p38MAPK在糖尿病腎臟疾病中的作用研究進(jìn)展

沈霞蔚,鄧德明,孫愛(ài)萍 (長(zhǎng)江大學(xué)醫(yī)學(xué)院,湖北荊州434023)

糖尿病腎臟疾病 (diabetic kidney disease,DKD)是糖尿病最常見(jiàn)的微血管并發(fā)癥之一,在歐美目前是導(dǎo)致終末期腎臟疾病的首要原因。近30年研究顯示,我國(guó)糖尿病患病率呈逐漸上升趨勢(shì),目前患病率高達(dá)10%,由此發(fā)展而來(lái)的DKD發(fā)生比例也將顯著提高。在糖尿病狀態(tài)下,由于糖代謝紊亂、腎臟血流動(dòng)力學(xué)改變和許多細(xì)胞因子的作用,腎臟細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)生改變。其中p38MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活,在一定程度上導(dǎo)致和加速了糖尿病腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展。現(xiàn)將p38MAPK(p38 mitogen-activated protein kinase)家族成員及其信號(hào)通路與糖尿病腎臟疾病關(guān)系方面的文獻(xiàn)綜述如下。

1 p38MAPK家族成員簡(jiǎn)介

Han等[1]首先從小鼠肝臟cDNA中分離出編碼p38MAPK的基因,并克隆出p38MAPK分子,發(fā)現(xiàn)其為由360個(gè)氨基酸構(gòu)成的38KD蛋白,故被稱(chēng)為p38MAPK?，F(xiàn)已克隆出6種p38MAPK異構(gòu)體亞型, 分別為:p38α1MAPK,p38α2MAPK p38β1MAPK,p38β2MAPK,p38γ MAPK 和 p38δ MAPK, 其中α、β亞型分布于各種組織細(xì)胞中,γ亞型分布在骨骼機(jī)中,δ亞型主要分布于腺體中。在各種刺激作用下,如休克、紫外線、滲透壓及各種細(xì)胞因子等,p38MAPK的蘇氨酸及酪氨酸殘基發(fā)生雙磷酸化,被激活后p38MAPK由細(xì)胞漿進(jìn)入細(xì)胞核而發(fā)揮效應(yīng)。張斌等[2]研究發(fā)現(xiàn)p38α,p38β,p38γ和p38δ在未受刺激的單核細(xì)胞中,主要散在分布于胞漿中,而在脂多糖 (lipopoly sac-charide,LPS)刺激后,p38α和p38β則進(jìn)入細(xì)胞核,可能作用于相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)控某些炎癥相關(guān)基因的表達(dá);p38γ則無(wú)移位現(xiàn)象,提示p38γ也有可能作用于胞漿中的其他酶類(lèi),如MAPKAPK2/3和PRA等;而p38δ受LPS刺激后移位于胞膜區(qū)。

2 p38MAPK信號(hào)通路簡(jiǎn)介

MAPK是位于真核細(xì)胞漿信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路終末位置的一組絲/蘇氨酸蛋白質(zhì)激酶,包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶 (extracellular signal-regulated kinase,ERK),c-Jun氨基端激酶 (JNK)和p38MAPK及ERK5/大絲裂原活化蛋白激酶1等幾個(gè)成員。它是細(xì)胞將信號(hào)從細(xì)胞膜傳遞到核的主要通路,被激活后一方面可在胞漿磷酸化激活其他蛋白酶,另一方面可進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性,從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化、基因表達(dá)及程序化死亡。

p38MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一條重要的信號(hào)通路,目前已發(fā)現(xiàn)其與糖尿病腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。它采用高度保守的三級(jí)激酶級(jí)聯(lián)傳遞信號(hào):細(xì)胞受到外刺激后激活MKKK(MAP kinase kinase kinase),使其磷酸化,轉(zhuǎn)而激活 MKK(MAP kinase kinase),然后通過(guò)雙位點(diǎn)磷酸化成為P-p38MAPK(磷酸化的p38)而激活p38MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,參與應(yīng)激條件下細(xì)胞的凋亡、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞轉(zhuǎn)分化及炎癥反應(yīng)過(guò)程[2-3]。

3 P-p38(磷酸化的p38)MAPK在腎臟組織的分布

Sakai等[4]用免疫組化檢測(cè)發(fā)現(xiàn)P-ERK和P-p38MAPK在正常人和糖尿病患者腎臟系膜細(xì)胞內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞和小管上皮細(xì)胞和腎臟間質(zhì)浸潤(rùn)的單核細(xì)胞上均有表達(dá)。在糖尿病患者中,P-p38 MAPK陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)與腎小球受損程度不相關(guān),但是位于腎小管間質(zhì)P-p38 MAPK陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)與腎小管損傷呈正比,提示p38 MAPK的磷酸化水平在人類(lèi)DKD的腎小球和小管間質(zhì)損傷的過(guò)程中發(fā)揮一定作用。

4 p38MAPK與糖尿病腎臟疾病

高血糖是引起DKD的最主要原因。中度高血糖可通過(guò)蛋白激酶C(PKC)δ亞型途徑激活p38MAPK,極高濃度的葡萄糖還可通過(guò)高滲作用而不依賴(lài)于PKC途徑活化p38MAPK[5],該激活作用與p38MAPK總蛋白量的變化無(wú)關(guān),也與滲透壓及PKC的活化無(wú)關(guān),可能是由活性氧簇生成增加所致。短期或者長(zhǎng)期高糖刺激可以使體外培養(yǎng)的系膜細(xì)胞的p38MAPK活化,參與系膜細(xì)胞分泌纖維連接蛋白 (FN),但不會(huì)激活系膜細(xì)胞中JNK,可以被p38MAPK的阻斷劑SB202190阻斷,而一些生長(zhǎng)因子如內(nèi)皮素-1(endothelin-1,ET-1)、血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)和血小板源生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor,PDGF)則能加速p38 MAPK的活化。另有研究指出,用抗氧化劑L-NAC/DDI能抑制高糖時(shí)p38MAPK的激活[6],故高血糖時(shí)p38MAPK活性升高可能并非僅僅有高血糖的直接作用,有可能長(zhǎng)期高血糖產(chǎn)生的間接作用如氧化應(yīng)激也參與了p38MAPK的活化。

p38MAPK及活化后的p38MAPK通過(guò)如下幾個(gè)方面對(duì)糖尿病腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響。

4.1 p38MAPK與TGFβ1及其它細(xì)胞因子

DKD發(fā)病中涉及復(fù)雜的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)的相互作用,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 (TGF-β)是其中的核心因子。其中TGF-β1是一種多功能的細(xì)胞介質(zhì),它除了促使腎臟細(xì)胞肥大及系膜細(xì)胞合成細(xì)胞外基質(zhì) (ECM)增加外,還可抑制基質(zhì)降解酶的合成而減少ECM的降解。故其與腎功能不全,腎系膜基質(zhì)增生和間質(zhì)纖維化密切相關(guān)。p38MAPK與TGF-β1存在明顯的相互作用,TGF-β1通過(guò)增強(qiáng)p38MAPK的活性而發(fā)揮其生物活性;p38MAPK通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β1的轉(zhuǎn)錄與合成而影響著DKD的進(jìn)程。高糖誘導(dǎo)TGF-β基因表達(dá)是通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)相鄰AP-1結(jié)合位點(diǎn)引起蛋白激酶C(PKC)及p38MAPK升高所致[7]。Gruden等證實(shí),牽張刺激可誘導(dǎo)人系膜細(xì)胞通過(guò)PKC依賴(lài)模式激活p38MAPK,后者獨(dú)立地誘導(dǎo)TGF-β和纖維蛋白的表達(dá);系膜細(xì)胞分泌的TGF-β1又可通過(guò)TGF-β1Ι型受體迅速引起p38MAPK的磷酸化以及前膠原Ι的表達(dá)[8]。此外,血小板源性生長(zhǎng)因子 (PDGF)、TNF-α等細(xì)胞因子及一些血管活性物質(zhì)如內(nèi)皮素-1、血管緊張素也參與 p38MAPK的活化[9]。活化后的p38MAPK使調(diào)節(jié)纖維連接蛋白轉(zhuǎn)錄因子CREB(cAMP-response element binding protein)表達(dá)增多,從而導(dǎo)致ECM合成增多及糖尿病患者腎小球的肥大。

4.2 p38MAPK與轉(zhuǎn)錄因子AP-1和CREB

轉(zhuǎn)錄因子如CREB、轉(zhuǎn)錄活化因子1(activating factor-1,ATF-1)、ATF-2和AP-1等的絲氨酸和蘇氨酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化而被活化。其中轉(zhuǎn)錄因子AP-1激活后,不僅可以增強(qiáng)纖維連接蛋白基因的轉(zhuǎn)錄活性,直接誘導(dǎo)FN的產(chǎn)生;而且AP-1的DNA結(jié)合能力升高可增強(qiáng)TGF-β1的基因表達(dá),然后通過(guò)TGF-β1的作用促進(jìn)DKD的發(fā)生。CREB作為真核生物組成型的核轉(zhuǎn)錄因子,與AP-1屬同一家族,其上133位的絲氨酸可被多種蛋白激酶激活,如蛋白激酶A(proteinkinase A,PKA)、鈣調(diào)蛋白、p38 MAPK等。體外實(shí)驗(yàn)證明,腎臟系膜細(xì)胞在高糖環(huán)境下培養(yǎng)3d,激活p38蛋白激酶,使CREB磷酸化,加入血管緊張素Ⅱ后,可以使非PKC依賴(lài)的p38 MAPK活性增強(qiáng),CREB磷酸化增強(qiáng)[10]。p38蛋白激酶一旦被激活,可以活化 CREB等轉(zhuǎn)錄因子,從而調(diào)節(jié)目的基因的表達(dá)[11]。此外,磷酸化的CREB可與結(jié)合在含有CRE位點(diǎn)基因的啟動(dòng)子上cAMP反應(yīng)元件調(diào)控蛋白或激活轉(zhuǎn)錄因子形成異聚體或同聚體,然后調(diào)控這些基因的表達(dá)。FN的啟動(dòng)子在—170bp含有CRE,所以激活后的CREB可以結(jié)合在這個(gè)CRE上,導(dǎo)致FNmRNA表達(dá)增強(qiáng)[12]。以上說(shuō)明,p38MAPK與TGF-β1及轉(zhuǎn)錄因子之間存在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián),共同參與了DKD的發(fā)生和發(fā)展。

4.3 p38MAPK與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白 (GLUTs)

持續(xù)的細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度升高是導(dǎo)致糖尿病腎臟疾病的重要原因,葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白 (GLUTs)是一類(lèi)介導(dǎo)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的重要運(yùn)載體,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有5種,分別為GLUT1,GLUT2,GLUT3,GLUT4和GLUT5。它們?cè)隗w內(nèi)的分布及與葡萄糖分子的親和力存在顯著差異。GLUT1主要在腎臟組織表達(dá),GLUT2是胰島 B細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,當(dāng)血糖濃度升高時(shí),促進(jìn)GLUT2對(duì)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)功能,引起細(xì)胞內(nèi)血糖升高,繼而刺激胰島素釋放。GLUT4在脂肪細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞中表達(dá),可從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜,轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞。胰島素通過(guò)增加GLUT4轉(zhuǎn)位和活性,促進(jìn)葡萄糖分子的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。由此可見(jiàn),GLUT2和GLUT4分子的研究對(duì)于糖尿病的胰島素釋放障礙和胰島素抵抗有重要意義。p38MAPK活化后可通過(guò)調(diào)節(jié)GLUTs的表達(dá)或活性而影響體內(nèi)葡萄糖的代謝。研究發(fā)現(xiàn),2型糖尿病患著的脂肪細(xì)胞中p-p38 MAPK水平升高,而胰島素受體底物l和GLUT4蛋白降低,在胰島素長(zhǎng)期處理的3T3-L1脂肪細(xì)胞中,抑制p38MAPK對(duì)胰島素刺激減少胰島素受體底物1蛋白的作用無(wú)效,但可對(duì)抗胰島素增加GLUT4的作用,提示2型糖尿病患者脂肪細(xì)胞中p38 MAPK活性上調(diào)可能與GLUT4表達(dá)下降有關(guān)[13]。p38 MAPK是MKK6和MKK3下游,激活MKK6、MKK3可增加GLUT1的表達(dá),減少GLUT4的表達(dá),因此p38MAPK通過(guò)降低GLUT4在脂肪細(xì)胞的表達(dá)使葡萄糖在體內(nèi)的利用減少,使體內(nèi)血糖水平進(jìn)一步升高。同時(shí)p38MAPK增加GLUT1在腎臟組織的表達(dá),進(jìn)入腎組織細(xì)胞的葡萄糖量增加,從而促進(jìn)DKD的形成[14]。

4.4 p38 MAPK與 NF-κ B

國(guó)外研究顯示,p38MAPK的激活與轉(zhuǎn)錄因子NF-κ B和AP-1活性增高相關(guān)聯(lián)[15-19];p38MAPK信號(hào)通路的激活能促進(jìn)Iκ Bα雙磷酸化和降解,從而直接激活NF-κ B通路,提示p38MAPK可能通過(guò)激活NF-κ B而誘導(dǎo)DM 時(shí)腎臟的損害。

4.5 p38MAPK與炎癥反應(yīng)

炎癥和纖維化是包括許多慢性進(jìn)展性腎臟疾病的共同特征[20]。糖尿病腎臟疾病雖然主要由代謝紊亂所致,但有研究證實(shí)單核巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥參與了在糖尿病腎臟疾病小管間質(zhì)病變的發(fā)生和進(jìn)展,而且抗炎治療在糖尿病大鼠模型中能有效地減輕腎臟病變[21]。糖尿病狀態(tài)下,活化的單核細(xì)胞通過(guò)分泌細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)及產(chǎn)生自由基造成腎組織結(jié)構(gòu)的破壞,加速小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生[21-22]。p38MAPK可以調(diào)節(jié)IL-6,TNF-α等炎癥介質(zhì)的表達(dá),參與炎癥和纖維化過(guò)程。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)p38MAPK信號(hào)通路參與了AGEs誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞單核細(xì)胞趨化蛋白-1的表達(dá)。

綜上所述,p38MAPK通路是細(xì)胞內(nèi)一條重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,在DKD的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用,其發(fā)揮作用的方式復(fù)雜多樣。它可通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β和GLUTS等多種途徑影響新生血管形成及纖維組織增殖過(guò)程,影響著DKD的進(jìn)程。調(diào)控p38MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的活性有可能成為防治糖尿病腎臟疾病的有效作用靶點(diǎn)。

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