核因子-κB與心肌缺血再灌注后無復流

曾敏綜述，顏紅兵審校

心外膜冠狀動脈狹窄和閉塞解除后，心肌組織水平灌注未得到改善的現象稱為無復流。隨著冠狀動脈介入和溶栓治療的普及，這一現象已經越來越受到重視［1］。轉錄因子核因子-κB在無復流發生的一系列病理生理過程中扮演了重要的角色。

1 核因子-κB的特性、激活途徑

核因子-κB是由Rel蛋白家族成員以同源或異源二聚體形式組成。Rel蛋白包括 RelA(P65)、RelB、c-Rel、核因子-κB1(即P50，前體蛋白為 P105)和核因子-κB2(即 P52，前體蛋白為P100)。該家族的特征是都具有包括DNA結合部位/二聚體化部位、κB抑制蛋白結合區及核定位序列的高度保守的Rel同源區。最常見的形式是P50/P65異源二聚體，即通常所指的核因子-κB。核因子-κB 與其抑制蛋白 IκB 家族成員(IκBα、IκBβ 和IκBε)結合成三聚體，以無活性的形式存在于細胞漿中。

在經典的核因子-κB活化途徑中，細胞外信號如腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor α，TNFα)、白細胞介素(interleukin，IL)-1等刺激可激活IκB激酶(IKK)。IKK由一個調節亞單位IKKγ(也被稱為NEMO)和兩個催化亞單位IKKα以及IKKβ組成。IKK催化IκB磷酸化并通過26S蛋白酶體泛素化降解、與核因子-κB解離。活化的核因子-κB進入細胞核中與相應的靶序列結合，調節下游基因轉錄。非經典的核因子-κB活化途徑主要依賴核因子-κB誘導激酶(NIK)誘導激活IKKα，IKKα磷酸化p100亞基并將其處理為成熟的p52，p52/RelB二聚體激活并進入細胞核。活化的核因子-κB通過其下游分子如促炎細胞因子、黏附因子、趨化因子、凋亡調節基因、急性期蛋白血管緊張素Ⅱ及組織因子等參與調節炎癥、免疫及細胞存亡等重要細胞功能。

2 無復流發生的可能機制

2.1 缺血及再灌注損傷

局部長時間缺血和阻塞血管復流所帶來缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion，IR)是冠狀動脈無復流發生的重要機制之一。缺血時間越長，毛細血管內皮細胞和心肌細胞腫脹越明顯，壓迫冠狀動脈進一步加重缺血，中性粒細胞聚集、活性增高，不僅堵塞血管內腔，而且成為氧自由基的重要來源。另外，再灌注可以誘導毛細血管表達黏附分子如細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecular-1，ICAM-1)等介導白細胞與內皮細胞的黏附反應啟動炎性浸潤。臨床研究顯示患者的白細胞計數與心臟微血管損傷高度相關，可以預測急診冠狀動脈介入術后無復流的發生［2］。大量的炎性細胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-18等參與并介導了缺血再灌注損傷。缺血再灌注損傷的核心是炎癥反應，而炎癥反應與無復流的發生發展關系密切。

2.2 微血管痙攣與血栓栓塞

心肌缺血時，局部血管緊張素Ⅱ增多，促進血管收縮、痙攣。冠狀動脈再灌注、球囊或支架對血管壁的擴張牽扯及對血流的阻斷作用均可引起心臟交感神經反射導致α-受體腎上腺素能血管收縮，局部血管緊張素Ⅱ受體密度升高。再灌注及介入操作過程中所致的內皮損傷可抑制內皮依賴性舒張因子內皮源性一氧化氮(eNO)的生成而促進可誘導性一氧化氮(iNO)的表達。另外，內皮細胞合成的縮血管肽——內皮素1可通過其強大的縮血管作用導致冠狀動脈小阻力血管廣泛而持續的痙攣加重內皮損傷。內皮素1水平是冠狀動脈介入術后發生無復流的獨立預測因子［3］。組織因子是機體內活性最強的促凝物質之一，它在粥樣斑塊壞死核心的基質上大量表達。冠狀動脈介入操作時斑塊破損釋放活性組織因子到冠狀動脈中可導致微血栓形成。

2.3 無復流與冠狀動脈微循環障礙的個體易患性

據報道，糖尿病、冠狀動脈血栓高負荷、不穩定性心絞痛或急性心肌梗死的急性期、退行性大隱靜脈橋等都是再灌注后無復流發生的高危患者。對比急性冠狀動脈綜合征介入術后吸出物，發現容易破裂的軟斑塊更易導致無復流。這可能與不穩定斑塊在導絲通過、球囊擴張或放置支架的過程中更易碎裂并造成遠端微血管栓塞有關。大隱靜脈橋的動脈粥樣硬化進展速度非常快，斑塊通常更大、含有更多的脂質和泡沫細胞，因而有更高的栓塞風險和無復流發生率。

3 核因子-κB參與無復流發生的分子機制

3.1 核因子-κB與缺血再灌注損傷

氧自由基和炎性細胞因子都是激活核因子-κB的重要物質。TNFα和IL-1是缺血再灌注損傷時參與激活核因子-κB的最重要的細胞因子。TNFα通過MAP3K家族的有絲分裂原活化蛋白激酶(MEKK-1)磷酸化并泛素化降解IκB，或與受體腫瘤壞死因子—受體1(TNF-R1)結合后通過受體相互作用蛋白(RIP)使IKK激活從而激活核因子-κB。IL-1與其受體白細胞介素-1受體1(IL-1R1)結合，通過NF-κB誘導激酶激活IκB激酶從而誘導核因子-κB的核位移。通過給小鼠應用IL-1R和MyD88相互作用的抑制劑AS-1可以減輕心肌缺血再灌注損傷，提示在心肌缺血再灌注損傷中由IL-1R介導的、MyD88依賴的核因子-κB激活途徑起到了促進固有免疫和炎癥反應的重要作用［4］。激活的核因子-κB 可誘導 TNFα、IL-1β 大量表達，促進E-選擇素和細胞間黏附分子-1生成，介導中性粒細胞黏附內皮細胞，導致毛細血管的機械性堵塞并加重炎癥反應。研究表明核因子-κB p50基因敲除的小鼠心肌缺血再灌注損傷較野生株明顯下降，這種心臟保護作用在給變異株小鼠移植野生株的骨髓后消失，說明正是變異株小鼠的白細胞核因子-κB活性下降減少了其心臟損害［5］。此外，核因子-κB-IL-6信號通路在血管緊張素Ⅱ誘導的血管內皮通透性增高、血管炎癥中也起了十分重要的作用［6］。還有研究認為核因子-κB誘導產生IL-18參與缺血再灌注損傷炎癥反應。

3.2 核因子-κB與微血管痙攣和血栓栓塞

生理狀態下，一氧化氮(NO)的合成主要來源于血管內皮細胞(內皮源性一氧化氮)，它具有松弛平滑肌、擴張冠狀動脈及抑制血小板聚集等重要作用。但在缺血再灌注損傷的病理過程中NO卻可能產生相反的作用［7］。核因子-κB的激活可能是NO“失穩態”的關鍵。TNFα能誘導生成大量黃嘌呤氧化酶和超氧化物從而對血管產生一種強烈的抗內皮誘導舒張因子效應，TNFα降低內皮源性NO表達水平，激活核因子-κB促進可誘導性NO在再灌注時的表達，從而促進微血管收縮加重炎性反應。研究顯示，抑制核因子-κB可降低內皮素1水平而應用TNFα可通過激活核因子-κB增加內皮素1表達［8］，說明核因子-κB參與了縮血管因子內皮素1合成的調控。核因子-κB可通過調節組織因子的表達而啟動外源性凝血系統，促進血栓形成。它還可與血管假血友病因子的啟動子結合而介導血小板與內皮下膠原的黏附反應。而急性心肌梗死患者vWF水平與冠狀動脈介入術后無復流的發生密切相關［9］。此外，核因子-κB還通過刺激黏附分子表達而促進中性粒細胞、白細胞及血小板之間的相互作用，破壞凝血平衡，促進微血栓的形成。

3.3 核因子-κB與冠狀動脈微循環障礙的個體易患性

心肌核因子-κB的表達水平在合并高血糖、高血壓的小鼠缺血再灌注損傷模型明顯高于對照組。糖尿病患者心肌再灌注時核因子-κB活性升高，心肌炎性損害也更為嚴重［10］。不穩定性心絞痛患者外周血單核細胞的核因子-κB明顯激活［11］。核因子-κB參與了不穩定斑塊的發生、進展過程。核因子-κB激活趨化因子單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractent protein-1，MCP-1)使單核細胞緊密黏附血管平滑肌細胞并進入內皮下間隙，它隨后在核因子-κB介導產生的巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)作用下分化成巨噬細胞，攝取脂蛋白成為泡沫細胞啟動動脈粥樣硬化的形成。核因子-κB激活還刺激TNFα誘導的平滑肌細胞遷移、增生，同時通過基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)介導巨噬細胞浸潤，加速膠原降解，使纖維帽變薄，促進斑塊穩定性下降。

4 核因子-κB與無復流后細胞存亡轉歸

無復流發生后最終會通過三種細胞死亡模式即壞死、凋亡及自噬決定心肌細胞存亡轉歸。核因子-κB與缺血再灌注損傷后細胞凋亡的關系存在爭議。基因敲除RelA、IKKβ或IKKγ均可導致小鼠肝臟大面積凋亡及胚胎期死亡，提示核因子-κB具有抗凋亡的生理意義。缺血再灌注損傷中核因子-κB激活，通過調節抗凋亡基因如TNF受體相關因子(TRAF)和凋亡蛋白抑制劑(IAP)等的轉錄抑制TNFα誘導的凋亡。但是受核因子-κB調節的不少基因如 Fas配體、IL-6、IL-8、TNFα等也有促凋亡作用。血紅素氧化酶-1可以通過抑制核因子-κB而減少缺血再灌注損傷所致的心肌細胞凋亡。直接應用核因子-κB的抑制劑BAY11-7082，小鼠缺血再灌注損傷后心肌細胞凋亡數較對照組明顯下降［12］。這些似乎矛盾的研究結果可能與核因子-κB處于各個信號通路交集的中間、受多因素的協調有關。不同的核因子-κB刺激信號、核因子-κB激活的持續時間、程度及參與受調節的下游因子等都可能導致不同的結果。自噬是細胞在營養缺乏或應激時降解自身蛋白和細胞器并進行再循環利用的一種自我保護方式。水平過低或過激的自噬均可導致細胞死亡。核因子-κB可結合并激活自噬蛋白Beclinl啟動子，但在心肌缺血再灌注損傷時核因子-κB是否參與對Beclinl的調控卻不清楚。Bnip3是促凋亡Bcl-2家族蛋白的僅有BH3的亞家族成員之一，有研究報道缺血再灌注損傷以Bnip3依賴的方式激活自噬。心肌缺血時核因子-κB可通過抑制Bnip3而介導細胞存活［13］。此外，核因子-κB可通過激活自噬抑制因子雷帕霉素靶蛋白而抑制TNFα所誘導的自噬［14］。但是在心肌缺血再灌注損傷無復流細胞死亡機制中核因子-κB是否參與自噬的調節及其具體機制尚有待于進一步研究。

總之，核因子-κB參與無復流發生及預后的多個環節，在調節炎癥反應、血栓形成、細胞凋亡等方面都起著舉足輕重的作用。目前用于治療無復流的藥物如腺苷［15］、三磷酸腺苷敏感性鉀通道開放劑尼可地爾、他汀類和阿司匹林等均具有抑制核因子-κB活性的作用。其分子作用機制可能與抑制核因子-κB后降低炎癥因子減輕缺血再灌注損傷、穩定斑塊、抗微血管痙攣及血栓栓塞等有關，提示以核因子-κB作為干預靶點來預防和治療無復流具有很大潛力。但是，對核因子-κB在無復流中細胞凋亡的調節機制目前仍有較大爭議，其是否參與無復流中自噬的調節及具體分子途徑還不清楚。因此，尚需要更多的基礎及臨床實驗為核因子-κB在無復流治療中的廣泛應用提供理論依據。

［1］Niccoli G，Burzotta F，Galiuto L，et al.Myocardial no-reflow in humans.J Am Coll Cardiol，2009，54(4):281-292.

［2］Takahashi T，Hiasa Y，Ohara Y，et al.Relation between neutrophil counts on admission，microvascular injury，and left ventricular functional recovery in patients with an anterior wall first acute myocardial infarction treated with primary coronary angioplasty.Am J Cardiol，2007，100(1):35-40.

［3］Eitel I，Nowak M，Stehl C，et al.Endothelin-1 release in acute myocardial infarction as a predictor of long-term prognosis and no-reflow assessed by contrast-enhanced magnetic resonance imaging.Am Heart J，2010，159(5):882-890.

［4］Cao Z，Hu Y，Wu W，et al.The TIR/BB-loop mimetic AS-1 protects the myocardium from ischaemia/reperfusion injury.Cardiovascular Research，2009，84(3):442-451.

［5］Frantz S，Tillmanns J，Kuhlencordt PJ，et al.Tissue-specific effects of the nuclear factor kappaB subunit p50 on myocardial ischemiareperfusion injury.Am J Pathol，2007，171(2):507-512.

［6］Brasier AR.The nuclear factor-kappaB-interleukin-6 signalling pathway mediating vascular inflammation.Cardiovasc Res，2010，86(2):211-218.

［7］Darra E，Rungatscher A，Carcereri de Prati A，et al.Dual modulation of nitric oxide production in the heart during ischaemia/reperfusion injury and inflammation.Thromb Haemost，2010，104(2):200-206.

［8］Wort SJ，Ito M，Chou P-C，et al.Synergistic Induction of Endothelin-1 by Tumor Necrosis Factor α and Interferon γ Is due to Enhanced NF-κB Binding and Histone Acetylation at Specific κB Sites. JournalofBiologicalChemistry， 2009，284(36):24297-24305.

［9］Sgueglia GA，Niccoli G，Spaziani C，et al.Baseline von Willebrand factor plasma levels and no-reflow phenomenon after primary percutaneous coronary intervention for ST segment elevation myocardial infarction.Int J Cardiol，2010，145(2):230-232.

［10］Marfella R，Di Filippo C，Portoghese M，et al.The ubiquitin-proteasome system contributes to the inflammatory injury in ischemic diabetic myocardium:the role of glycemic control.Cardiovasc Pathol，2009，18(6):332-345.

［11］Liuzzo G，Santamaria M，Biasucci LM，et al.Persistent activation of nuclear factor kappa-B signaling pathway in patients with unstable angina and elevated levels of C-reactive protein evidence for a direct proinflammatory effect of azide and lipopolysaccharide-free C-reactive protein on human monocytes via nuclear factor kappa-B activation.J Am Coll Cardiol，2007，49(2):185-194.

［12］Kim YS，Kim JS，Kwon JS，et al.BAY 11-7082，a nuclear factorkappaB inhibitor，reduces inflammation and apoptosis in a rat cardiac ischemia-reperfusion injury model.Int Heart J，2010，51(5):348-353.

［13］Baetz D，Regula KM，Ens K，et al.Nuclear factor-kappaB-mediated cell survival involves transcriptional silencing of the mitochondrial death gene BNIP3 in ventricular myocytes.Circulation，2005，112(24):3777-3785.

［14］Djavaheri-Mergny M，Amelotti M，Mathieu J，et al.NF-kappaB activation represses tumor necrosis factor-alpha-induced autophagy.J Biol Chem，2006，281(41):30373-30382.

［15］Ke JJ，Yu FX，Rao Y，et al.Adenosine postconditioning protects against myocardial ischemia-reperfusion injury though modulate production of TNF-alpha and prevents activation of transcription factor NF-kappaB.Mol Biol Rep，2011，38(1):531-538.