中药调节核因子
作者:蔡文娥, 杨斌
《时珍国医国药》 2006年 第9期
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【关键词】 核因子
摘要:就中药调节核因子 κB的最新研究进展进行了综述。核因子 κB(nuclear factor κB,NF κB)不恰当的活化与炎症性疾病密切相关,如类风湿性关节炎、哮喘、感染性休克、肺纤维化、动脉粥样硬化等;同时由于NF κB参与细胞的增殖与凋亡,越来越多的证据表明,人类一些恶性肿瘤如白血病、淋巴瘤等的发生也与NF κB活性的失控有关。因此,以NF κB为治疗靶点的药物研究可能为预防和治疗这些疾病提供新思路。近几年来关于中药调节NF κB信号通路的研究备受科学界关注。
关键词:核因子 κB; 信号转导; 中药
核因子 κB是一种普遍存在于真核细胞的核转录因子,首次发现于B淋巴细胞核提取物中,能调控细胞因子、生长因子、细胞粘附分子及急性时相蛋白等蛋白基因的表达,同时也参与细胞增殖调控和凋亡。NF κB的过度激活或抑制在一些免疫性疾病的发病机理中起着重要作用,药物如何调节NF κB的活化以达到治疗这些疾病的目的已日益引起广泛关注。近年来中药调节NF κB活性的研究逐渐活跃。本文对这些最新研究进展作一简要介绍。
1 NF κB/Rel的家族成员及分子生物学特性
NF κB由一系列同源或异源Rel家族成员形成的二聚体转录因子的总称,目前有5个Rel蛋白的分子结构得到确定并被克隆[1],它们分别是NF κB1(p50),NF κB2(p52),RelA(p65),RelB以及C Rel。NF κB家族的这5个成员都有一个高度保守的Rel同源结构源(Rel homology domain,RHD),内含DNA结合区、蛋白二聚体化区、NF κB的抑制蛋白(IκB)结合区及核定位信号。其中p50,p52分别来源于前体蛋白p105,p100,它们的C 端包含锚蛋白重复序列;而RelA,RelB及C Rel的C 端含有反式激活区域。NF κB家族中,异源二聚物p50/RelA(p50/p65)表达最丰富,具有调节一些蛋白基因表达的功能,与一些免疫疾病的病理机制有关,通常把p50/p65二聚体称为NF κB。细胞在静息状态时,NF κB在胞浆内与其抑制蛋白IκBα形成无活性的三聚体,在外界因素如脂多糖(LPS)、白介素 1(IL 1)、肿瘤坏死因子(TNF α)的刺激下,IκB从三聚体中解离下来,暴露p50亚基的核定位序列及p65亚基的DNA结合位点,促使NF κB由胞浆易位至胞核,与DNA增强子特异位点相结合,从而转录调控蛋白基因的表达。
2 NF κB信号转导途径的激活及调控
细胞间及细胞内信号的传递是一个非常复杂而又非常严密的调控过程。在激活NF κB信号通路的复杂过程中,首先由细胞外多种因素如脂多糖(LPS)、细胞因子、紫外线等通过细胞膜受体将信号传入细胞内,刺激细胞内产生大量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS),进而激活IκB激酶(IKK)复合物,引起IκBα蛋白的磷酸化,促进了IκBα降解,使NF κB可以从胞浆移位至细胞核参与核转录进程。NF κB的活化能够上调IκBα的mRNA水平,新合成的IκBα进入胞浆与游离的NF κB结合并使之失活,细胞通过这种自身的反馈调节途径调节NF κB的活性以维持细胞的正常生理功能。目前研发的NF κB拮抗剂主要通过以下途径来抑制NF κB的过度活化[2]:(1)减少ROS的产生,如抗氧化剂;(2)阻止IKK复合物的激活,如NBD肽(NEMO binding domain peptide);(3)阻止IκBα的磷酸化,如水杨酸类;(4)抑制IκBα降解,如糖皮质激素类、前体蛋白抑制剂;(5)阻止NF κB的核移位及其与DNA的结合,如转录因子诱捕寡核苷酸(transcription factor decoy oligeoxynucleotides,TFD ODNS)。
3 中药调节NF κB信号通路的新进展
目前中药调节NF κB信号通路的研究重点普遍集中在对整个通路某个环节的干预,从众多报导看来,很多作为NF κB抑制剂的中药是通过抑制IκBα的降解或阻止NF κB的核移位及其与DNA的结合发作作用的。
3.1 以NF κB为治疗靶点的中药
3.1.1 具有抗炎及调节免疫功能的中药由于κB序列(GGGACTTTCC)存在于多种促炎症因子如IL 8,TNF α,ICAM 1等蛋白基因的启动子和增强子,NF κB不恰当的活化必将引起这些因子的表达紊乱,从而引起炎症反应或免疫力低下。因此,一些中药可能通过调节NF κB的活化发挥抗炎及调节免疫功能的作用。中药复方:Ikezoe T等[3]用脂多糖(LPS)刺激RAW264.7巨噬细胞,发现中药复方PC SPES能抑制LPS诱导的NF κB与DNA的结合活性,从而发挥抗感染性休克的作用。汉防己甲素:HoLJ等[4]的研究表现,抗风湿药汉防己甲素能抑制人外周血T细胞细胞因子的表达,并通过进一步的实验证明汉防已碱甲素可以抑制ⅠκB的降解并抑制ⅠKKα和ⅠKKβ的活性从而阻止P65的核移位。此外,汉防己甲素还可以抑制酪氨酸蛋白激酶信号通路(MAPK)如C jun N端激酶、P38及细胞外信号调节激酶及活性蛋白(AP 1)与DNA的结合性。黄芩提取物:近几年对黄芩提取物的研究也比较多,Y Chen等[5]通过对8种多酚的比较发现仅千层纸黄素可以通过抑制NF κB的结合及转录活性来减少NO的合成及COX 2的基因表达。N Nakamura等[6]用白介素 1(IL 1)刺激人视网膜色素上皮细胞(APPE 19),比较了黄芩苷、黄芩苷元、汉黄芩素对白介素 6(IL 6)、白介素 8(IL 8)及相应mRNA表达的影响以及对NF κB与DNA结合活性的影响,结果是黄芩苷对IL 6和IL 8及相应的mRNA的表达都没有影响,黄芩苷元仅能增加IL 6和IL 8 mRNA 的表达,只有汉黄芩素既能抑制NF κB与DNA的结合活性又可以减少IL 6和IL 8及相应的mRNA的表达,结论是这三种黄酮类化合物中只有汉黄芩素是通过调节NF κB信号转导通路来减少炎症介质的。而同一年BY Kang等[7]却发现在转染了IL 12基因起动子的巨噬细胞RAW264.7中,黄芩苷元能抑制LPS诱导的NF κB与DNA的结合活性的提高。俞燕等[8]探讨了黄芩苷对大鼠感染性脑水肿活性的影响,结果黄芩苷降低了NF κB与DNA的结合活性并抑制了ⅠκBα的降解。Jia YJ等[9]研究了骨髋基质细胞诱导分化为神经细胞的过程中黄芩苷对NF κB的影响,发现黄芩苷可以抑制P65的核移位。笔者认为可能是同一种中药对不同种类的细胞其影响NF κB信号通路机理不同。雷公藤提取物:肖波等[10]从CD28 NF κB信号转导通路探讨了雷公藤多苷治疗多发性肌炎的分子免疫学机理,认为雷公藤多苷可能通过抑制CD NF κB这一信号转导通路从而抑制免疫反应。林科雄等[11]的实验检测了雷公藤甲素对伴刀豆蛋白(ConA)或佛波脂(PMA)刺激可使T细胞NF κB的DNA结合活性的影响,结果ConA或PMA刺激可使T细胞NF κB的DNA结合活性增强,而雷公藤甲素可降低该NF κB的DNA结合活性。Qiu D等[12]研究了雷公藤内酯的免疫抑制和抗炎机理,发现雷公藤内酯也是通过抑制NF κB的DNA结合活性来抑制淋巴细胞活性以及IL 2的表达。Kim YH等[13]用LPS刺激RAW264.7细胞复制炎症模型,观察了雷公藤内酯对NO、氧化氮合成酶(NOS)基因表达的抑制作用及其分子机理。发现雷公藤内酯可阻滞NF κB的结合活性及C Jun NH(2)端激酶(JNK)的磷酸化。三七总皂苷:三七总苷是传统中药三七的主要成分,能抑制中性粒细胞内NF κB的活化,减少细胞间粘附分子表达及中性粒细胞浸润而起到心肌保护的作用[14];王勇等[15]还观察了不同剂量的三七总皂苷对严重烫伤小氧腹腔巨噬细胞内NF κB活性及肿瘤坏死因子(TNF α)mRNA的影响,结果三七总皂苷在一定的浓度范围内呈剂量依赖性的抑制NF κB活性而降低TNF α mRNA的表达。其它:夹竹桃麻素可以通过抑制NF κB的活性减少被PMA诱导的人单核细胞中COX 2的表达[16];Friedl R,T Iuvone等[17,18]对人参增强人体抵抗力的分子机理进行了研究,发现人参提取物能增强巨噬细胞内NF κB的DNA结合率和NOS的表达,推测人参可能是通过调节NF κB的转录活性来增强人体免疫力的。
3.1.2 具有抗肿瘤活性的中药许多证据表明,细胞的抗凋亡机理与肿瘤的发生、发展密切相关。NF κB通过多种途径影响细胞的凋亡,另外还可上调细胞周期蛋白D1的转录促进细胞增殖,因此寻找抑制NF κB过度活化的药物为治疗肿瘤带来极大的潜能。雷公藤内酯:HJ Park等[19]研究了雷公藤内酯对四种胃癌细胞系(分别是AGS、MKN 45,MKN 28、SGC 7901)的细胞生长、凋亡及NF κB、AP 1的影响以及其抗肿瘤活性与胃癌细胞中P53类型之间的关系,发现雷公藤内酯可抑制含野生型P53的AGS细胞的生长,同时可诱导其调亡,并且能抑制该细胞中NF κB与AP 1的反式激活,而且实验发现雷公藤内酯对P53蛋白为野生型的MKN 45细胞也有抑制生长、诱导凋亡的作用,而对P53蛋白为突变型的MKN 28和SGC 7901细胞无明显影响。认为雷公藤内酯通过抑制细胞分化、诱导凋亡和抑制NF κB与AP 1的转录活性来发挥抗肿瘤、抗炎活性,但这些活性离不开P53蛋白的功能。也有报导雷公藤内酯通过抑制NF κB活性来预防实验性肾性高血压大鼠动脉瘤的形成。姜黄素:姜黄素具有抗炎和抗肿瘤活性。YJ Surh等[20]认为姜黄素的抗肿瘤活性是通过抑制致癌因素活化的NF κB与AP 1两个转录因子实现的。KS Chun等[21]为了说明姜黄素的抗肿瘤机理,用TPA诱导雌性ICR小鼠产生COX 2。他们将姜黄局部涂于小鼠背部30分钟后,再把10 nmol的TPA涂于相同部位作用1~4 h诱导COX 2 mRNA及其蛋白的表达,分析结果为,姜黄素可以抑制TPA诱导ICR小鼠皮肤中COX 2 mRNA及其蛋白的表达,其分子机制为抑制细胞外信号调节激酶(ERK、为NF κB信号通路的上游激酶)及抑制ⅠκBα的降解及随后发生的P65亚单位的核转位。YJ Surh与KS Chum都说明姜黄素的抗肿瘤活性与抑制NF κB信号转导通路密切相关。此外,也有报道[22~25],大蒜素、大黄素、紫杉醇、羽扇豆醇的抗肿瘤活性与NF κB信号转导通路有关。
3.1.3 具有其它药理活性的中药阮秋蓉等[26,27]用LPS诱导人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC),先后探讨了山莨菪碱抗血栓形成及治疗感染性休克的机理,发现山莨菪碱可以阻止LPS所致HUVEC核因子NF κB向核内转移,并能完全阻止LPS致HUVEC核提取物因子 κB DNA结合活性。因此认为其作用机理可能是拮抗核因子 κB信号转导通路。由于ROS在动脉粥样硬化形成初期的重要作用,有学者猜测一些具有抗氧化活性的中药是否可以预防动脉粥样硬化形成,他们对此进行了体外研究。Chen YH,Chen JW等[28,29]先后发现抗氧化剂厚朴酚和银杏提取物于体外可通过调节NF κB和AP 1信号通路抑制TNF α诱导的主动脉内皮细胞中血管细胞粘附分子 1(VCAM 1)、ROS的表达,说明了厚朴酚和银杏叶提取物抗动脉粥样硬化的潜在药用价值。
4 结语
许多中药具有疗效好、副作用小的独特优势,目前正被国内外广泛接受,但是其分子机理长期以来并不清楚。中药调节NF κB信号通路的研究从分子水平阐述了一些中药的作用机理,为多种免疫相关性疾病的预防和治疗提供了新思路。可能是由于NF κB信号转导通路的复杂性,目前中药在这一领域的研究多为一种中药对NF κB信号通路某个或某几个关键环节的调节。那么,这些中药的分子机理是否还与其它信号通路或NF κB信号通路的上游激酶有关?除了中药的治疗作用,其副作用是否也与NF κB信号通路的调节有关?随着中药在该领域的研究逐渐深入,诸多问题的解决必将为中药在临床的应用开辟更广阔的天地。
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(广西医科大学药学院,广西 南宁 530021)