輔激活因子及組蛋白協(xié)同乙?；揎棇F-κB亞基轉(zhuǎn)錄調(diào)控的影響

李爽，王蕊，王維，王紅梅，鄧禹

(1.天津中醫(yī)藥大學，天津 301617； 2.重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W校附屬醫(yī)院皮膚科，重慶 404000；3.天津市中醫(yī)藥研究院附屬醫(yī)院皮膚科，天津 300120； 4.成都大學醫(yī)學院，成都610106)

核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)在受到細胞因子[腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-1等]、病毒感染以及氧化應激等不同信號刺激時激活，從而調(diào)控數(shù)百個目的基因的表達。在NF-κB的活化過程中伴有不同位點的磷酸化、乙?；⒓谆约胺核鼗确g后修飾，在NF-κB的亞細胞定位、DNA結(jié)合力、轉(zhuǎn)錄活性等方面起著重要的調(diào)節(jié)作用，這些修飾決定了NF-κB在特定刺激下的輸出和應答時間[1]。輔激活因子作為轉(zhuǎn)錄起始復合物組裝的組成部分和橋梁，其募集通過多種機制促進或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄，從而參與調(diào)控目的基因的表達。組蛋白尾部的氨基酸殘基也可被共價修飾，進而重塑染色質(zhì)，從而參與調(diào)控基因的表達。在組蛋白的多種共價修飾中，以賴氨酸殘基的乙酰化修飾最常見，并且在組蛋白上均可發(fā)生,其一直是表觀遺傳學的研究熱點，而輔因子中的輔助共激活因子的酶活性區(qū)具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyl transferase,HAT)活性，可作用于組蛋白N端的賴氨酸殘基，使其發(fā)生乙?；揎棧瑢е氯旧|(zhì)解離并重構(gòu)，從而減弱組蛋白的抑制活性，促進靶基因轉(zhuǎn)錄[2]?，F(xiàn)就輔激活因子和組蛋白的協(xié)同乙?；揎椩贜F-κB亞基轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用予以綜述。

1 NF-κB信號轉(zhuǎn)導通路組成

NF-κB轉(zhuǎn)錄因子是免疫和炎癥反應的關鍵調(diào)節(jié)因子，是由Rel家族構(gòu)成的二聚體蛋白，其構(gòu)成亞基分別是RelA(p65)、RelB、c-Rel、p105/p50(NF-κB1)和p100/p52(NF-κB2)。因各亞基的N端均有Rel同源結(jié)構(gòu)域，故統(tǒng)稱為NF-κB/Rel蛋白家族。RelA在細胞中的表達量最高，具有特殊的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，可調(diào)控下游多種靶基因的轉(zhuǎn)錄水平，參與細胞的多種生物學過程[3]，是NF-κB家族研究的焦點。

在NF-κB轉(zhuǎn)錄的經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑中，NF-κB的活性主要受NF-κB抑制性蛋白(inhibitor of κB，IκB)家族成員(包括IκBα、IκBβ和IκBε)的嚴格調(diào)控，其確保轉(zhuǎn)錄因子在非激活狀態(tài)下的細胞質(zhì)定位。細胞在休眠狀態(tài)下，NF-κB與IκB結(jié)合，并以三聚體的無活性形式存在于細胞質(zhì)中。IκB激酶(IκB kinases，IKK)包括IKKα、IKKβ和調(diào)節(jié)亞基IKKγ，在NF-κB的活化中起著重要作用。炎癥細胞因子、細菌感染或氧化應激等激活IKK復合體，進而使IκB的兩個保守的絲氨酸殘基磷酸化，IκB被磷酸化，并在Skp1-Cullins-F-box蛋白復合物E3泛素化酶復合體的催化作用下發(fā)生多泛素化而被蛋白酶降解，IκB的降解導致p50-p65二聚體釋放，轉(zhuǎn)移到細胞核與相關的DNA基序列結(jié)合，并啟動相關基因的轉(zhuǎn)錄，這些靶基因產(chǎn)物參與調(diào)節(jié)炎癥反應及免疫應答[4]。

2 NF-κB亞基的乙酰化-去乙?；揎?/h2>

NF-κB依賴性轉(zhuǎn)錄控制在多個水平受到調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB異二聚體必須經(jīng)過翻譯后修飾才可以發(fā)揮調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄的作用[5]?？赡嫘缘囊阴；?去乙?；荖F-κB的一種關鍵翻譯后修飾，對NF-κB介導的轉(zhuǎn)錄反應的強度和持久性起重要的調(diào)節(jié)作用。與染色質(zhì)上的DNA結(jié)合后，NF-κB亞基可將HAT和組蛋白脫乙酰酶(histone deacetylase,HDAC)招募到靶基因啟動子上，改變組蛋白的乙酰化譜，HDAC可將NF-κB亞基中的某些位點去乙酰化，與乙酰化相互作用，調(diào)節(jié)該通路的活性。Chen等[6]研究證實RelA乙?；揎椀拇嬖?，并發(fā)現(xiàn)RelA的乙酰化能增強NF-κB與DNA的結(jié)合及其轉(zhuǎn)錄激活。異二聚體NF-κB蛋白的一個亞基p65可根據(jù)特定的乙酰化賴氨酸殘基增強或減弱NF-κB信號。輔激活因子對NF-κB亞基中特定賴氨酸殘基的乙?；揎検潜匦璧模瑢D(zhuǎn)錄能力、與DNA結(jié)合的能力以及作用持續(xù)時間的調(diào)控起關鍵作用[7-12]。同時，組蛋白修飾中的乙酰化和去乙?；部蓪е氯旧|(zhì)重構(gòu)，改變?nèi)旧|(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，影響p65的轉(zhuǎn)錄活性。

2.1輔激活因子的乙?；揎棇F-κB亞基的影響 NF-κB的轉(zhuǎn)錄激活需要多種含有HAT活性的輔激活因子，包括p300/CREB結(jié)合蛋白(CREB-binding protein,CBP)、p300/CBP相關因子(p300/CBP-associated factor，PCAF)、類固醇受體共激活因子1和信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)等，其中p300/CBP的乙?；荖F-κB轉(zhuǎn)錄激活所必需的[13]。當炎癥信號轉(zhuǎn)導至核內(nèi)，轉(zhuǎn)錄因子與基因啟動子序列結(jié)合后，可進一步募集輔激活因子，作用于組蛋白N端的賴氨酸殘基使其發(fā)生乙?；揎棥AT活性在調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄過程中起直接作用，通過結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始位點附近，使鄰近核小體中的核心組蛋白乙酰化，中和其部分正電荷，松弛組蛋白對DNA的結(jié)合，使染色質(zhì)重構(gòu)，以轉(zhuǎn)錄裝置更易進入，進而激活轉(zhuǎn)錄。Deng等[14]在研究人肺成纖維細胞中凝血酶誘導的CC趨化因子配體2(chemokine C-C motif ligand 2，CCL2)表達的表觀遺傳調(diào)控機制中發(fā)現(xiàn)，HAT p300抑制劑和通過干擾小RNA降低p300可減弱人肺成纖維細胞中凝血酶誘導的CCL2表達和組蛋白H3和H4乙?；?；研究進一步顯示，p300的減弱抑制了NF-κB p65的活化及其與CCL2啟動子的結(jié)合。以上研究表明，表觀遺傳失調(diào)和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶與轉(zhuǎn)錄因子間的相互作用在凝血酶誘導CCL2表達的機制中發(fā)揮著至關重要的作用。

蛋白激酶A在絲氨酸276處誘導p65磷酸化，增強了p300/CBP的募集[7]。p65在賴氨酸122和123上均被p300和PCAF乙?；?，PCAF誘導的p65乙酰化有助于p65磷酸化和胃腺癌細胞中TNF-α和IL-6的進一步上調(diào)[8]。在p300/CBP和PCAF乙?；?個賴氨酸(賴氨酸122、123、218、221、310、314、315)中，賴氨酸310的乙?；荖F-κB轉(zhuǎn)錄活性所必需的。Hajmirza等[9]的研究表明，p300介導的p65在賴氨酸310處乙?；瘯r，溴結(jié)構(gòu)域蛋白4與p65相互作用，溴結(jié)構(gòu)域蛋白4會進一步募集并激活絲氨酸類激酶9，使RNA聚合酶Ⅱ磷酸化，并促進NF-κB靶基因的轉(zhuǎn)錄。有研究表明，絲氨酸536的磷酸化雖然不是完全必需的，但能通過p300介導顯著增強p65賴氨酸310的乙?；痆10]。而賴氨酸221或218處的乙?；瘯柚筃F-κB與IκBα的結(jié)合，從而延長NF-κB的活性持續(xù)時間，延遲IκBα的重新結(jié)合及返回細胞質(zhì)的時間。相比之下，HDAC3的去乙?；龠MNF-κB與IκBα結(jié)合，促進NF-κB從細胞核移動到細胞質(zhì)中，p300乙酰化p65的賴氨酸殘基314和315后，NF-κB復合物的轉(zhuǎn)錄活性不受影響，但卻提高了對下游靶基因啟動子的選擇性[11]。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn)，p300通過增強NF-κB與神經(jīng)型一氧化氮合酶啟動子的結(jié)合，參與NF-κB介導的神經(jīng)型一氧化氮合酶轉(zhuǎn)錄，使人神經(jīng)母細胞瘤SK-N-SH細胞中信使RNA和神經(jīng)型一氧化氮合酶蛋白增加。也有文獻表明，p300在調(diào)節(jié)NF-κB介導的誘導型一氧化氮合酶表達中充當HAT和共激活因子[15]。 類固醇受體共激活因子-1在氨基酸759～1141上與p50特異性結(jié)合，同時p300的參與又進一步增強了NF-κB的轉(zhuǎn)錄水平,表明兩種共激活因子協(xié)同調(diào)節(jié)NF-κB的活性，并使其轉(zhuǎn)錄增強[16]。

STAT家族中STAT1的乙?；cp65形成復合物，從而降低p65與DNA結(jié)合的能力[17]。p300介導STAT3在賴氨酸370位點和賴氨酸383位點的乙酰化可以與RelA/p65形成最穩(wěn)定的蛋白復合物，促進其與DNA的結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活[18]。

2.2靶基因組蛋白的可逆乙?；揎棇F-κB亞基轉(zhuǎn)錄的影響 組蛋白是含量極其豐富的蛋白質(zhì)，在真核細胞的細胞核中，組蛋白的量與DNA的量是相同的。大多數(shù)真核細胞含有5類不同的組蛋白:H1、H2A、H2B、H3、H4，是真核生物染色質(zhì)的重要組成部分，其N端尾部特定位點和殘基能發(fā)生甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等共價修飾，而組蛋白乙酰化修飾一直是表觀遺傳學研究的熱點，參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的核定位，控制蛋白質(zhì)之間以及蛋白質(zhì)與DNA之間的相互作用[19]。組蛋白乙?；腔蜣D(zhuǎn)錄激活的重要標志，組蛋白乙酰化處于一個動態(tài)平衡狀態(tài),由組蛋白HAT和HDAC共同調(diào)控。組蛋白是堿性極強的蛋白質(zhì)，在中性pH環(huán)境中帶較強的正電荷。一般情況下，在HAT的作用下，組蛋白賴氨酸殘基端與乙酰輔酶A反應，發(fā)生乙?；揎棧瑴p少了組蛋白尾部的正電荷，增加了負電荷，從而導致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從壓縮狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮顟B(tài)，有利于DNA與組蛋白八聚體的解離，松弛核小體與基因調(diào)控區(qū)的結(jié)合，從而促進各種轉(zhuǎn)錄因子與其相應的協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子形成的轉(zhuǎn)錄蛋白復合物結(jié)合在下游靶基因的啟動子區(qū)域，激活基因的轉(zhuǎn)錄；而HDAC通過去除乙?；鶊F，導致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在空間上變得緊湊，抑制轉(zhuǎn)錄，使基因處于沉默狀態(tài)。當HAT與HDAC之間的平衡發(fā)生改變時，疾病相關基因表達的失調(diào)可導致癌癥、自身免疫性疾病以及慢性炎癥等疾病的發(fā)生[20-22]。

目前組蛋白修飾可能主要通過兩種方式影響基因的表達:一種是改變?nèi)旧|(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，使染色質(zhì)重塑，改變原有構(gòu)型，進而影響蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與DNA的相互作用；另一種是通過形成特異性構(gòu)象進而影響酶的募集，這個過程同時受轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。已有研究表明，組蛋白修飾異常會引起基因表達的改變，從而導致細胞表型和功能變化，影響炎癥相關基因的表達，并與多種疾病(類風濕關節(jié)炎、自身免疫性疾病、代謝綜合征、神經(jīng)變性疾病以及腫瘤等)的發(fā)病密切相關，近年來逐漸成為疾病診斷治療研究的新靶點[23-26]。

在乙?；揎椫校ㄟ^輔助激活因子介導NF-κB乙?；率咕植咳旧|(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，促進其與靶基因DNA的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄激活外，NF-κB靶基因相關的組蛋白乙?；筛淖兘M蛋白尾部與DNA及相鄰核小體組蛋白尾部的相互作用，從而改變核小體的交聯(lián)，導致其重塑，使之更易暴露NF-κB結(jié)合的啟動子區(qū)域，使促炎基因的轉(zhuǎn)錄激活成為可能[27]。Bagul等[28]探討白藜蘆醇在糖尿病心肌病動物心臟氧化應激中的作用發(fā)現(xiàn)，NF-κB p65活性增加，沉默信息調(diào)節(jié)因子(silence information regulator,SIRT)1活性降低，白藜蘆醇激活SIRT1，后者在p65賴氨酸310處去乙?；?，在組蛋白H3賴氨酸9處去乙酰化,與還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的轉(zhuǎn)錄有關；Ghosh等[29]用轉(zhuǎn)化生長因子-β刺激正常人的成纖維細胞發(fā)現(xiàn)，在Ⅰ型膠原α2鏈基因啟動子上誘導p300募集和組蛋白H4的乙酰化，過氧化物酶體增殖物激活受體γ通過阻止p300募集和組蛋白H4過度乙?；钄郤mad介導的轉(zhuǎn)錄反應，從而抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β誘導的膠原基因表達。Huang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，用6-巰基嘌呤處理脂多糖活化的小膠質(zhì)細胞顯著減弱了TNF-α的產(chǎn)生，用染色質(zhì)免疫沉淀技術分析發(fā)現(xiàn)，6-巰基嘌呤抑制脂多糖誘導的TNF-α啟動子周圍染色質(zhì)組蛋白H3的乙酰化，最終導致p65/p300介導的TNF-α基因轉(zhuǎn)錄減少。

以上研究表明，乙?；{(diào)節(jié)許多參與NF-κB途徑的蛋白質(zhì)的功能，與NF-κB靶基因連接的組蛋白的乙酰化暴露了NF-κB結(jié)合的啟動子區(qū)域，使促炎基因轉(zhuǎn)錄激活。

2.3脫乙酰酶對NF-κB亞基活性的影響 核心組蛋白的去乙酰化使組蛋白的堿性尾緊密結(jié)合到附近核小體的DNA和組蛋白上，穩(wěn)定核小體，抑制轉(zhuǎn)錄。HDAC可分為四大類: Ⅰ 類HDAC包括HDAC1、2、3和8，組織分布廣泛，主要在細胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)，存在核定位序列，無核輸出信號序列,而HDAC3同時具有核導入和輸出信號，因此細胞質(zhì)和細胞核中都有定位；Ⅱ類HDAC可細分為ⅡA(HDAC4、5、7、9)和ⅡB (HDAC6和10)兩組，主要存在于細胞質(zhì)中，Ⅱ類HDAC可在細胞質(zhì)和細胞核間穿梭，較Ⅰ類HDAC具有更強的組織分布特異性；Ⅲ 類HDAC可分為SIRT1～7，定位于細胞質(zhì)、細胞核以及線粒體中，并且需要煙酰胺腺嘌呤激活; Ⅳ 類HDAC只包含 HDAC11，這種蛋白質(zhì)可同時存在于Ⅰ和Ⅱ類HDAC中[31]。

有證據(jù)顯示，HDAC也可能負調(diào)控NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性[32-34]，而HDAC3、SIRT1、SIRT2等在去乙?；^程中發(fā)揮重要作用。NF-κB的反式激活功能是通過p65亞基與組蛋白HDAC的相互作用調(diào)控的。HDAC1～3在炎癥性疾病中具有多種作用，其中HDAC3具有特定的促炎作用，在單核細胞向炎癥部位募集和巨噬細胞因子的產(chǎn)生中起著重要作用。研究表明，HDAC3在p65的去乙?；?促進與IκBα的有效結(jié)合)中參與p65賴氨酸122、123、314和315上乙?；囊种芠35]，是NF-κB介導的炎癥基因表達的重要激活因子，用去乙?；种苿┨幚砗蟀l(fā)現(xiàn)，通過延遲IκBα的新合成可延長誘導的NF-κB的DNA結(jié)合活性。但Leus等[36]研究發(fā)現(xiàn)，HDAC3的選擇性抑制劑RGFP966能減輕促炎基因在炎癥性肺疾病模型中的表達，HDAC3抑制劑既不影響NF-κB p65的乙?；癄顟B(tài)，也不影響組蛋白H3或組蛋白H4的乙?；癄顟B(tài)。以上研究說明，HDAC3抑制劑不是通過影響去乙酰化作用，而是通過抑制HDAC3的活性抑制NF-κB p65的轉(zhuǎn)錄活性，不同結(jié)果可能與疾病實驗模型和抑制劑不同有關。

在早期Ashburne等[37]通過結(jié)合實驗、免疫共沉淀法以及蛋白質(zhì)印跡法證明，HDAC1在體外可直接與p65亞基相作用，而HDAC2不直接與NF-κB相互作用，但可通過與HDAC1結(jié)合調(diào)節(jié)NF-κB的活性,使用Trichostatin A抑制HDAC的活性導致NF-κB調(diào)節(jié)的IL-8啟動子的高乙?；M而導致基因表達水平升高和TNF-α誘導表達的增加，但Trichostatin A不會抑制SIRT的活性。Kiernan等[38]則認為，HDAC2和HDAC3可使p65去乙?；?，而HDAC1不能。以上研究結(jié)果不同可能與所用的抗體有關。Yeung等[39]發(fā)現(xiàn)，SIRT1在賴氨酸310位點去乙?；痯65，終止NF-κB依賴性基因的表達,從而影響NF-κB活化。Mishra和Kowluru[40]研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1過表達減弱了糖尿病誘導聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶1在基質(zhì)金屬蛋白酶-9啟動子或NF-κB/活化蛋白1上的結(jié)合，表明SIRT1的過表達有助于維持線粒體穩(wěn)態(tài)。Yuan等[41]利用控制性皮質(zhì)撞擊損傷和細胞牽張損傷模型研究SIRT2抑制及基因敲除在創(chuàng)傷性腦損傷中的作用發(fā)現(xiàn)，SIRT2抑制提高了p65乙?；秃宿D(zhuǎn)移水平,加強了與啟動子序列DNA結(jié)合的能力，提高了p65的轉(zhuǎn)錄活性，從而上調(diào)p65靶基因的表達，而SIRT2敲除加重創(chuàng)傷性腦損傷后神經(jīng)功能障礙。

以上研究提示，HDAC參與NF-κB轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控，對炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生、線粒體穩(wěn)態(tài)、細胞分化增殖等具有一定的影響。HDAC是轉(zhuǎn)錄抑制的主要表觀遺傳調(diào)節(jié)因子，HDAC抑制劑通過影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和促進組蛋白乙?；{(diào)控蛋白的相互作用、穩(wěn)定性以及定位。HDAC抑制劑被廣泛用于腫瘤、神經(jīng)變性疾病以及炎癥等的治療，可有效調(diào)節(jié)細胞分化、細胞周期以及細胞凋亡。

3 小 結(jié)

乙?；贜F-κB通路中的重要調(diào)控作用已被證實。在多種癌癥、自身免疫性疾病以及炎癥性疾病中，NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性與其高度修飾密不可分，其中輔激活因子乙酰化對轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)控至關重要，組蛋白的可逆乙酰化修飾使NF-κB對靶基因的特異性調(diào)控更加精確。但乙酰化修飾是一個動態(tài)過程，與其他翻譯后修飾密切相關，其調(diào)控位點對基因進行誘導或抑制的機制目前尚不清楚，炎癥的調(diào)節(jié)機制極其復雜，需更進一步研究多個通路和多種修飾之間的精確關系。從表觀遺傳調(diào)控和染色質(zhì)修飾方面阻止持續(xù)激活的NF-κB發(fā)揮作用將是今后研究的重點。