p38 MAPK通路在造血系統(tǒng)調(diào)節(jié)中的作用

李德冠，樊飛躍，孟愛民

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所、天津市核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300192)

絲裂原活化激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)是哺乳細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是細(xì)胞重要的應(yīng)激通路，在細(xì)胞生長、發(fā)育、分化、凋亡等許多生理過程中占據(jù)重要地位。目前為止，在人體中共發(fā)現(xiàn)至少11種亞型，并根據(jù)序列一致性分為6個(gè)亞族:(a)細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶(extracellular-regulatedkinase，ERK)，包括ERK 1、ERK2;(b)c-Jun N端蛋白激酶(JNK)，包括JNK1、JNK2、JNK3;(c)p38 MAPKs，包括 p38α、p38β、p38γ、p38δ; (d)ERK5;(e)ERK3;(f)ERK7［1－3］。在生物進(jìn)化過程中，MAPK信號(hào)傳導(dǎo)的三級(jí)激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)高度保守，三級(jí)成員按激活順序依次為MAPK激酶激酶(MAPKKK)、MAPK激酶(MAPKK)及MAPK。但MAPK在不同的動(dòng)物、細(xì)胞中，表達(dá)各不相同。同一類細(xì)胞，接受不同刺激時(shí)也會(huì)激活不同的下游底物。p38 MAPK通路在造血系統(tǒng)受到外界刺激或者各種造血或者生長因子刺激下會(huì)激活，并在造血系統(tǒng)發(fā)育過程中占據(jù)重要地位［4－5］。近年研究發(fā)現(xiàn)p38 MAPK在造血干/祖細(xì)胞中同樣起一定作用，抑制該通路的激活對(duì)造血系統(tǒng)疾病如多發(fā)性骨髓瘤等有治療作用。p38 MAPK通路在造血系統(tǒng)中的作用過程如下:

1 p38 MAPK通路

p38 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)的重要信號(hào)系統(tǒng)。Weinstein等［6］研究脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)刺激巨噬細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)一種分子質(zhì)量約為38 ku的蛋白快速發(fā)生酪氨酸磷酸化。Han等［7］經(jīng)過努力，于1994年分離和克隆出該蛋白，并命名為p38 MAPK。目前為止，共發(fā)現(xiàn)4種亞型，p38α、p38β、p38γ和p38δ。其中p38α和p38β普遍存在于多種生物，包括酵母和哺乳動(dòng)物細(xì)胞，而p38γ主要存在于肌肉組織，p38δ則主要在腎和肺中表達(dá)。序列比對(duì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)4種p38 4種亞型僅有大約60%的序列一致，說明具有不同功能。在造血系統(tǒng)中，p38 MAPK通路除了在紅細(xì)胞生成調(diào)節(jié)中起重要作用外，還參與了粒細(xì)胞形成過程中髓系祖細(xì)胞的分化與擴(kuò)增的調(diào)節(jié)。

1.1 p38 MAPK通路的激活 p38 MAPK通路是一種應(yīng)激反應(yīng)通路，它可被不同的外部與細(xì)胞內(nèi)刺激所激活，這些刺激包括滲透壓、熱休克、各種毒素、UV、輻射、活性氧、細(xì)胞因子、端粒缺失、DNA損傷等［8－9］。p38 MAPK的激活與級(jí)聯(lián)反應(yīng)p38 MAPK的激酶反應(yīng)信息傳遞為:細(xì)胞受到刺激后，通過某種中間環(huán)節(jié)使MAPKKK活化，其轉(zhuǎn)而激活MAPKK，后者通過雙位點(diǎn)磷酸化調(diào)控p38 MAPK的活性。

如同其它絲裂原活化激酶，p38 MAPK通路可被MAPK激酶類所激活，其中最主要的兩種為MKK3和MKK6。此外MKK4在一些細(xì)胞中對(duì)p38的激活也有一些輔助作用。p38 MAPK可被細(xì)胞外多種刺激激活，主要原因在于其上游MKK3可被多種刺激激活。研究發(fā)現(xiàn)，TAK1、ASK1/MAPKKK5、DLK/MUK/ZPK和MEKK4等均能激活MKK3。此外，Rho家族的Rac1和Cdc42等也能激活p38 MAPK上游通路。

1.2 p38 MAPK通路的底物 p38 MAPK通路激活后，其下游靶點(diǎn)也分布廣泛，有轉(zhuǎn)錄因子如p53、ATF1/2/6、MEF2A/ C、SAP1、STAT1、Gadd153、Max等，還有蛋白激酶 MSK1、MSK2、MNK1、MNK2、MK2、MK3和 MK5等［10－12］。p38 MAPK通路對(duì)其下游的激活，會(huì)引發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生炎癥或免疫反應(yīng)，或者導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯、衰老、凋亡等。近年，Reinhardt等［13］發(fā)現(xiàn)除經(jīng)典的ATM/Chk2及ATR/Chk1通路外，p38 MAPK/MK2復(fù)合體也是ATM/ATR下游因子，并與Chk1、Chk2平行作用于檢驗(yàn)點(diǎn)。

2 p38 MAPK通路在造血系統(tǒng)中的作用

在造血系統(tǒng)中，p38 MAPK通路在多個(gè)發(fā)育過程中占據(jù)重要地位。Mudgett和Tamura發(fā)現(xiàn)p38α(-/-)缺陷型小鼠會(huì)在胚胎期E10.5－E12.5間死亡［14－15］。在造血細(xì)胞中，p38 MAPK通路可被各類細(xì)胞因子如造血因子EPO，骨髓抑制因子IFN-α、IFN-β、TGF-β和TNF-α等激活［4］。通過對(duì)紅細(xì)胞分化過程中p38 4種亞型的mRNA表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)p38α和p38γ mRNA在造血祖細(xì)胞早期及紅細(xì)胞晚期均表達(dá)，而p38δ mRNA僅在紅細(xì)胞分化后期有表達(dá)。與之相反的是p38β在造血祖細(xì)胞早期很少表達(dá)，在紅細(xì)胞晚期不表達(dá)［16－17］。這說明p38 MAPK通路參與紅細(xì)胞生成調(diào)節(jié)。抑制p38 MAPK通路能加強(qiáng)中性白細(xì)胞發(fā)育，但持續(xù)性激活p38 MAPK通路會(huì)徹底抑制中性白細(xì)胞分化。這說明p38 MAPK通路還參與了髓系祖細(xì)胞分化與擴(kuò)增的調(diào)節(jié)［4］。

近年來隨著研究的深入，逐步發(fā)現(xiàn)p38 MAPK在造血干/祖細(xì)胞衰老和凋亡中具有重要作用。2003年，Hideshima等［18］研究發(fā)現(xiàn)抑制p38 MAPK通路可能治療多發(fā)性骨髓瘤。同年，Meng等［19］首次發(fā)現(xiàn)輻射和馬利蘭都會(huì)誘導(dǎo)小鼠HSC發(fā)生衰老，進(jìn)一步研究表明輻射可能依賴于p53-p21途徑，而馬利蘭則可能繞過該途徑誘導(dǎo)HSC衰老。2006年，Ito等［20］利用Atm缺陷小鼠發(fā)現(xiàn)小鼠HSC功能下降是由于HSC中活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平升高。深入研究發(fā)現(xiàn)積聚的活性氧會(huì)導(dǎo)致造血干細(xì)胞過度增殖分化最終衰竭，其中p38 MAPK通路被激活。

Probin等［21］則發(fā)現(xiàn)馬利蘭誘導(dǎo)細(xì)胞衰老同樣依賴于活性氧激活p38 MAPK通路。隨后進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在活性氧誘導(dǎo)衰老的造血干細(xì)胞中，p38、p16、p19表達(dá)升高。對(duì)造血干細(xì)胞加入 BSO(Buthionine sulfoximine)、NAC(N-acetyl-L-cysteine)或者p38 MAPK抑制劑(SB203580)均能降低ROS誘導(dǎo)的p16和p19表達(dá)，并且使造血干細(xì)胞功能有所恢復(fù)。而Jang等［22］通過研究發(fā)現(xiàn)ROS較低的造血干細(xì)胞功能較強(qiáng)，并且p16基本未表達(dá)，p38表達(dá)較低。Efstratios等［23］則研究了p38 MAPK通路在骨髓異常增生綜合癥(myelodysplastic syndrome，MDS)細(xì)胞因子介導(dǎo)引起造血抑制中的作用，提示p38 MAPK通路可作為治療靶點(diǎn)。而有研究發(fā)現(xiàn)［24］抑制p38 MAPK通路過度激活可恢復(fù)MDS疾病中造血祖細(xì)胞的造血功能并能改變骨髓細(xì)胞微環(huán)境。這都充分說明p38 MAPK通路在造血干/祖細(xì)胞衰老和凋亡中占據(jù)重要地位。

3 結(jié)語

總之，p38 MAPK通路在造血系統(tǒng)中的作用已經(jīng)進(jìn)行了廣泛研究，其在造血系統(tǒng)的發(fā)育過程中占據(jù)重要地位已獲得確認(rèn)［25］。但p38 MAPK通路在造血系統(tǒng)面對(duì)各種刺激因素后，尤其是在衰老過程中的具體調(diào)節(jié)機(jī)制仍未明確，p38 MAPK的特定作用底物有待進(jìn)一步確認(rèn)［26］。通過對(duì) p38 MAPK通路在HSC分化、增殖，存活及衰老過程中的作用機(jī)制的研究，可能對(duì)臨床造血干細(xì)胞的應(yīng)用以及造血系統(tǒng)疾病發(fā)病機(jī)制研究提供新的思路。

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