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    P38絲裂原活化蛋白激酶在肝纖維化中的作用*

    2011-08-15 00:48:31羅傳燦綜述張國梁審校
    實用肝臟病雜志 2011年3期
    關(guān)鍵詞:星狀膠原活化

    羅傳燦 綜述 張國梁 審校

    肝纖維化(hepatic fibrosis,HF)是多種慢性肝病進展至肝硬化的中間過程,其特征為以膠原蛋白為主的細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)沉積于肝臟,而肝星狀細胞(hepatic stellate cell,HSC)是HF時過量ECM的主要來源,各種致HF因素均以HSC作為最終靶細胞,激活的HSC大量增殖,轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞,分泌過多的ECM沉積于肝臟而導(dǎo)致HF的發(fā)生。這一復(fù)雜的病理過程是多條細胞信號傳導(dǎo)通路和一系列細胞信息分子網(wǎng)絡(luò)共同控制的結(jié)果,P38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase,P38 MAPK)信號傳導(dǎo)通路是絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)家族的重要成員,現(xiàn)就有關(guān)研究綜述如下。

    一、P38 MAPK通路在HF模型中的表達

    吳文娟[1]等發(fā)現(xiàn)CCl4誘導(dǎo)的HF大鼠隨著肝纖維化形成程度明顯加重,P38 MAPK在mRNA水平和蛋白水平都表現(xiàn)出增加的趨勢,并且主要表達于肝臟的間質(zhì)細胞,P38 MAPK在HF的形成中持續(xù)上調(diào),與HF程度呈顯著正相關(guān),同時實驗免疫組化及RT-PCR結(jié)果顯示,P-P38 MAPK在正常對照組中未見陽性表達,而P38 MAPK mRNA僅有極少量表達,說明在正常生理狀態(tài)下肝組織中P38 MAPK是以無活性的非磷酸化形成存在。在HF形成中,P38 MAPK被激活,活化的P38 MAPK參與了大鼠HF形成,另外免疫組化顯示P-P38 MAPK主要表達于肝間質(zhì)細胞的胞核中,可見P38 MAPK信號傳導(dǎo)通路主要作用于肝間質(zhì)細胞,推測P38 MAPK信號傳導(dǎo)通路可能通過誘導(dǎo)HSC的活化、增殖促進HF的形成。Reeves等[2]發(fā)現(xiàn),HSC轉(zhuǎn)分化中P38 MAPK作用的直接證據(jù)是其組成型活性在轉(zhuǎn)分化細胞較靜止型細胞為高,其抑制劑抑制了HSC活化。同時有學(xué)者也曾報道慢性肝損傷時P38 MAPK表達也增加,郭建紅等[3]發(fā)現(xiàn)慢性肝損傷組肝組織中P-P38 MAPK與預(yù)處理組相比明顯增強,提示慢性肝損與P38 MAPK的激活有關(guān)。以上研究顯示P38 MAPK信號通道在慢性肝損的肝組織、HF模型中與活化HSC中均表達增強,揭示了P38 MAPK信號通道在HF的形成過程中發(fā)揮著重要的作用。

    二、P38 MAPK通路與促進HF發(fā)生主要相關(guān)信號分子的關(guān)系

    HSC是HF時肝臟細胞中ECM的主要來源細胞。在HF形成過程中有多種細胞因子參與,其中血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子 β(transforming growth factor-β,TGF-β)、白細胞介素(interleukin,IL)、瘦素(leptin,Lep)、c-Jun 氨基末端激酶(C-Jun N-terminal kinase,JNK)是重要的HSC激活細胞因子,研究發(fā)現(xiàn)P38 MAPK通路與它們在促HF過程中具有一定的相關(guān)性,同時受到多種因素調(diào)節(jié),在體內(nèi)形成錯綜復(fù)雜的作用網(wǎng)絡(luò)。

    (一)與PDGF的關(guān)系 PDGF是強大的促細胞分裂劑,是體內(nèi)主要的促纖維化因子,在活化的HSC中,Lep、PDGF等細胞因子能通過Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(Janus-ac-tivated kinase-signal transducer and activator of transcriptions,JAK/STAT)途徑發(fā)揮作用,同時PDGF-BB還可通過細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)途徑,誘導(dǎo)活化的HSC分泌血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF),間接促進內(nèi)皮細胞的生長和增殖,從而促進了HF的形成,PDGF是目前已知多肽生長因子中對HSC作用最強的有絲分裂原[4]。近年發(fā)現(xiàn)PDGF在促進HSC增殖時,可檢測到包括P38 MAPK信號蛋白的活化[5],因此PDGF與P38 MAPK在促進HF的研究得到重視。Adachi等[6]研究發(fā)現(xiàn)PDGF-BB可呈劑量依賴性促進LI-90細胞增殖,細胞數(shù)量明顯增加,用Mn-TBAP(可清除細胞內(nèi)的活性氧)預(yù)處理LI-90細胞30min,發(fā)現(xiàn)可以明顯抑制PDGF-BB的促增殖效應(yīng),且有劑量依賴性。研究中觀察到PDGF-BB誘導(dǎo)星狀細胞內(nèi)表達NAD(P)H氧化酶,抑制該酶則抑制了PDGF-BB的促增殖效應(yīng),表明NAD(P)H氧化酶在PDGF-BB誘導(dǎo)HSC增殖中的重要作用。研究者進一步分析了PDGF-BB的作用機制ERK和P38 MAPK蛋白均被活化,然而ERK抑制劑PD98059、P38 MAPK抑制劑SB203580預(yù)處理LI-90細胞1h,發(fā)現(xiàn)SB203580組的抑制增殖效應(yīng)強于PD98059組。抑制NAD(P)H氧化酶可抑制P38 MAPK活化,但對ERK無影響,H2O2與PDGF-BB共同孵育,能抵消對P38 MAPK的抑制作用。以上研究說明PDGFBB可誘導(dǎo)HSC細胞NAD(P)H氧化酶的表達,并生成活性氧進而通過P38 MAPK信號通路發(fā)揮促進HSC增殖的作用。Carloni V等[6]發(fā)現(xiàn)PDGF與HSC上相應(yīng)的受體結(jié)合后,主要通過MAPK信號通路蛋白如ERK和P38將信號傳遞到細胞核,促進HSC的增殖。Adachi T等[8]發(fā)現(xiàn)還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶在HSC中表達,對PDGF-BB產(chǎn)生反應(yīng)后生成活性氧族(ROS),ROS通過P38 MAPK磷酸化作用使HSC增殖。

    (二)與TGF-β的關(guān)系 TGF-β是一種對細胞生長、分化和多種生理、病理過程起重要調(diào)節(jié)作用的細胞因子。TGF-β因啟動、促進HSC活化而在HF形成過程中起重要作用,TGF是刺激HSC分泌ECM作用最強的細胞因子之一,在HF的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。HSC中TGF-β信號主要通過ALKS/Smad2/3途徑傳遞,然而近年的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)P38 MAPK在TGF-β介導(dǎo)的HSC效應(yīng)中也發(fā)揮著重要的作用。Tsukada等[8]發(fā)現(xiàn)TGF-β作用HSC后,可測到P38 MAPK蛋白的表達(包含磷酸化蛋白),而用P38 MAPK的特異性阻斷劑SB203580預(yù)孵育1h,則可以阻斷TGF-β誘導(dǎo)的P38 MAPK蛋白活性。他們還發(fā)現(xiàn)阻斷Smad信號通路并不影響基礎(chǔ)的和TGF-β誘導(dǎo)的P38 MAPK活性。同樣,阻斷P38 MAPK也不影響Smad信號通路,說明P38 MAPK是TGFβ在HSC內(nèi)可獨立于Smad信號之外。同時還發(fā)現(xiàn)TGF-β依賴的P38 MAPK途徑可以上調(diào)HSC細胞外基質(zhì)的表達,如I型膠原和凝血酶敏感素-2(TSP-2)。Cao等[9]研究也顯示,雙亞麻油酸磷脂膽堿通過抑制氧化應(yīng)激的產(chǎn)生及相關(guān)的H202依賴的P38 MAPK活化,阻止了TGF-β磷酸化誘導(dǎo)的膠原mRNA增加。Schnabl[10]也發(fā)現(xiàn) TGF-β可不依賴 TGF-β/Smad2,由P38 MAPK途徑直接激活Smad3,使其磷酸化,最終可導(dǎo)致ECM的沉積。TGF-β誘導(dǎo)Ⅰ型膠原基因的表達部分受P38 MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)。研究者還發(fā)現(xiàn)阻斷P38 MAPK或Smad均可降低培養(yǎng)活化的和TGF-β誘導(dǎo)活化的HSCα1(Ⅰ)膠原基因的表達,而同時抑制兩條通路則α1(Ⅰ)膠原基因的表達幾乎完全被阻斷,P38既獨立調(diào)節(jié)HSCα1(Ⅰ)膠原基因表達又與Smad有協(xié)同作用,研究還發(fā)現(xiàn)增加HSCα1(Ⅰ)膠原mRNA穩(wěn)定性是由P38 MAPK介導(dǎo)的。曾有報道表明在培養(yǎng)的肌成纖維細胞中,TGF-β可先激活P38 MAPK通路,然后進一步導(dǎo)致Smad3交聯(lián)區(qū)磷酸化,促使Smad3和Smad4異體復(fù)合物形成并移位核內(nèi),結(jié)合到PAI-1啟動子促進基因的表達[11]。

    (三)與IL的關(guān)系 白細胞介素(interleukin,IL)與HSC活化、增殖的相關(guān)性也是近年涉及HF研究的熱點之一,不少研究表明IL-1在促進HSC活化、增殖等過程中發(fā)揮重要作用。IL-1作用于HSC后如何使之激活并增殖,信號分子在細胞內(nèi)如何轉(zhuǎn)導(dǎo)是當(dāng)前學(xué)者們探究的熱點問題。Zhang[12]等報道了IL-1通過對金屬蛋白酶組織抑制因子-1mRNA(TIMP-1mRNA)表達的正向調(diào)節(jié)從而對HF的形成起直接作用,MAPK通路中JNK和P38在HSC的TIMP-1RNA表達中都起了重要作用。姚希賢[13]等發(fā)現(xiàn)IL-1β有明顯促大鼠HSCⅠ型膠原合成作用,阻斷P38 MAPK通路后,IL-1β的促HSCⅠ型膠原合成作用受到抑制。經(jīng)不同濃度P38特異性阻斷劑SB203580預(yù)處理的各組細胞,3H-脯氨酸(3H-Pro)摻入量與對照組(未用SB203580預(yù)處理)相比,其摻入量均明顯降低。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)IL-10在抑制HSC的過程與抑制P38的活性下降有關(guān)。李濤[14]等發(fā)現(xiàn)加入1ng/ml的IL-10就可以引起HSC的PDGF mRNA和蛋白表達的降低,PDGF的下游信號MAPK通路蛋白ERK和P38蛋白的表達與對照組相比顯著降低,可能和1ng/ml的IL-10劑量尚不足及信號通路的級聯(lián)放大作用有關(guān)。加大IL-10的劑量后HSC的PDGF及其下游信號蛋白ERK和P38蛋白的表達與對照組相比均顯著降低,并呈量效依賴關(guān)系,表明激活的HSC的一個重要的特征就是大量分裂增殖,而PDGF在HSC的分裂和增殖中起了關(guān)鍵作用,PDGF與HSC上相應(yīng)的受體結(jié)合后,激活受體羥基端的酪氨酸激酶,通過下游的MAPK蛋白如ERK和P38將信號傳遞到核內(nèi),促進細胞的分裂增殖。提示IL-10能通過抑制HSC激活過程中起關(guān)鍵作用的細胞因子PDGF及其下游信號蛋白ERK和P38的表達對HSC的激活過程產(chǎn)生影響。

    (四)與Lep的關(guān)系 Lep是一種16U的蛋白質(zhì),主要存在于脂肪細胞中,靜止的HSC很少表達Lep,在HSC活化時,Lep的合成和表達明顯增加[15],它在HF形成過程中發(fā)揮重要作用?;|(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子-1(TIMP-1)通過抑制膠原的降解而產(chǎn)生作用,由活化的HSC合成。Cao[16]研究瘦素誘導(dǎo)人HSC細胞系LX-2細胞表達TIMP-1的分子機制時發(fā)現(xiàn),Lep可磷酸化P38 MAPK蛋白并且呈劑量和時間依賴性,Lep濃度達75μg/L時效應(yīng)最明顯,而在此濃度作用下2h到24h活性達峰值,約為對照組的3.6倍。進一步給予LX-2細胞JAK抑制劑AG490、過氧化氫酶、SB203580或負性P38 MAPK突變體,發(fā)現(xiàn)均可抑制P38 MAPK的活性,但ERK抑制劑PD098059沒有此效應(yīng),說明JAK和過氧化氫參與Lep誘導(dǎo)的LX-2細胞內(nèi)P38 MAPK途徑的活化,同時發(fā)現(xiàn)抑制P38 MAPK通路也能抑制LX-2細胞Lep誘導(dǎo)的TIMP-1 mRNA的表達。認為Lep與受體結(jié)合,通過JAK途徑誘發(fā)過氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)產(chǎn)生,進而誘導(dǎo)H2O2依賴的P38 MAPK的活化,活化的P38 MAPK參與對LX-2細胞TIMP-1 mRNA的調(diào)節(jié)。進一步研究表明,H2O2激活ERK1/2和P38及JAK1和JAK2信號通路,抑制HSC基質(zhì)金屬蛋白酶-1(matrix metalloproteinases-1,MMP-1)表達,促進Ⅰ型膠原表達。有研究發(fā)現(xiàn),二亞油酰磷脂酰膽堿(DLPC)或S-腺苷甲硫氨酸(SAMe)都能阻斷ERK1/2和P38的磷酸化,抑制TIMP-1的表達[17]。它們還能阻止Lep或甲萘醌引起的H2O2產(chǎn)生,恢復(fù)消耗的谷胱苷肽,阻斷H2O2介導(dǎo)的ERK1/2和P38,完全抑制Ⅰ型膠原mRNA的表達[18]。

    (五)與JNK通路的關(guān)系 應(yīng)激活化蛋白激酶,又稱cjun氨基末端激酶(stress-activated protein kinase/C-Jun N-terminal kinase,SAPK/JNK)是MAPK家族的重要成員,能被多種炎性刺激因子所激活,對炎癥的發(fā)生、發(fā)展起重要作用,近年發(fā)現(xiàn)在激活的HSC中呈高表達,而通過阻斷JNK通路促進HSC凋亡[19]。張一寧等[20]在探討膽汁酸調(diào)控肝星狀細胞促進HF發(fā)生機制時發(fā)現(xiàn),甘氨鵝脫氧膽酸(GCDCA)能誘導(dǎo)P38及JNK磷酸化的作用導(dǎo)致肝星狀細胞增殖的作用,還能提高該細胞HSC的動能力,而JNK(SP600125)或P38(SB294002)的抑制因子能夠抑制膽汁酸的這種作用。Cao[21]等報道了一種肝臟纖維蛋白溶解原細胞因子來普汀,在HSC中誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng),同時增加H2O2的形成,而H2O2通過MAPK通路中P38和ERK1/2通路,激活JAK1和JAK2,刺激TIMP-1的產(chǎn)生,從而刺激膠原產(chǎn)生,HF形成。

    三、P38 MAPK通路抑制HSC增殖

    隨著P38 MAPK通路研究的進一步深入,也有部分研究表明它在HF的形成過程中也存在負調(diào)節(jié)的作用。張亞平等[22]通過研究IL-1β上調(diào)大鼠HSCs的TIMP-1 mRNA表達與JNK和P38兩條通路在激活HSC過程中的作用,發(fā)現(xiàn)HSCs中兩條通路均可被IL-1激活,但所起作用完全不同,發(fā)現(xiàn)IL-1β刺激5min后,即見P38活化增強,30min時達到高峰,2h后則基本恢復(fù)初始水平,進一步研究發(fā)現(xiàn)阻斷JNK通路可抑制HSCs TIMP-1 mRNA的表達,而阻斷P38通路卻可提高HSCs TIMP-1 mRNA的表達,實驗結(jié)果揭示IL-1β可同時激活HSCs中JNK和P38兩條通路,盡管它們所起作用完全不同,但可相互作用共同調(diào)控TIMP-1 mRNA的表達,但JNK和P38通路相互作用的結(jié)果表現(xiàn)為上調(diào)TIMP-1 mRNA的表達。Schnabl[10]通過研究阻斷TAK1/JNK和P38 MAPK信號通路后對HSC的影響,發(fā)現(xiàn)阻斷P38 MAPK可減少α1(Ⅰ)型膠原mRNA的表達,但促進HSC的增殖,而阻斷TAK1/JNK則起相反的作用,由此可以看出活化的P38 MAPK信號通路有抑制HSC增殖、增加膠原生成的功能。王聰?shù)萚23]在研究硫化氫在大鼠肝星狀細胞氧應(yīng)激中的作用時,通過鐵超載促進HSC增殖復(fù)制肝纖維化模型發(fā)現(xiàn)激活的HSC中H2S含量減少、P38表達下調(diào)。給予外源性硫化氫供體硫氫化鈉能后細胞增殖減慢,使P38表達上調(diào),緩解HSC增殖。給予內(nèi)源性H2S作用的KATP通道阻滯劑GLBN(格列苯脲)后H2S含量進一步下降,P38表達進一步下調(diào),HSC增殖加劇,從而發(fā)現(xiàn)氧應(yīng)激下H2S通過P38基因表達水平的調(diào)控對HSC細胞產(chǎn)生保護作用,可抑制肝纖維化的發(fā)生發(fā)展。

    四、小結(jié)

    P38 MAPK信號通路參與了對HSC的活化增殖、合成膠原的調(diào)節(jié),與 PDGF、TGF-β、IL、Lep、JNK 等多種細胞因子共同參與促進HSC激活、增殖、并合成、分泌細胞外ECM等多種物質(zhì),使ECM合成與降解失衡,在肝臟內(nèi)過度沉積,肝臟結(jié)構(gòu)改變,導(dǎo)致HF,但有部分研究表明其在對HSC起負調(diào)節(jié)作用,可見HSC的激活、增殖是一個有多種細胞因子、多種細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與的復(fù)雜的病理生理過程,P38 MAPK可能與細胞內(nèi)其他的信號通路產(chǎn)生交叉,使作用機制更趨復(fù)雜,而多項研究表明P38 MAPK是其中極其重要組成部分。針對P38 MAPK信號傳導(dǎo)通路的研究不僅有助于更深入地探討HF發(fā)病的分子機制,為HF的防治研究提供更多積極有效的干預(yù)措施與方法。

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