基于NF-κB信号通路治疗溃疡性结肠炎的研究进展

Research Progress on the Treatment of Ulcerative Colitis Targeting the NF-κB Signaling Pathway

摘要: 溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是一种发生在结肠、直肠以及黏膜下层的非特异性慢性炎症性肠病。该病易复发，其发生与遗传、肠道微生态失调、免疫反应异常及环境因素等多因素有关。本文综合阐述UC的NF-κB信号通路机制，探讨以此通路为靶点的治疗策略，为UC的精准医疗提供理论依据和新的思路。

Abstract: Ulcerative colitis (UC) is a non-specific chronic inflammatory bowel disease that affects the colon and rectum, primarily involving the mucosa and submucosa. The disease is characterized by a high relapse rate and is associated with multiple factors, including genetic predisposition, gut microbiota dysbiosis, abnormal immune responses, and environmental elements. This article comprehensively elaborates on the role of the NF-κB signaling pathway in UC and discusses therapeutic strategies targeting this pathway, aiming to provide a theoretical foundation and novel insights for precision medicine in UC treatment.

1. 引言

溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis, UC)是一种病因未明的慢性非特异性肠道炎症性疾病，其典型临床表现为血性腹泻、里急后重和腹痛，其病程迁延不愈，且有癌变风险，严重损害患者的生活质量[1]。目前，UC的全球疾病负担正持续加重，其发病率呈显著上升趋势，已成为一个重要的公共卫生问题。该病的溃疡性结肠炎的现代医学治疗主要依赖氨基水杨酸类制剂、皮质类固醇、免疫抑制剂及新型生物制剂等，旨在控制炎症反应，但存在应答率不一、副作用明显及易于复发等局限性[2]。突破这一治疗瓶颈的关键，在于从根本上阐明UC的分子病理机制。在复杂的免疫炎症网络中，核因子κB信号通路因其广泛参与免疫调节、细胞存活与增殖、炎症介质产生等关键生物学过程，而被视为UC发病机制中的“核心节点”，在UC的启动、放大和慢性化过程中扮演着关键角色[3]。NF-κB的持续异常活化是驱动UC肠道慢性炎症和组织损伤的关键。因此，深入理解NF-κB通路的调控机制，并以此为基础开发特异性干预策略，对于UC的治疗具有至关重要的理论与临床意义。

2. NF-κB信号通路

2.1. NF-κB通路概述

核因子κB(NF-κB)是一种关键的转录因子，广泛参与免疫和炎症反应的调控，具有多方面生物学功能。在静息状态下，NF-κB与κB抑制蛋白(IκB)家族成员(如IκBα、IκBβ、IκBε、IκBγ及Bcl-3等)结合，形成复合体并被滞留于细胞质中，此时该复合体处于失活状态，NF-κB无法启动基因转录[4]。当细胞受到促炎细胞因子、细菌或病毒成分、氧化应激、凋亡信号以及多种化学刺激等因素作用时，IκBα蛋白在其锚蛋白重复序列的Ser 32和Ser 36残基处发生磷酸化，促使NF-κB从复合体中解离并转移至细胞核[5]。在核内，NF-κB结合至靶基因启动子区域的特定序列，增强相关基因的转录水平，进而促进参与免疫和炎症反应的蛋白表达，放大相应生物学效应。

2.2. NF-κB信号通路的激活途径

2.2.1. NF-kB信号通路激活的经典途径

经典途径是最常见的激活方式，即在多种细胞表面受体与配体结合的刺激下，激活IκB激酶(IKK)复合物。该复合物能够磷酸化IκB蛋白的重复序列Ser 32和Ser 36残基，导致蛋白酶体快速多泛素化和降解。随后NF-κB从复合体中被释放，在IκB降解后易位到细胞核，并与DNA结合并激活下游基因转录[6]。在这一途径中，NF-κB信号通路存在自反馈回路，即NF-κB激活后优先转录IκBα基因，新合成的IκBα能够抑制NF-κB信号通路的经典途径[7]。经典途径在许多重要的生物学过程中发挥着至关重要的作用，如调节免疫调节和抗凋亡基因表达[8]。

2.2.2. NF-kB信号通路激活的非经典途径

非经典途径又称替代途径，可被TNF受体超家族部分成员激活。在这个途径中，受体与配体的特异性结合，激活NF-κB诱导激酶(NIK)，导致NIK的释放和积累。NIK特异性磷酸化并激活IKKα同源二聚体，使IKKα磷酸化并诱导NF-κB2 (p100)前体的多泛素化和蛋白酶体降解为活性形式p52。新形成的RelB/p52异二聚体随后被转运到细胞核，从而启动靶基因的转录。与经典途径相比，非经典途径的激活需要NIK的合成和积累，而经典途径不需要经过蛋白质合成，因此非经典途径激活NF-κB的速度相较于经典途径要慢得多。非经典NF-κB通路在淋巴组织器官发生和淋巴细胞发育等多种生物学功能中发挥着重要作用[9]。

3. NF-κB信号通路在UC发病中的核心作用

溃疡性结肠炎作为一种慢性、复发性肠道炎症性疾病，其发病机制涉及遗传、环境、免疫及肠道微生态等多因素间的复杂相互作用。其中，核因子κB信号通路被证实是连接这些因素、驱动肠道炎症发生与持续的核心枢纽。

3.1. NF-κB通路的激活与炎症启动

有大量研究证明，在一系列疾病和动物模型中，NF-κB的激活与炎症有着密不可分的联系。NF-κB负责编码许多促炎细胞因子和趋化因子的基因的转录，能够通过调节多种炎症细胞的活性和炎症病变的驻留细胞的生存能力，在炎症性疾病中发挥重要作用[10]。在UC患者中，由于肠道上皮屏障功能受损，肠道内的共生菌、致病菌及其产物(如LPS)极易穿过黏液层，与黏膜固有层免疫细胞(如巨噬细胞、树突状细胞)表面的模式识别受体结合。其中，Toll样受体4识别LPS后，能高效启动经典的NF-κB信号通路[11]。

3.2. 促炎因子风暴与正反馈循环

活化的NF-κB驱动了初始炎症反应的爆发，其关键效应是诱导产生大量肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、IL-6、IL-8等强效促炎细胞因子与趋化因子，形成“炎症风暴”。这些介质一方面招募并激活中性粒细胞、单核/巨噬细胞等炎症细胞向肠组织浸润，直接导致组织损伤、隐窝破坏及临床典型的脓血便症状；另一方面，释放至细胞外的促炎因子(尤其为TNF-α与IL-1β)可进一步以自分泌或旁分泌方式，再度激活周边及自身细胞内的NF-κB通路[12]。由此，形成了一个关键的自我放大正反馈循环，致使炎症信号被不断强化与维持。这一恶性循环的存在，构成了UC即便在初始刺激减弱后，炎症反应仍能自我延续并导致疾病慢性化与反复发作的重要分子基础。

3.3. 实验证据与致病轴线

Li Y等人[13]在DSS诱导的小鼠UC模型中的研究为此提供了直接实验证据。该研究显示，与对照组相比，模型小鼠的结肠组织中磷酸化-IκBα和核内p65蛋白水平显著升高，同时TNF-α、IL-1β等mRNA和蛋白水平也急剧上调。组织学分析进一步揭示了严重的炎症细胞浸润、隐窝结构破坏及广泛的上皮缺损。这一系列变化清晰地勾勒出“NF-κB通路激活→促炎因子释放→组织损伤”的明确致病轴线。

4. 基于NF-κB信号通路的UC治疗

NF-κB信号通路是溃疡性结肠炎(UC)慢性、失控性炎症反应的核心枢纽。在UC患者肠黏膜中，持续活化的NF-κB(主要是p50/p65异源二聚体)驱动了TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、COX-2等大量促炎介质和趋化因子的转录，形成自我放大的炎症环路，并抑制上皮细胞凋亡与修复。因此，干预NF-κB通路的异常激活，从上游遏制炎症风暴，是UC治疗的根本策略之一。现有疗法与前沿研究均围绕该通路的不同环节展开，从间接干预到直接靶向，展现了多样的药理作用层次。

4.1. 传统药物的NF-κB抑制机制

5-氨基水杨酸类制剂(5-ASA)的疗效不仅源于其局部抗氧化和调节前列腺素合成的作用，其对NF-κB通路的抑制是关键机制。早在1999年，Wahl C等人[14]研究磺磺胺嘧啶时，明确指出其活性代谢产物5-ASA是其发挥抑制NF-κB作用的关键成分。该研究在巨噬细胞系中证明，5-ASA能阻止IκBα (NF-κB的抑制蛋白)的降解，从而抑制NF-κB的核转位和DNA结合活性，最终下调了肿瘤坏死因子-α和白介素-1β等炎症因子的产生。这篇论文是最早直接、系统地阐述5-ASA类药物抑制NF-κB通路的研究之一，具有里程碑意义。Egan LJ等人[15]利用人类结肠上皮细胞，发现美沙拉秦(5-ASA)能特异性抑制IL-1β刺激引起的NF-κB亚基RelA/p65的磷酸化(这是其激活的关键步骤)，从而抑制其转录活性。这为5-ASA在肠道靶细胞本身中的作用提供了直接证据。

糖皮质激素(GCs)的作用机制更为复杂多元，而其快速抗炎效应部分归功于对NF-κB的直接抑制。Ray A等人[16]在1994年就发现转录因子NF-κB的p65亚单位与糖皮质激素受体之间的物理联系和功能拮抗作用，这是阐明GR通过直接蛋白–蛋白接触抑制NF-κB活性的开创性研究之一。Auphan N等人[17]揭示了糖皮质激素通过诱导IκBα的合成来抑制NF-κB。被激活的GR进入细胞核后，能直接促进IκBα基因的转录，新合成的IκBα蛋白进入细胞质，结合并捕获NF-κB，使其滞留在细胞质中，从而阻止其激活炎症基因。这是GR抑制NF-κB的“间接”但极为重要的途径。

尽管5-氨基水杨酸类制剂与糖皮质激素均能通过抑制NF-κB通路发挥抗炎作用，为溃疡性结肠炎的治疗提供了关键药理基础，但其临床应用仍存在显著的局限性与挑战。5-ASA作用机制相对单一，主要抑制NF-κB经典途径，难以应对涉及多通路的复杂炎症网络，对中重度患者疗效有限，且存在剂量与局部浓度依赖。而糖皮质激素虽然能强效抑制NF-κB，但作用非选择性，导致感染、代谢紊乱等全身性副作用，且部分患者出现激素抵抗。二者主要干预NF-κB“下游”效应，都未能精准调控导致其持续活化的上游免疫失衡核心。未来方向需聚焦于靶向NF-κB活化的特异性上游节点，或开发协同抑制多通路的新型疗法，以提升疗效与安全性。

4.2. 生物制剂的间接调控与通路阻断

抗TNF-α单克隆抗体(如英夫利西单抗、阿达木单抗、戈利木单抗等)治疗溃疡性结肠炎(UC)的卓越疗效，其根本在于对疾病核心驱动通路——NF-κB信号通路进行了多维度、立体化的精准干预。

NF-κB通路在UC中的核心特征，是形成了“TNF-α产生→NF-κB激活→更多TNF-α产生”的自我放大环路。TNF-α是激活经典NF-κB通路的最强刺激之一，同时又是该通路的核心输出产物。抗TNF-α疗法通过以下机制直接切入并瓦解这一环路。抗TNF-α治疗创造了一个负反馈“断路”，通过结合膜结合型TNF-α (反向信号诱导)和可溶性TNF-α，不仅清除了炎症效应分子，更关键的是打断了这一致病正反馈循环，使炎症级联反应得以从源头衰减[18]。可溶性TNF-α是激活细胞膜上TNF受体(TNFR1/2)，进而触发IKK复合体磷酸化、IκB降解和NF-κB核转位的最强刺激之一。抗TNF-α抗体通过高亲和力结合并中和可溶性TNF-α，直接剥夺了NF-κB通路最关键的上游激活信号，使其激活强度骤降[19]。Van等人[20]从克罗恩病患者肠道炎症部位分离的Lamina Propria T淋巴细胞中发现，只有英夫利西单抗能有效诱导这些活化的、表达膜结合型TNF-α (mTNF-α)的T细胞发生凋亡，而依那西普不能。该研究为“抗TNF-α单抗通过结合mTNF传递促凋亡反向信号”提供了最直接、最相关的临床前证据，常被引用于解释此类药物在炎症性肠病中的深层作用机制。膜结合型TNF-α (mTNF-α)通常作为“配体”出现在活化的免疫细胞表面。抗TNF-α抗体与之结合后，可向表达mTNF-α的细胞(如活化的巨噬细胞、T细胞)传递“反向信号”。该信号可诱导细胞功能改变(如抑制细胞因子分泌)或直接通过caspase-8等途径启动凋亡程序。这相当于从“生产端”直接关闭或摧毁了TNF-α及下游炎症因子的“工厂”，从根本上减少了NF-κB的持续激活来源。

尽管抗TNF-α单抗通过多维机制有效抑制了UC中的NF-κB核心炎症环路，展现了变革性的疗效，但其临床应用仍面临一系列深刻的局限性与科学挑战，凸显了疾病机制的复杂性远超单一靶点的调控能力。此治疗方法存在原发无应答或继发失效，诱导表达mTNF-α的免疫细胞凋亡可能同时损害具有修复功能的细胞亚群，影响黏膜稳态，并增加感染及淋巴瘤风险。该疗法仅拦截下游炎症效应，未能纠正导致TNF-α异常产生的上游免疫失调(如菌群紊乱、固有免疫异常)，需终身维持治疗且停药复发率高。未来方向需聚焦开发预测性生物标志物以实现精准治疗并探索与作用机制互补药物(如JAK抑制剂、IL-23抑制剂)的联合策略以及研究针对上游驱动因素的根治性疗法。

4.3. 天然产物作为多靶点NF-κB抑制剂的潜力

与靶向单一分子的生物制剂和小分子药物相比，许多天然产物通过其多组分、多靶点的作用特性，能够对NF-κB信号通路进行多层次的协同调控，为溃疡性结肠炎(UC)的辅助或替代治疗提供了颇具前景的策略。

Yuan SN等人[21]研究发现神经酸(NA)抑制了TLR4的表达水平，并激活了NF-κB诱导的编码自抑制性抑制因子IκBα的基因转录。新合成的IκBα显著进入细胞核，使NF-κB二聚体从DNA上解离，后被释放出细胞核。NA通过抑制体内NF-κB通路的活化，从而对抗DSS诱导的结肠炎。此外，神经酸治疗减少了脂多糖(LPS)体外刺激的巨噬细胞中NF-κB-p65的核转位。这些结果明确表明，NF-κB在NA的抗炎作用和对溃疡性结肠炎(UC)的保护效应中发挥了重要作用。

姜黄素是目前研究最广泛的天然NF-κB抑制剂之一，其作用机制具有多效性。Gupta SC等人[22]系统总结了姜黄素的“多靶点”特性，其中NF-κB通路抑制是其核心抗炎机制。Shishodia S等人[23]研究发现姜黄素能抑制IKK(IκB激酶)的活性，从而阻止IκBα的磷酸化和降解，这是其阻断NF-κB核转位的经典机制之一，被后续研究广泛验证。He Y等人[24]详细阐释了姜黄素抗炎的“多靶点”特性，明确指出了其通过激活Keap1-Nrf2抗氧化通路，上调抗氧化酶的表达，从而清除活性氧(ROS)，间接抑制由氧化应激触发的NF-κB活化，构成了其抗炎网络的重要一环。多项随机对照试验(RCTs)数据表明[25]，姜黄素作为辅助治疗能显著提高临床缓解率和黏膜愈合率，验证了其NF-κB抑制机制与临床终点的关联性。这为姜黄素在UC治疗中的临床价值提供了最高级别的循证医学证据。

此外，白芍总苷、没食子酸、黄芪、槲皮素等，均在临床前模型中通过靶向NF-κB通路的不同节点，显示出抗结肠炎活性[26]。

尽管天然产物通过多靶点协同调控NF-κB通路展现出治疗UC的独特前景，但其临床转化与应用仍面临若干关键局限与挑战。多数天然产物为多组分混合物，其活性成分、具体分子靶点及相互作用网络尚未完全阐明。许多天然NF-κB抑制剂(如姜黄素、神经酸)存在口服吸收差、代谢迅速、组织分布有限等问题。多数天然产物的临床研究仍处于小样本、单中心阶段，缺乏多中心、大样本的长期疗效与安全性数据。天然产物的多靶点特性可能干扰常规药物(如免疫抑制剂、生物制剂)的代谢或药效。未来需要运用系统生物学与网络药理学方法，阐明天然产物“多组分–多靶点–多通路”的作用全景，同时开发基于肠道靶向递送的新型制剂，以提升局部疗效并减少全身暴露，并建立其与常规药物联用的安全性数据库。

4.4. 新型小分子抑制剂精准靶向

在UC患者的炎症肠道组织中，NF-κB通路被持续激活。促炎信号(如TNF-α、IL-1β、LPS等)通过IKK复合物(尤其是IKKβ亚基)磷酸化并降解IκB蛋白，导致NF-κB二聚体(如p50/p65)入核，启动大量促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-1β等)、趋化因子及粘附分子的转录。这种炎症级联反应的放大与持续，直接导致了肠道上皮屏障损伤、免疫细胞浸润和组织破坏。因此，抑制NF-κB过度激活是中断UC炎症循环的逻辑靶点。为了追求更高的抑制效力和选择性，针对NF-κB通路关键节点的合成小分子抑制剂是药物化学的研究热点。

IKKβ特异性抑制剂(如TPCA-1，IMD-0354，IKK-16)在体外和动物模型中表现出强大的抗炎效果。 Podolin PL等人[27]使用了LPS刺激的人外周血单核细胞作为关键的体外炎症模型研究发现，TPCA-1在该模型中能浓度依赖性地(即剂量依赖性地)显著抑制多种促炎细胞因子如 IL-6和TNF-α的产生，通过检测IκBα的降解和p65 NF-κB的核转位等实验，证实了TPCA-1的作用机制正是通过抑制IKKβ的激酶活性，从而阻断NF-κB信号通路的活化。Tanaka A等人[28]通过研究首次鉴定并命名了IMD-0354，通过激酶活性实验等，证明它是一种能特异性抑制IKKβ (而非IKKα)的小分子化合物。文章明确证实，IMD-0354通过抑制IKKβ活性，阻止IκBα的磷酸化和降解，从而阻断NF-κB的核转位和转录活性。Waelchli R等人[29]通过定量PCR等方法证实，IKK-16治疗能显著抑制结肠组织中多种促炎细胞因子(如TNF-α，IL-1β等)的mRNA表达水平，从而阐明了作用机制。IKK-16对IKK/NF-κB信号通路的有效抑制，通过在动物组织中检测NF-κB下游靶基因的表达或通路激活状态来提供证据。

全身性应用强效IKK抑制剂面临着根本性的转化障碍。NF-κB是细胞存活、增殖和固有免疫防御的核心调节因子。全身性强力抑制IKK/NF-κB信号，在动物实验中已观察到导致免疫抑制、肝毒性、肠道上皮损伤加剧甚至增加肿瘤发生风险的严重副作用，这极大地限制了其系统性临床应用前景。

靶向NF-κB信号通路的小分子抑制剂，特别是IKKβ抑制剂，在临床前研究中已证实其强大的抗炎潜力，为UC治疗提供了新的作用机制。然而，由于NF-κB通路在维持机体稳态中的核心地位，全身性强效抑制所带来的安全性问题构成了其临床转化的主要瓶颈。未来的成功很可能取决于精准靶向技术(局部递送)和更智能的药物设计(选择性变构调节) 的结合，以期在有效控制肠道炎症与维持全身生理功能之间取得关键平衡。

5. NF-κB通路与其他重要炎症通路的相互作用

在溃疡性结肠炎的病理进程中，NF-κB通路并非孤立进行，而是与JAK/STAT、MAPK等重要炎症信号网络共同驱动肠道免疫失衡与组织损伤。

Grivennikov SI等人[30]早在2010年发现NF-κB与JAK/STAT通路在癌症和慢性炎症中构成一个“正反馈循环”，即NF-κB诱导的细胞因子(如IL-6)激活JAK/STAT3通路，而活化的STAT3又反过来增强NF-κB的活性，形成一个自我放大的信号环路。这一机制在溃疡性结肠炎的病理环境下得到了进一步验证和延伸。多项研究显示[31] [32]活化的STAT3与NF-κB p65亚基存在显著的核内共定位及蛋白质相互作用，且两者在基因启动子区的协同结合，共同驱动了如CXCL1、CXCL8等趋化因子及基质金属蛋白酶(MMP-9)的高表达，从而放大了中性粒细胞浸润与组织破坏效应。Arthur JS等人[33]系统阐述p38 MAPK作为固有免疫信号枢纽，整合上游信号并调控NF-κB、AP-1等多条下游通路。MAPK通路(特别是p38 MAPK)作为上游调节器，既能磷酸化IKK复合体促进NF-κB活化，也能调节STAT3的转录活性，从而将两条核心通路整合到一个更广泛的炎症信号网络中。这种多层次、多细胞类型的信号串扰，不仅解释了溃疡性结肠炎炎症的自我维持特性，也为理解为何单一通路抑制剂在部分患者中疗效有限提供了分子基础。

基于上述NF-κB、JAK/STAT及MAPK通路之间形成的紧密信号网络与正反馈循环，单一通路抑制在临床治疗中常面临疗效不足或耐药问题。因此，联合靶向多条关键炎症通路，从理论层面具备产生协同增效作用的显著潜力。

6. 展望

NF-κB信号通路作为溃疡性结肠炎(UC)的核心治疗靶点，未来的治疗策略将不再局限于广泛抑制，而是朝着精准化、局部化和个体化方向发展。具体而言，精准化治疗将依赖于对NF-κB通路异质性的深刻理解，未来可开发细胞类型特异性NF-κB调节剂，例如设计仅靶向巨噬细胞中MyD88依赖性NF-κB信号的小分子药物，或开发能够选择性沉默肠上皮细胞中过度活化NF-κB的siRNA递送系统。同时，识别并验证反映通路激活程度与模式的生物标志物(如磷酸化p65的组织水平、特定NF-κB依赖基因的表达谱)，实现更具针对性的治疗。局部化治疗的关键在于实现药物的结肠特异性富集，即开发基于pH/时间/酶解机制的口服结肠靶向递送系统，也可利用响应炎症微环境的智能纳米材料，实现病灶按需释药。同时，优化直肠给药系统，提升远端结肠炎的治疗便捷性与疗效。个体化治疗的核心是构建“患者–通路–药物”精准匹配体系。通过对患者进行NF-κB通路分型(经典/非经典途径、上游驱动信号)，结合多组学数据建立预测模型，指导靶向药物选择。对难治性患者，应根据通路代偿特征，设计NF-κB抑制剂与其他通路抑制剂(如JAK抑制剂)的联合治疗方案。这不仅有望显著提升疗效与安全性，更可能使部分患者获得深度缓解甚至停药后长期无复发的治疗目标。这一转型的实现，亟需基础研究、药物研发与临床实践三者更紧密的交叉与融合。

基金项目

济宁医学院2024年大学生创新创业训练计划项目(cx2024217z)。

NOTES

^*通讯作者。