NF-κB在脑损伤后脑损害和脑保护中的双重作用

　　作者：耿明英，程远 　(重庆医科大学附属第二医院神经外科，重庆 400010)

　　摘要: 核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)在炎性及免疫反应中起着重要的作用，创伤性脑损伤后NF-κ表达已在实验动物及临床观察中得到肯定，但对伤后NF-κB的作用仍存在不同的争议。NF-κB活化的机制目前仍不十分清楚。笔者就近年来创伤性脑损伤后NF-κB的研究进行如下综述，着重阐明脑损伤后NF-κB活化的变化机制及其双重作用性。

　　关键词: 脑损伤;核因子-κB;神经损伤;神经保护

　　Neuro-damage and cytoprotection of NF-κB after traumatic brain injury

　　GENG Ming-ying，CHENGYuan

　　(Department of Neurosurgery，Second Affiliated Hospital of Chongqing University of Medical Sciences，Chongqing 400010，China)

　　Abstract: NF-κB is widely known for its key roles in inflammation and immune responses.Incidence of increased NF-κB after traumatic brain injury(TBI)has been observed both in animals and patients，but there is still different views about the function of NF-κB after TBI.The mechanism of NF-κB activation is still not clear.The author summarized the status of recent studies on NF-κB after TBI stressing on the mechanism of the changes and the double function of neuro-damage and cytoprotection.

　　Key words:traumatic brain injury(TBI);NF-κB

　　颅脑损伤后的脑水肿是导致脑外伤病人死亡和伤残的重要原因之一。脑水肿从本质上说是一种炎症现象。近年对炎症本质的研究取得了较大进展，发现炎症的发生与核转录因子有关，特别是NF-κB起了关键性作用。随着分子生物学的发展，目前认为颅脑损伤导致脑水肿后，NF-κB在神经元及胶质细胞中的表达增强并参与脑损伤与修复的全过程。但有关NF-κB是诱导细胞死亡还是促进细胞生存，还存在不同的争议。

　　1 NF-κB的激活途径及调控

　　在大多数细胞中，NF-κB二聚体与其抑制蛋白IκB结合成三聚体。IκB覆盖NF-κB的核定位信号区(nuclear localiza-tion sequence，NLS)，使之以无活性形式存在于胞浆中[1] 。NF-κB的激活途径为:细胞受到刺激后，由信号诱导激活的IκB激酶(IκB Kinase，IκK)引起IκBα蛋白第32和36位丝氨酸的磷酸化，磷酸化的IκBα则由冷素蛋白在多个位点形成泛素化。最后，泛素化的IκBα被26S蛋白酶水解降解，暴露出rel蛋白上的NLS，这样就使NF-κB快速易位进入核内，引起靶基因表达增加[2] 。大量研究表明活性氧(renctive oxygen intermedi-ates，)可能是激活IκK的第二信使，NF-κB的诱导因素可能通过产生ROIs激活IκK，使IκB快速磷酸化。此激活过程可在细胞受刺激数分钟内完成。激活细胞内NF-κB的刺激主要包括:细胞因子(IL-1、TNF)、神经毒性肽(Aβ)、神经递质(glu-tamate)、神经酰胺(C2-Ceramide)、神经营养因子(NGF)、佛波酯(PMA)、发育性改变、氧化应激、去极化及复氧等。活化的NF-κB诱导表达的靶基因有:细胞因子(IL-1、IL-6、INF、IFNs等)、神经肽(dynorphiu、proenkephalin)、粘附分子(VCAM-1、ICAM-1)、病毒蛋白(HIV)、血清淀粉样蛋白A、急性期蛋白、免疫受体(MHC-1、MHC-Ⅱ)、酶(COX-2、iNOS、Mn-SOD)等。对神经元有保护作用的有:抑制凋亡蛋白(IAPs)、线粒体抗氧化酶Mn-SOD以及抗凋亡的Bcl-2蛋白家族成员，另外还有粘附分子ICAM-1、NOS等[3] 。

　　NF-κB和IκB互相调节对方的激活。IκBα基因的启动子中含多个κB结合位点，故NF-κB活化后可上调IκBα的基因表达，而使NF-κB的激活被终止。此为NF-κB激活的负反馈调节形式。肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-1(IL-1)为NF-κB的两个最重要的诱导因子，参与构成了NF-κB的正反馈环。TNFα和IL-1的表达不仅诱导NF-κB激活，而且由NF-κB活化对其进行转录调控。NF-κB活化后可增强TNFα和IL-1基因的转录，后者水平升高又更加促进NF-κB的活化。正、负反馈调节方式往往是同时进行的，NF-κB的活化状态则取决于何种调节占优势。

　　2 NF-κB在脑外伤后的作用

　　在神经系统中，NF-κB是一个重要的应激调节者和炎性基因。在实验性成年大鼠和胎鼠脑损伤模型及神经病理性失调性疾病中均证实NF-κB在神经元和神经胶质细胞中出现增量调节，提示NF-κB与神经变性疾病以及神经保护活动有关。在胶质细胞中NF-κB的研究主要是促进炎性细胞因子和免疫表面分子表达，促进免疫反应。小胶质细胞中NF-κB活化编码一氧化氮、兴奋性氨基酸、TNF、成纤维细胞生长因子、转化生长因子β起促进神经细胞凋亡的作用。星形胶质细胞中NF-κB活化编码一氧化氮、神经生长因子起促进炎症和损伤修复的作用。在神经元中越来越多的证据也表明NF-κB的活化起保护作用。一些文献支持NF-κB活化具有神经保护作用[4，5] ，另一些文献认为NF-κB活化引起神经损伤[6，7] 。因此，脑外伤后NF-κB在神经系统的作用目前还不十分肯定。

　　2.1 NF-κB表达引起神经损伤 近年的研究显示NF-κB与神经损伤密切相关。Yang等[8] 于1995年利用脑冲击伤的大鼠脑损伤模型观察NF-κB在大鼠脑皮质内的水平，发现大脑皮质受伤区域在伤后1、3、5、7天NF-κB活化均有增加，在损伤后3天达到高峰，10天后渐趋平稳，显示脑外伤后短期内NF-κB即可以出现活化。Nonaka等[9] 1999年采用流体打击装置复制了大鼠脑损伤模型，观察时间分别为伤后1、2、24、48小时、1、2周、1、2、6个月和1年。结果发现损伤早期(1～2小时)NF-κB在轴突被激活，24小时～1周在神经元的细胞质及细胞核内以及受伤皮质的小胶质细胞.巨噬细胞及星形胶质细胞内被激活。而且这种活化作用在损伤处的皮质中至少持续1年，激活的NF-κB在创伤后1小时也会出现在脑血管内皮细胞内，并持续1年的时间。

　　NF-κB可以通过调控多种凋亡相关基因的表达引起神经细胞的损伤。Dixon等发现，脑缺血后NF-kB可以介导Bcl-xs的大量表达，Bcl-xs为一种死亡蛋白，具有促凋亡作用。Qin等发现，脑缺血后NF-κB诱导P53、C-myc基因表达，而P53与C-myc在细胞凋亡中发挥重要作用。在脑缺血后，NF-κB诱导凋亡相关基因的表达是神经细胞死亡的途径之一。

　　在以上几种脑损伤模型中均可见到脑组织内细胞呈进行性丢失。提示在受伤后很长一段时间里神经变性是持续发生的，而与此同时发现的是在受伤皮质坏死区边缘的细胞内均可以见到NF-κB的持续活化。这说明NF-κB活化产生炎性反应和脑外伤后长时间的脑组织进行性萎缩密切相关。尽管外伤后NF-κB持续活化的原因不清楚，但以前的文献显示被NF-κB调节的基因程序的启动也许是NF-κB活化的原因。例如，细胞因子IL-1和TNFa等均可以活化NF-κB，活化的NF-κB可以使IL-1和TNFα生成增加，使炎性反应呈持续性变化。在受伤后1小时～1年的时间，在受伤区域脉管系统发现NF-κB的活化，许多粘附分子像ICAM-1、VCAM-1、EL-AM-1均接受内此细胞内NF-κB的调节。这些粘附分子促进白细胞粘附和位移进入脑组织，从而引起了脑损伤后长期的病理学改变。另外，也发现在受伤大鼠的脑组织内也发现大量的APP在轴突内积聚。因此，在受伤后，多个因素均可以长时间激活NF-κB[8-10] 。

　　2.2 NF-κB表达具有神经保护作用 以往对NF-κB的研究主要着重于对细胞凋亡的调节，随着对NF-κB研究的深入，发现NF-κB具有神经保护作用。用P50基因敲除和转染NF-κB圈套脱氧寡核苷酸技术也证实了小鼠的海马神经元中NF-κB活化对神经细胞起保护作用[11] 。其保护作用的机制 主要在于以下几个方面。

　　2.2.1 通过诱导锰超氧化物歧化酶的转录 TNF-α和神经酰胺通过激活NF-κB，诱导锰超氧化物歧化酶的产生而保护海马神经元免于兴奋性氨基酸和氧化应激的损伤。TNFα受体的激活可导致NF-κB的激活，NF-κB经诱导靶基因超氧化物歧化酶锰(MnSOD)和钙结合蛋白，表达抗凋亡的作用，过度表达MnSOD的转基因老鼠能减轻创伤后脑损伤。Bruce等[12] 应用TNF受体剔除鼠模型，研究TNF在脑缺血和癫痫大发作中的作用，二者匀出现病情恶化，伴有MnSOD量的减少以及小胶质细胞不激活。其他最新的研究显示NF-κB在细胞内的清除(通过RelA剔除的鼠或IκB过度表达的动物模型)均增加细胞由TNF诱导凋亡的敏感性。这些都说明NF-κB为抑制细胞死亡信号。

　　2.2.2 促进神经元凋亡抑制蛋白(NIAP)的表达 缺血性损伤的神经元中NIAP表达增加，而体内过表达NIAP对神经元起保护作用[13] 。

　　2.2.3 稳定细胞内钙和增加钙结合蛋白的转录 Cheng等证实TNF对神经细胞的代谢性和兴奋性损伤可引起表达28钙结合素(Calbindin28)的神经细胞数量增加4～8倍。

　　2.2.4 诱导Bcl-2，Bcl-x的表达[14] Wang等[15] 发现NF-κB能够通过激活Bcl-2家族中的Al.Bfl-1而抑制由TNF-α引起的细胞凋亡。进一步的研究发现，NF-κB诱导的Al抗凋亡的作用主要是它能阻止细胞色素C从线粒体中释放。众所周知，细胞色素C是Caspase-3激活的促发因素，是凋亡调控中的关键环节。CD40对于胸腺依赖的体液免疫和B细胞的抗凋亡是必须的。近年的研究表明，CD40主要是诱导抗凋亡基因Bcl-2家族中的Bcl-x和Al.Bfl-1这两个抗凋亡分子来实现的，而且如果阻断了NF-κB的激活则会消除由CD40引起的Bcl-x和Al.Bfl-1的上调。因此，CD40抑制B细胞的凋亡作用是通过NF-κB上调Bcl-x和Al.Bfl-1来实现的[16] 。在缺血、缺氧或一氧化氮引起的海马神经元损伤时，TNF-α对上述损伤有明显的减弱作用。Tamatani等[17] 用免疫印迹及逆转录聚合酶链式反应的方法证实，TNF-α的上述作用是通过上调Bcl-2和Bcl-x的表达来实现的。用逆转录病毒转导突变的IκB后，NF-κB不能被激活，Bcl-2和Bcl-x的表达也不见改变，TNF-α对神经元损伤的治疗作用也被消除。由此可见，TNF-α在受损神经元中的抗凋亡作用是通过NF-κB活化从而调控Bcl-2和Bcl-x的表达来实现的。

　　2.2.5 抑制谷氨酸受体亚单位的表达[18] Pizzi等[19] 发现，对原代培养的小脑颗粒细胞和大鼠海马脑切片同样予以谷氨酸和白细胞介素IL-1β的刺激，二者都有明显的NF-κB的活化，但前者引起细胞死亡，后者则促进细胞存活。这种相反结果的原因是因为IL-1β引起IκBα和IκBβ的降解，激活P50、P65和C-Rel，导致NF-κB持续活化，而谷氨酸只引起IκBα的降解，导致NF-κB短暂活化，活化的只有P65、P50。

　　3 小结

　　尽管NF-κB参于了APP基因在Alzheimer病中的表达，但它也参予了保护神经细胞免遭其APP依赖性的死亡过程。表明在体神经细胞基本型NF-κB(P50.RelA)具有保护作用。由于非基本型NF-κB中的c-Rel亚型能够诱导凋亡并且在神经细胞中被剧烈激活，用C-Rel基因敲除和转染C-Rel、P65脱氧寡核苷酸等方法进一步证实，NF-κB亚单位活化的不同，对凋亡结果也不相同，C-Rel活化促进神经元存活，P65则促进细胞死亡。不同的NF-κB二聚体识别稍有差别的κB序列，可以增加其对基因表达的不同调控。除此以外，NF-κB与不同的IκB的相互作用也决定二聚体对基因调控的特异性，可见IκB亚单位与神经元凋亡的关系密切。所以，NF-κB是否具有损伤作用或保护作用还依赖于被激活的NF-κB亚型以及IκB的亚型[20] 。因此，NF-κB在TBI后的作用还待进一步研究证实。

　　参考文献:

　　[1] Baldwin AJ.The NF-κB and IκB proterins:new discoveries and insights[J].Annu Rev Immunol，1996，14:649-681.

　　[2] Lee JK，Gilbert J.Nuclear factor kappa B:important transcription factor and therapeutic target[J].J Clin pharmacol，1998，38(11):981-993.

　　[3] O'Neill LA，Kaltschmidt C.NF-kappa B:a crucial transcription factor for glial and neuronal cell function[J].Trends Neurosci，1997，20:252-258.

　　[4] MattsonMP，Goodman Y，Luo H，et al.Activation of NF-kappa B protects hippocampal neurons against oxidative stress-induced apoptosis:evidence for induction of manganese superoxide dismutase and suppression of per-oxynitrite production and protein tyrosine nitration[J].J Neurosci Res，1997，49(6):681-697.

　　[5] Mortimer JA，van Duijn CM，Chandra V，et al.Head trauma as a risk fac-tor for Alzheimer s disease:a collaborative re-analysis of case-control studies[J].Int J Epidemiol，1991，20:S28-35.

　　[6] Janssen-Heininger YM，Poynter ME，Baeuerle PA，et al.Recent advances forward understanding redox mechanisms in the activation of NF-κB[J].Free Radic Bilo Med，2000，28:1317-1327.

　　[7] Edward A.NF-κB activation[J].Crit Care Med，2000，28(S1):N100-104.

　　[8] Yang K，Mu XS，Hayes RL.Increased cortical nuclear factor-kappa B(NF-κB)DNA binding activity after traumatic brain injury in rats[J].Neurosci Lett，1995，197:101-104.

　　[9] Nonaka M，Chen XH，Pierce JE，et al.Prolonged activation of NF-kappa following traumatic brain injury in rats[J].J Neurotrauma，1999，16:1023-1034.

　　[10] Sanz O，Acarin L，Gonzalez B，et al.NF-kappaB and IkappaBalpha ex-pression following traumatic brain injury to the immature rat brain[J].J Neurosci Res，2002，67(6):772-780.

　　[11] Yu Z，Zhou D，Bruce-Keller AJ，et al.Lack of the p50subunit of nucle-ar factor-kappa B increases the vulnerability of hippocampal neurons to eacitotoxic injury[J].J Neurosci，1999，19(20):8856-8865.

　　[12] Bruce AJ，Boling W，Kindy MS，et al.Altered neuronal and microglial responses to brain injury in mice lacking TNF receptors[J].Nat Med，1996，2:788-794.

　　[13] Xu DG，Crocker SJ，Doucet JP，et al.Elevation of neuronal expression of NIAP redeces ischemia damage in the rat hippocampus[J].Nat Med，1997，3(9):997-1004.

　　[14] Tamatani M，Mitsuda N，Matsuzaki H，et al.A pathway of neuronal ap-optosis induced by hypoxia.reoxygenation:roles of nuclear factor-kappa B and Bcl-2[J].J Neurochem，2000，75(2):683-693.

　　[15] Wang CY，Guttridge DC，Mayo MW，et al.NF-Kappa B induces expres-sion of the Bcl-2homologue AL.Bfl-1to preferentially suppress chemo-therapy-induced apoptosis[J].Mol Cell Biol，1999，19:5923-5929.

　　[16] Lee HH，Dadgostar H，Cheng Q，et al.NF-kappa B-mediated upregula-tion of Bcl-x and Bfl.Al is required for CD40survival signaling in B lymphocytes[J].Proc Natl Acad Sci USA，1999，96:9136-9141.

　　[17] Tamatani M，Chen YH，Masuzaki H，et al.Tumor necrosis factor induces BclZ-2and Bcl-x expression through NF-kappa Bactivation in primary hippocampal neurons[J].J Biol Chem，1999，274:8531-8538.

　　[18] Furukawa K，Mattson MP.The transcription factor NF-kappa B mediates increases incalcium currents and decreases in NMDA and AMPA.kainite induced by tumor neurosis factor-alpha incippocampal neurons[J].J Neurochem，1998，70(5):1876-1886.

　　[19] Pizzi M，Goffi F，Boroni F，et al.Opposing roles for NF-kappa BRel-factor P65and c-Rel in the modulation of neuron survival elicited by glutamate and interleukin-1beta[J].J Biol Cherm，2002，277(28):20717-20723.

　　[20] Clemens JA，Stephenson DT，Smalstig EB，et al.Global ischemia acti-vates nuclear factor-kb in forebrain neurons of rats[J].Stroke，1997，28:1073-1080.

　　(本文编辑:章洛秋)