IKKε/TBK1信號通路調控與致癌作用的研究進展

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IKKε/TBK1信號通路調控與致癌作用的研究進展

唐人民李俊明鄒秀蘭

(三峽大學人民醫(yī)院 宜昌市第一人民醫(yī)院，湖北宜昌443000)

關鍵詞〔〕IKKε；TBK1；核因子-κB；干擾素調節(jié)因子；腫瘤

第一作者：唐人民(1988-)，男，碩士在讀，主要從事糖尿病及其并發(fā)癥的研究。

IKKε和TBK1是2個IκB激酶(IKK)相關激酶，他們之間形成異源二聚體，共同參與調控干擾素調節(jié)因子(IRF) 與核因子(NF)-κB的信號級聯(lián)，從而調控天然免疫和炎癥代謝疾病，甚至腫瘤的形成。IKKε和TBK1在NF-κB信號通路活化過程中與經典的IKK(IKK α、IKKβ)都具有磷酸化靶點的作用，所以國外學者多把IKKε和TBK1稱為NF-κB的額外活化激酶，或者叫非經典IKKs〔1,2〕。但是，IKKε/TBK1與NF-κB及IRF的相互作用關系目前仍存在很多爭議和未知。

1IKKε/TBK1結構及表達

IKKε/TBK1與IKK α、IKKβ具有廣泛的同源性(超過64%序列相同)和結構相似性，都包含一個N端激酶區(qū)域(KD)，一個羧基端亮氨酸拉鏈(LZ)結構和一個螺旋-環(huán)-螺旋(HLH)結構及一個C末端的NEMO結合域(NBD)。

TBK1在大部分的細胞系中是構成型表達，而IKKε則只在特定組織(胰腺、胸腺、脾臟、胎盤)及細胞系(T細胞及外周白細胞)中基礎表達。但是，在其他細胞(如纖維母細胞)中，IKKε被細胞因子腫瘤壞死因子(TNF)、白細胞介素(IL)-1、IL-6、干擾素(IFN)-γ和微生物產物(LPS，病毒RNA)及佛波酯(PMA)刺激后快速的上調，因此IKKε也被稱為可誘導的IKK或者IKK-i〔3〕。IKKε在人類許多腫瘤中是過表達的，尤其是在乳腺、卵巢、胰腺的腫瘤中。而且與腫瘤形成密切相關。雖然IKKε與TBK1在固有免疫和炎癥中有許多重疊效應，但在有些情況下還是有各自特異性的作用。

2IKKε/TBK1活化及調節(jié)機制

2.1IKKε/TBK1的活化IKKε/TBK1可以由兩個信號通路激活：一個是經典IKK復合物(IKKα/ β)介導的IKKε/TBK1激活，即配體與一些特殊受體蛋白(TNF-R1,IL-1R,TLR4,RIG-I)結合，使得相關銜接蛋白(Mal、MyD88、TRAM、TRIF、MAVS)募集到受體上，最終活化IKKα/ β復合物，從而活化IKKε/TBK1。另一個是，腫瘤壞死因子受體相關因子3(TRAF3)依賴的IKKε/TBK1自體激活。在TRIF依賴的TLR3/TLR4信號通路和MAVS依賴的RIG-I信號通路中，受體刺激誘導特定的銜接蛋白向受體集聚，其中TRIF作用于TLR3和TLR4，而MAVS作用于RIG-I，進而激活下游的TRAF3最終TRAF3會介導IKKε/TBK1自體激活。

簡而言之，即IKKε/TBK1的活化一方面依靠自身磷酸化，另一方面，也不依靠經典IKKs的活化。雖然IKKε/TBK1可以被多種炎性刺激激活，但其中TLR3，TLR4和RIG-I受體是至目前被證實作用最強的〔4〕。這些激活過程中，IKKε/TBK1都需要與腳手架蛋白(TANK,NAP1,SINTBAD)結合才能發(fā)揮作用。

2.2IKKε/TBK1的下游調控活化后的IKKε/TBK1可以調控下游的多種物質活化，(1)可以磷酸化NF-κB p65，促進NF-κB依賴的特殊基因(如IL-6、MCP1、COX-2、ICAM)的表達；(2)可以磷酸化IRF3和IRF7，使其形成同二聚體并介導它們向核內轉位；(3)可以磷酸化c-Jun，使得核受體共抑制因子(NCoR)釋放；(4)磷酸化自身的腳手架蛋白(TANK、NAP1、SINTBAD)，但是作用不明。除此之外，IKKε/TBK1還能磷酸化經典的IKKs，導致它們失活。其中，TNF誘導的TBK1和IKKε的激活似乎完全是由經典IKKs所介導的，而通過經典IKKs途徑激活的IKKε或TBK1僅作用于NF-κB的激活，而不作用于IFR3〔2〕。

3IKKε/TBK1在NF-κ B與IRF信號通路調節(jié)中的機制

3.1IKKε/TBK1與NF-κB信號通路TBK1/IKKε與經典的IKKs在活化NF-κB的機制上區(qū)別還存在很多爭議。天然免疫和炎癥中，NF-κB的活化和凋亡的抑制，主要是被經典IKK復合體調控，包括調控亞基IKKγ(又稱NEMO)和催化亞基IKKα和IKKβ。在靜息的細胞中，NF-κB和NF-κB抑制蛋白(IκB)形成復合體，NF-κB的Rel同源區(qū)(RHD)被IκB占據，以無活性形式存在于胞漿中。當細胞受細胞外信號刺激后，IκB激酶(IKK)活化將IκB磷酸化，導致IκB的泛素化，使得IκB被蛋白酶體水解，IκB與NF-κB的RHD分離，核定位信號暴露出來，進而NF-κB被釋放出來而呈活化狀態(tài)，并轉運到細胞核內，與許多基因的啟動子結合，啟動它們的轉錄〔5〕。

當IKKε/TBK1被炎癥性、細菌性或病毒的刺激激活后，可以活化Toll樣受體(TLR)-3、4依賴的信號轉導通路，導致IκB的磷酸化。現在還不清楚，TBK1/IKKε導致的IκB的磷酸化是否足夠直接活化NF-κB。經典IKKs可以磷酸化IκB的兩個位點(Ser36或Ser32)而將其激活，但是TBK1/IKKε都只對應一個位點(即IKKε在Ser36，TBK1在Ser32)將其磷酸化。當TBK1/IKKε過表達時，增多的IκBα被降解，而在IKKε和TBK1都缺陷的MEF細胞中，在TNF、IL-1、LPS刺激后IκBα的降解都是正常的，這和過表達的現象相矛盾〔6〕。但在只有IKKε缺陷的情況下，TNF、IL-1、LPS介導的NF-κB依賴的基因表達幾乎完全消失〔6〕。

研究表明，IKKε能夠直接磷酸化NF-κB中p65亞基的Ser536和Ser468，進而誘導的它的反式激活〔5〕，活化的p65作為一種銜接位點，使得IKKε能夠磷酸化臨近的c-Jun，并使得核受體輔阻遏物的清除得以啟動。換句話說，即p65被IKKε募集到與核轉錄因子激活蛋白1(AP1)鄰近的啟動子(inos、cxcl2、cxcl9、cxcl10、ccl4、tnfaip3) 上 ，從而通過啟動輔阻遏物的代謝來調控這些基因的活化。

除了作用于p65外，IKKε/TBK1還作用于NF-κB中的Bc-Rel亞基，使得它在核內聚集并激活NF-κB依賴的基因表達。所以，可以肯定IKKε和TBK1的確可以干擾經典NF-κB信號通路，導致轉錄因子的活化。但是也有報道指出，NF-κB的活化不需要IKKε和TBK1，甚至抑制經典IKK復合物和NF-κB信號〔4〕，這可能是由于細胞類型和刺激不同導致的。

3.2IKKε/TBK1與IRF信號通路IKKε/TBK1除了在NF-κB信號中起作用，還在IRF3和IRF7信號中起作用。細胞內的TBK1/IKKε二聚體是IRF-3/7的活化劑，它們通過多樣受體介導，并最終調控固有免疫中介導1型干擾素α和β的產生。IRF3在許多細胞的細胞中是組成型表達，而IRF7在刺激后轉錄表達會上調。病毒感染、LPS、polyI:C刺激TLR-3/4，在TRIF結合域銜接蛋白(TRIF)的介導下調控IKKε/TBK1的活化〔7〕。IKKε/TBK1隨后與腳手架蛋白結合，磷酸化IRF-3/7的C端。而IRF3的Ser386、Ser396、Ser402是IKKε的磷酸化位點〔8〕。磷酸化使得IRF-3/7形成了IRF的同源、異源的二聚體，二聚體轉運至細胞核，與干擾素刺激的反應元件(ISRE)結合，最后介導1型干擾素的轉錄〔9〕。此外，IKKε/TBK1還能被RNA病毒的雙鏈RNA活化，而這是通過病毒識別分子黑色素分化相關基因(MDA-5)和視黃酸誘導基因(RIG)-Ⅰ介導的。他們可以誘導銜接蛋白IFN-β啟動子刺激物1(IPS1)的構象變化〔10〕，經過TLR-TRIF非依賴的途徑活化IRF-3/7，同時也可活化NF-κB。有趣的是，病毒相關IRF-3/7活化導致的IFN-α/β基因誘導分為兩個階段，在初始階段IRF3被活化，主要調控IFN-β的誘導，之后IRF3/7的活化協(xié)同使得IFN-α顯著表達〔11〕。

在IKKε敲除的MEF細胞中，IRF3的活化沒有改變，但是在TBK1敲除的MEF細胞中，被TLR3和TLR4觸發(fā)產生IRF3的活性卻減低了〔12〕。而在IKKε和TBK1都敲除了MEF細胞中，IRF3的活性被完全抑制了〔12〕，從而使得細胞失去了對許多病毒的抵抗能力(如：腦心肌炎病毒、皰疹口炎病毒、單純皰疹病毒)。IKKε的過表達使得TBK1缺陷的細胞中IRF3的活性得到了恢復，這說明這兩個激酶的作用部分重疊的。盡管IKKε和TBK1在激活IRF3的作用方面發(fā)揮著重疊作用，但是在病毒感染后IKKε、TBK1活化的機制是不同的〔13〕。最近發(fā)現表明，TLR銜接蛋白MyD88是通過抑制IKKε的磷酸化，而非抑制TBK1從而完全抑制了IFN的產生〔13〕，這說明兩個激酶也可以被不同的方式所調控。

4IKKε/TBK1在腫瘤形成中的作用機制

除了有參與調控NF-κB信號和IRF轉錄因子的的作用，最近發(fā)現IKKε和TBK1也與多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關。

4.1IKKε與腫瘤的關系

4.1.1IKKε參與NF-κB通路的致癌機制在肺和乳腺的惡性腫瘤、卵巢癌細胞系、腎透明細胞癌及神經膠質瘤原發(fā)性腫瘤中都顯示IKKε表達水平和活性的升高〔14～16〕。高IKKε表達往往與c-Rel和NF-κB p65的亞基在細胞核中積聚有關，而IKKε沉默在一些乳腺癌細胞系被證實可以降低NF-κB的活性和細胞增殖〔17〕。當細胞失去與細胞外基質的聯(lián)系或者在被具有遺傳毒性物質刺激后，凋亡信號會被活化，而c-Rel及p65/RelA1會抑制這個信號，最終導致細胞變異轉化。

癌細胞中IKKε過表達誘導的細胞存活、細胞轉化和增殖，涉及IKKε介導特異性底物的磷酸化〔18〕。一方面，IKKε通過直接使NF-κB的p65蛋白磷酸化，另外也可以通過絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(Akt)的磷酸化，間接使p65蛋白磷酸化并激活〔19〕，從而增加NF-κB依賴的基因表達。同時，IKKε也可以磷酸化腫瘤抑制因子CYLD(cylindromatosis)，抑制CYLD對NF-κB信號通路特異性底物的去泛素化〔20〕。此外，IKKε磷酸化TRAF2，進而激活E3泛素連接酶活性。CYLD和TRAF2的磷酸化增加泛素依賴的NF-kB信號，提高了NF-κB的活化水平，從而促進癌細胞存活。

4.1.2IKKε參與JAK-STAT通路的抑癌機制最后，IKKε也直接磷酸化信號轉錄激活子1(STAT1)，增加其基因激活潛力。在許多腫瘤及癌細胞系中，STAT1、STAT3、STAT5都是構成性活化的〔21〕，其中STAT3、STAT5是已經明確的致癌因子，但是STAT1的主要作用卻是抑制增殖及腫瘤生長抑制。TNF-α作為一個眾所周知的致癌因子，能夠刺激巨噬細胞產生低水平的IFNβ，同時IKKε與STAT1的表達也會上升，進而激活JAK-STAT信號，激活后的JAK-STAT與TNF-α協(xié)同促進炎癥因子表達，所以說STAT1的活化對腫瘤的進展是起抑制作用的。

4.2TBK1的致癌機制在實體腫瘤(乳腺癌和結腸癌)中過表達的TBK1也參與惡性轉化，能夠使直接磷酸化蛋白激酶(AKt)〔22〕。而在Ras介導的細胞轉化中，TBK1作為Ras樣鳥氨酸轉化因子(RalGEF)途徑中的RalB的效應器，被RalB活化后激酶活性能夠持續(xù)升高，最終作用于NF-κB維持癌細胞的存活〔23〕。同時，也有研究發(fā)現TBK1在原癌基因KRAS突變的細胞中能夠活化抗凋亡通路，所以猜想TBK1的本質作用是維持這類癌細胞的存活。

5小結及展望

綜上所述，IKKε和TBK通過參與調控IRF、NF-κB的信號級聯(lián)，與許多疾病的病理生理學機制相關。同時，IKKε和TBK也調控著腫瘤的生存及增殖，這些研究發(fā)現會幫助我們進一步弄清楚腫瘤形成中先天性免疫效應器和信號通路間的復雜關系，為開發(fā)新的抗腫瘤藥物提供了新的思路和方向。雖然IKKε/TBK1在細胞增殖、分化、凋亡以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中的機制已經逐漸明朗起來，但仍然有相當多的內容目前未明確。所以，在研究炎癥、代謝性疾病及腫瘤的治療方法上，應該把IKKε/TBK1作為新的靶點擺在優(yōu)先位置上去研究。

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〔2014-10-27修回〕

(編輯李相軍)

通訊作者：鄒秀蘭(1960-)，女，碩士生導師，教授，主任醫(yī)師，主要從事糖尿病及其并發(fā)癥的研究。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81270280)

中圖分類號〔〕R34〔

文獻標識碼〕A〔

文章編號〕1005-9202(2015)23-6918-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.23.126