NF-KB在肿瘤放疗中的分子机制

        关键词：放射疗法；NF-KB;免疫系统；基因转录；DNA损伤； 
        血管生成因子 一直以来放疗被临床上广泛地应用于治疗各种类型的良 性和恶性肿瘤，50%以上被诊断为肿瘤的患者都接受放射治 疗，具有非侵袭性和避免了引起强烈的全身毒性的特点。研究 发现放疗可以引起机体信号通路的应答，终干扰基因转录，从而杀伤肿瘤细胞，抑镧肿瘤生长，达到治疗的效果。新的研究指出NF-KB是肿瘤细胞内调节炎症反应、致癌作用和抗 放射的关键分子。生理情况下，NF-KB介导的信号通路能够激活抗凋亡基因和下调促凋亡因子的表达，从而诱导肿瘤细胞的生长。随着研究的深入，发现放疗能够诱导NF-KB的激活，但 是活化的NF-KB对肿瘤患者具有双重作用，一方面通过诱导DNA双链损伤，产生细胞因子等抑制肿瘤的生长，保护正常细 胞免受放疗损伤；另一方面，也能够通过产生抗凋亡因子、血管 生成因子等促进细胞存活，形成致癌作用，导致肿瘤生长Ⅲ。 
        由此可知，NF-KB在肿瘤患者放疗的疗效中是一把双刃剑，关于它的分子机制近年也做了详细的砑究，本文将对其作一综述。 
        1 NF-KB分子NF-KB是一组在不同的生理过程中调节基因表达的蛋白 二聚体家族。哺乳动物的NK-KB家族包括5种相关蛋白质， 分别是：p65( ReIA)、ReIB、c-Rel、p50/p105( NF-KBI)和p52(NF_KB2)，其氨基酸都有一个REL同源性的结构域(REL ho-mology domain，RHD)乜]。NF-KB过表达于肿瘤细胞中，主要原因在于即将死亡细胞产生的危险信号能够诱导它的表达上调。其活性受到多种因素的调节，比如微生物和其他的促炎性 细胞因子可以激活NF-KB，终通过合成细胞因子、抗微生物 肽从而引起局部的炎症反应正向调节宿主的免疫应答；此外， DNA的损伤、肿瘤坏死因子(TNF)受体I(TNF Rl)也能诱导NF-KB的激活；另一方面，近的研究指出IL-4能够抑制NF-KB信号通路的激活‘胡。在机体中，NF_KB介导的信号通路对T细胞、B细胞和抗原提呈细胞(APC)发育和功能的维持具 有关键的调节作用，进而调节免疫事件，比如细胞因子的转录、微生物的吞噬、细胞的分化以及细胞的增殖等。 
        2 NF-KB信号通路NF_KB介导的信号通路足一个抗凋亡的信号通路，经典的NF_KB信号通路如下：未激活的NF-KB以二聚体的形式存在 于细胞质中，与KB抑制分子(inhibitors of KB，IKBs)结合，掩盖 了NF-KB中的核定位序列(nuclear localization sequence， NLS)，阻止NF-KB向核移位。研究发现所有的激活NF-KB的 信号通路都通过活化IKB激酶复合物(IKB kinase complex， IKK)完成生理功能。IKK包括IKKa、IKKb和IKK y/NEMO三个亚基，其中IKKb是催化亚基。磷酸化的IKKb激活 IKK，活化的IKK磷酸化IKB，启动IKB的多位点泛素化，随 后诱导蛋白酶体对其快速的降解，因此暴露了NLS的p65、 p50[1]，诱导NF-KB转移入细胞核中，调节多于200个目标基因的转录叩3，包括激活抗凋亡基因和下调促凋亡因子的表达，例如PTEN，终抑制肿瘤细胞的凋亡、诱导肿瘤细胞的分化、 增生、侵袭、代谢、耐药性、抗放射性和炎症反应。 
        3 NF_KB在肿瘤放疗中对肿瘤的生长具有促进和抑制作用 初的研究指出肿瘤放疗能够激活NF-KB信号通路，进而调节多种凋亡基因和抗凋亡基因的表迭，产生复杂的生理作 用。深入的研究指出肿瘤细胞和肿瘤间质细胞中DNA的损伤可能通过NF- KB信号通路促进肿瘤的存活，进一步地， 等胡认为肿瘤间质细胞如成纤维细胞中NF-KB的激活，可 以活化WNT 16B促进肿瘤细胞的存活和抵制化学放疗造成的肿瘤杀伤作用；此外，他们指出在乳腺肿瘤细胞中NF-KB的 激活，可以上调促炎性细胞因子IL-6的表达，进而促进肿瘤的生长；相反地，提到NF-KB信号通路的激活能够阻碍 肿瘤的生长，从而达到治疗肿瘤的目的；Bentires-Alj等的 报道指出抑制NF-KB的活性，可以通过下调MDR1基因的表达，使得直肠癌细胞HCTl5对柔红霉素的耐药性更敏感；Cu-sack等初的研究也显示了应用NF_KB的上游抑制物IkB可以提高杀伤结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌等肿瘤的能力。因此，从上可以得出NF-KB介导的信号通路在肿瘤的放疗中具有双重作用。 
        4 NF-KB在肿瘤放疗中的分子机制 
        4.1 放疗上调TNF表达激活NF-KB促进或者抑制肿瘤生长 TNF是一种具有多项生物学效应的蛋白质，是第1个应用 于肿瘤生物学治疗的细胞因子。激活的巨噬细胞、NK纲 胞、T淋巴细胞和其他类型的免疫细胞能够分泌TNF。至今 为止，研究发现细胞中TNF-R共有3组29种。Huang等口l]指出放疗能够加强Renca肿瘤细胞产生细胞因子TNF，另外 也有学者指出放疗能够诱导TNF基因的转录，上调TNF的表
达。由上可知，放疗能够上调TNF的表达。表达增高的TNF与细胞质中TIM( TRAF-interacting motifs)结合，进而募集 TNF-R相关因子(TNF-R associated factor，TRAF)家族成员， 激活受体交联蛋白(receptor-interacting protein，RIP)，终激活NF-KB信号通路。活化的NF-KB信号通路通过以下几个途 径作用于放疗中的肿瘤细胞：(1)在人类卵巢上皮肿瘤细胞中发现，活化的NF-KB诱导抗凋亡蛋白FLIP的过表达，高表达的FLIP抑制该肿瘤细胞对TNF所诱导的促凋亡信号的敏感 性，终抑制细胞的凋亡；(2)活化的NF-。B诱导一氧化氮合酶( nitric oxide synthase，NOS)的表达。NOS能够调节TNF信号通路，抑制TNF所诱导产生的关键促凋亡因子信号转导事件的发生，加强TNF中介的后期PCD效应。加之，在一些 肿瘤细胞系中，发现抑制NOS，能够阻止TNF中介的PCD作 用。终，激活的NF-KB能够促进肿瘤细胞存活、血管形成、 侵袭和激活抗凋亡的信号通路，同时启动机体的促炎性反应，进而中介放疗引起的早期和晚期对正常组织的损伤。 另一方面，Lemaoult等1提出某些肿瘤细胞通过在表面 表达人白细胞抗原G(human leukocyte antigen G，HLAG)，进而保护肿瘤细胞免受NK细胞和CD8~-T淋巴细胞的细胞毒性作用，逃脱机体的免疫监督[13]，从而促进肿瘤的生长。Zidi等‘“3认为放疗诱导产生的TNF而被激活的NF-。B，依赖非金 属蛋白酶降解的机制，通过蛋白水解、脱落而下调肿瘤表面 HLA_G分子的表达，加强机体自身的免疫作用，终抑制肿瘤 的生长。 
        4.2放疗通过活化Akt激活NFKB信号通路促进肿瘤生长研究发现放疗通过改变GSH：GSSG酌比率，从而引起细胞质中线粒体氧化还原平衡的改变，导致活性氧( reactive oxv-gen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)的 激活，活化的ROS和RNS抑制蛋白酪氨酸磷酸酶( protein
tyrosine phosphatases，PTPase)，进而激活下游的受体酪氨酸 激酶(receptor tyrosine kinases，RTKs)，接着活化下游蛋白Akt，激活的Akt活化NF_KB，随后激活的NF-KB进入细胞核，与DNA启动子的kB位点结合，募集转录辅激活因子和转录辅阻遏物从而调节目的基因的转录。此外，ROS也可以直
接磷酸化NEMO( NF-KB essential modulator)，激活NF_ KB信 号通路，但是后者相对于前者，作用微小。激活的NF-KB调 节基因的转录，包括促进血管的形成、加强肿瘤的侵袭能力等，终导致肿瘤生长。 
       

         4.3放疗通过损伤DNA双链激活NF-KB抑制肿瘤生长 放 疗诱导的DNA双链损伤(DNA double strand breaks，DSBs)， 直接通过压力信号作用于细胞核中的NEMO，促使其被SUMO惨饰，从而防止NEMO的出核转运；同时磷酸化ATM( ataxia-telangiectasia mutated)；活化的ATM磷酸化被SUMO
修饰的NEMO，使得SUMO从NEMO上解离，进而诱导泛素 附着于NEMO;终通过活化的NEMO和ATM相互作用，激活IKK复合物，接着激活如上所述的经典的NF-。B信号通路， 诱导目的基因的转录，从而抑制放疗引起的对正常细胞中DNA的损伤和染色体的重排，激活机体的免疫监督系统，杀伤 肿瘤细胞新生物和诱导恶性细胞凋亡，终抑制肿瘤生长。即使有研究认为放疗诱导的NFB的激活是短暂的，但是活化的NF-KB信号大大衰减了由放疗引起的对正常细胞的杀伤 作用。 5 以NF_KB为靶点提高放疗敏感性的临床药物研究认为应用基因治疗，上调IkB抑制物的表达，能够加强放疗诱导的肿瘤细胞凋亡；此外，临床上也采用合成药物来 抑制NF-KB的活性。例如，一种植物酚姜黄素。Sandu， 等口阳发现在结直肠癌患者中，姜黄素能够灵敏地抑制由放疗引起的NF-KB的激活；Kunnumakkara等[16]也得出类似的结 论。进一步的研究发现姜黄素是通过抑制NF_。B的上游激活 分子，例如押制IKK和Akt的激活，从而负向调节NF-。B信 号通路，抑制NF-KB中介的抗凋亡、细胞增生、血管形成等生 理过程，终杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤的生长，达到临床治疗肿 瘤的效果；此外，也有研究指出姜黄素还能抑制放疗诱导的TNF的产生，虽然TNF可以诱导NF-KB的激活，而近的研 究指出TNF能够通过诱导肿瘤细胞凋亡和激活免疫系统而引起机体非特异性的炎症应答和参与肿瘤特异性的免疫反应。 因此，姜黄素在肿瘤患者放疗的疗效中具有双重作用。另外，还有染料木黄酮，通过改变调节细胞的细胞周期蛋白B等使细胞停留在有丝分裂G。/M期，抑制NF-。B信号通路的激ra17]；欧苷菊，通过下调NF_KB下游抗凋亡蛋白sod2和抗氧 化酶的表达抑制NF-KB信号通路的活化‘1s1；万珂，通过抑制泛 素蛋白酶体系统间接抑制IKK的激活，进而抑制NF-。B信号通路的激活。 6展 望 综上所述，NF-KB在肿瘤患者的放疗中具有双重作用，即 一方面可以通过调节免疫系统、基因表达、细胞因子等促进肿 瘤细胞的生长，例如促进肿瘤局部血管的形成和抑制凋亡信号 通路的激活；另一方面，也可以启动机体的免疫系统杀伤肿瘤 细胞，抑制肿瘤细胞的生长。与此同时．研究者也得出一些新的 进展，例如Hald等‘”3提出在非小细胞肺癌患者手术后放疗中，肿瘤间质细胞CD4或者CD8表达的降低提示患者有一个不好 的预后；Vaid等发现西利马林能够保护皮肤中的DCs细胞免 受放疗所引起的DNA损伤，由此加强DCs细胞的抗原递呈作 用，促进机体对肿瘤的免疫应答；Wang等．提到SCH602539，一个选择性蛋白酶激活受体1的拮抗剂，可以减弱放疗引起的早期肠道黏膜炎等等。目前，以NF-。B为靶点 的药物已经在临床上采用，那么在放疗的同时，如何合理的搭 配各种药物及选择药物、放疗的剂量，进而充分发挥放疗对肿 瘤细胞的杀伤作用，减少放疗对正常组织的杀伤效应，仍然是 目前临床和基础的研究热点。 
        参考文献：
        [l] Deorukhkar A,Krishnan S. Targeting inflammatory path- ways for tumor radiosensitization[Jl. Biochem Pharma- col, 2010 ,80(12) :1904-1914.
        [2] Roshak AK,Callahan JF, Blake SM. Small-molecule inhib-itors of NF-kappaB for the treatment of inflammatory joint disease [Jl. Curr Opin Pharmacol. 2002 , 2 ( 3) : 316-
321.
        [3] Parker JJ, Jones JC, Strober S, et al. Characterization of direct radiation-induced immune function and molecular. signaling changes in an antigen presenting cell line[J].
. Clin Immunol, 2013 , 148(1) : 4455.
        [4] de Azevedo MT, Saad ST.Gilli SC. IL4 and IFNalpha generation of dendritic cells reveals great migratory po-tential and NF-KB and cjun ex[x]pression in IL4DCs[J]. Im-
munol Invest, 2013 , 42 (8) : 711-725.
        [5] Magne N,Toillon RA, Bottero V, et al. NFkappaB modu-lation and ionizing radiation : mechanisms and future direc tions for cancer treatment[Jl. Cancer, 2006 , 231 (2) : 158-
168.
        [6] Scheidereit C. IkappaB kinase complexes : gateways to NF- kappaB activation and transc[x]ription[Jl. Oncogene, 2006 ,25 ( 51) : 66856705.
        [7] Lin Y, Bai L,Chen W, et al. The NFkappaB activation pathways, emerging molecular targets for Cancer preven-
tion and therapy[Jl. Expert ()pin Ther Targets , 2010 , 14(1) : 45-55.
        [8] Sun Y, Campisi J, Higano C, et al. Treatment-induced damage to the tumor microenvironment promotes pros- tate cancer therapy resistance through WNT16B[Jl. Nat
Med, 2012 ,18 ( 9) :1359-1368.
        [9] Bentires-Alj M, Barbu V, Fillet M, et al. NF-kappaB tran- sc[x]ription factor induces drug resistance through MDRI ex pression m cancer cells[Jl. Oncogene, 2003 , 22 (1) : 90-97.
        [10] Cusack JC Jr. Overcoming antiapoptotic responses to pro mote chemosensitivity in me[x]tastatic colorectal cancer to the liver[Jl. Ann Surg Oncol. 2003 , 10 (8) : 852862.
        [11] Huang J, Wang Y, Guo J, et al. Radiation-induced apoptosis along with local and systemic cytokine elaboration is associat ed with DC plus radiotherapymediated renal cell tumor re gressionDl. Clin Immunol, 2007 , 123 (3) : 298-310.
        [12] Lemaoult J, Rouas-Freiss N, Carosella ED. Immuno tolerogenic functions of HLAG: relevance in transplan-tation and oncology [Jl. Autoimmun Rev, 2005, 4 (8) :
503509.
        [13] Michelin S, Gallegos CE, Dubner D, et al. Ionizing radia tion modulates the surface ex[x]pression of human leukocyte antigen-G in a human melanoma cell line[Jl. Hum Immu
n01,2009 ,70(12) :1010-1015.
        [14] Zidi I, Guillard C, Marcou C, et al. Increase in HLA-GI proteolytic shedding by tumor cells :a regulatory pathway controlled by NF-kappaB inducers[J]. Cell Mol Life Sci,
2006,63(22) : 26692681.
        [15] Sandur SK, Deorukhkar A, Pandey MK, et al. Curcumin modulates the radiosensitivity of colorectal cancer cells by suppressing constitutive and inducible NFkappaB activity
.练 述 . doi : 10. 3969/j. issn. 1671-8348. 2014. 26. 050
[Jl. Int J Radiat Oncol Biol Phys , 2009 , 75 (2) : 534542.
        [16] Kunnumakkara AB, Diagaradjane P, Guha S, et al. Curcu-min sensitizes human colorectal cancer xenografts in nude mice to gammaradiation by targeting nuclear factor-kap- paB-regulated gene products[Jl. Clin Cancer Res. 2008,
14 (7) : 2128-2136.
        [17] Raffoul JJ , Wang Y, Kucuk O, et al. Genistein inhibits ra- diation-induced activation of NFkappaB in prostate Canc-er cells promoting apoptosis and G2/M cell cycle arrest
[Jl. BMC Cancer, 2006 , 6 : 107.
        [18] Sun Y, St Clair DK, Fang F, et al. The radiosensitization effect of parthenolide in prostate cancer cells is mediated by nuclear factorkappaB inhibition and enhanced by the
presence of PTEN [Jl.Mol Cancer Ther, 2007, 6 (9) : 2477-2486.
        [19] Hald SM.Bremnes RM, Al-Shibli K, et al. CD4/CD8 co- ex[x]pression shows Independent prognoStic impact in resec- ted non-small cell lung cancer patients treated with adju-
vant radiotherapy [Jl. Lung Cancer, 2013, 80 (2) : 209-215.
        [20] Vaid M, Prasad R, Singh T , et al. Silymarin inhibits ultra- violet radiation-induced immune suppression through DNA repair-dependent activation of dendritic cells and
stimulation of effector T cells[J]. Biochem Pharmacol,
2013 , 85 (8) :1066-1076.
        [21] Wang J, Kulkarni A, Chintala M, et al. Inhibition of prote- ase-activated receptor I ameliorates intestinal radiation mucositis in a preclinical rat modeI[Jl. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2013 , 85 (1) : 208-214.
        (收稿日期：201404-08修回日期：2014-06-13)