齊仁立 黃金秀 龍定彪 黃萍

（重慶市畜牧科學(xué)院　農(nóng)業(yè)部養(yǎng)豬科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　養(yǎng)豬科學(xué)重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，榮昌　402460）

MicroRNA與NF-κB調(diào)控的細(xì)胞凋亡

齊仁立 黃金秀 龍定彪 黃萍

（重慶市畜牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)部養(yǎng)豬科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)豬科學(xué)重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，榮昌402460）

NF-κB是一種非常重要的核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，激活后的NF-κB通過調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)參與細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動(dòng)，特別是炎癥、免疫和凋亡。NF-κB在不同類型的細(xì)胞凋亡中可能發(fā)揮不同的調(diào)控作用。而microRNA這類非編碼的RNA對(duì)于NF-κB的表達(dá)和功能又能夠產(chǎn)生系統(tǒng)性或者特異性的調(diào)節(jié)。綜述分析NF-κB對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用，并探討microRNA在此過程中的作用。

NF-κB；microRNA；細(xì)胞凋亡

1 NF-κB及其作用機(jī)制

早在1986年，Sen和他的同事們通過試驗(yàn)在B淋巴細(xì)胞的核提取物中發(fā)現(xiàn)了一種能與免疫球蛋白κ輕鏈基因特異結(jié)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(xì)胞中，當(dāng)細(xì)胞受到外部刺激（藥物、輻射、缺氧等）或者細(xì)胞因子、病毒感染、脂多糖等刺激時(shí)，NF-κB被激活并與相應(yīng)的病毒、細(xì)胞因子、受體蛋白等所調(diào)節(jié)的基因增強(qiáng)子區(qū)結(jié)合，啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄［2-5］。隨著時(shí)間的推移，研究逐漸證明NF-κB是一種細(xì)胞核內(nèi)極為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，對(duì)于細(xì)胞的增殖和分化、衰老和死亡、黏附和遷移都具有重要的調(diào)節(jié)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(gè)不同的二聚體組合，但p50和p65組成的二聚體最早被發(fā)現(xiàn)，并且其分布和作用也最為廣泛，是通常所說的NF-κB。在細(xì)胞靜息狀態(tài)下，NF-κB以無活性狀態(tài)存在于細(xì)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(gè)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(dāng)細(xì)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(shí)，IκBs的激酶IκK會(huì)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(hào)和P65亞基上的DNA結(jié)合位點(diǎn)，從而使P50/P65二聚體表現(xiàn)出NF-κB活性，并從細(xì)胞漿移位到細(xì)胞核中，然后與靶基因的κB基序結(jié)合，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)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(jīng)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(xì)胞和T細(xì)胞發(fā)育過程中。接收到特定的受體信號(hào)后（例如淋巴毒素B和B細(xì)胞活化因子）在NF-κB誘導(dǎo)激酶（NIK）的作用下，IκKa復(fù)合體被磷酸化進(jìn)而引起p100的磷酸化，經(jīng)蛋白激酶作用誘導(dǎo)產(chǎn)生p52-RelB異源二聚體，并使其進(jìn)入細(xì)胞核參與核轉(zhuǎn)錄活動(dòng)。

圖1 NF-κB典型和非典型激活方式［2］

2 NF-κB對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用

細(xì)胞凋亡是多細(xì)胞生物一種正常的生命現(xiàn)象，在受到外部或者內(nèi)部的刺激以后，細(xì)胞為了維護(hù)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，出現(xiàn)由多種基因控制的細(xì)胞程序性的主動(dòng)死亡。細(xì)胞凋亡對(duì)于維持細(xì)胞正常生長(zhǎng)和代謝穩(wěn)定具有十分重要的意義，而細(xì)胞凋亡的異常與各種腫瘤的產(chǎn)生密切相關(guān)［7］。

活化的NF-κB與細(xì)胞凋亡緊密相關(guān)，但是NF-κB對(duì)于細(xì)胞凋亡產(chǎn)生和發(fā)展的影響還存在很多謎團(tuán)。在不同的細(xì)胞中，不同的誘導(dǎo)刺激下，NF-κB似乎扮演了不同的角色。多數(shù)研究認(rèn)為NF-κB具有凋亡抑制作用［3，8-11］，因?yàn)镹F-κB 對(duì)于許多抗凋亡基因都有特異性調(diào)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(yàn)可以清楚地說明NF-κB抗凋亡作用。體外培養(yǎng)的胚胎成纖維細(xì)胞在剔除RelA時(shí)對(duì)于TNFα引起的凋亡更為敏感，而在個(gè)體試驗(yàn)上，TNFα能夠促使RelA-/-小鼠出現(xiàn)肝細(xì)胞大量的凋亡，并最終導(dǎo)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(bào)道了撤去培養(yǎng)基中的血清會(huì)造成293細(xì)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(xì)胞周期，誘發(fā)多種細(xì)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(dǎo)細(xì)胞走向凋亡，而抑制或者減少NF-κB的活性，則會(huì)阻斷P53引起的凋亡。為了檢測(cè)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(xué)和藥理學(xué)方法阻止HeLa細(xì)胞中的NF-κB被激活，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然細(xì)胞對(duì)于TNFα誘導(dǎo)的凋亡更為敏感，但是卻能夠完全阻止H2O2和pervanadate誘導(dǎo)的凋亡。他們認(rèn)為不同的凋亡誘導(dǎo)物引發(fā)的分子信號(hào)不同，決定了NF-κB在細(xì)胞凋亡產(chǎn)生和發(fā)展中的作用也不相同。

此外，似乎不同的NF-κB激活方式在細(xì)胞凋亡中也有不同的調(diào)控作用。與TNFα類似，F(xiàn)AS能夠激活死亡受體FASL誘發(fā)細(xì)胞凋亡。典型激活的NF-κB能直接與FAS基因啟動(dòng)子結(jié)合，抑制NF-κB的典型激活能夠降低FAS表達(dá)，而抑制非典型形式激活NF-κB則能夠增加FAS的表達(dá)［23］。

這些試驗(yàn)結(jié)果提示，NF-κB在細(xì)胞凋亡中的調(diào)控作用十分復(fù)雜，受到激活方式、存在形式、細(xì)胞種類等多種因素的影響，在不同的細(xì)胞中可能分別或者同時(shí)具有抑制細(xì)胞凋亡和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用。

3 MicroRNA參與NF-KB對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控

MicroRNA是一種廣泛存在于動(dòng)物、植物、細(xì)菌和病毒體內(nèi)的非編碼RNA（non-coding RNA），通過序列互補(bǔ)的方式引導(dǎo)沉默復(fù)合體降解靶mRNA或者抑制翻譯［24-26］。一個(gè)microRNA可以調(diào)控多個(gè)甚至影響數(shù)百個(gè)靶基因，而一個(gè)基因也可能同時(shí)受到多個(gè)microRNA的調(diào)節(jié)［27］。通過對(duì)靶基因的特異性/系統(tǒng)性調(diào)控，microRNA廣泛參與并調(diào)控了細(xì)胞增殖、分化、代謝、衰老和凋亡的各種轉(zhuǎn)錄激活和信號(hào)傳導(dǎo)［28］。反之，一些轉(zhuǎn)錄因子（如NF-κB）的激活和表達(dá)的改變又影響了microRNA的轉(zhuǎn)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(guān)系，并且發(fā)現(xiàn)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(duì)于特定microRNA的調(diào)控機(jī)能也是必不可少的。最早被確認(rèn)參與調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)的是miR-146，它被認(rèn)為是Toll-like 受體介導(dǎo)的NF-κB激活的抑制者。Taganov等［32］研究發(fā)現(xiàn)miR-146是一個(gè)NF-κB依賴型基因，并能夠通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)IL-1受體相關(guān)激酶1和TNFα受體相關(guān)蛋白6的表達(dá)參與到機(jī)體的免疫應(yīng)答反應(yīng)。Paik等［33］的試驗(yàn)結(jié)果顯示，miR-146a在NKTL細(xì)胞系中的過表達(dá)能夠明顯抑制NF-κB的活性，阻滯細(xì)胞分化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。還有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-125家族能夠靶向NF-κB的抑制因子TNFα 誘導(dǎo)蛋白3（TNFAIP3）從而促進(jìn)NF-κB激活［34］。miR-21能夠通過PTEN/AKT通路促進(jìn)MCF-10A細(xì)胞中NF-κB信號(hào)，但是卻抑制了HEK293細(xì)胞中脂多糖LPS介導(dǎo)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(wěn)轉(zhuǎn)報(bào)告細(xì)胞系中miRNA表達(dá)變化，并最終確認(rèn)miR-517a/c可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)源性NF-κB的表達(dá)，并促進(jìn)P65的核移位和IκB的降解。

在已經(jīng)確認(rèn)的參與NF-κB網(wǎng)絡(luò)的microRNA中，有許多都能夠直接參與細(xì)胞凋亡調(diào)控，如miR-21［36，37］、miR-29［38，39］和let-7［40］等。以miR-21為例，在許多實(shí)質(zhì)癌細(xì)胞中miR-21都有異常高表達(dá)，它能夠靶向抑制細(xì)胞死亡因子PDCD4基因，并且影響細(xì)胞凋亡抑制基因BCL2，阻斷凋亡進(jìn)程，促進(jìn)癌細(xì)胞的生成［36］。miR-21還能夠通過降低靶基因PTEN的表達(dá)，進(jìn)而影響AKT的磷酸化并導(dǎo)致NF-κB的激活［36］。反之，miR-21的轉(zhuǎn)錄也受到NF-κB的調(diào)控，P65亞基的缺失會(huì)抑制LPS誘導(dǎo)的miR-21表達(dá)［37］，所以NF-κB的活性對(duì)于miR-21的調(diào)控功能是必不可少的。

圖2 參與NF-κB調(diào)控分子網(wǎng)絡(luò)的microRNA［31］

基于上述研究可以確認(rèn)一些microRNA能夠直接或者間接地參與NF-κB的表達(dá)和激活，或者是受到NF-κB的調(diào)控而影響下游靶基因，對(duì)細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)和發(fā)展起到重要的調(diào)節(jié)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(cè)序技術(shù)的迅速普及，將會(huì)有更多參與NF-κB分子網(wǎng)絡(luò)的microRNA被發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)。

4 展望

細(xì)胞凋亡有助于清除受損細(xì)胞，減少應(yīng)激損傷，維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。憑借其重要的調(diào)控作用和在分子網(wǎng)絡(luò)中的核心地位，NF-κB在細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生和發(fā)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(nèi)的多種疾病診療的靶位點(diǎn)。未來的工作中，我們將更加清楚NF-κB在不同類型的細(xì)胞凋亡中的差異調(diào)控機(jī)制。生物體內(nèi)大量存在的microRNA對(duì)各種生命活動(dòng)發(fā)揮著復(fù)雜而精巧的調(diào)控作用。迄今為止，只有極少數(shù)的microRNA被研究和確認(rèn)參與了NF-κB的激活和調(diào)控。但隨著新一代高通量測(cè)序和基因芯片技術(shù)的快速普及，將會(huì)有更多microRNA被發(fā)掘，有望在較短的時(shí)間內(nèi)了解更多影響和參與NF-κB分子調(diào)節(jié)的microRNA，并逐漸掌握它們之間的“對(duì)話機(jī)制”，一個(gè)完整系統(tǒng)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜將會(huì)逐漸清晰。

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（責(zé)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31470117，31302055），重慶市農(nóng)發(fā)資金項(xiàng)目（13412），重慶市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2011BA1033）

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

黃萍，女，高級(jí)畜牧師，研究方向：豬肉品質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控；E-mail：505254858@qq.com