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IKKε/TBK1信號通路調(diào)控與致癌作用的研究進展

唐人民李俊明鄒秀蘭

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

關(guān)鍵詞〔〕IKKε；TBK1；核因子-κB；干擾素調(diào)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(guān)激酶，他們之間形成異源二聚體，共同參與調(diào)控干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF) 與核因子(NF)-κB的信號級聯(lián)，從而調(diào)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(jīng)典的IKK(IKK α、IKKβ)都具有磷酸化靶點的作用，所以國外學(xué)者多把IKKε和TBK1稱為NF-κB的額外活化激酶，或者叫非經(jīng)典IKKs〔1,2〕。但是，IKKε/TBK1與NF-κB及IRF的相互作用關(guān)系目前仍存在很多爭議和未知。

1IKKε/TBK1結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和一個螺旋-環(huán)-螺旋(HLH)結(jié)構(gòu)及一個C末端的NEMO結(jié)合域(NBD)。

TBK1在大部分的細(xì)胞系中是構(gòu)成型表達，而IKKε則只在特定組織(胰腺、胸腺、脾臟、胎盤)及細(xì)胞系(T細(xì)胞及外周白細(xì)胞)中基礎(chǔ)表達。但是，在其他細(xì)胞(如纖維母細(xì)胞)中，IKKε被細(xì)胞因子腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、干擾素(IFN)-γ和微生物產(chǎn)物(LPS，病毒RNA)及佛波酯(PMA)刺激后快速的上調(diào)，因此IKKε也被稱為可誘導(dǎo)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(guān)。雖然IKKε與TBK1在固有免疫和炎癥中有許多重疊效應(yīng)，但在有些情況下還是有各自特異性的作用。

2IKKε/TBK1活化及調(diào)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(jīng)典IKK復(fù)合物(IKKα/ β)介導(dǎo)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(jié)合，使得相關(guān)銜接蛋白(Mal、MyD88、TRAM、TRIF、MAVS)募集到受體上，最終活化IKKα/ β復(fù)合物，從而活化IKKε/TBK1。另一個是，腫瘤壞死因子受體相關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(jīng)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(jié)合才能發(fā)揮作用。

2.2IKKε/TBK1的下游調(diào)控活化后的IKKε/TBK1可以調(diào)控下游的多種物質(zhì)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(dǎo)它們向核內(nèi)轉(zhuǎn)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(jīng)典的IKKs，導(dǎo)致它們失活。其中，TNF誘導(dǎo)的TBK1和IKKε的激活似乎完全是由經(jīng)典IKKs所介導(dǎo)的，而通過經(jīng)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(diào)節(jié)中的機制

3.1IKKε/TBK1與NF-κB信號通路TBK1/IKKε與經(jīng)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(jīng)典IKK復(fù)合體調(diào)控，包括調(diào)控亞基IKKγ(又稱NEMO)和催化亞基IKKα和IKKβ。在靜息的細(xì)胞中，NF-κB和NF-κB抑制蛋白(IκB)形成復(fù)合體，NF-κB的Rel同源區(qū)(RHD)被IκB占據(jù)，以無活性形式存在于胞漿中。當(dāng)細(xì)胞受細(xì)胞外信號刺激后，IκB激酶(IKK)活化將IκB磷酸化，導(dǎo)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(zhuǎn)運到細(xì)胞核內(nèi)，與許多基因的啟動子結(jié)合，啟動它們的轉(zhuǎn)錄〔5〕。

當(dāng)IKKε/TBK1被炎癥性、細(xì)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(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致IκB的磷酸化?，F(xiàn)在還不清楚，TBK1/IKKε導(dǎo)致的IκB的磷酸化是否足夠直接活化NF-κB。經(jīng)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(yīng)一個位點(即IKKε在Ser36，TBK1在Ser32)將其磷酸化。當(dāng)TBK1/IKKε過表達時，增多的IκBα被降解，而在IKKε和TBK1都缺陷的MEF細(xì)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(xiàn)象相矛盾〔6〕。但在只有IKKε缺陷的情況下，TNF、IL-1、LPS介導(dǎo)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(dǎo)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(zhuǎn)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(diào)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(nèi)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(jīng)典NF-κB信號通路，導(dǎo)致轉(zhuǎn)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(jīng)典IKK復(fù)合物和NF-κB信號〔4〕，這可能是由于細(xì)胞類型和刺激不同導(dǎo)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(xì)胞內(nèi)的TBK1/IKKε二聚體是IRF-3/7的活化劑，它們通過多樣受體介導(dǎo)，并最終調(diào)控固有免疫中介導(dǎo)1型干擾素α和β的產(chǎn)生。IRF3在許多細(xì)胞的細(xì)胞中是組成型表達，而IRF7在刺激后轉(zhuǎn)錄表達會上調(diào)。病毒感染、LPS、polyI:C刺激TLR-3/4，在TRIF結(jié)合域銜接蛋白(TRIF)的介導(dǎo)下調(diào)控IKKε/TBK1的活化〔7〕。IKKε/TBK1隨后與腳手架蛋白結(jié)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(zhuǎn)運至細(xì)胞核，與干擾素刺激的反應(yīng)元件(ISRE)結(jié)合，最后介導(dǎo)1型干擾素的轉(zhuǎn)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(guān)基因(MDA-5)和視黃酸誘導(dǎo)基因(RIG)-Ⅰ介導(dǎo)的。他們可以誘導(dǎo)銜接蛋白IFN-β啟動子刺激物1(IPS1)的構(gòu)象變化〔10〕，經(jīng)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(guān)IRF-3/7活化導(dǎo)致的IFN-α/β基因誘導(dǎo)分為兩個階段，在初始階段IRF3被活化，主要調(diào)控IFN-β的誘導(dǎo)，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(xì)胞中，IRF3的活化沒有改變，但是在TBK1敲除的MEF細(xì)胞中，被TLR3和TLR4觸發(fā)產(chǎn)生IRF3的活性卻減低了〔12〕。而在IKKε和TBK1都敲除了MEF細(xì)胞中，IRF3的活性被完全抑制了〔12〕，從而使得細(xì)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(xì)胞中IRF3的活性得到了恢復(fù)，這說明這兩個激酶的作用部分重疊的。盡管IKKε和TBK1在激活I(lǐng)RF3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(xiàn)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(chǎn)生〔13〕，這說明兩個激酶也可以被不同的方式所調(diào)控。

4IKKε/TBK1在腫瘤形成中的作用機制

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

4.1IKKε與腫瘤的關(guān)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(xì)胞系、腎透明細(xì)胞癌及神經(jīng)膠質(zhì)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(xì)胞核中積聚有關(guān)，而IKKε沉默在一些乳腺癌細(xì)胞系被證實可以降低NF-κB的活性和細(xì)胞增殖〔17〕。當(dāng)細(xì)胞失去與細(xì)胞外基質(zhì)的聯(lián)系或者在被具有遺傳毒性物質(zhì)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(dǎo)致細(xì)胞變異轉(zhuǎn)化。

癌細(xì)胞中IKKε過表達誘導(dǎo)的細(xì)胞存活、細(xì)胞轉(zhuǎn)化和增殖，涉及IKKε介導(dǎo)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(xì)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(zhuǎn)錄激活子1(STAT1)，增加其基因激活潛力。在許多腫瘤及癌細(xì)胞系中，STAT1、STAT3、STAT5都是構(gòu)成性活化的〔21〕，其中STAT3、STAT5是已經(jīng)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(xì)胞產(chǎn)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(jié)腸癌)中過表達的TBK1也參與惡性轉(zhuǎn)化，能夠使直接磷酸化蛋白激酶(AKt)〔22〕。而在Ras介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化中，TBK1作為Ras樣鳥氨酸轉(zhuǎn)化因子(RalGEF)途徑中的RalB的效應(yīng)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(xì)胞的存活〔23〕。同時，也有研究發(fā)現(xiàn)TBK1在原癌基因KRAS突變的細(xì)胞中能夠活化抗凋亡通路，所以猜想TBK1的本質(zhì)作用是維持這類癌細(xì)胞的存活。

5小結(jié)及展望

綜上所述，IKKε和TBK通過參與調(diào)控IRF、NF-κB的信號級聯(lián)，與許多疾病的病理生理學(xué)機制相關(guān)。同時，IKKε和TBK也調(diào)控著腫瘤的生存及增殖，這些研究發(fā)現(xiàn)會幫助我們進一步弄清楚腫瘤形成中先天性免疫效應(yīng)器和信號通路間的復(fù)雜關(guān)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(xì)胞增殖、分化、凋亡以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中的機制已經(jīng)逐漸明朗起來，但仍然有相當(dāng)多的內(nèi)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(yīng)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(dǎo)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(xué)基金資助項目(81270280)

中圖分類號〔〕R34〔

文獻標(biāo)識碼〕A〔

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