核因子κB在严重创伤中的作用

　　 作者：韩志海,虞积耀 作者单位：(1. 海军总医院呼吸科， 北京 100048; 2. 海军总医院病理科，北京 100048)

　　【关键词】 核因子κB;创伤;脑损伤;失血性休克

　　核因子κB在严重创伤中的作用 核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)是真核细胞的核转录因子。1986年Sen和Baltimore首先发现它是B淋巴细胞中免疫球蛋白kappa轻链转录所需要的转录因子，故命名为NF-κB[1]。后发现NF-κB不仅存在于B淋巴细胞，而且普遍存在于真核细胞。NF-κB受多种刺激因素激活后入核内，能和许多基因启动子区域的固定核苷酸序列结合，启动基因转录发挥其转录调节因子的功能，在机体免疫应答、炎症反应及细胞的生长调控等方面发挥信号转导枢纽的作用。目前，对NF-κB在严重创伤中作用的研究已进入一个新的领域。

　　1 NF-κB的结构及功能

　　NF-κB是由Rel/NF-κB家族的多肽成员组成的一组转录因子，主要有p50、p52、RelA(p65)、RelB(p68)和C-Rel(p75) 5种NF-κB/Rel蛋白，根据C端区域结构的不同，Rel蛋白可分为2类：一类是含有锚蛋白样重复结构(ankyrin like repeats)的前体蛋白p105和p100，经ATP依赖的蛋白酶水解，可生成成熟的p50和p52;另一类是RelA、RelB、C-Rel，它们没有前体，其C端含有一个或多个反式激活功能域(transactivation domain，TA)，具有独立激活基因转录的功能。Rel家族成员以同源或异源二聚体的形式存在，目前发现了一些具有转录活性的二聚体，它们是p50/RelA、RelB/p50、RelB/p52、p65/p50、p65/p65、p65/c-Rel和p50/p50等，在这些复合物中，以p50和RelA形成的异源二聚体(p50/RelA,即通常所称的NF-κB)最常见，活性最高，几乎存在于所有细胞中[2]。

　　在静息状态下，NF-κB与其抑制性蛋白IκB(inhibitor of NF-κB)特异地结合形成三聚体，使NF-κB限制在细胞质中。目前已知哺乳动物细胞有IκB-α、IκB-β、IκB-γ、IκB-δ、IκB-ε、p100和Bcl23等7种抑制性蛋白，它们都具有5～7个与Rel蛋白相互作用的锚蛋白重复序列和与降解有关的C端PEST序列。

　　大量的刺激因素如促炎性因子(TNF-α等)、 T细胞和B细胞激活抗原、细菌脂多糖(LPS)、紫外线照射、电离辐射、病毒感染、活性氧介质和各种集落刺激因子(如粒-巨噬细胞集落刺激因子)等均能激活NF-κB和它的靶基因。TNF-α等刺激因素活化膜受体后，继之活化Iκb激酶(IIκb kinase，IκK)，活化的IκK将IκB-α分子的Ser32、Ser36磷酸化，在泛素连接酶的作用下，磷酸化的IκB-α分子N端的21和22赖氨酸被泛素化修饰，构象发生改变，被ATP依赖的26S蛋白酶体识别并降解，NF-κB/IκB三聚体复合物变为NF-κB二聚体复合物，暴露出p50的核定位信号和p65的DNA结合位点，二聚体进入细胞核调节特异基因的转录。活化的NF-κB二聚体进入细胞核后，特异地与靶基因上游调控元件中的κB基因结合，单独或与其他转录因子协同调节靶基因的表达[3]。

　　NF-κB的反馈调节包括细胞内外的反馈调节、IκK水平的调节和p65蛋白的磷酸化调节等。细胞内外的反馈调节为主要的调节方式，包括经细胞外的正反馈调节途径和经细胞内的负反馈调节途径。经细胞外的正反馈调节：NF-κB活化后，可增强TNF-α和IL-2β基因的转录，使TNF-α和IL-2β的产生和释放增强，进而再次激活NF-κB而加强炎症信号;经细胞内的负反馈调节途径：在细胞内，IκB-α和p105基因的启动子中含多个NF-κB结合序列，NF-κB可特异地识别这些顺式作用元件。当NF-κB被活化后，IκB-α和p105基因的转录可被上调，IκB-α和p105蛋白表达增加，使NF-κB胞核和胞质间穿梭的动态平衡向胞质倾斜，下调细胞核中NF-κB的活性，从而终止炎症介质的转录。在机体内，正负反馈两种调节方式往往同时进行，NF-κB的活化状态取决于占优势的一方[4,5]。

　　2 NF-κB与严重创伤

　　大多数与危重病有关的病理生理机制均可激活IκK/NF-κB通路。在诸如缺血/再灌注、氧化应激等条件下，可使NF-κB活化。继发的刺激如失血、高渗透压、各种病毒和细菌产物，以及组织分解时释放出的血红蛋白、钾等，已知均可诱导激活IκK/NF-κB通路[6]。

　　在严重创伤过程中，NF-κB参与巨噬细胞及白细胞的活化，并控制着许多促炎因子的基因表达;这一调节环节的失控将引起炎症反应的放大乃至组织损伤。Grove等发现巨噬细胞炎症蛋白-1基因表达量与NF-κB的活化成正相关。有人证实，环加氧酶抑制剂通过抑制环加氧酶Ⅱ(COX-2)mRNA的表达和阻止NF-κB的活化来减少前列腺素Ⅱ(PEG2)的产生[7]。另外，粒/巨噬细胞集落刺激因子、前炎症刺激因子IL-1β和TNF-α、单核细胞趋化蛋白-3(MCP-3)等多种炎症蛋白的表达都与NF-κB的活化有关。研究显示患有全身炎症反应综合征和多脏器功能障碍患者外周血炎性细胞NF-κB活性增强，且死亡患者NF-κB的活化水平高于生存患者，说明NF-κB在全身炎症反应和脏器组织损害的发生和发展中起重要作用[8]。

　　2.1 NF-κB与烧伤

　　严重烧伤后血液中性粒细胞数目增加且功能被激活，随之继发性释放氧自由基、蛋白酶等，从而进一步导致NF-κB的活化，引起TNF-α、血管内皮黏附因子-1等产生增加，导致SIRS等全身炎症反应致全身组织损伤[9]。

　　研究发现大鼠在严重烧伤后1 h其肺组织中NF-κB活性即明显升高，3 h达到高峰，在伤后24 h维持于高水平状态。严重体表烧伤导致肺组织NF-κB活化，进一步证实体表烧伤不但造成烧伤局部组织损伤而且影响了远隔脏器，NF-κB参与了这一过程。严重烧伤实验动物心肌细胞活力显著降低，核内NF-κB水平明显升高，其DNA结合活性亦显著提高。NF-κB抑制剂吡咯烷二硫代氨基甲酸盐(PDTC)预处理后，可见到心肌细胞损伤明显减轻，活力增强，核内NF-κB水平及转录活性都有所降低。表明NF-κB参与了严重烧伤后心肌细胞的损伤作用，其机理可能是通过促进心肌细胞凋亡而致心肌细胞损伤[10]。

　　2.2 NF-κB与创伤性脑损伤

　　创伤性脑损伤是神经外科常见的危急重症，外伤后局部脑组织碎片、血肿、缺血缺氧均可诱发炎性反应，导致NF-κB的活化。从目前的研究可以发现，NF-κB在脑损伤中具有双重作用，一方面作为各种炎性因子的中间调控环节，在脑损伤后促进炎性因子产生，具有保护神经元、胶质细胞的作用;另一方面，过度、持续的表达会导致各种损伤加重[10]。

　　Clemens等[11]通过大鼠脑缺血模型研究表明，24 h内一过性NF-κB活化诱导神经元保护因子的表达，保护缺血性脑损伤，但在海马神经元中持续表达，造成海马CA1区神经元损伤，提示NF-κB的短暂激活可能诱导了细胞凋亡机制，在存活神经元中产生保护因子，在缺血性脑损伤中起到神经元结构和功能的保护作用，而持续的NF-κB激活，可能诱导了导致神经元死亡的蛋白质，造成神经元的死亡。有人通过在大鼠尾状核部位注入自体未凝血制造脑出血模型，研究了大鼠实验性脑出血后血肿周围脑组织NF-κB的表达及其在继发性脑损伤中的作用。结果提示脑出血后NF-κB表达增加，且发现NF-κB阳性细胞数与脑组织含水量呈正相关，NF-κB可能通过炎性机制参与了脑出血后继发脑水肿的形成，NF-κB在脑内出血中的作用与其在缺血性脑损伤中的作用相似，故相关的拮抗性治疗应在出血早期NF-κB广泛活化与大量的促炎性因子表达之前进行[12,13]。

　　创伤性脑损伤还可引起肠组织NF-κB活性和MMP-9表达明显上调。创伤性脑损伤后3 h肠组织NF-κB的活性即明显增加,并保持3～7 d。另外，MMP-9的表达在创伤性脑损伤后12 h也明显增加，至72 h达高峰。在时间上，NF-κB和MMP-9的表达高峰与肠黏膜损害高峰相吻合，提示由NF-κB和MMP-9介导的肠炎性反应可能在所致急性肠黏膜损害中起重要作用[14]。

　　2.3 NF-κB与失血性休克

　　在严重创伤或出血性休克的情况下，有效血容量明显减少，心输出量明显下降，血液灌流不足，微循环障碍，从而直接影响主要脏器如脑、心、肺、肝、肾等的功能[15]。在失血性休克大鼠病理过程中，肝组织在伤后NF-κB迅速表达，伤后6 h达到峰值，伤后8 h仍维持较高水平，NF-κB持续高表达一直维持在肝脏这一病理过程的始终，表明NF-κB在创伤失血性休克伤后肝脏继发性损害中扮演着重要角色，参与了肝损伤的发生[16]。同样的研究发现，在失血性休克鼠模型的肺组织细胞中NF-κB的活性在短期内立即升高，随后各种细胞因子的含量也明显增加，炎症介质的大量释放产生瀑布样反应，导致脓毒症，甚至脏器功能不全和多脏器功能障碍综合征(MODS)[17]。

　　2.4 NF-κB与MODS

　　MODS是严重创伤后主要并发症和死亡原因之一。研究表明NF-κB的活化在创伤后MODS的发生中具有十分重要的作用，处于信号转导的核心地位[18]。

　　大量的动物实验均表明严重创伤的早期已可诱导NF-κB的活化。在LPS引起的MODS大鼠模型中，显示在NF-κB启动子控制下可表达虫荧光素酶DNA：LPS刺激时，NF-κB活化表现为器官特异性和时间依赖性。给予LPS 1～2 h后，可诱导肝脏NF-κB活化，2 h后使肺脏NF-κB活化，以及1～4 h激活脾脏中的NF-κB。在给予LPS 6 h后，可发现肺脏NF-κB依赖性细胞因子mRNA和血清细胞因子增加，24 h后可发现粒细胞性肺泡炎的组织学证据。这些结果提示NF-κB在急性肺损伤发病中的重要作用。在采用盲肠结扎或穿孔制成的鼠脓毒血症模型中，3 h后可在肝脏和肺脏中检测到早期激活的NF-κB。对鼠全身应用胰酶后，肺脏炎症反应与NF-κB在肺内的活性增加有关，可解释急性胰腺炎时出现全身性炎症反应的机制。总之，越来越多的证据显示，NF-κB参与了MODS的发生和发展[19]。

　　Altavilla等[20]在失血性休克小鼠模型中发现休克早期即出现肺、肝、脑细胞NF-κB的活化，提示NF-κB为MODS病理生理变化的启动因子。Paterson等[21]发现危重患者中性粒细胞和单核细胞的NF-κB活性远较健康人的高，在10例患者中，存活96 h的患者单核细胞NF-κB活性不变,而4例死亡者在死亡前的NF-κB活性则较存活者的明显增加。同时血IL-6，IL-8和细胞间黏附分子-1升高，但与NF-κB活性无关。Foulds等[22]研究发现，术后发生MODS的患者外周血单核和中性粒细胞中NF-κB的活性明显高于未发生MODS的患者，死亡患者的NF-κB水平高于存活者。Bohrer等观察到败血症休克患者外周血单个核细胞NF-κB的结合力增加，且所有6 d内死亡病例的第1天NF-κB活性均高于基础值2倍以上，并显示NF-κB活性与APACHE-II评分呈明显正相关。有研究显示，MODS组各时点外周血单个核细胞NF-κB活性明显高于正常对照组，以第3天为最高点，说明MODS早期存在NF-κB的活化增多;NF-κB活性在存活组呈降低的趋势而死亡组维持在高水平，提示持续高水平的NF-κB活性预示预后不良。

　　3 展 望

　　目前在严重创伤领域，NF-κB最重要的方面是其对疾病预测的价值，尤其是在危重病的早期阶段。今后，NF-κB活性的量化将有助于对危重病的预测和监测，并可能为尽早调整加强治疗方案提供一个理想的工具。

　　NF-κB在严重创伤炎性反应中的有着重要地位，抑制NF-κB有望成为严重创伤后继发性炎症治疗新的药理学靶点。但目前各种拮抗NF-κB药物治疗严重创伤后继发炎症反应的效果并未达到理想水平，提示可能还有其他的效应机制参与了该过程的发生和发展。另外，在拮抗NF-κB时，将NF-κB的水平控制在什么范围之内最为合适，以及拮抗NF-κB在严重创伤后继发性炎症具体作用与时空关系等问题，均有待进一步深入探讨和研究。

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