tǒng)和血液流變學(xué)參數(shù)產(chǎn)生不同程度影響[2]。在脊髓損傷過程中，脊髓血管會出現(xiàn)血流動(dòng)力自我調(diào)節(jié)紊亂[28]，炎性細(xì)胞因子如TNF-α?xí)せ钸€原性輔酶Ⅱ氧化酶，釋放活性氧，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙[29]，增加血液黏度，使血管外周阻力增加，從而增加脊髓損傷患者罹患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。由心血管疾病引發(fā)的脊髓損傷患者死亡率約為40%[30]。同時(shí)還會刺激腎素/血管緊張素系統(tǒng)，使血管收縮、氧化應(yīng)激和細(xì)胞增殖增加，誘導(dǎo)促血管生成素-Ⅱ介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)發(fā)生[31]。繼發(fā)性炎癥會使脊髓損傷患者下肢動(dòng)脈血管內(nèi)膜中層厚度明顯增厚，增加脊髓損傷患者罹患外周血管病的風(fēng)險(xiǎn)[32]。

2.2 IKKβ在脊髓損傷后炎癥反應(yīng)中的作用

脊髓損傷后，炎癥反應(yīng)會對脊髓組織的生存環(huán)境以及循環(huán)系統(tǒng)造成不同程度影響。損傷后爆發(fā)的繼發(fā)性炎癥會釋放出各種細(xì)胞因子，例如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、TNF-α等，這些因子刺激細(xì)胞膜上特異性受體，經(jīng)過一系列蛋白二聚化，絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸殘基磷酸化以及聚泛素修飾[11,33]等復(fù)雜過程，誘導(dǎo)NF-κB信號通路激活，釋放出許多細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、趨化因子等)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和黏附分子等[34]。這些因子被釋放后又會繼續(xù)誘導(dǎo)通路激活，如此反復(fù)，形成一個(gè)惡性循環(huán)。

因此，阻止NF-κB激活可能是治療脊髓損傷的一個(gè)潛在靶向[35]。IKKβ不但能磷酸化IκB調(diào)節(jié)域，同時(shí)還可直接作用于p65的Ser 563位點(diǎn)，使NF-κB被釋放并向核內(nèi)移位[36-37]，說明IKKβ是調(diào)節(jié)脊髓損傷后NF-κB活性非常重要的上游目標(biāo)蛋白。

抑制脊髓損傷后NF-κB的表達(dá)，可減輕脊髓損傷后繼發(fā)性損傷，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)[10,38-42]。將小鼠神經(jīng)元中IKKβ敲除，然后進(jìn)行胸髓撞擊損傷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠運(yùn)動(dòng)功能有所恢復(fù)，病灶體積明顯縮小，NF-κB激活被抑制，IL-1β在脊髓損傷后3 d明顯降低，軸突在損傷后35 d明顯增多。由此得出結(jié)論，敲除神經(jīng)元中IKKβ可抑制NF-κB，并對脊髓損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用。NF-κB經(jīng)典激活途徑可作為治療脊髓損傷的一個(gè)潛在方向[10]。

在一項(xiàng)關(guān)于先天免疫細(xì)胞激活通路對脊髓損傷作用的研究中，使用骨髓細(xì)胞IKKβ條件性敲除(IKKβΔmye)小鼠進(jìn)行脊髓損傷造模，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，IKKβΔmye小鼠脊髓損傷后中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤明顯減少，脊髓損傷誘導(dǎo)的促炎基因表達(dá)降低，同時(shí)改善神經(jīng)元缺失，小鼠運(yùn)動(dòng)功能也有所恢復(fù)[43]。對脊髓損傷后大鼠使用IKKβ選擇性抑制劑，發(fā)現(xiàn)IKKβ活性被抑制，并下調(diào)組織中受NF-κB信號通路調(diào)控的炎癥基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[44]。對脊髓損傷大鼠進(jìn)行IKKβ抑制劑BMS-3455414硬膜下注射，結(jié)果顯示，脊髓損傷后炎癥細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤減少，細(xì)胞凋亡被抑制，受損脊髓神經(jīng)元得到保護(hù)[7]。

脊髓損傷后IKKβ和NF-κB的含量升高，使用右美托咪定可降低IKKβ和NF-κB的含量，抑制IKK/NF-κB信號通路，從而減輕脊髓損傷后炎癥反應(yīng)[45]。

3 展望

由于脊髓損傷病理生理機(jī)制非常復(fù)雜，目前臨床上尚無確切有效的治療方法，因此，探索一種安全有效的治療方法一直是該領(lǐng)域熱點(diǎn)。

IKKβ是脊髓損傷后主要炎癥通路的關(guān)鍵激酶，很大程度上決定了通路的活化程度。而在抑制IKKβ表達(dá)后，脊髓損傷后炎癥反應(yīng)減輕，運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。因此，抑制IKKβ表達(dá)可能是調(diào)控脊髓損傷后炎癥反應(yīng)的方法之一。

當(dāng)前已有相關(guān)研究應(yīng)用IKKβ抑制劑調(diào)控癌癥、糖尿病等疾病的炎癥反應(yīng)，從而起到治療的作用。所以在今后研制治療脊髓損傷的藥物或方法中，可將IKKβ作為新的治療靶點(diǎn)開展相關(guān)研究。