MicroRNA與NF-κB調控的細胞凋亡

齊仁立 黃金秀 龍定彪 黃萍

（重慶市畜牧科學院　農業部養豬科學重點實驗室　養豬科學重慶市市級重點實驗室，榮昌　402460）

MicroRNA與NF-κB調控的細胞凋亡

齊仁立 黃金秀 龍定彪 黃萍

（重慶市畜牧科學院農業部養豬科學重點實驗室養豬科學重慶市市級重點實驗室，榮昌402460）

NF-κB是一種非常重要的核轉錄調控因子，激活后的NF-κB通過調節靶基因的轉錄表達參與細胞的各項生命活動，特別是炎癥、免疫和凋亡。NF-κB在不同類型的細胞凋亡中可能發揮不同的調控作用。而microRNA這類非編碼的RNA對于NF-κB的表達和功能又能夠產生系統性或者特異性的調節。綜述分析NF-κB對細胞凋亡的調控作用，并探討microRNA在此過程中的作用。

NF-κB；microRNA；細胞凋亡

1 NF-κB及其作用機制

早在1986年，Sen和他的同事們通過試驗在B淋巴細胞的核提取物中發現了一種能與免疫球蛋白κ輕鏈基因特異結合的蛋白因子，并將其命名為核因子κB（Nuclear factor Kappa B，NF-κB）［1］。NF-κB廣泛存在于多種細胞中，當細胞受到外部刺激（藥物、輻射、缺氧等）或者細胞因子、病毒感染、脂多糖等刺激時，NF-κB被激活并與相應的病毒、細胞因子、受體蛋白等所調節的基因增強子區結合，啟動基因轉錄［2-5］。隨著時間的推移，研究逐漸證明NF-κB是一種細胞核內極為重要的轉錄調節因子，對于細胞的增殖和分化、衰老和死亡、黏附和遷移都具有重要的調節作用［3，6］。

NF-κB是由NF-κB/Rel蛋白家族成員NF-κB1（p50/前體為P105）、NF-κB2（p52/前體為P100）、Rel（p65）、RelB和C-Rel以同源或異源二聚體的形式組成。雖然有多個不同的二聚體組合，但p50和p65組成的二聚體最早被發現，并且其分布和作用也最為廣泛，是通常所說的NF-κB。在細胞靜息狀態下，NF-κB以無活性狀態存在于細胞漿中，并與抑制因子IκBs（包括IκBα、IκBβ，IκBγ、IκBε、IκBζ、IκBS和Bcl-3等）一起組成了異源多聚體P50/P60/ IκBs。在這個多聚體中，IκBs能阻礙P50和P65的二聚體化，使NF-κB以無活性的形式存在。當細胞受到腫瘤壞死因子α（Tumor necrosis factor α，TNFα）、白介素或者其他藥物的刺激時，IκBs的激酶IκK會被磷酸化激活，并作用于P50/P60/IκBs三聚體中的IκBs，使其從三聚體中脫離并被泛素化降解，暴露出P50亞基上的移位信號和P65亞基上的DNA結合位點，從而使P50/P65二聚體表現出NF-κB活性，并從細胞漿移位到細胞核中，然后與靶基因的κB基序結合，發揮轉錄調控作用。除了上述的典型激活方式，NF-κB的激活還存在其他非典型的方式［2］（圖1）。在非經典激活途徑中，P100和RelB的二聚體被激活，這種激活主要存在于B細胞和T細胞發育過程中。接收到特定的受體信號后（例如淋巴毒素B和B細胞活化因子）在NF-κB誘導激酶（NIK）的作用下，IκKa復合體被磷酸化進而引起p100的磷酸化，經蛋白激酶作用誘導產生p52-RelB異源二聚體，并使其進入細胞核參與核轉錄活動。

圖1 NF-κB典型和非典型激活方式［2］

2 NF-κB對細胞凋亡的調控作用

細胞凋亡是多細胞生物一種正常的生命現象，在受到外部或者內部的刺激以后，細胞為了維護內環境的穩態，出現由多種基因控制的細胞程序性的主動死亡。細胞凋亡對于維持細胞正常生長和代謝穩定具有十分重要的意義，而細胞凋亡的異常與各種腫瘤的產生密切相關［7］。

活化的NF-κB與細胞凋亡緊密相關，但是NF-κB對于細胞凋亡產生和發展的影響還存在很多謎團。在不同的細胞中，不同的誘導刺激下，NF-κB似乎扮演了不同的角色。多數研究認為NF-κB具有凋亡抑制作用［3，8-11］，因為NF-κB 對于許多抗凋亡基因都有特異性調控作用，包括TRAF1、TRAF2、c-IAP1、c-IAP2、IEX-1L、Bcl-xL和Bfl-1/A1等［12-17］。典型的功能缺失試驗可以清楚地說明NF-κB抗凋亡作用。體外培養的胚胎成纖維細胞在剔除RelA時對于TNFα引起的凋亡更為敏感，而在個體試驗上，TNFα能夠促使RelA-/-小鼠出現肝細胞大量的凋亡，并最終導致小鼠的死亡［18，19］。

但是，另一方面，NF-κB的促凋亡作用也同樣明顯，Stefan等［20］報道了撤去培養基中的血清會造成293細胞的大量凋亡并伴隨著NF-κB的顯著激活。腫瘤抑制因子P53能夠改變細胞周期，誘發多種細胞凋亡，而NF-κB在其中起到了明顯的促凋亡作用。Ryan等［21］研究表明P53能夠以與TNFa不同的方式激活NF-κB，并且誘導細胞走向凋亡，而抑制或者減少NF-κB的活性，則會阻斷P53引起的凋亡。為了檢測NF-κB的促凋亡和抗凋亡作用，Kaltschmidt［22］和他的同事們通過遺傳學和藥理學方法阻止HeLa細胞中的NF-κB被激活，結果發現雖然細胞對于TNFα誘導的凋亡更為敏感，但是卻能夠完全阻止H2O2和pervanadate誘導的凋亡。他們認為不同的凋亡誘導物引發的分子信號不同，決定了NF-κB在細胞凋亡產生和發展中的作用也不相同。

此外，似乎不同的NF-κB激活方式在細胞凋亡中也有不同的調控作用。與TNFα類似，FAS能夠激活死亡受體FASL誘發細胞凋亡。典型激活的NF-κB能直接與FAS基因啟動子結合，抑制NF-κB的典型激活能夠降低FAS表達，而抑制非典型形式激活NF-κB則能夠增加FAS的表達［23］。

這些試驗結果提示，NF-κB在細胞凋亡中的調控作用十分復雜，受到激活方式、存在形式、細胞種類等多種因素的影響，在不同的細胞中可能分別或者同時具有抑制細胞凋亡和促進細胞凋亡的作用。

3 MicroRNA參與NF-KB對細胞凋亡的調控

MicroRNA是一種廣泛存在于動物、植物、細菌和病毒體內的非編碼RNA（non-coding RNA），通過序列互補的方式引導沉默復合體降解靶mRNA或者抑制翻譯［24-26］。一個microRNA可以調控多個甚至影響數百個靶基因，而一個基因也可能同時受到多個microRNA的調節［27］。通過對靶基因的特異性/系統性調控，microRNA廣泛參與并調控了細胞增殖、分化、代謝、衰老和凋亡的各種轉錄激活和信號傳導［28］。反之，一些轉錄因子（如NF-κB）的激活和表達的改變又影響了microRNA的轉錄、加工和功能［29］。

目前已有一些研究探尋microRNA和NF-κB之間的相互作用關系，并且發現NF-κB的活化和功能的施展需要一些特定microRNA的參與［30，31］（圖2）。此外，激活的NF-κB對于特定microRNA的調控機能也是必不可少的。最早被確認參與調節NF-κB信號的是miR-146，它被認為是Toll-like 受體介導的NF-κB激活的抑制者。Taganov等［32］研究發現miR-146是一個NF-κB依賴型基因，并能夠通過負反饋調節IL-1受體相關激酶1和TNFα受體相關蛋白6的表達參與到機體的免疫應答反應。Paik等［33］的試驗結果顯示，miR-146a在NKTL細胞系中的過表達能夠明顯抑制NF-κB的活性，阻滯細胞分化，誘導細胞凋亡。還有試驗發現miR-125家族能夠靶向NF-κB的抑制因子TNFα 誘導蛋白3（TNFAIP3）從而促進NF-κB激活［34］。miR-21能夠通過PTEN/AKT通路促進MCF-10A細胞中NF-κB信號，但是卻抑制了HEK293細胞中脂多糖LPS介導的NF-κB激活［35］。George等［30］分別于TNFα存在和不存在的情況下使用高通量library掃描NF-κB穩轉報告細胞系中miRNA表達變化，并最終確認miR-517a/c可以誘導細胞內源性NF-κB的表達，并促進P65的核移位和IκB的降解。

在已經確認的參與NF-κB網絡的microRNA中，有許多都能夠直接參與細胞凋亡調控，如miR-21［36，37］、miR-29［38，39］和let-7［40］等。以miR-21為例，在許多實質癌細胞中miR-21都有異常高表達，它能夠靶向抑制細胞死亡因子PDCD4基因，并且影響細胞凋亡抑制基因BCL2，阻斷凋亡進程，促進癌細胞的生成［36］。miR-21還能夠通過降低靶基因PTEN的表達，進而影響AKT的磷酸化并導致NF-κB的激活［36］。反之，miR-21的轉錄也受到NF-κB的調控，P65亞基的缺失會抑制LPS誘導的miR-21表達［37］，所以NF-κB的活性對于miR-21的調控功能是必不可少的。

圖2 參與NF-κB調控分子網絡的microRNA［31］

基于上述研究可以確認一些microRNA能夠直接或者間接地參與NF-κB的表達和激活，或者是受到NF-κB的調控而影響下游靶基因，對細胞凋亡的啟動和發展起到重要的調節作用。但是這些不同的分子之間如何“交流”在很大程度上還充滿了懸念。此外，隨著高通量和新一代測序技術的迅速普及，將會有更多參與NF-κB分子網絡的microRNA被發現和確認。

4 展望

細胞凋亡有助于清除受損細胞，減少應激損傷，維持機體穩態。憑借其重要的調控作用和在分子網絡中的核心地位，NF-κB在細胞凋亡的產生和發展過程中扮演了重要的角色，它可能成為包括癌癥、心血管疾病、肥胖及代謝癥在內的多種疾病診療的靶位點。未來的工作中，我們將更加清楚NF-κB在不同類型的細胞凋亡中的差異調控機制。生物體內大量存在的microRNA對各種生命活動發揮著復雜而精巧的調控作用。迄今為止，只有極少數的microRNA被研究和確認參與了NF-κB的激活和調控。但隨著新一代高通量測序和基因芯片技術的快速普及，將會有更多microRNA被發掘，有望在較短的時間內了解更多影響和參與NF-κB分子調節的microRNA，并逐漸掌握它們之間的“對話機制”，一個完整系統的調控網絡圖譜將會逐漸清晰。

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（責任編輯 狄艷紅）

The Role of MicroRNA in the Cell Apoptosis Mediated by NF-κB

Qi Renli Huang Jinxiu Long Dingbiao Huang Ping
（Key Laboratory of Pig Industry Sciences，Ministry of Agriculture，Chongqing Key Laboratory of Pig Industry Sciences，Chongqing Academy of Animal Sciences，Rongchang402460）

As a key regulatory factor in cell， activated NF-κB induces the transcription of target genes involved in many cell activities，especially the inflammation， immunity and apoptosis. Previous studies proved that NF-κB plays various roles in different type of apoptosis. Moreover， expression and function of NF-κB could be systematically or specifically regulated by microRNA of non-encoding RNAS. The mediating effects of NF-κB on apoptosis were summarized， and the role of microRNA in the mediating process were further discussed .

NF-κB；microRNA；Apoptosis

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.05.005

2014-08-01

國家自然科學基金項目（31470117，31302055），重慶市農發資金項目（13412），重慶市自然科學基金重點項目（2011BA1033）

齊仁立，男，博士，助理研究員，研究方向：脂肪細胞凋亡的分子機制；E-mail：qirenli1982@163.com

黃萍，女，高級畜牧師，研究方向：豬肉品質的營養調控；E-mail：505254858@qq.com