Nfkbiz,也称为IκBζ,是IκB家族中的一个成员,编码一种核因子κB(NF-κB)抑制剂蛋白。IκB家族蛋白在调节NF-κB信号通路中起着关键作用,NF-κB信号通路是细胞炎症反应的核心,参与多种生物学过程,包括细胞增殖、分化和凋亡。Nfkbiz的表达受到多种转录因子的调控,包括STAT3、C/EBPβ和STAT1等。
STAT3是一种重要的转录因子,通过结合到Nfkbiz基因启动子区域的特定结合位点,介导Nfkbiz的转录激活。C/EBPβ和STAT1也参与了Nfkbiz基因的转录调控,其中C/EBPβ和STAT1在Nfkbiz转录中起着相反的作用。C/EBPβ的siRNA介导的敲低减弱了IL-17A诱导的Nfkbiz在HaCaT细胞系中的上调。Nfkbiz启动子中存在一个假定的C/EBP结合位点,该位点位于STAT结合位点附近,其删除导致C/EBPβ驱动的启动子激活在瞬时Nfkbiz启动子-荧光素酶检测中消失。STAT结合位点的删除也导致C/EBPβ驱动的启动子激活减少,表明C/EBP和STAT结合位点之间存在协同作用。此外,STAT1的共过表达抑制了C/EBPβ和STAT3驱动的Nfkbiz启动子激活,独立于其酪氨酸701磷酸化。STAT1的siRNA介导的敲低增加了IL-17A处理的HaCaT细胞中IκB-ζ的诱导,以及IκB-ζ靶基因DEFB4A的表达增强。这些结果表明,C/EBPβ和STAT3都是转录因子,它们共同诱导Nfkbiz启动子激活,而STAT1具有抑制作用。因此,这些发现可能是一种精细调节IL-17A-IκB-ζ介导的细胞反应的机制[1]。
在溃疡性结肠炎(UC)患者的炎症上皮中,Nfkbiz基因经历了体细胞突变,这些突变可能导致IL-17信号通路下调。这些突变可能使细胞对IL-17A诱导的促凋亡反应产生抵抗力。一些这些基因突变在实验性结肠炎小鼠中已被证实会加重炎症,提示人类结肠上皮中的体细胞突变可能与炎症过程相关[2,3]。Nfkbiz突变在UC患者的上皮中高度普遍,但在散发性结肠癌和与UC相关的结肠癌中很少见,表明Nfkbiz突变细胞在结直肠癌发生过程中被选择性地消除。这揭示了炎症组织中克隆选择的共同和离散机制,揭示了可能被用于结直肠癌治疗的意外癌症脆弱性[3]。
在败血症动物模型中,Nfkbiz基因和其蛋白质产物IκBζ的调节作用得到了研究。研究表明,在败血症中,Nfkbiz基因被迅速刺激,但其mRNA水平在诱导后几小时内下降至接近基线水平。然而,与持续表达Lcn2不同,IκBζ的表达在CLP模型中保持高水平,但在LPS模型中不是这样,这表明存在一种CLP特异性机制,可以延长IκBζ的半衰期。研究还发现,IκBζ的表达水平与Lcn2的表达水平密切相关,表明IκBζ可能在败血症中发挥重要作用[4]。
Regnase-1(Reg1;Zc3h12a)和Regnase-3(Reg3;Zc3h12c)是mRNA降解因子,它们在调节造血干细胞和祖细胞(HSPCs)的谱系偏倚中起着重要作用。Reg1和Reg3的缺失导致淋巴发生严重受损和骨髓中髓样分化轻微增加。单细胞RNA测序分析表明,Reg1和Reg3通过控制一组髓样相关基因来调节HSPCs中的谱系方向。Reg1和Reg3介导的编码Nfkbiz的mRNA的控制对于在HSPCs中平衡淋巴/髓样谱系输出至关重要。此外,单细胞转座酶可及染色质测序分析显示,Reg1和Reg3通过Nfkbiz控制早期HSPCs中髓样相关基因位点的表观遗传景观。一致地,旨在抑制Reg1和Reg3介导的Nfkbiz mRNA降解的反义寡核苷酸使造血干细胞倾向于髓样谱系,通过增强Nfkbiz表达。总的来说,Reg1/Reg3-Nfkbiz轴的转录后控制和染色质重塑的协同作用决定了HSPC谱系偏倚,最终决定了淋巴样与髓样分化的命运[5]。
在银屑病中,Nfkbiz基因的多态性与银屑病的风险增加相关。研究发现,NFKBIZ基因的一个常见内含子10插入缺失多态性与银屑病风险增加相关。此外,在白细胞中发现了NFKBIZ转录本,该转录本缺少外显子10,存在于所有测试样本中。这种新的替代转录本缺少一个预测与NFKB1/p50蛋白相互作用的域。需要进一步的功能研究来定义这种替代转录本对NF-κB通路调节的影响[6]。
在骨关节炎(OA)中,软骨细胞在炎症条件下经历一种代谢转变,由NF-κB激活调节,导致细胞代谢向糖酵解和乳酸脱氢酶A(LDHA)的重编程。炎症和代谢可以相互调节,以调节软骨降解。LDHA结合NADH并促进活性氧(ROS)的产生,通过稳定IκB-ζ(软骨细胞中的关键促炎介质)来诱导分解代谢变化。IκB-ζ在转录和蛋白质降解阶段受到双相调节。这项工作强调了NF-κB活性在OA关节中的作用,以及LDHA的ROS促进作用,并将LDHA确定为OA治疗的潜在治疗靶点[7]。
Nfkbiz基因的变异与早期冠状动脉疾病(CAD)的风险增加相关。研究发现,NFKBIZ基因的rs3217713位点的缺失等位基因在早期CAD患者中的频率显著高于对照组。此外,携带缺失等位基因的患者比例在患者组中也更高,表明NFKBIZ基因变异是早期CAD的独立风险因素[8]。
在肝细胞癌(HCC)中,Nfkbiz表达下调与不良预后和临床分期增加相关。研究发现,Nfkbiz表达与HCC细胞在体外的增殖、侵袭和迁移能力呈负相关。此外,在异种移植和肺转移模型中,Nfkbiz过表达抑制了HCC细胞的生长和转移。Nfkbiz通过调节NF-κB信号通路来介导HCC细胞的生长和迁移。TRIM16可以与NFKBIZ直接相互作用,增强NFKBIZ的泛素化,从而减轻HCC细胞凋亡,导致对索拉非尼的不敏感性。这些结果表明,NFKBIZ通过介导NF-κB信号通路调节HCC的肿瘤发生和转移,TRIM16/NFKBIZ/NF-κB轴可能是HCC中索拉非尼不敏感性的潜在机制[9]。
为了克服核酸药物递送中的组织特异性挑战,研究人员开发了一种基于DNA拉链介导的膜融合策略,构建了一种混合细胞外囊泡载体(HEV),用于组织特异性siRNA递送。作为一种概念验证,该研究成功地将含有抗NFKBIZ siRNA的脂质体与角膜上皮细胞(CEC)衍生的细胞外囊泡融合,形成HEV结构,用于治疗干眼病(DED)。由于细胞外囊泡的归巢特性,siRNA负载的HEV可以靶向其母细胞,并将siRNA有效递送到角膜。随后,NFKBIZ基因沉默显著减少了眼表促炎细胞因子的分泌,重塑了其炎症微环境,并在DED小鼠模型中实现了良好的治疗效果。这种具有靶向能力和设计治疗siRNA的混合细胞外囊泡平台在多种疾病治疗中具有巨大潜力[10]。
综上所述,Nfkbiz基因在多种生物学过程中发挥着重要作用,包括炎症反应、细胞代谢和肿瘤发生。Nfkbiz基因的转录调控受到多种转录因子的控制,包括STAT3、C/EBPβ和STAT1等。Nfkbiz基因的变异与多种疾病的风险增加相关,包括溃疡性结肠炎、银屑病和早期冠状动脉疾病。此外,Nfkbiz基因在骨关节炎和肝细胞癌的发生发展中起着重要作用。对Nfkbiz基因的研究有助于深入理解其生物学功能和疾病发生机制,为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Muromoto, Ryuta, Sato, Ami, Komori, Yuki, Kashiwakura, Jun-Ichi, Matsuda, Tadashi. 2022. Regulation of NFKBIZ gene promoter activity by STAT3, C/EBPβ, and STAT1. In Biochemical and biophysical research communications, 613, 61-66. doi:10.1016/j.bbrc.2022.04.140. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35537286/
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3. Kakiuchi, Nobuyuki, Yoshida, Kenichi, Uchino, Motoi, Seno, Hiroshi, Ogawa, Seishi. 2019. Frequent mutations that converge on the NFKBIZ pathway in ulcerative colitis. In Nature, 577, 260-265. doi:10.1038/s41586-019-1856-1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31853061/
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7. Arra, Manoj, Swarnkar, Gaurav, Ke, Ke, Shen, Jie, Abu-Amer, Yousef. 2020. LDHA-mediated ROS generation in chondrocytes is a potential therapeutic target for osteoarthritis. In Nature communications, 11, 3427. doi:10.1038/s41467-020-17242-0. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32647171/
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