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NF2κB 和神经细胞凋亡
NF2κB 和神经细胞凋亡 日期:2009年05月27日 访问次数:
摘要: NF2κB 是一类参与一系列基因表达调控的关键性核转录因子。NF2κB 在中枢神经系统中对于神经元发
育、塑形、凋亡等方面具有重要作用。
关键词: NF2κB ;  神经细胞;  细胞凋亡
 NF2κB 参与调控基因的转录功能是许多生理活
动的分子基础,其中对编码炎性分子基因的转录是
NF2κB 最主要的功能。NF2κB 在神经系统中广泛表
达,并与神经系统许多生理、病理生理活动密切相关。
1  NF2κB家族组成及其活化和调控
NF2κB/ Rel 家族包括NF2κB1 (p50/ p105) ,NF2κB2
(P52/ P100) ,P65 (RelA) RelB 和C2Rel[1 ] 。这个家族大
部分成员( RelB 例外) 均可形成同源或异源二聚体。
其中最常见的具有活化功能的形式是一个P50 或P52
亚单位与P65 亚单位组合的异源二聚体。NF2κB 羧基
端的主要作用是聚合2 个亚单位,氨基端的作用是与
靶基因κB 位点特异性结合。IκBs 有α,β,γ,ε,δ,Bcl23
及IκRζ七种。IκBζ是目前又发现IκBs 家族一个新成
员,但和其他蛋白没有同族关系[2 ] 。IκB 分子抑制
NF2κB 的功能具有一定的特异性又有部分交叉性。
IKK( IκB kinase) 是使IκB 磷酸化的激酶, IKK 复合物
最少由三个亚单位组成—IKKα( IKK1) 、IKKβ( IKK2)
以及调节亚单位IKKγ。在内毒素刺激的免疫细胞中
鉴定出一种IKK 诱导体IKKi[3 ] 。IKK 是导致NF2κB
活化的多种信号通路中重要汇聚点。在IKK 上游,
NF2κB 诱导激酶NIK,MEKK1 (均是MAPKKK 家族
成员) 和IKK 相关激酶命名NAK[4 ] 。NF2κB 二聚体
与IκB 结合成三聚体以非活性形式存在于细胞质中,
IκB 覆盖NF2κB 的NLS( nuclear localization signals) 使
之失去活性。当受到NF2κB 激活物作用时,经过一系
列激酶激活, IKK磷酸化IκB 的NH2 终末端丝氨酸残
基,暴露出ReL 上的NLS ,NF2κB 从NF2κB2IκB 复合物
中解离出来并从细胞质转位到细胞核,与相应的靶基
因结合而调控其转录。磷酸化后的IκB 由泛素蛋白在
多个位点形成泛素化,最后被26S 蛋白酶小体降解。
IκB 被降解后又迅速地再合成并进入细胞核与
NF2κB 结合,使NF2κB 从其结合的DNAκB 位点上脱
离并重新转位入细胞质。IκB 基因的启动子中含有多
个κB 结合位点,NF2κB 活化后可上调IκB 的基因表
达,使NF2κB 的激活被终止,此为负反馈调节形式。
NF2κB 激活物同时又是NF2κB 调控基因的表达产物
(如TNFα) ,参与了NF2κB 的正反馈调节方式。目前
有证据表明Ro Is ( Reactive oxygen intermediates) 可能
是激活IKK的共同第二信使。
2  NF2κB与神经细胞凋亡
2. 1  NF2κB 的抗凋亡作用  NF2κB 在活体内和不
同的细胞培养模型中均有抗凋亡作用[5 ] 。TNFα等细
胞因子是典型的促凋亡因子,其促凋亡通路为TNFα
与细胞膜上TNFα受体1 ( TNF2R1) 结合,然后再与相
关死亡区蛋白( TRADD) 结合,诱导受体死亡效应区
(DD) 串联, 介导Fas 相关死亡区蛋白( FADD) 激活
Caspase210 ,再激活Caspase23 ,Caspase21 导致凋亡; 但
是TNFα在诱导凋亡的同时活化NF2κB 建立细胞防
御机制, 通过TRADD 直接与TNFR 相关因子
( TRAFs) 相互作用,激活NF2κB 后再激活细胞存活因
子如C2IAPs(Caspase Inhibitor of Apoptosis Proteins) 使
细胞存活。Kim 等[6 ]应用TNFR1 (2/ 2) 型和野生型脊
髓损伤大鼠实验证实,TNFR1 (2/ 2) 型NF2κB 量及活性
均下降,C2IAP2 减少,脊髓创伤后凋亡细胞大量增加,
损害范围加大,功能恢复更差,TNFR2 缺失也出现类似
情况,证实NF2κB 发挥抗凋亡作用是通过转录活化C2
IAP2 抑制内源性Caspase23 活性来实现的。目前已发
现6 个人类IAPs 家族成员:NIAP ,C2IAP1 ,C2IAP2 ,XI2
AP ,Survivin 和Bruce ,并分别定位染色体5q13. 1 ,11q222
23 ,11q22223 ,Xq25 ,17q25 ,其中NIAP 仅在神经元中表
达。
NF2κB 抗凋亡的机制与Bcl22 ,Bcl2x 密切相关。
Tamatani 等[7 ]在神经元低氧/ 氧再灌注(H/ R) 处理中,
应用腺病毒转导的神经元发现Bcl22 ,Bcl2x 蛋白表达
随着H/ R 之后增加,并用转导IκB 来抑制NF2κB 活
性,发现线粒体细胞色素C 加速释放和Caspase 依赖
的神经元死亡增加,表明NF2κB 的活化诱导Bcl22 和
Bcl2x 过度表达,阻止H/ R 后凋亡细胞增多。Crawford
等[8 ]发现, 培养的661W 光感受器细胞,受到光氧化
应激后,NF2κB 活性下降,细胞凋亡增加。用质粒转染
后构建的PSFFV2neo2Bcl22 ,经克隆得到野生型细胞,
其Bcl22 mRNA 和蛋白质均增加,和模拟转染的细胞
相比,光应激后细胞凋亡减少。他们发现Bcl22 过度
表达细胞的核内和细胞质中NF2κB 的蛋白水平和活
性均保持较高活性。表明Bcl22 过度表达细胞能维持
高Bcl22/ Bax 比率,保护细胞核内NF2κB 蛋白水平和
活性平, 对抗光氧化诱导的光感受器细胞凋亡。
Ramtrez 等[9 ]的研究也发现,神经营养因子通过上调
Bcl22 的表达,包括转录和蛋白两个水平,活化NF2κB ,
阻断暴露于HIV21 Tat 神经毒性因子的神经元的凋
亡。Camandola 等[10 ] 在研究PAR24 (prostate apoptosis
response 4) 与Bcl22 和NF2κB 的关系发现,Bcl22 的表
达能明显减少PC12 细胞内PAR24 的过度表达, 而
PAR24 促凋亡作用通过抑制NF2κB 功能得以实现。
NF2κB 抗凋亡作用机制是转录多种抗凋亡蛋白,
包括抗氧化剂Mn2SOD、抑制凋亡蛋白的家族成员和
钙连结蛋白等,中断在线粒体功能异常和产生氧自由
基之前相对早期的级联反应。Camandola[11 ]发现色素
上皮细胞源性因子( PEDF) 在成熟及未成熟神经细胞
中,能够诱导IκBα磷酸化,降低IκBα蛋白水平,转位
P65(RelA) 进入细胞核增强NF2κB 和DNA 连接活性,
通过激活NF2κB , 上调未成熟细胞中Bcl22 ,Bcl2x 和
Mn2SOD 等抗凋亡基因的表达,而在成熟细胞中上调
神经生长因子(NGF) 、脑源性神经营养因子和胶质细
胞源性神经营养因子的RNA 表达,起到抗凋亡作用。
Middleton 等[12 ] 发现, NF2κB 被睫状神经营养因子
(CNTF) 、白血病抑制因子(L IF) 、心肌营养因子21
(CT21) 和白细胞介素26 ( IL26) 等活化后,可促进细胞
因子依赖的感觉神经元发育,促进其存活并减少凋
亡。用IκB 抑制NF2κB 能明显减少在细胞因子存在的
环境中神经元的数量,且在培养细胞因子依赖的P65
(2/ ) 的胚胎神经元时,同样削弱其对细胞因子的反应
及存活能力。这些结果论证了NF2κB 对神经元发育
及抗凋亡的作用。
2. 2  NF2κB 的促凋亡作用  Clemens 等[13 ] 通过研
究短暂全脑缺血模型,发现脑缺血后前脑部分区域
NF2κB 被激活,24 h 达峰值,而72 h 后仅海马CA1 区
神经元NF2κB 持续激活,并出现神经元凋亡,应用抗
氧化剂L Y23167 阻断小鼠海马CA1 区NF2κB 活性
后,缺血24 h 时完全不受抑制,而72 h 后能被抑制,表
明缺血后24 h 时NF2κB 的激活是神经元对缺血损伤
的一种反应,而缺血后72 h 的持续激活可能在海马
CA1 区神经元凋亡中起作用。提示NF2κB 短暂激活
可能诱导了细胞抗凋亡机制,在存活神经元中产生保
护因子;而持续的NF2κB 激活则可能诱导了导致神经
元凋亡的蛋白质。Gill 等[14 ] 发现神经酰胺介导的神
经元凋亡能被Caspase 抑制剂ZVAD fmk 所抑制。神
经酰胺蓄积调节NF2κB 的活性和核转位以及CyclinD1
蛋白表达,使用分子诱导方法抑制NF2κB ,导致细胞生
存能力增加,并伴随Caspase 活性下降和CycD1 表达,
表明神经酰胺NF2κB 上游调控细胞周期和Caspase 活
化。Qin 等[15 ]应用喹啉酸灌输褐鼠纹状内,刺激NM2
DA 受体诱导NF2κB 活化, 发现NF2κB 的活化依赖
Caspase23 相似半胱氨酸蛋白酶降解机制,导致纹状体
内神经细胞凋亡。Domonska2Janik 等[16 ] 在研究沙鼠
海马胶质细胞对缺血反应及NF2κB 在神经元凋亡中
作用和相互关系时,发现在DP 部位缺血后3h NF2κB
活化先于形态学上损伤变化。小神经胶质细胞活性
在损伤24 h 后中等程度增加,星状胶质细胞在缺血3
~4 d 活性增加,在这期间NF2κB 活性持续增加,表明
NF2κB 比小神经胶质细胞优先参与了早期CA1 区神
经细胞凋亡。Schneider 等[17 ]发现,脑缺血小鼠缺血半
球的NF2κB 被激活后,p65 基因敲除小鼠的缺血性脑
损伤明显减轻,首次利用基因技术证明NF2κB 在局灶
性脑缺血中具有促进神经元凋亡的作用。Levites[18 ]
等在帕金森氏病神经细胞凋亡信号转导通路模型中
证实,从绿茶及黑茶中提取的多酚在脑细胞线粒体膜
上具有强大的抗氧化功能(消除氧自由基) ,机制是多
酚能够螯和铁离子,阻断铁离子催化的脂质过氧化反
应,消除氧自由基,抑制62OHDA 激活NF2κB 诱导其
核移位和增强其核结合活性,从而起到抗炎抗氧化而
保护神经细胞免受凋亡。Panet [19 ]等发现用多巴胺0.
1~0. 5mmol/ L 处理PC12 细胞,可增加IκB 的磷酸
化,用免疫斑点法证实暴露于多巴胺2 h 后,NF2κB2
P65 蛋白在细胞浆中消失而在细胞核中出现。NF2κB
抑制因子SN250 可使暴露于多巴胺的细胞免受凋亡,
流式细胞仪试验证实NF2κB2P65 的核易位比没有核
易位的细胞凋亡增多。表明NF2κB 活化在多巴胺诱
导PC12 细胞凋亡中是必需的,并可能是帕金森氏病
人黑质神经元变性的分子基础。Ueno[20 ] 等利用靶向
NF2κB 的圈套脱氧寡核苷酸( decoy ODN) 方法,证实
了NF2κB 的活化可加重大鼠全脑缺血模型的神经元
凋亡。进一步证明NF2κB 具有促进神经细胞凋亡的
作用。
目前认为损伤因子激活NF2κB 后,可诱导神经细
胞产生促凋亡因子如COX22 ,iNOS ,CK, P53 ,C2myc ,
Fas 配体等,经过级连反应,最后激活蛋白酶Caspase
导致神经元凋亡。
3  展望
以上研究表明,活化的NF2κB 在凋亡中具有双重
作用。NF2κB 在神经细胞凋亡的网络中起着枢纽作
用。NF2κB 的不同作用可能与下列因素有关:在不同
时间、部位以及其二聚体的组成不同,调控不同靶基
因DNA 序列而转录不同蛋白质进而影响凋亡的进
程;与NF2κB 同时激活的其他转录因子或由于激活及
代谢状态不同而影响NF2κB 的最终效应;外界刺激强
度不同导致NF2κB 的效应不同。目前存在的问题是
NF2κB 在何种情况下激活抗凋亡基因转录,何种情况
下调控促凋亡基因转录,与被调控的蛋白质翻译量
(剂量2效应) 之间的关系如何,抑制蛋白IκB 的亚类是
否和转录的蛋白种类有关,进而和凋亡进程关系是否
相关;更进一步, IKK 的各种类型与下游通路之间是
否存在点对点关系及其与凋亡的关系如何。这些方
面的研究可为临床药物的开发及神经系统疾病的治
疗开辟新的道路。
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