活性氧/活性氮與NF-κB信號通路級聯(lián)交互在肝纖維化中的作用

閔遠(yuǎn)騫, 李 姍, 劉湘花, 楊 藝, 李寧寧, 祿保平

1 河南中醫(yī)藥大學(xué) a.第二臨床醫(yī)學(xué)院, b.醫(yī)學(xué)院, c.中醫(yī)藥科學(xué)院, d.肝病研究中心, 鄭州 450046; 2 河南醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校, 鄭州 451191

肝纖維化是由于各種致病因子破壞肝細(xì)胞,導(dǎo)致的肝臟組織結(jié)構(gòu)異常增生,是多種慢性肝病向肝硬化甚至肝癌轉(zhuǎn)化的必經(jīng)病理過程?；钚匝?活性氮(ROS/RNS)作為氧化應(yīng)激的產(chǎn)物,是近年來肝纖維化研究的熱點之一,其通過細(xì)胞內(nèi)外作用產(chǎn)生,是參與細(xì)胞生長、分化、衰老和凋亡的信號介質(zhì)[1]。當(dāng)氧化和抗氧化失調(diào),就會造成ROS/RNS產(chǎn)生過多或清除不足并誘導(dǎo)細(xì)胞毒作用,造成肝臟脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA過氧化損傷,進(jìn)而促進(jìn)或加重肝纖維化[2]。NF-κB信號通路是調(diào)控炎癥的重要通路之一,在多種慢性肝病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用[3]。本文圍繞ROS/RNS與NF-κB級聯(lián)交互關(guān)系及其在肝纖維化中的重要作用進(jìn)行綜述,以期為基于ROS/RNS與NF-κB信號通路的肝纖維化靶向治療提供策略和參考。

1 ROS/RNS與肝纖維化

1.1 ROS/RNS 機(jī)體內(nèi)正常代謝可以產(chǎn)生ROS/RNS,在生理狀態(tài)下它們的產(chǎn)生與清除動態(tài)平衡。其中ROS是體內(nèi)含氧化合物的總稱,主要包括超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫等[4]。而RNS是高氧化活性自由基和硝基類化合物的總稱,包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和過氧化亞硝酸鹽(ONOO-)等[5]。ROS的來源大致可分為兩大類:第一類是內(nèi)源性生物過程,主要由線粒體的八個部位氧化代謝,釋放ROS,作為各種必要反應(yīng)的副產(chǎn)品或廢物;第二類是外源性物質(zhì)的反應(yīng)過程,細(xì)胞因子及細(xì)菌入侵,在分子合成或分解過程中產(chǎn)生ROS,作為信號傳輸?shù)囊徊糠諿1]。ROS還可產(chǎn)生細(xì)胞分隔,作為決定氧化還原信號傳導(dǎo)或氧化損傷的關(guān)鍵,保證信號傳導(dǎo)與物質(zhì)代謝相互調(diào)節(jié)[6]。正常情況下,RNS是由線粒體在低氧狀態(tài)下產(chǎn)生的,而在炎癥過程中引發(fā)的氧化爆發(fā)期間,免疫系統(tǒng)的細(xì)胞會產(chǎn)生超氧陰離子和NO,二者反應(yīng)產(chǎn)生大量更具氧化活性的分子,在該條件下RNS會過量產(chǎn)生導(dǎo)致亞硝化反應(yīng),從而改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),抑制其正常功能[7]。大多數(shù)實驗證據(jù)表明,低水平的ROS/RNS不會影響線粒體的形態(tài)或誘導(dǎo)絲狀化,而過高的ROS/RNS水平不能被細(xì)胞的抗氧化防御系統(tǒng)平衡[8],會導(dǎo)致氧自由基數(shù)量增多,這些自由基作用于細(xì)胞膜脂,氧化應(yīng)激反應(yīng)被放大,進(jìn)一步刺激炎癥細(xì)胞激活,造成氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)之間正相關(guān)式的惡性循環(huán)[9]。

1.2 ROS/RNS參與肝纖維化 肝臟的免疫細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞(HSC)、肝細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞均可產(chǎn)生ROS/RNS,其主要來源于線粒體呼吸鏈、黃嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶(NOX)、脂質(zhì)過氧化物酶、細(xì)胞色素p450酶、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)等多種酶系統(tǒng)的催化。ROS/RNS既可以直接參與肝纖維化發(fā)生,也可通過其他病理過程介導(dǎo)肝纖維化發(fā)生發(fā)展[10]?，F(xiàn)已證實,肝炎病毒、酒精、脂多糖、膽汁淤積等均可刺激肝細(xì)胞表達(dá)NOX1、NOX2和NOX4,催化ROS產(chǎn)生并誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡及Kupffer細(xì)胞激活,凋亡的肝細(xì)胞分泌TGF-β、TNF-α、PDGF、EGF等促纖維化分子,肝Kupffer細(xì)胞通過自分泌或旁分泌產(chǎn)生TGF-β、TNF-α、IL-6、IGF等促炎因子或促纖維化分子,通過TGF-β/smad、NF-κB等信號通路級聯(lián)反應(yīng),造成肝臟氧化應(yīng)激水平升高,刺激HSC活化增殖,促進(jìn)膠原合成增加,介導(dǎo)纖維化發(fā)生[11]。此外,活化的HSC 表達(dá)NOX1、NOX2、iNOS增加,ROS/RNS產(chǎn)生進(jìn)一步增加,TGF-β/smad、MEK/ERK、PI3K/AKT等信號通路激活,誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡并加重肝損傷[12-13]。在肝纖維化發(fā)生過程中,ROS/RNS相互協(xié)同或拮抗發(fā)揮作用[14]。研究[15]表明ROS可激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥體,誘導(dǎo)慢性炎癥和纖維增生,導(dǎo)致HSC活化,最終促進(jìn)纖維化。Zhang等[16]用野生型和ERKO小鼠肝纖維化模型,證明柴胡皂苷d可通過激活ERβ通路負(fù)性調(diào)節(jié)ROS/NLRP3炎癥小體,從而減輕肝纖維化。Yi等[17]證實了小檗堿通過抑制自噬,提高ROS水平,增強(qiáng)鐵蛋白降解,誘導(dǎo)HSC鐵死亡,驅(qū)動HSC鐵下垂以減輕肝纖維化。Gan等[18]應(yīng)用NOX抑制劑干預(yù)CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化模型后,發(fā)現(xiàn)其對肝細(xì)胞TGF-β1信號表達(dá)有明顯抑制作用,可通過此降低ROS/RNS表達(dá)減少炎癥反應(yīng),減輕肝纖維化。Chung等[19]用NecroX-7通過抑制全細(xì)胞ROS/RNS和炎癥反應(yīng),來改善小鼠NASH模型的肝臟脂肪變性和纖維化。上述研究表明ROS/RNS參與肝纖維化進(jìn)程,是肝纖維化發(fā)生發(fā)展中的重要一環(huán)。

2 NF-κB與肝纖維化

2.1 NF-κB NF-κB屬Rel蛋白家族,主要由 c-Rel、RelB、p65、p50和p52構(gòu)成,是經(jīng)典的細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子,被稱為NF-κB/Rel蛋白家族。其中,p65與p50廣泛存在于人體中,發(fā)揮著主要生理作用,p65的C末端具有活化NF-κB所需的反式激活域,對表達(dá)起正調(diào)節(jié)作用,而p50不存在轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域,可以抑制轉(zhuǎn)錄[20]。NF-κB在未激活狀態(tài)時,與IκB蛋白共同靜息存在,參與體內(nèi)大部分炎癥反應(yīng)的調(diào)控。當(dāng)受到外源信號如紫外線、藥物、壓力等刺激時,IκB 蛋白的絲氨酸被磷酸化,促使IκB 蛋白降解,從而刺激NF-κB釋放進(jìn)入細(xì)胞核,調(diào)控多種mRNA轉(zhuǎn)錄,此為NF-κB激活的經(jīng)典信號途徑;而其并不是唯一途徑,某些不依賴IKK復(fù)合物激活的胞外信號刺激,通過 MyD88 蛋白與下游 TRAF6 連接并相互作用,使TRAF6二聚化,對于免疫應(yīng)答同樣重要,屬于非經(jīng)典信號途徑[20-22]。

2.2 NF-κB調(diào)控肝纖維化 NF-κB活性受到嚴(yán)格調(diào)控,其失控與否對于機(jī)體平衡狀態(tài)有重要影響,可導(dǎo)致多種疾病發(fā)生,肝臟疾病也是其中的一種,而肝纖維化屬慢性肝病進(jìn)程中的病理變化[22]。肝損傷時,NF-κB誘導(dǎo)型激酶表達(dá)增多,NF-κB信號通路活化,激活巨噬細(xì)胞促使其釋放多種炎癥細(xì)胞因子、趨化因子、促凋亡分子,觸發(fā)肝臟炎癥反應(yīng)并誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡[23]。肝Kupffer細(xì)胞作為特殊的巨噬細(xì)胞,在肝臟炎癥時釋放大量自由基產(chǎn)物促進(jìn)細(xì)胞漿中的IκBα降解和NF-κB的亞基p65和p50核轉(zhuǎn)錄,使得NF-κB持續(xù)活化,活化的NF-κB刺激巨噬細(xì)胞分泌促炎因子[24](如IL-1β、IL-6等)和促纖維化分子,活化并募集HSC至損傷部位,導(dǎo)致肝纖維化形成[25]。馬良等[26]對130例乙型肝炎肝硬化患者的TLR4、MyD88、NF-κB的水平進(jìn)行分析,得出這三項的變化情況與肝臟疾病的病理進(jìn)程相關(guān),相較于正常人來說,呈明顯的過度表達(dá),也就是說肝纖維化發(fā)生與NF-κB表達(dá)呈正相關(guān)。肝纖維化時NF-κB活性增強(qiáng),以致炎癥反應(yīng)持續(xù)發(fā)生,促炎因子誘導(dǎo)炎細(xì)胞浸潤,使得正常肝細(xì)胞持續(xù)損傷,加重肝纖維化程度。崔東來[27]通過應(yīng)用小分子干擾RNA技術(shù)抑制NF-κB p65基因,證明抑制NF-κB活性的藥物可促進(jìn)HSC凋亡,逆轉(zhuǎn)實驗性肝纖維化,減少細(xì)胞外基質(zhì)合成,起到抗肝纖維化的作用。由此來說,尋求抑制NF-κB活性的方法,對于防治肝纖維化發(fā)生及發(fā)展有切實可行的作用。陳建勇等[28]對60只肝纖維化SD大鼠模型,應(yīng)用卡維地洛干預(yù)后的變化情況做了比較記錄,發(fā)現(xiàn)該藥物可以使NF-κB蛋白表達(dá)水平逐漸降低,達(dá)到抑制肝臟炎癥反應(yīng)和肝纖維化進(jìn)展的作用。朱凈等[29]將32只SD大鼠隨機(jī)分成對照和模型兩組,用CCl4誘導(dǎo)肝纖維化模型,發(fā)現(xiàn)NF-κB在正常大鼠的肝組織中僅有少量表達(dá),在CCl4注射后表達(dá)水平隨注射周期和纖維化程度不斷增加,進(jìn)一步提示NF-κB在肝纖維化過程中的重要作用。

3 ROS/RNS與NF-κB通路在肝纖維化中的級聯(lián)交互

外源性與內(nèi)源性因素刺激肝臟,導(dǎo)致肝臟內(nèi)氧化與抗氧化狀態(tài)失衡,發(fā)生氧化應(yīng)激,造成ROS/RNS產(chǎn)生過多,啟動NLRP3炎性小體,促使炎癥因子IL-1、IL-6和TNF-α等的表達(dá),這些因子的表達(dá)可刺激位于TLR4下游信號通路連接處的NF-κB活化,而活化的NF-κB又會導(dǎo)致IL-1、IL-6和TNF-α等的增加和ROS/RNS的積聚。所以當(dāng)肝細(xì)胞壞死或凋亡時,炎癥反應(yīng)與氧化應(yīng)激相互影響,NF-κB信號通路激活與多種炎癥因子表達(dá)相互影響,促使ROS/RNS產(chǎn)生并大量蓄積,升高肝臟氧化應(yīng)激水平,加重肝細(xì)胞損傷并誘導(dǎo)HSC激活[7],以膠原為主的細(xì)胞外基質(zhì)大量沉積在肝組織內(nèi),促使纖維化形成[30]。上述聯(lián)系形成了循環(huán)影響、相互連帶的級聯(lián)交互關(guān)系(圖1)。研究表明,具有抗氧化作用的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、過氧化氫酶(CAT)可通過清除過氧化氫、羥自由基、NO、二氧化氮等自由基而抑制肝纖維化。因此,ROS/RNS與NF-κB之間級聯(lián)交互關(guān)系對于肝纖維化防治起重要的指導(dǎo)作用,抑制兩者交互則可控制正常肝細(xì)胞向肝纖維化發(fā)展的進(jìn)程。可以通過抑制NF-κB信號通路激活,來恢復(fù)氧化與抗氧化失衡的狀態(tài),降低炎癥反應(yīng)發(fā)生;也可通過抑制炎癥反應(yīng),平衡氧化與抗氧化水平,來降低對NF-κB的過度激活,減輕肝纖維化程度。

圖1 ROS/RNS與NF-κB信號通路的級聯(lián)交互Figure 1 The cross-link between ROS/RNS and NF-κB signaling pathway

馮曉異等[31]應(yīng)用三七總皂苷治療非酒精性脂肪肝大鼠,發(fā)現(xiàn)其可以有效降低肝組織NO、iNOS水平,以及NF-κB信號通路的表達(dá),從而達(dá)到減輕炎癥反應(yīng)及緩解肝臟損傷的作用。Tang等[32]觀察了山奈素對高脂飲食誘導(dǎo)肝纖維化的干預(yù)作用,發(fā)現(xiàn)山奈素可通過降低TLR4的表達(dá)水平,抑制NF-κB信號通路的激活,減少MCP-1、IL-6、TNF-α等炎癥因子的產(chǎn)生,減輕肝細(xì)胞損傷和ROS/RNS的產(chǎn)生,具有抗纖維化作用。Liu等[33]研究發(fā)現(xiàn)知母皂苷可以下調(diào)p-NF-κB的蛋白水平并上調(diào)Nrf2/HO-1的蛋白水平,減輕肝組織的氧化損傷,有效阻斷肥胖大鼠的炎癥和血脂異常。Li等[34]應(yīng)用NAFLD大鼠模型研究發(fā)現(xiàn),橙皮素可以通過激活PI3K/AKT-Nrf2信號通路,降低ROS的產(chǎn)生,抑制NF-κB介導(dǎo)的炎癥,減輕纖維化程度。Chen等[35]對硫代乙酰胺(TAA)誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠給與脫落酸干預(yù)治療,發(fā)現(xiàn)治療組小鼠肝組織勻漿中α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和I型膠原顯著減少,丙二醛(MDA)降低, GSH和CAT增高,其可能是通過抑制NF-κB信號通路發(fā)揮抗炎、抗氧化損傷和抗肝纖維化的功效。Rodríguez等[36]的研究發(fā)現(xiàn)Maresin-1具有治療二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的肝纖維化的作用,其機(jī)制可能與抑制NF-κB p65的核轉(zhuǎn)移,降低TGF-β及其受體水平,減少ROS產(chǎn)生,減輕炎癥反應(yīng)有關(guān)。Zaghloul等[37]應(yīng)用黃芩苷治療TAA誘導(dǎo)的肝硬化大鼠,結(jié)果顯示黃芩苷可減少促炎因子形成,降低NF-κB信號通路對炎癥反應(yīng)的驅(qū)動,通過抗氧化能力靶向調(diào)控炎癥,發(fā)揮抗纖維化功效。除上述列舉文獻(xiàn)外,還有很多研究者[38-42]開展了相關(guān)實驗,均發(fā)現(xiàn)ROS/RNS、NF-κB與肝纖維化發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)(表1)。

表1 肝纖維化時ROS/RNS與NF-κB級聯(lián)交互作用相關(guān)文獻(xiàn)回顧Table 1 Literature review of the cross-link between ROS/RNS and NF-κB signaling pathway in liver fibrosis

4 總結(jié)與展望

ROS/RNS是細(xì)胞正常代謝的產(chǎn)物,被認(rèn)為是控制生物體各種正常生理功能的第二信使。而病理的氧化應(yīng)激狀態(tài),氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡,會使ROS/RNS大量堆積,直接激活HSC,產(chǎn)生導(dǎo)致纖維化的細(xì)胞外基質(zhì)或誘導(dǎo)肝細(xì)胞炎癥。ROS/RNS在NF-κB信號通路的激活中發(fā)揮核心作用,可促使激活所需的IκB激酶與IκBα磷酸化,而后NF-κB移位到細(xì)胞核中被激活。NF-κB信號通路的激活導(dǎo)致炎癥因子釋放,氧化應(yīng)激水平升高,氧化自由基增多,失去原有的動態(tài)平衡,肝纖維化形成。近年來多項研究表明具有直接或間接抗氧化活性的化合物,可清除自由基或改善氧化應(yīng)激狀態(tài),預(yù)防或減輕實驗性肝纖維化的發(fā)生發(fā)展。抑制NF-κB信號通路亦能改善氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),從而調(diào)控肝纖維化的進(jìn)程。據(jù)此,可以利用ROS/RNS與NF-κB信號通路的交互作用,通過采取措施調(diào)節(jié)氧化還原穩(wěn)態(tài)、抑制NF-κB信號通路的激活,來緩解甚至阻止患者纖維化。因此,還需深入研究ROS/RNS與NF-κB信號通路級聯(lián)交互的分子機(jī)制,探索逆轉(zhuǎn)肝纖維化發(fā)生發(fā)展的特效靶向藥物,為改善肝纖維化提供依據(jù)和幫助。

利益沖突聲明:本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明:閔遠(yuǎn)騫負(fù)責(zé)撰寫論文及繪制圖片;李姍負(fù)責(zé)課題設(shè)計及修改論文;李寧寧、劉湘花、楊藝負(fù)責(zé)文獻(xiàn)檢索及整理;祿保平負(fù)責(zé)擬定寫作思路及最后定稿。