核转录因子?κB信号途径与急性脊髓损伤继发伤的研究进展

【摘要】  脊髓损伤是一种严重威胁人类健康的常见外伤，分原发性和继发性。脊髓损伤后继发伤往往是患者的主要损害。近年来发现核转录因子（NF?κB）信号转导途径在脊髓损伤后炎症细胞、神经元和内皮细胞中的活化,活化的NF?κB主要通过调控靶基因转录生成的产物（如细胞因子、黏附分子和诱生型一氧化氮合酶等）来参与继发损伤的过程。本文就NF?κB信号转导途径与急性脊髓损伤继发伤作一综述。

【关键词】  核转录因子?κB；脊髓损伤

    Abstract：  Spinal cord injury is a kind of common injury that seriously threatens human health.The secondary injury caused by spinal cord injury is always the main damage for patients in later stage.It is found that NF?κB signal pathway is also activated in inflammatory cells,neurons and endothelial cells after spinal cord injury.Activated NF?κB signal pathway takes part in the course of secondary injury by regulating products resulting in target gene transcription（for instance：cytokines，adhesion molecules，inducible nitric oxide synthase，etc.）.NF?κB signal pathway and the acute secondary injury in spinal cord injury are discussed in this paper.

    Key words: NF?κB；spinal cord injury

      脊髓损伤是一种严重威胁人类健康的常见外伤,常致肢体感觉、运动功能和自主神经功能障碍。脊髓损伤包括原发性和继发性的损伤，原发性损伤往往与原发机械打击的强度与范围有关；继发性损伤是脊髓原发性损伤后各种因素引起的脊髓再损伤，所产生的脊髓损伤往往超过原发性损伤。

    1  脊髓继发伤病理机制

    脊髓损伤后继发伤危害很大，包括兴奋性神经毒性损害、炎症反应、细胞死亡等，近年来脊髓损伤一直是研究的热点，但是目前尚无一个公认的关于脊髓损伤后继发伤的病理机制。Mautes等［1］认为脊髓损伤后的血管反应,包括实质内的出血、炎症，血脊髓屏障的破坏和血管的生成，不仅决定损伤脊髓的长期神经可塑性的环境,还影响继发性组织伤害的演化。羊明智等［2］认为钙在脊髓损伤中起重要作用。Xu等［3］观察认为脊髓损伤后进行性增加的活性氧族对脊髓细胞水平继发性的病理生理变化有重要作用。Yune等［4］证明了脊髓损伤后有活性氧族的增高，同时又有抗氧化物酶（如超氧化物歧化酶SOD）的升高支持了活性氧族对急性脊髓损伤后的继发损伤。Toborek等［5］认为花生四烯酸介导了急性脊髓损伤后的继发伤的发生。Bethea等［6］认为核转录因子?κB（nuclear factor?kappa B，NF?κB）的活化是急性脊髓损伤继发伤的病理生理过程的主要机制。扈玉华等［7，8］研究发现急性脊髓损伤使脊髓胞浆和胞核内NF?κB的表达明显增高，同时其抑制蛋白IκB在损伤后下降，证明了NF?κB被激活是急性脊髓损伤继发伤的重要分子机制。Jimenez Garza等［9］证明了脊髓损伤后NF?κB出现在损伤部位的炎症细胞、神经元和内皮细胞中，也支持了NF?κB在急性脊髓损伤继发伤中的作用。La Rosa等［10］观察抑制NF?κB的活化可以减轻脊髓损伤后的炎症反应，也支持了NF?κB与急性脊髓损伤后继发伤的密切关系。由于NF?κB信号转导途径是近来的研究热点，关于NF?κB与炎症、肿瘤的关系已经有不少报道，本文就NF?κB信号转导途径与急性脊髓损伤继发伤作一综述。

    2  NF?κB蛋白家族以及活化

    2.1  NF?κB蛋白家族  1986年，Sen等［11］首先从B淋巴细胞抽提物中检测到一种能与免疫球蛋白 链基因增强子κB序列特异性结合并能促进表达和转录的因子称为NF?κB。在哺乳动物中NF?κB是由Rel蛋白家族（RelA/P65、RelB、C?Rel、NF?κB1/P50和NF?κB2/P52）之间形成的多种异源或同源的二聚体。这些蛋白都共同拥有一个氨基酸的结构保守区，称Rel同源区（Rel homogenous domain，RHD）。此区含有DNA结合区、二聚体化区及与抑制蛋白I B结合的核定位信号点（nuclear localization sequence，MLS）。根据结构、功能与合成模式不同，Rel蛋白可以分成2组：第1组包括NF?κB1/P50和NF?κB2/P52，均有Rel同源区（RHD），但无独立的转录活性区（Transactivation  Domain，TD）；第2组包括RelA/P65、RelB和C?Rel，除有RHD外，在C?端还有一个或多个转录活性区（TD），此区能有效地活化NF?κB结合位点的转录。不同的二聚体有不同的特性，可有识别不同的DNA靶点的细微差别的能力，对相同B序列有不同的亲和力。不同的二聚体在 B相互作用、亚细胞结构的定位和激活途径等方面不同，使在不同程度上调节相关基因的表达。常见的二聚体是P50?P65异源二聚体，是NF- B家族参与基因转录的主要成分。

    2.2  NF?κB的活化  NF?κB既属于组成型转录因子，也属于诱导型转录因子。作为一种组成型转录因子，NF?κB在组织中保持较低水平的持续活性，在正常免疫功能的发挥中起重要作用。当作一种诱导型核转录因子时，感染、缺血、低氧和创伤等都可以使NF?κB的活性异常的增高，导致大量促炎症因子、急性反应蛋白和黏附分子等释放。虽然很多因素都可以激活，但是这一复杂的过程却仍未完全阐明。细胞处于静息状态时，NF?κB二聚体通过非共价的形式与I B家族成员以无活性的三聚体形式存在于细胞质中，且含量丰富。NF?κB的活化机制虽未完全明了，但是必需的步骤有：（1）无活性的三聚体中抑制蛋白I B的磷酸化，暴露了NF?κB的核定位序列；（2）NF?κB发生核移位，并与基因结合，调节涉及免疫反应、凋亡转录等。目前所知NF?κB调节的靶基因有近200种，编码的蛋白包括：细胞因子、趋化因子、黏附分子等参与了感染、细胞凋亡、肿瘤等病理过程。

    3  NF?κB在急性脊髓损伤继发伤中的作用

    由于脊髓损伤后的局部创伤、缺血、低氧等一系列因素导致了IκB的磷酸化，引起NF?κB的活化。NF?κB的表达介导损伤后的中枢神经系统的炎症反应、细胞死亡等［12］。目前来说主要是通过调控转录靶基因产物（如细胞因子、黏附分子、诱生型一氧化氮合酶等）来参与继发损伤的过程。

    3.1  NF?κB与细胞因子  细胞因子是细胞分泌的具有生物活性的小分子蛋白物质的统称，包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子、生长因子和趋化因子等6类。细胞因子主要被NF?κB在转录水平调节［13，14］。La Rosa等［15］认为脊髓损伤后炎症反应是继发伤的主要原因,产生典型的细胞因子有TNF?α、IL?1、IL?6等。李想等［16］观察到脊髓损伤后1小时各炎症细胞因子mRNA表达明显升高，其中TNF?α于损伤后4小时达高峰,IL?1、IL?6于损伤后12小时达峰值，到损伤后72小时仍高于假手术组。炎症性细胞因子的出现可以加重急性脊髓损伤继发伤，主要的病理机制有：(1)损伤后，细胞因子活化炎症细胞如中性粒细胞、巨噬细胞并促使其黏附、吞噬、脱颗粒、释放蛋白酶及反应性氧自由基，破坏脊髓组织血管内皮的完整性，加重脊髓组织的水肿、坏死程度，使神经功能恶化；(2)细胞因子刺激胶质细胞增殖，局部形成瘢痕， 影响中枢神经系统的代谢功能；(3)细胞因子如TNF?α可以通过与相关蛋白中的死亡受体（肿瘤坏死因子受体TNFR）的结合触发凋亡信号转导，引起神经元的凋亡；(4)NF?κB的正反馈机制作用，即活化的细胞因子可以增强NF?κB的表达进一步加强TNF?α、IL?1、IL?6等细胞因子的释放，形成级联放大效应。

    3.2  NF?κB与黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）  CAM是介导细胞间或细胞与细胞外基质间相互接触和结合的分子的统称。CAM以受体-配体结合的形式发挥作用，使细胞与细胞间、细胞与基质间或细胞-基质-细胞间发生黏附，参与细胞的识别、细胞活化与细胞转导、细胞增殖与细胞分化和细胞伸展移动等。CAM是免疫应答、免疫发生等一系列重要生理和病理过程的分子基础，包括：整合素家族、选择素家族、免疫球蛋白超家族、钙黏蛋白家族，此外还有一些未归类的CAM。众所周知，通过黏附蛋白在上皮细胞与白细胞间的作用，白细胞游走进入靶组织。Liu等［17］观察到B淋巴细胞和浆细胞对E选择素的表达是以NF?κB组成性活性形式进行调控的。在急性脊髓损伤后中枢神经系统中，细胞间的黏附分子?1（ICAM?1）、血管细胞黏附分子?1(VCAM?1)促进了星形胶质细胞、上皮细胞和小胶质细胞与周围的免疫系统效应细胞（巨噬细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞）间的交互作用。在进入中枢神经系统后，免疫系统效应细胞通过释放炎症反应分子（如细胞因子、前列腺素和基质蛋白酶）来启动炎症反应。过度活化的炎症反应将引起对脊髓组织细胞的损伤，导致血管反应、缺血、低氧、组织细胞水肿和细胞死亡的病理变化发生。

    3.3  NF?κB与诱发型一氧化氮合酶（inducible nitricoxide synthase，iNOS）  NOS是含铁的单氧化酶，按其来源分为神经型一氧化氮合酶(nNOS)、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）和诱发型一氧化氮合酶（iNOS）。nNOS和eNOS又称为结构型一氧化氮合酶（cNOS）。观察发现cNOS一般在生理状态下均有表达，其产物NO具有传递信息、舒血管等生理功能作用，但是急性脊髓损伤后iNOS催化合成的NO在中枢神经系统中起重要作用［18］。刘成龙等［19］观察表明iNOS未参与脊髓组织组成正常生理调节，脊髓损伤后iNOSmRNA开始升高并逐渐增强，支持了iNOS 参与了急性脊髓损伤继发伤的损伤过程。现在研究发现iNOS的基因启动子中存在NF?κB的结合序列。Bethea等［6］观察表明iNOS参与了急性脊髓损伤后继发伤的发病过程，活化的NF?κB在iNOS的表达中具有关键的调节作用。iNOS为非钙依赖性，一旦生成持续催化生成大量NO。大量NO的毒性作用导致组织水肿，神经元的缺血、低氧，甚至神经元的死亡。其作用机制主要有以下几个方面：(1)NO与超氧化阴离子（O2-）作用形成毒性更强的过氧亚硝基阴离子，产生毒性作用，造成膜结构的损坏，导致细胞及血脊髓屏障的受损，促使脊髓水肿的发生；(2)介导兴奋性氨基酸的神经毒性；(3)干扰细胞的代谢：NO与细胞内许多酶的铁硫中心结合，破坏线粒体传递体系和枸橼酸循环，抑制靶细胞氧化呼吸作用，影响其代谢；(4)直接损伤DNA：通过诱导DNA的突变；(5)通过cGMP/非cGMP依赖方式作用于细胞凋亡相关基因，启动凋亡程序，调节P53途径和TNF家族Fas/Apo?1途径诱导死亡。

    3.4  其它  急性脊髓损伤过后，虽然NF?κB介导的继发性损伤的部分机制已基本明确，但是NF?κB在正常与病理神经功能中的作用是很复杂的，还有很多相关机制不是很清楚。已有报道［20］抑制NF?κB的活性，可引起试验小鼠的免疫器官萎缩和中枢神经细胞死亡,说明NF?κB参与了免疫细胞的发育和抗调亡过程。Medicherla等［21］认为被NF?κB与细胞的老化及调控有关。Bethea等［6］认为NF?κB是损伤过后的神经系统重要信号分子，既依赖于活化机制，也依赖于周围环境的变化来决定它执行凋亡或抗凋亡程序。

    4  结语

    近几年来，人们对NF?κB信号转导途径在创伤、肿瘤和免疫性疾病等中有了深入的研究。NF?κB过度活化导致了许多人类疾病的发生发展，甚至恶化，因此针对NF?κB的阻滞剂的研究也是最常见的。有些人认为只要阻断NF?κB转导途径就可以阻滞疾病的发生发展，包括急性脊髓损伤后的继发性损伤，但是实际上完全持续性的阻断NF?κB信号途径又将导致免疫缺陷和健康细胞的凋亡。不同的刺激信号通过同一条信号转导途径可以有不同的结果，NF?κB就是这个信号途径的关键点。只有深入了解NF?κB途径如何识别各种不同信号来产生不同效应，才能对临床的带来重要的指导意义。

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