NF-κB在腸缺血再灌注損傷中作用的研究進展

張玉華，朱鵬飛，王猛，張云杰，丁建

(1.山東中醫(yī)藥大學，山東 濟南 250014；2.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院胸外科，山東 濟南 250014；3.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院普外科，山東 濟南 250014)

在缺血基礎上恢復血流后組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現象稱為缺血再灌注損傷。雖然，近年來隨著動脈搭橋術、心肺腦復蘇等先進技術的推廣應用，大大降低了缺血再灌注損傷程度，但仍有再灌注后癥狀不能緩解甚至加重缺血損傷的情況，腸道作為缺血再灌注后最早受損器官，當機體缺血時最易受缺血再灌注的影響，腸缺血再灌注(intestinal ischemia-reperfusion,IIR)損傷的具體發(fā)病機制目前仍不是很清楚，近年來，在信號通路層面就IIR損傷提出一些新論點，本文針對核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)這一信號通路展開論述。

一、IIR損傷

1.IIR概述 IIR是一種由原發(fā)的腸道疾病或繼發(fā)性腸道疾患而引起腸道組織的缺血、缺氧，甚致缺血壞死的綜合征。在缺血狀態(tài)下，為維持心腦等重要器官灌流，機體啟動自我損傷修復機制，此時腸道則成為最早缺血受損器官。當血流再灌注時，不僅不能迅速減輕組織缺血、缺氧癥狀，反而會進一步加重組織器官損傷，再灌注損傷遠比缺血本身造成的損傷嚴重得多。IIR后不僅損傷腸道組織本身，而且對遠隔器官如肝、肺、腦等重要臟器的功能均產生嚴重影響[1-3]，嚴重者可以導致全身炎癥反應綜合征(SIRS)和多器官功能障礙綜合征(MODS)，甚至多器官功能衰竭(MOF)。

2.IIR發(fā)病機制 IIR的發(fā)病機制極其復雜,目前尚未完全闡明，但眾多最新研究均對其做出新的闡述，目前主流學說主要概括為三大層面。

(1)病理生理學層面：在缺血缺氧狀態(tài)下，大量鈣離子內流，體內活性氧自由基異?；钴S且不穩(wěn)定，細胞膜的脂質氧化反應受到影響，導致細胞膜的結構改變，腸黏膜通透性增加，腸黏膜屏障功能異常，大量內毒素移位，這也成為膿毒血癥的重要原因之一[4]。Schellekens等[5-6]發(fā)現腸黏膜通透性增加、屏障功能受損后，血清腸脂肪酸結合蛋白(I-FABP)的表達會顯著增加，因而I-FABP可作為IIR的診斷指標。

(2)細胞機制層面：細胞凋亡是由于受體內外多種因素影響，觸發(fā)了細胞內預存的死亡程序而導致細胞程序性死亡的過程。該過程主要有兩條途徑：一是細胞外的死亡受體途徑，該途徑主要靠刺激因素激活p53、Bcl-2、NF-κB等基因，由腫瘤壞死因子(TNF)家族受體介導，激活Casepase-8；另一條途徑是細胞內的線粒體途徑，該途徑是靠刺激因素影響線粒體的膜電位，促使大量離子內流，加之受到大量氧自由基的攻擊，線粒體腫脹、結構破壞，最終導致分解，進而促使線粒體內細胞色素C肽釋放，激活Casepase-9。兩種途徑最終均效應性激活Casepase-3，進而進一步激活內切核酸酶，促使DNA鏈斷裂，細胞結構最終解體，完成整個細胞凋亡的過程。

(3)分子機制層面：炎性反應是IIR的重要機制之一，細胞因子、黏附因子等炎性介質可通過與內皮細胞粘連而將其破壞，加重腸上皮細胞損傷，而以白細胞為主的炎性細胞可阻塞微小血管，繼發(fā)腸組織低灌注，氧自由基及縮血管物質的釋放增加了血管通透性，引起腸道組織水腫，加重腸道組織缺血缺氧癥狀。近年來，針對信號通路在IIR發(fā)病機制中的研究愈來愈多，其中既包括保護性分子機制又包括損傷性分子機制研究。保護性分子機制如： SIRT1/p53機制[7]，SIRT1作為Sirtuin家族成員之一，通過發(fā)揮乙?；饔?，使腫瘤相關蛋白p53上的賴氨酸位點去乙酰化,進而降低p53的結合能力,削弱其干擾細胞正常周期、促進細胞凋亡的能力，進而抑制或減輕細胞凋亡。損傷性分子機制，如：以細胞因子為主的IκB-α/NF-κB/ICAM-1通路[8]、以炎癥因子為主的PI3K/Akt/NF-κB途徑[9]以及以炎癥、凋亡為主的JAK2/STAT3通路[10]等。兩種分子機制均在信號通路層面對IIR做出了新的闡述，而在眾多信號通路中，NF-κB在IIR損傷中起著不可替代的作用。

3.IIR防治研究 對IIR發(fā)病機制的深入研究，為及時有效的防治提供了強有力支持。防治措施主要包括通過抗炎、抗細胞凋亡、抗氧化應激、抗氧自由基、調節(jié)相關免疫反應、能量療法，以及缺血預處理和后處理等，近年來中醫(yī)藥在IIR損傷防治中也廣泛應用[11]。通過調節(jié)NF-κB的活化是有效減輕IIR對機體損傷的重要策略之一[12]，它不僅可以通過調控炎性因子來影響腸道炎性反應，還可以通過對細胞凋亡的調控來影響腸上皮細胞的再生。

二、NF-κB

1.NF-κB概述 NF-κB作為細胞中一種重要的轉錄調節(jié)因子，是細胞內信號轉導的中間樞紐[13]，可通過調控多種基因的表達來參與機體多種生物進程，如炎癥反應、細胞凋亡、免疫反應、腫瘤發(fā)生、組織損傷與修復等。其中NF-κB對細胞凋亡起雙向調節(jié)作用，既能通過IAP家族、Bcl-2家族等抑制細胞凋亡，又能通過NF-κB自身激活來促進細胞凋亡。正常情況下，NF-κB在細胞胞質內以無活性狀態(tài)的三聚體形式存在，后者由NF-κB兩成員單體及抑制因子IKB結合而成，在細胞因子或者內毒素等因素的刺激下，NF-κB經過磷酸化、乙?；⒓谆头核鼗榷喾N翻譯及修飾調控后被激活發(fā)揮作用[14]。

2.NF-κB的應用 NF-κB廣泛存在于多種組織細胞中，與多種基因啟動子發(fā)生特異性結合，參與機體多種病理生理過程的轉錄調控。近期研究中，NF-κB得到廣泛應用，通過發(fā)揮其轉錄調節(jié)作用，其對機體各個臟器均有不同程度的調控作用。NF-κB信號通路在腦損傷保護中起重要作用，可減緩神經退行性腦疾病[15]。NF-κB也廣泛存在于心肌細胞中，尤其是缺血再灌注后，廣泛參與心肌炎性反應、心肌細胞凋亡以及心功能下降等病程。除在心腦等重要臟器發(fā)揮重要作用外，NF-κB可通過調節(jié)許多炎癥細胞因子參與癌癥及眾多免疫疾病的表達[16]。而且它還是維持腸道內先天免疫穩(wěn)態(tài)的核心參與者，可減輕炎癥對腸道產生的損傷[17]，尤其是在IIR中，NF-κB可影響眾多細胞因子及黏附因子的表達調控，誘發(fā)腸道炎癥反應或加重原有炎癥反應，加重IIR造成的多臟器功能損傷。更好地理解和運用NF-κB，可以更有針對性地對IIR所致炎性損傷進行靶向干預治療[18]。

三、NF-κB在IIR損傷中應用

1.IIR-腸損傷 炎癥是IIR損傷的重要發(fā)病機制之一，IIR可顯著提高內毒素攻擊的敏感性，使中性粒細胞、單核/巨噬細胞處于敏感狀態(tài)。因此，抑制各種細胞因子及炎性介質的激活和釋放是減輕IIR的重要手段之一，而抑制NF-κB信號通路介導的炎癥反應在此過程中發(fā)揮重要作用。劉啟勝等[19]指出過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)的激活可調節(jié)TLR-4/NF-κB信號通路，而羅格列酮作為PPAR-γ的激動劑之一，能夠通過抑制上述信號通路的激活而減輕IIR后的腸道炎癥反應，減輕腸道充血、水腫等一系列病理改變。Meng等[20]則提出通過抑制Nrf2/NF-κB信號通路控制炎癥細胞因子以及Caspase-3蛋白的過度表達，以此減輕腸道炎癥反應的同時，也減少了腸細胞凋亡。因此從分子機制層面著手，發(fā)揮NF-κB在炎癥反應中的作用，可有效緩解和減輕再灌注引起的腸道損傷。

細胞凋亡作為IIR的另一重要發(fā)病機制之一，其內源性途徑主要依靠刺激因素激活p53、NF-κB等，最終激活內切核酸酶使細胞解體凋亡，我們可以通過調控抗細胞凋亡基因的表達，阻斷NF-κB的激活，以此提高腸上皮細胞存活率，減輕細胞凋亡。He等[21]實驗證明，上調IIR大鼠IEC-6細胞中的miR-146a后，TLR4/TRAF6/NF-κB途徑下調，Caspase-3的裂解減少，從而得出結論：通過TLR4/TRAF6/NF-κB信號通路可減少NF-κB p65核移位和Caspase-3的裂解，從而提高腸上皮細胞的存活率，減輕細胞凋亡。吳忠明等[22]通過利用硫化氫(H2S)促進NF-κB磷酸化的形式以減輕腸上皮細胞的凋亡。以上研究均證實NF-κB在細胞凋亡中發(fā)揮重要作用，我們可以通過對NF-κB的調控減少細胞凋亡，發(fā)揮其在IIR中保護作用。

同時，Turan等[23]通過利用S-亞硝基谷胱甘肽(GSNO)對IIR的大鼠進行預處理，結果表明GSNO可通過抑制NF-κB的激活和降低iNOS的表達而減輕腸道炎癥反應及氧化應激反應。此外，金曉昇等[24]的研究證明殼寡糖通過清除腸道內自由基的方式而抑制NF-κB活性，減輕腸黏膜損傷。姜酚(6G)作為生姜的主要活性成分對IIR所致的腸黏膜損傷亦有保護作用，Li等[25]認為可能與抑制p38 MAPK/NF-κB信號通路有關。

綜上所述，IIR后，NF-κB通過介導多條信號通路而發(fā)揮對腸道的保護作用。

2.IIR-遠隔臟器損傷 IIR后，不僅加重腸道組織自身的損傷，而且繼發(fā)損傷肺、肝、腎、腦等組織器官，NF-κB作為一種重要轉錄因子，也發(fā)揮不可或缺的作用。

(1)IIR-肺損傷:IIR后可觸發(fā)全身炎癥反應，而過度的炎癥反應正是導致急性肺損傷的重要原因，NF-κB在這個過程中起核心作用，NF-κB與TNF-α形成正反饋循環(huán)，二者相互激活，最終可致瀑布樣炎性反應，加重肺損傷。廖美娟等[26]的研究也證實了這一點，通過應用姜黃素預處理，肺組織中TNF-α和 IL-6的表達水平明顯降低，從而減少NF-κB的活化，從而進一步減輕了IIR繼發(fā)的肺損傷程度。儲磊等[2]也表示黃芩素可通過抑制NF-κB的活化，降低IIR后肺組織內TNF-α的水平。在其他相關研究中，IIR后，肺組織會發(fā)生病理組織學改變，肺組織及肺間質均充血、水腫，大量中性粒細胞在肺泡及肺間質內廣泛浸潤。NF-κB、p65無論是在肺泡間質內，還是在細胞核內均有高強度表達，肺組織內NF-κB的活性明顯增強[27]。結果表明IIR后所致的肺損傷與NF-κB的表達及其活化密切相關。正常情況下N-myc下游調節(jié)基因2(NDRG2)在肺組織中呈現高表達，楊波等[28]指出IIR后，NDRG2在肺組織中的表達下調，而加重IIR造成的肺損傷。NDRG2是一種應激反應性基因，主要通過下調IKKα/β抑制IKBα的降解，從而抑制NF-κB傳導通路的活化，最終抑制細胞凋亡,起到減輕IIR后致肺損傷程度的作用。

(2)IIR-肝損傷:IIR后，腸黏膜由于缺血缺氧、炎性介質、氧自由基等眾多因素而致腸上皮細胞損傷、壞死脫落,腸黏膜屏障功能破壞,通透性增加,腸內細菌及毒素隨血進入門靜脈，促進腸源性炎癥介質釋放進入血液循環(huán)，致肝細胞受損，通過激活 Kupffer細胞、中性粒細胞釋放大量促炎因子和炎性介質，進而激活 NF-κB信號通路，加重肝損傷程度[29]。將谷氨酰胺(Gln)對IIR損傷大鼠預處理后，血清中天冬氨酸轉氨酶、丙氨酸轉氨酶、NF-κB等表達水平均顯著降低，超氧化物歧化酶(SOD)、谷光甘肽(GSH)等表達水平均明顯升高[30]，說明Gln可通過抑制NF-κB的表達來減輕氧化損傷,減少炎性介質的表達，從而起到降低肝損傷的作用。Fan等[1]實驗表明姜黃素可顯著降低肝內MPO活性，以及血清TNF-α水平，其作用機制可歸因于通過抑制NF-κB途徑的抗氧化和抗炎作用，以此起到保護肝臟的目的。吳忠明[22]的研究亦指出硫化氫可通過下調Caspase-3和Bax的基因表達、上調Bcl-2基因表達、抑制細胞色素C從線粒體向細胞質釋放，從而抑制肝細胞凋亡，進而對IIR所引起的肝臟損傷起到良好的保護作用。

(3)IIR-腎損傷:由于IIR造成的低血壓及氧化應激反應，腎臟成為IIR的重要靶器官。孫倩等[31]研究發(fā)現IIR 2 h后，腎小管上皮細胞產生大量水腫、壞死和空泡化現象，腎組織中SOD活性降低，同時丙二醛(MDA)含量升高，上述現象表明IIR可致腎臟損傷，其產生的機制可能與IIR導致全身氧化應激反應、腎臟氧自由基大量蓄積密切相關。IIR后體內氧自由基大量爆發(fā)性堆積，腎小管上皮細胞內自由基也成倍增加，使細胞膜脂質過氧化，鈣離子內流，啟動細胞凋亡的線粒體途徑。在此過程中，NF-κB對細胞內眾多基因尤其是對免疫炎癥反應有關鍵性調控作用，對B細胞增殖、腎小球活化以及系膜增生均有重要調控作用。

(4)IIR-腦損傷:IIR致腦損傷的主要機制是通過激活腦組織小膠質細胞，激活一氧化氮合酶(NOS)，促進活性氧(ROS)生成，從而誘發(fā)脂質過氧化反應。小膠質細胞TLR4/My D88信號通路在IIR腦損傷中發(fā)揮重要作用，楊博[3]指出褪黑素可通過抑制TLR4/My D88信號通路，影響NF-κB、TNF-α、IL-6和IL-1β的表達水平，進而發(fā)揮抗炎癥、抗氧化及抗凋亡的作用，從而對IIR所致腦損傷起到保護作用。機體疼痛的過程常常伴隨中樞神經系統(tǒng)中磷酸化NF-κB p65的表達及其核轉位增加和NF-κB信號通路的激活，而IIR可加重機體疼痛程度，激化眾多炎性因子?；A以及臨床研究發(fā)現，使用NF-κB抑制劑可有效緩解炎性疼痛的程度，洪嘉琪等[32]指出，提取物芍藥苷可通過抑制炎性因子釋放和脊髓小膠質細胞的激活來抑制Akt/NF-κB信號通路發(fā)揮作用，以此達到緩解炎性疼痛的目的，亦可降低IIR所帶來的中樞神經疼痛。

(5)IIR-心肌損傷：再灌注時間愈長，腸壁充血水腫狀態(tài)愈嚴重，以低血壓為主要特征的內毒素休克可影響心肌灌流，出現心肌能量代謝功能障礙。IIR對心肌的損傷可體現在激活NF-κB，從而刺激心肌細胞中的炎癥反應、氧化應激和細胞凋亡[33]。因此，NF-κB抑制劑亦是減輕IIR致心肌細胞損傷的有效方法之一。

綜上所述，IIR是一種復雜的病理生理過程，NF-κB通過對多個靶點的調控來發(fā)揮作用，對IIR及其所致的多臟器損傷均有重要提示意義。近年來，雖然針對IIR的研究已取得較大進展，但其作用機制復雜、病理生理變化多端，目前仍缺乏臨床驗證，無法將研究成果與臨床有機地結合在一起，缺少大規(guī)模、長期、對照性、前瞻性的臨床研究。因此，一方面需要我們充分利用現代先進手段，開展基礎研究，收集大量樣本，從多角度、深層次探討NF-κB在IIR中的作用；另一方面，要將所得理論研究成果與臨床相結合，更好地指導臨床IIR的治療。