缺氧复氧肾损伤信号传导机制研究进展

【关键词】  缺氧复氧;肾损伤;信号传导

缺氧缺血性肾损伤是新生儿窒息、肺炎、休克及肾移植、肾切开取石术等临床共同面临的问题，严重时可为多器官功能障碍综合症甚至死亡。核因子κB（nuclear factor?kappa B，NF?κB）参与多种细胞因子及炎症介质基因的转录调控，在炎症反应调节中起重要作用。

　　1  Rel/NF?κB信号传导通路

　　1.1  Rel/NF?κB的家族组成及功能
   
　　NF?κB是Rel蛋白家族成员，几乎存在于所有细胞中，目前在哺乳动物细胞内易发现NF?κB Rel家族的五个成员：RelA、NF?κB1、NF?κB2、RelB和C?Rel。每一个家族成员亚基的N?末端都有一个约300个氨基酸残基的Rel同源结构域（RHD），是介导NF?κB与DNA结合所必须的，同时还含有核定位序列（NLS），负责活化的NF?κB进入核内发挥生物学功能。典型的NF?κB是由p50和p65亚基组成的异二聚体，几乎存在于所有真核细胞中。
       
　　NF?κB的抑制蛋白（inhibitor κB，IκB）家族成员包括IκB?α、β、γ、δ、ε和Bcl?3。IκB具有以下几种功能：①阻止NF?κB与DNA结合；②通过与NF?κB亚基上的RHD耦联，覆盖NSL，使其不能核易位；③使NF?κB与DNA形成的复合体解离，抑制相关基因转录。

　　1.2  NF?κB的活化与调控

    静息状态下，NF?κB与其抑制蛋白IκB相结合并以非活化的形式存在于细胞质。IκB抑制蛋白主要是对NF?κB的活化起抑制作用。IκB凭借锚蛋白重复序列与NF?κB的RHD结合，掩蔽NF?κB的NLS，使NF?κB滞留于胞浆。

    NF?κB激活的机制较为复杂，目前尚未完全阐明，但可以肯定的是在其信号传导通路中，IκB激酶（IκK）激活与 IκB磷酸化是从NF?κB 解离到最终降解最关键的步骤。目前发现诱导NF?κB活化的信号先使IκB 32和36位上的丝氨酸磷酸化，后者在21和22位的赖氨酸位置上迅速泛素化［1］，进而触发IκB被26S蛋白体快速降解后从NF?κB/IκB复合体中释放出来，IκB失活。DiDonat等［2］证实，至少有3种蛋白激酶参与IκB磷酸化及降解，导致NF?κB活化，它们分别是IκB蛋白激酶?1（IKK?1）、IκB蛋白激酶? 2（IKK?2）、NF?κB 诱导型蛋白激酶（NIK）。活化的NIK又可使IKK?1 和IKK?2磷酸化而被激活。即诱导剂通过激活信号传导途径，导致NIK活化，引起IKK?1、IKK?2磷酸化，IκB从NF?κB/IκB复合体中解离出来，被胞浆中的蛋白酶降解暴露出核定位位点，促进相关基因的转录和表达。NF?κB活化的反馈调节有两种途径：经胞外的正反馈途径和经胞内外的负反馈途径［3］。

　　2  ICAM?1 mRNA和蛋白的表达

　　2.1  ICAM?1转录及其在肾脏组织中的表达

    细胞间粘附分子是一类调节细胞与细胞，细胞与细胞外基质间相互结合、起粘附作用的膜表面糖蛋白，分ICAM?1、2、3三种。在ICAM?1基因的5'调节区域有IFN反应元件、糖皮质激素受体结合位点、NF?κB结合位点、活化剂蛋白?1反应元件等。NF?κB、AP?1等转录因子可分别与这些元件结合而影响基因的转录，即各种刺激因素对这些转录因子作用从而促进ICAM?1基因的转录。

    Muller等［4］用免疫组化的方法研究了15例正常人肾组织中ICAM?1的表达，发现肾小球系膜细胞、内皮细胞、肾小球壁层上皮细胞可以表达ICAM?1，ICAM?1强染色也可以见成纤维细胞、肾小管周围毛细血管和大血管的内皮细胞。正常肾小管上皮细胞也可以低水平表达ICAM?1，有炎症反应存在时表达明显增强。

　　2.2  NF?κB活化与ICAM?1转录表达

    ICAM?1含有5个细胞外的免疫球蛋白样结构域。ICAM?1表达的调控元件位于ICAM?1转录起始位点上游的115、40和60位点。组织受到缺血缺氧刺激后，IκB降解，NF?κB活化，从细胞质到细胞核与靶基因即ICAM?1基因的启动子和增强子中含有的κB序列相结合，迅速诱导基因转录表达。

　　3  缺氧?复氧分子信号机制的三个阶段

　　3.1  再灌注的速发型应答

    再灌注后数秒至数分钟内，一连串的分子级联反应很容易被刺激，尤其是那些依赖磷脂酶活化和胞内Ca2＋的分子。这一阶段主要以脂质和形成的蛋白为代表，这些蛋白在再灌注血流进入循环一开始就出现并且与内皮组织建立联系。早已存在于内皮细胞表面和血小板的粘附因子如P?选择素也在这一阶段表达增强，粘附分子在细胞骨架变化及Ca2＋释放后表达增强。

　　3.2  再灌注的早期反应

    缺血再灌注后数分钟至数小时内，蛋白合成的活化转录开始，尤其是炎症因子。在调节缺血再灌注分子信号途径中这些炎症因子尤其是TNF?α处于中心地位。最初的分子信号从此开始，并传递到细胞质，胞质内的激酶被活化，信号至胞核，使转录因子活化、进一步持续炎症反应。

　　3.2.1  TNF、NF?κB的活化
 
　　TNF是由157个氨基酸残基组成的同型三聚体。TNF信号途径已经相当具有特征性［5］。胞浆内TNF与TNF?R1结合触发一连串反应，激活核内的NF?κB及原癌基因c?jun。这些核因子是诱导炎症基因转录的基础。首先IκB在胞浆内磷酸化、泛素化并降解。IKK与TNF?R1共同活化，这一活化过程依赖于RIP。衔接蛋白也参与TNF?R1的活化，从而使得NF?κB、JNK活化。NF?κB、JNK及TNF?R1之间相互作用，使整个信号系统持续的进行［6］，一直到位于核内的转录因子的基因开始表达。

　　3.2.2  MAPK’s途径 

　　在所有应激诱导的激酶中，p38 MAPK最典型，被认为是最重要的炎症激酶［7］，可以对缺血再灌注后产生的一系列炎症信号作出应答。JNK是分子量约为54 KDa的蛋白质，在应激、TNF、IL?1、LPS及其他一些条件下被活化［8］，它在活化激活蛋白?1（AP?1)、TNF表达、T细胞增殖、产生IL?1等过程中有着极其重要的作用［7］。ERK是与增殖、转化及分化相关的MAPK，它可以在细胞外基质应答中参与产生细胞因子。MAPK's途径中彼此间是一连串相互重叠交错的信号机制。实验研究清楚地提示MAPKs在加重缺血再灌注损伤中起重要作用［9，10］。大多数情况下，炎症信号可以被MAPKs强化，而被MAPKs抑制剂下调。

　　3.3  再灌注的迟发反应

    缺血再灌注数天至数周后产生分子保护机制，包括细胞康复相关途径，如抗炎症细胞因子（IL?10），晚发型粘附分子和生长因子如TGF?β在康复过程中将会被激活。在细胞水平，巨噬细胞和成纤维细胞明显增多，参与修复过程。

　　4  缺氧?复氧、PMNs粘附与肾损伤

    大量动物试验表明，多形核白细胞（PMNs）和其他炎症细胞在急性缺血性肾损伤的发病机制中扮演了重要角色，炎症细胞的激活和粘附分子的释放是组织损伤的关键反应。

    国内学者［11］已观察到新生儿窒息后肾损伤组外周血白细胞计数明显高于非损伤组，且与肾功能损伤程度呈正相关，在窒息大鼠恢复供氧的模型中进一步观察到肾组织白细胞滞留数明显增多，且与IL?1、IL?8、TNF?α等炎症细胞因子及肾小管损伤程度呈正相关。可见PMNs作为一种致伤因子参与了肾缺血再灌注损伤的发生。缺血再灌注可激活肾内皮细胞和炎症细胞，白细胞在血管内皮细胞表面滚动、粘附和穿越内皮移行至炎症部位是PMNs激活和致炎的重要步骤，其分子基础是PMNs及血管内皮细胞表面的粘附分子相互作用及细胞因子对粘附分子表达的调节。ICAM?1与PMNs上的LFA?1和Mac?1配体相结合可引起细胞的粘附渗出，ICAM?1功能的缺陷将引起PMNs粘附和渗出障碍，有利于减轻炎症反应。大量资料表明［12］，CD11/CD18整合素和ICAM?1在缺血再灌注肾损伤的发病机制中具有重要作用。L?选择素和P?选择素可在受炎症刺激后数分钟内表达于细胞及血小板表面，通过相应配体相互作用，介导起始粘附作用及滚动作用。

    有学者认为［13］，PMNs在介导缺血再灌注肾损伤起重要作用，其可能机制为：①PMNs激活后通过“呼吸爆发”产生活性氧，超过了机体的清除能力，可直接损伤组织和诱导细胞凋亡。②PMNs释放多种水解蛋白酶等其它可引起组织损伤的酶类，这些物质和白三烯、血小板激活因子增加血管通透性，促使炎症反应的粘附分子的表达。③PMNs激活后变得僵硬，失去变形能力而不能通过肾毛细血管，堵塞微循环，致再灌注后期的无灌流，延长肾缺血时间，加重缺血损伤。

    综上所述，缺氧?复氧、缺血再灌注是一重要的病理现象。缺氧刺激TNF活化，活化NF?κB，致ICAM?1 mRNA表达增多，ICAM?1介导PMN粘附在肾小管内皮细胞，这三者的时间进程关系提示它们之间存在一定的因果关系。

【】
  ［1］ Bhakar AL, Tannis LL, Zeindler C, et al. Constitutive Nuclear Factor?κB Activity Is Required for Central Neuron Survival ［J］. The Journal of Neuroscience, 2002, 22(19): 8466?8475.

　　［2］ Chen ZJ, Parent L, Maniatis T. Site?Specific phosphorylation of IκB A by a novel ubiquitnation?be pendent protein kinases activity ［J］. Cell, 2002, 84: 853.

　　［3］ Pan JL, Xia JL, Yao LB, et al. Tumornecrosis factor of lipopolysaccharide?induced depression of murine P?selectin gene in endothelia cells incolves novel IκB site and a variantactivating transcription factor/Camp response element ［J］. J Biol Chem, 2001, 273(16): 10068.

　　［4］ Muller GA, Markovic?Lipkoski J, Muller CA, et al. Intercellular adhesion molecule?1 expression in human kidneys with gloerulonephritis ［J］. Clin Nephrology, 1991, 36(4): 203.

　　［5］ Chen G, Goeddel DV. TNF?R1 Signaling: A Beautiful Pathway ［J］. Science, 2002, 296: 1634?1635.

　　［6］ Sun Z, Anderson R. NF?kB Activation and Inhibition: A Review ［J］. Shock, 2002, 18: 99?106.

　　［7］ Arabi S, Maier RV. Mitogen?activated protein kinases ［J］. Crit Care Med, 2002, 30: 74?79.

　　［8］ Davis RJ. Signal transduction by the JNK group of MAP kinases ［J］. Cell, 2000,103: 239?252.

　　［9］ Irving EA, Bamford M. Role of mitogen? and stress?activated kinases in ischemic injury ［J］. J Cereb Blood Flow Metab, 2002, 22: 631?647.

　　［10］ Cain AE, Tanner DM, Khalil RA. Endothelial?1?induced enhancement of coronary smooth muscle contraction via MAPK?dependent and MAPK?independent (Ca++)(i) sensitization pathways ［J］. Hypertension, 2002, 39: 543?549.

　　［11］ 董文斌, 冉 隆, 冯志强, 等. 白细胞参与新生鼠窒息后肾损伤的作用及机制研究［J］. 危重病急救医学, 2000, 23(4): 17?19.

　　［12］ Weight SX, Bell PRF, Nicholson ML. Renal ischemia?reperfusion ［J］. Br Jsurg, 1996, 83(2): 162?170.

　　［13］Kumar S, Boehm J, Lee JC. P38 MAP Kinases: Key ignaling molecules as therapeutic targets for inflammatory diseases ［J］. Nature Reviews: Drug Discovery, 2003, 2: 717?726.