IκB激酶β在脊髓損傷后炎癥反應機制中作用的研究進展

唐瑞苓，李敏，汪俊宇，向武，張安仁

1.成都中醫藥大學，四川成都市610037；2.中國人民解放軍西部戰區總醫院康復醫學科，四川成都市610083

在近年來的研究中，人們對脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)后繼發性炎癥的關注度越來越高[1]，發現其嚴重程度與脊髓損傷后的恢復密切相關[2]，并對其機制進行深入研究，但至今尚未得到一個明確的結論。

核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)信號通路與炎癥級聯反應密切相關，可通過調控炎癥基因表達來調節炎癥反應[3]。脊髓損傷后，NF-κB被異常激活，釋放大量炎癥因子、趨化因子和黏附分子等[4]。NF-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor kappa B,IκB)激酶β (IκB kinase beta,IKKβ)是NF-κB經典激活通路中活化NF-κB的關鍵激酶，在調控通路相關基因表達中占據核心地位[5-6]。脊髓損傷后30 min，可觀察到IKKβ活性開始上升，并在12 h達到峰值[7]；而NF-κB p65(NF-κB是二聚體中必不可少的組成蛋白)在脊髓損傷后30 min也可被觀察到表達，并在24 h達峰值[8-9]。由此可見，IKKβ的表達水平與NF-κB活化和表達存在相關性。而有研究發現，在敲除脊髓損傷小鼠神經元中IKKβ后，IκB激酶復合物(IκB kinase complex,IKK)/NF-κB信號通路激活受到抑制，并減輕脊髓損傷后炎癥反應，從而產生神經保護作用[10]。

因此，IKKβ很有可能是治療脊髓損傷后炎癥反應的一個潛在靶點。本文對近年來IKKβ在脊髓損傷后炎癥反應中的研究進行綜述，試圖尋找一種新的治療脊髓損傷的靶點。

1 IKKβ的結構與功能

1.1 IKKβ主要結構

IKKβ是IKK中的一個亞基，主要作用是快速磷酸化降解IκB。IKK由IKKα、IKKβ和IKKγ/NEMO(NF-κB essential modifier)3個亞基組成，正常情況下，三者以1∶1∶2的比例組合在一起[11]。IKKγ/NEMO屬于調節亞基，起修飾作用，IKKα和IKKβ屬于激酶亞基，這兩個亞基約有50%的序列相同，都有一個N端激酶結構域、二聚化功能域和一個C端NEMO結合域(NEMO binding domain,NBD)。雖然它們都參與信號通路的激活，但對NF-κB活化調節存在差異[12]。

IKKβ不但能使IκB調節域被磷酸化，隨后泛素化降解，還可以通過直接磷酸化p65上的Ser 563位點，使NF-κB活化。在關于IKKβ與IKKα活性分析的研究中發現[13]，這二者活性相互獨立，且IKKβ磷酸化IκB的能力是IKKα的50～60倍。這就確定IKKβ作為NF-κB信號通路上游蛋白靶點的絕對優勢。

1.2 IKK/NF-κB信號通路被激活

IKK/NF-κB信號通路被激活有賴于IKKβ的磷酸化，但激活IKK的過程尚不明確。以Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)誘導IKK活化的過程為例：胞膜上TLR與其配體結合后發生同源二聚體構象變化，從而募集適配器蛋白——髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)和MyD88銜接蛋白(MyD88 adaptor-like protein,Mal)，再以MyD88為骨架募集白細胞介素-1受體相關激酶1(interleukin-1 receptor-associated kinases-1,IRAK-1)和白細胞介素-1受體相關激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinases-4,IRAK-4)，共同構成Myddosome復合物。

由于空間臨近性，IRAK-1被IRAK-4磷酸化，并離開Myddosome復合物與腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)受體相關因子(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)結合，然后TRAF6又被多聚泛素化并募集轉化生長因子激酶1(transforming growth factor-β activated kinase-1,TAK1)和轉化生長因子激酶1靶向蛋白2/3(transforming growth factor-β activated kinase-1 binding protein 2/3,TAB2/3)。由于與被泛素化TRAF6相結合，TAK1自身磷酸化被開啟并成功將自己激活，然后TAK1通過磷酸化IKK來調控下游信號通路[14]。

IKK被磷酸化主要是IKKβ被磷酸化，從而誘導出IKK活性[15]。然后IκB就被IKKβ磷酸化和泛素化，并被26s蛋白酶體識別降解，從而釋放出NF-κB二聚體，NF-κB在其核定位區的作用下開始向核內移動，然后與DNA上κB位點結合，并誘導目標基因轉錄和表達[16]。這就是NF-κB經典激活通路。

1.3 IKKβ的功能

IKKβ的作用主要是磷酸化IκB，激活NF-κB信號通路。而該通路一旦被異常激活，各種疾病也隨之而來，如癌癥、糖尿病等。

在癌癥中，IKKβ誘導NF-κB活化釋放出炎癥因子，影響腫瘤生存微環境，進而促進腫瘤生長、浸潤和擴散以及腫瘤血管的生成。因此，IKKβ是炎癥和腫瘤之間的聯系紐帶[17]。在癌癥小鼠模型中，小鼠IKKβ基因被敲除以后，腫瘤發生率均有所下降，這可能是由于炎性細胞中IKKβ缺失，導致炎性因子分泌減少，從而減少對腫瘤細胞的刺激[18-19]。

在糖尿病中，IKKβ與1型糖尿病中β細胞受損相關。使用IKKβ抑制劑——水楊酸鹽可阻斷NF-κB活化，從而減少炎癥因子釋放，減輕對胰島β細胞功能的損害[20-21]。

因此，IKKβ可能是治療癌癥和1型糖尿病新的方向。

但在自身免疫系統疾病中，IKKβ缺乏反而會導致免疫缺陷疾病，影響免疫系統正常工作。小鼠體內IKKβ的缺失會直接導致胚胎期小鼠免疫功能缺失而死亡[22]。

總之，IKKβ在疾病中的作用主要是介導炎癥，進而導致疾病發生，但它也是維持免疫系統正常功能的重要組成部分。

2 IKKβ與脊髓損傷后炎癥反應

2.1 脊髓損傷后炎癥反應

脊髓損傷是一種嚴重威脅人類健康的常見外傷，以損傷后出現相應節段肢體感覺、運動功能障礙以及自主神經功能障礙為主要表現。在脊髓受到機械性外傷的瞬間會產生原發性損傷，這種損傷是不可逆的。隨著時間的推移，由于原發性損傷引發局部受損區域出現滲出、水腫、出血、神經元細胞變性壞死等病理改變，進而引發一系列繼發性損傷[23]。而這些損害可持續數小時或更長時間，同時會加深損傷程度，擴大損傷范圍[24]。

繼發性損傷相關機制主要包括血脊髓屏障被破壞、神經性炎癥、創傷后組織缺血機制、自由基損傷機制、興奮性氨基酸毒性作用、細胞凋亡與壞死、鈣介導與電解質失衡等[2,25]。其中炎癥反應在脊髓損傷繼發性損傷中占據重要位置。但因其反應機制較為復雜[1]，對脊髓損傷治療造成非常大的困難。

一般來說，炎癥是機體對局部損傷的適應性、穩態應答。損傷初期炎癥具有限制和修復受損組織的作用，但是一旦失控，就會造成多器官失調，甚至會引發死亡[26-27]。特別是在脊髓損傷后，脊髓形態遭到破壞和扭曲，組織中的軸突、血管、神經元等也受到損害，隨后引發炎癥級聯反應(主要是由先天性和適應性免疫反應引起)，并對脊髓血管壁、外周循環網、腎素/血管緊張素系統和血液流變學參數產生不同程度影響[2]。在脊髓損傷過程中，脊髓血管會出現血流動力自我調節紊亂[28]，炎性細胞因子如TNF-α會激活還原性輔酶Ⅱ氧化酶，釋放活性氧，導致血管內皮功能障礙[29]，增加血液黏度，使血管外周阻力增加，從而增加脊髓損傷患者罹患心血管疾病的風險。由心血管疾病引發的脊髓損傷患者死亡率約為40%[30]。同時還會刺激腎素/血管緊張素系統，使血管收縮、氧化應激和細胞增殖增加，誘導促血管生成素-Ⅱ介導的炎癥反應發生[31]。繼發性炎癥會使脊髓損傷患者下肢動脈血管內膜中層厚度明顯增厚，增加脊髓損傷患者罹患外周血管病的風險[32]。

2.2 IKKβ在脊髓損傷后炎癥反應中的作用

脊髓損傷后，炎癥反應會對脊髓組織的生存環境以及循環系統造成不同程度影響。損傷后爆發的繼發性炎癥會釋放出各種細胞因子，例如白細胞介素(interleukin,IL)-1β、TNF-α等，這些因子刺激細胞膜上特異性受體，經過一系列蛋白二聚化，絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸殘基磷酸化以及聚泛素修飾[11,33]等復雜過程，誘導NF-κB信號通路激活，釋放出許多細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、趨化因子等)、誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和黏附分子等[34]。這些因子被釋放后又會繼續誘導通路激活，如此反復，形成一個惡性循環。

因此，阻止NF-κB激活可能是治療脊髓損傷的一個潛在靶向[35]。IKKβ不但能磷酸化IκB調節域，同時還可直接作用于p65的Ser 563位點，使NF-κB被釋放并向核內移位[36-37]，說明IKKβ是調節脊髓損傷后NF-κB活性非常重要的上游目標蛋白。

抑制脊髓損傷后NF-κB的表達，可減輕脊髓損傷后繼發性損傷，促進運動功能恢復[10,38-42]。將小鼠神經元中IKKβ敲除，然后進行胸髓撞擊損傷，結果發現小鼠運動功能有所恢復，病灶體積明顯縮小，NF-κB激活被抑制，IL-1β在脊髓損傷后3 d明顯降低，軸突在損傷后35 d明顯增多。由此得出結論，敲除神經元中IKKβ可抑制NF-κB，并對脊髓損傷具有神經保護作用。NF-κB經典激活途徑可作為治療脊髓損傷的一個潛在方向[10]。

在一項關于先天免疫細胞激活通路對脊髓損傷作用的研究中，使用骨髓細胞IKKβ條件性敲除(IKKβΔmye)小鼠進行脊髓損傷造模，發現與對照組相比，IKKβΔmye小鼠脊髓損傷后中性粒細胞和巨噬細胞浸潤明顯減少，脊髓損傷誘導的促炎基因表達降低，同時改善神經元缺失，小鼠運動功能也有所恢復[43]。對脊髓損傷后大鼠使用IKKβ選擇性抑制劑，發現IKKβ活性被抑制，并下調組織中受NF-κB信號通路調控的炎癥基因的轉錄和表達，從而發揮神經保護作用[44]。對脊髓損傷大鼠進行IKKβ抑制劑BMS-3455414硬膜下注射，結果顯示，脊髓損傷后炎癥細胞和中性粒細胞浸潤減少，細胞凋亡被抑制，受損脊髓神經元得到保護[7]。

脊髓損傷后IKKβ和NF-κB的含量升高，使用右美托咪定可降低IKKβ和NF-κB的含量，抑制IKK/NF-κB信號通路，從而減輕脊髓損傷后炎癥反應[45]。

3 展望

由于脊髓損傷病理生理機制非常復雜，目前臨床上尚無確切有效的治療方法，因此，探索一種安全有效的治療方法一直是該領域熱點。

IKKβ是脊髓損傷后主要炎癥通路的關鍵激酶，很大程度上決定了通路的活化程度。而在抑制IKKβ表達后，脊髓損傷后炎癥反應減輕，運動功能恢復。因此，抑制IKKβ表達可能是調控脊髓損傷后炎癥反應的方法之一。

當前已有相關研究應用IKKβ抑制劑調控癌癥、糖尿病等疾病的炎癥反應，從而起到治療的作用。所以在今后研制治療脊髓損傷的藥物或方法中，可將IKKβ作為新的治療靶點開展相關研究。