NF-κB在動物應(yīng)激調(diào)控中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

聶君書，胡惠潔，徐 晶，袁建彬，郭景茹 (黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

應(yīng)激是指在內(nèi)外環(huán)境的刺激下，機(jī)體產(chǎn)生全身性的非特異性反應(yīng)，各種刺激作用于下丘腦-垂體-腎上腺軸和交感神經(jīng)系統(tǒng)，引發(fā)機(jī)體代償性生理反應(yīng)，促進(jìn)腎上腺素、糖皮質(zhì)激素等激素的分泌[1]。核因子-kappa B(nuclear factor-kappa B，NF-κB)是一種具有多功能且至關(guān)重要的蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。哺乳動物的NF-κB家族主要是由Rel蛋白家族中任意的兩種蛋白相結(jié)合而構(gòu)成的同源以及異源的二聚體，NF-κB/Rel蛋白家族成員主要包括以下幾種：p65、Rel B、c-Rel、NF-κB1(p50/p105)、NF-κB2(p52/p100)。NF-κB具有多種生物學(xué)功能，并協(xié)助復(fù)雜的生物學(xué)過程，NF-κB在應(yīng)激反應(yīng)中存在多種作用機(jī)制，并參與炎癥反應(yīng)與應(yīng)激相關(guān)疾病的發(fā)展[2]。

1 NF-κB在動物應(yīng)激調(diào)控中的作用

應(yīng)激是一種普遍存在的現(xiàn)象，如果應(yīng)激作用過強(qiáng)、過久，機(jī)體的新陳代謝難以抵抗應(yīng)激刺激，就會對各系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)雜的影響，動物機(jī)體表現(xiàn)為精神異常、食欲不振、代謝減弱、生產(chǎn)性能下降、免疫功能衰退等癥狀[3-4]，嚴(yán)重影響了動物生產(chǎn)、健康與福利，對畜牧業(yè)的發(fā)展帶來極大的損失。NF-κB作為細(xì)胞內(nèi)的核轉(zhuǎn)錄因子，應(yīng)激反應(yīng)對不同的組織器官中NF-κB的表達(dá)存在影響，進(jìn)而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄與應(yīng)激引起的各種疾病的發(fā)生發(fā)展。

1.1 NF-κB在應(yīng)激發(fā)生過程中對動物腦的影響及作用機(jī)制腦是動物機(jī)體主要器官之一，在應(yīng)激源的作用下，動物發(fā)生腦水腫，這是由于缺氧作用下機(jī)體內(nèi)腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)的合成減少，導(dǎo)致細(xì)胞膜的鈉泵轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生障礙，Na+因無法外流而大量聚集在細(xì)胞內(nèi)，促使?jié)B透壓升高引發(fā)腦水腫[5]。NF-κB作為應(yīng)激反應(yīng)的重要介導(dǎo)物，影響神經(jīng)系統(tǒng)和炎癥基因的表達(dá)。應(yīng)激導(dǎo)致動物大腦發(fā)生損傷，并使機(jī)體內(nèi)氨基酸、活性氧的生成增加，超過了抗氧化系統(tǒng)的消除能力，氧自由基通過直接途徑或者間接途徑使得NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB，IκB)的發(fā)生磷酸化，磷酸化后的IκBα與NF-κB解離，暴露出核定位序列，激活NF-κB[6]，并進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，NF-κB轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的結(jié)合位點(diǎn)位于促炎細(xì)胞因子的啟動區(qū)，它的活化能夠結(jié)合并調(diào)控促炎細(xì)胞因子，增強(qiáng)多種炎性介質(zhì)基因的表達(dá)，使損傷加重。有研究結(jié)果表明慢性應(yīng)激可增加大鼠腦皮層NF-κB p65亞基激活與表達(dá)，并使腦損傷加重，而敲除p65亞基的鼠缺血性腦損傷明顯減輕，在腦水腫大鼠腦組織中，NF-κB的活性持續(xù)增加，在240 min時達(dá)到最大值，且應(yīng)激后腦組織細(xì)胞凋亡的變化與NF-κB活性表達(dá)呈正相關(guān)[7]，在腦部損傷中，NF-κB經(jīng)應(yīng)激反應(yīng)激活后促進(jìn)凋亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，加重腦水腫和神經(jīng)損傷[8]。

1.2 NF-κB在應(yīng)激發(fā)生過程中對動物呼吸系統(tǒng)的影響及作用機(jī)制應(yīng)激還會導(dǎo)致動物呼吸加深加快，耗氧量增加，毛細(xì)血管擴(kuò)張，隨著應(yīng)激加強(qiáng)，肺間質(zhì)內(nèi)的血管發(fā)生充血，肺泡上皮增生明顯，上皮細(xì)胞死亡[9]。肺組織中[10]的中性粒細(xì)胞的變形能力減弱，促進(jìn)中性粒細(xì)胞表面黏附分子的表達(dá)，中性粒細(xì)胞被激活后釋放活性氧及蛋白酶，破壞了肺泡壁，引發(fā)肺部炎癥反應(yīng)[11]。NF-κB是肺部炎癥級聯(lián)反應(yīng)中重要的調(diào)控因子之一，應(yīng)激導(dǎo)致的肺部損傷與NF-κB有密切的關(guān)系，可通過NF-κB上調(diào)炎性蛋白基因的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)[12]。肺部損傷時，NF-κB在上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞內(nèi)表達(dá)增強(qiáng)，發(fā)生活化，參與損傷的大部分炎性細(xì)胞因子的基因啟動子或增強(qiáng)子上，都含有多個NF-κB結(jié)合位點(diǎn)，活化的NF-κB參與并調(diào)控這些因子的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，促使趨化因子的表達(dá)升高。反之，炎癥介質(zhì)促進(jìn)NF-κB的激活，從而組成一個復(fù)雜的調(diào)節(jié)環(huán)路，放大延續(xù)炎性反應(yīng)。隨著NF-κB的活化時間增加，肺損傷的程度也隨之加重，因此NF-κB的激活與細(xì)胞因子的表達(dá)、肺損傷呈正相關(guān)[13]。

1.3 NF-κB在應(yīng)激發(fā)生過程中對動物心血管系統(tǒng)的影響及作用機(jī)制心肌損傷在應(yīng)激反應(yīng)中最為明顯，強(qiáng)刺激下可引起交感-腎上腺系統(tǒng)興奮，釋放出大量的皮質(zhì)醇類、兒茶酚胺類激素，當(dāng)兒茶酚胺被釋放后，心肌耗氧量增加，驅(qū)動心血管系統(tǒng)的功能提高，加強(qiáng)心肌收縮力，使血流速度加快，外周阻力加強(qiáng)，外周血管收縮，從而造成動物心律失常，影響微循環(huán)，加劇心肌損傷與心肌梗死的發(fā)生[14]。NF-κB存在于心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞中，參與了應(yīng)激引發(fā)的心血管疾病的過程。例如，心功能不全、心肌與疾病，進(jìn)而激活機(jī)體心肌組織內(nèi)NF-κB的活化，誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的釋放，再進(jìn)一步激活NF-κB，最終導(dǎo)致NF-κB活化的正、負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制失衡，引起心肌細(xì)胞的損傷。缺血再灌注損傷等疾病。因此，應(yīng)激反應(yīng)能夠誘導(dǎo)心血管功能障礙導(dǎo)致心臟功能障礙影響疾病發(fā)生發(fā)展，因此適當(dāng)?shù)囊种芅F-κB活化對于心血管疾病的治療具有積極的作用[15-16]。

1.4 NF-κB在應(yīng)激發(fā)生過程中對動物消化系統(tǒng)的影響及作用機(jī)制應(yīng)激能夠?qū)е聞游锏南到y(tǒng)功能紊亂與損傷，機(jī)體腸道血流減少，細(xì)胞代謝障礙誘發(fā)組織損傷，Ca2+大量內(nèi)流使組織細(xì)胞水腫，增大了黏膜通透性，使動物胃腸道菌群的群落豐富度和多樣性降低并產(chǎn)生致病物質(zhì)[17]，引起胃腸道炎癥反應(yīng)。TOMINAGA等[18]指出應(yīng)激源誘導(dǎo)下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropinreleasing factor，CRF)，激活下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamo-pituitary-adrenal axis，HPA)軸，CRF通過中樞受體和外周神經(jīng)系統(tǒng)影響胃腸道的運(yùn)動功能，表現(xiàn)為胃排空遲緩，胃動力減弱。王群茹等[19]研究發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸炎小鼠黏膜下層及固有層的Toll樣受體4(toll like receptor 4，TLR4)、NF-κB表達(dá)較顯著增強(qiáng)，提示TLR4、NF-κB表達(dá)越強(qiáng)，結(jié)腸病變越重，其可能機(jī)制為小鼠消化系統(tǒng)受到應(yīng)激后，TLR4與NF-κB信號通路激活，導(dǎo)致各種炎癥介質(zhì)在結(jié)腸內(nèi)釋放，如白細(xì)胞介素-1(IL-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素等，從而引發(fā)結(jié)腸組織過強(qiáng)的免疫反應(yīng)，損傷結(jié)腸黏膜組織，引發(fā)疾病。

2 NF-κB在動物機(jī)體不同應(yīng)激反應(yīng)中的作用

2.1 NF-κB在動物機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)中的作用在氧化應(yīng)激反應(yīng)中，不同動物機(jī)體內(nèi)NF-κB的表達(dá)量均發(fā)生了變化，胡慧慧[20]通過對比氧化應(yīng)激大鼠與正常大鼠體內(nèi)NF-κB p65亞基的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激大鼠體內(nèi)p65的表達(dá)量升高，楊美麗等[8]研究表明大鼠也表現(xiàn)出相同結(jié)果。對于家兔和豬體內(nèi)NF-κB的變化，氧化應(yīng)激下其機(jī)體內(nèi)p65亞基的表達(dá)量升高[21-22]，NF-κB抑制蛋白的表達(dá)量明顯下降，NF-κB被活化。以上試驗(yàn)結(jié)果中NF-κB的表達(dá)均呈現(xiàn)上升的趨勢，提示氧化應(yīng)激與NF-κB的表達(dá)呈正相關(guān)。然而，NF-κB的作用機(jī)制存在多樣性，首先，NF-κB是氧化應(yīng)激時細(xì)胞內(nèi)的靶點(diǎn)，參與了氧化還原調(diào)節(jié)，其對氧化應(yīng)激時產(chǎn)生的活性氧非常敏感，活性氧能夠激活酪氨酸激酶的級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致IκB的分離與降解，促進(jìn)NF-κB的激活。過氧化氫作為重要的活性氧之一，能夠穿過細(xì)胞質(zhì)膜，產(chǎn)生較高反應(yīng)的氫氧根自由基，激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，損傷鄰近細(xì)胞，誘導(dǎo)凋亡[23]。此外，氧化應(yīng)激能夠誘導(dǎo)p50/p65二聚體與NF-κB抑制蛋白IκB所形成的三聚體復(fù)合物發(fā)生解離，刺激IκB激酶復(fù)合物蛋白(inhibitor of NF-κB kinase ,IKK)后，使IκB蛋白絲氨酸殘基的第32與36位點(diǎn)磷酸化并降解，p65亞基的表達(dá)水平上調(diào)，促進(jìn)NF-κB的活化，將其轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，與目的基因結(jié)合并介導(dǎo)炎癥反應(yīng)與損傷作用[24]。

2.2 NF-κB在動物機(jī)體熱應(yīng)激反應(yīng)中的作用對于熱應(yīng)激反應(yīng)中NF-κB的表達(dá)，閆秀梅等[25]發(fā)現(xiàn)反復(fù)高熱下的大鼠體內(nèi)NF-κB的正表達(dá)水平較正常大鼠組均增加，鞏棟梁[26]研究發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激后豬十二指腸、盲腸、結(jié)腸內(nèi)NF-κB的活性增強(qiáng)，表明熱應(yīng)激使NF-κB表達(dá)上調(diào)。在熱應(yīng)激反應(yīng)中NF-κB的活化存在不同機(jī)制，馬丹丹[27]研究發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)激顯著增加了肉雞脾臟內(nèi)NF-κB表達(dá)量和炎性細(xì)胞因子的含量，TLR4的表達(dá)上調(diào)，p65入核明顯，認(rèn)為熱應(yīng)激與NF-κB、Toll樣受體信號通路存在密切關(guān)系，熱應(yīng)激能夠使Toll樣受體激活，促使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)分子催化轉(zhuǎn)化生長因子β活化激酶1(transforming growth factor β-activated kinase-1，TAK-1)，磷酸化的TAK-1進(jìn)一步激活NF-κB，進(jìn)而使下游的NF-κB大量活化以及TNF-α、IL-1的釋放，啟動基因表達(dá)[28]。此外，熱應(yīng)激反應(yīng)后，機(jī)體內(nèi)與氧化應(yīng)激相關(guān)的因子含量顯著變化，例如：活性氧的含量與NF-κB的表達(dá)水平均升高，超氧化物歧化酶、丙二醛的含量降低[29]，在使用活性氧抑制劑干預(yù)后，機(jī)體內(nèi)NF-κB p65的水平明顯受到抑制。因此熱應(yīng)激與氧化應(yīng)激之間存在密切聯(lián)系，熱應(yīng)激可以誘導(dǎo)動物機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激，當(dāng)機(jī)體內(nèi)活性氧的水平升高后，導(dǎo)致IκB的分離與降解，促進(jìn)NF-κB的激活，損傷鄰近細(xì)胞，誘導(dǎo)凋亡。

2.3 NF-κB在動物機(jī)體冷應(yīng)激反應(yīng)中的作用冷應(yīng)激反應(yīng)中動物體內(nèi)NF-κB的表達(dá)也普遍升高，ZHAO等[30]對低溫環(huán)境下肉雞心臟炎癥因子進(jìn)行了研究，通過對比正常組與應(yīng)激組心肌組織的NF-κB水平，發(fā)現(xiàn)應(yīng)激組NF-κB的表達(dá)顯著高于正常組。張子威[31]通過檢測冷應(yīng)激下雞肝臟NF-κB的表達(dá)量，也發(fā)現(xiàn)冷應(yīng)激作用下的NF-κB表達(dá)水平顯著增加。WEI[32]研究表明，對小鼠進(jìn)行冷應(yīng)激后，其心臟內(nèi)NF-κB與炎性因子呈正向變化。因此，冷應(yīng)激誘導(dǎo)NF-κB活性顯著增強(qiáng)及其核移位，包括p50/p65異源二聚體和p50/p50同源二聚體，且p50/p65異源二聚體是冷應(yīng)激誘導(dǎo)NF-κB活化的主要形式[33]。對于冷應(yīng)激作用下IκB磷酸化誘導(dǎo)的NF-κB活化，可能是通過TLR/NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)的。首先刺激因子與TLR4結(jié)合、聚合，使得信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，TLR4與MyD88的羧基端結(jié)合，激活受體相關(guān)激酶自身磷酸化，繼而使腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6(TNF receptor associated factor-6，TRAF-6)激活，TRAF-6激活I(lǐng)KK并催化IκB的磷酸化，磷酸化的IκB被泛素連接酶復(fù)合物識別發(fā)生泛素化而降級，從而促進(jìn)NF-κB的表達(dá)[34-35]。

上述幾種應(yīng)激反應(yīng)對動物體內(nèi)NF-κB的表達(dá)均有影響，目前國內(nèi)外的研究中，不同應(yīng)激反應(yīng)中的NF-κB表達(dá)與不同動物體內(nèi)NF-κB的表達(dá)量普遍呈現(xiàn)升高趨勢[36-37]，其中的相同點(diǎn)涉及到NF-κB的經(jīng)典途徑，即內(nèi)外刺激激活細(xì)胞漿中IKK，進(jìn)而使IκBα的第32位與第36位的絲氨酸磷酸化并降解，將NF-κB釋放到細(xì)胞核內(nèi)發(fā)生激活并起到調(diào)節(jié)作用[38]，但可能由于NF-κB通路的復(fù)雜性，NF-κB在各種應(yīng)激反應(yīng)中的作用機(jī)制也存在差異性，對于更多的作用機(jī)制，需要進(jìn)一步研究與討論。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，應(yīng)激對動物機(jī)體產(chǎn)生影響，能夠使機(jī)體的功能、結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生變化，在應(yīng)激發(fā)生過程中，NF-κB也起到了重要的作用，參與并調(diào)控應(yīng)激導(dǎo)致的疾病的發(fā)生發(fā)展過程，此外，不同動物的應(yīng)激反應(yīng)中NF-κB的表達(dá)也有變化，近年來NF-κB作用機(jī)制逐漸清晰化，但對于其作用機(jī)制的差異性需要進(jìn)一步的研究與探討。預(yù)計(jì)今后在應(yīng)激性疾病中，NF-κB的靶向治療將會應(yīng)用廣泛，并有助于各種疾病的診斷、治療和預(yù)后[39]。