p38分裂原激活蛋白激酶在小腸缺血再灌注損傷中的作用研究進展

歐陽軍 李璽 張召輝

小腸缺血再灌注損傷(intestinal ischemia-reperfusion injury,IRI)作為一種常見的病理變化過程，臨床多見于創(chuàng)傷、失血性休克、膿毒血癥、腸系膜血管缺血性疾病及器官移植手術(shù)等病理狀態(tài)下[1]，病理損傷機制較為復(fù)雜。目前對于IRI病理變化過程的細胞信號通路分子機制研究成為熱點。絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPKs)是細胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，在創(chuàng)傷、感染、失血再灌注導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)發(fā)展過程中有重要作用，是引起器官損傷的關(guān)鍵因素[2]，其中p38分裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase,p38MAPK)信號通路因激活后可磷酸化不同的底物，在促炎細胞因子生成、細胞骨架重構(gòu)、細胞凋亡等多方面都發(fā)揮著重要的作用，成為各個臟器IRI研究中的熱點。本文就p38MAPK在IRI中的相關(guān)作用作一綜述，以便為更好地防治IRI提供新思路。

一、MAPK信號通路組成

MAPK是廣泛存在于動植物細胞中的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過將細胞外刺激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細胞及其核內(nèi)，從而參與細胞的生長、發(fā)育、分化、應(yīng)激、凋亡等一系列生理病理過程[3]。目前研究已確定出4條MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶、c-Jun氨基末端激酶/應(yīng)激活化蛋白途徑、p38MAPK和細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶5/大絲裂素活化蛋白激酶1。在生物進化過程中，MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的三級激酶級聯(lián)高度保守，經(jīng)典級聯(lián)反應(yīng)包括3個蛋白激酶的序貫激活：MAPK激酶激酶→MAPK激酶→MAPK。不同的細胞外刺激活化不同的MAPK通路，作用于不同的底物，引起特定的細胞生物學反應(yīng)，同時這幾條通路也可產(chǎn)生相互協(xié)同或抑制作用。

二、p38MAPK信號通路概況

1．p38MAPK結(jié)構(gòu)及亞型 哺乳動物p38MAPK的家族成員包括p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ和p38δ六個亞型。這些不同的亞型60%的氨基酸序列是相同的，且p38MAPK亞族所有成員都有“T-G-Y”三肽序列，但是不同的亞基也有各自不同的表型及底物特異性。p38α表達較廣泛，在白細胞、肝、脾、骨髓、甲狀腺及胎盤中都有較高的水平，p38β主要在腦和心臟中高表達；p38γ的表達主要在骨骼肌；p38δ的表達主要分布在肺、腎、腸及內(nèi)分泌器官中。

2．p38MAPK的激活及生物學效應(yīng) 研究證實，p38MAPK信號通路不僅可以被各種應(yīng)激刺激(缺氧、紫外線、內(nèi)毒素、熱休克等)、脂多糖及革蘭陽性細菌細胞壁成分所激活，也能夠被多種細胞因子活化，如腫瘤壞死因子α(TNF-α)，白細胞介素1(IL-1)等。p38MAPK具有與其他3種MAPK亞族不同的三肽基結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是定位于p38MAPK分子中Ⅶ和Ⅷ結(jié)構(gòu)域間的連接成分，由雙磷酸化位點(T、Y)和中間氨基酸(X)構(gòu)成。p38MAPK的活化需要三肽基結(jié)構(gòu)中雙磷酸化位點(T、Y)的雙磷酸化。p38MAPK通過多級激酶的級聯(lián)反應(yīng)把細胞外信號向細胞內(nèi)傳遞，通過逐級磷酸化最終引起p38MAPK活化：ASK1(屬于MAPKKK成員)→MKK3/6(屬于MAPKK成員)→p38MAPK。激活后p38MAPK由細胞質(zhì)移位到細胞核，激活下游各種激酶及控制多種轉(zhuǎn)錄因子基因的表達活性，從而產(chǎn)生一系列的生物學效應(yīng)，包括細胞周期的調(diào)控、細胞因子產(chǎn)生、細胞骨架識別、細胞凋亡等[4]。

3．p38MAPK信號通路阻斷、滅活及相關(guān)抑制劑 p38MAPK信號通路的滅活與激活一樣，均受到嚴格的調(diào)控，是由二元的特異性蛋白磷酸酶對MAPK家族活性環(huán)上關(guān)鍵的蘇氨酸和酪氨酸殘基去磷酸化致應(yīng)激-激酶途徑的鈍化而實現(xiàn)的，而對于信號通路的研究多數(shù)通過特異性或非特異性阻斷劑阻斷相應(yīng)的信號通路，檢測信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)因子的表達，從而研究相應(yīng)信號通路的生物學作用。p38MAPK信號通路阻斷劑種類繁多，根據(jù)化學結(jié)構(gòu)不同主要可以分為2類，最常見的是吡啶咪唑芳基雜環(huán)類化合物，常用的有SB203580、SB220025、SB216995等。目前已經(jīng)有部分抑制劑進入臨床試驗階段。

三、p38MAPK與小腸缺血再灌注損傷

腸道作為外科應(yīng)激反應(yīng)的中心器官[5]以及最大的細菌庫和淋巴庫，在臨床中缺血再灌注不僅會導(dǎo)致局部組織出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷、吸收功能下降，而且可使腸黏膜屏障功能受損，腸腔內(nèi)細菌及內(nèi)毒素移位，引起遠處器官的結(jié)構(gòu)及功能繼發(fā)性損傷，致多器官功能障礙甚至多器官功能衰竭，小腸因此也被認為是嚴重應(yīng)激過程中各臟器病理損傷的“發(fā)動機”。氧自由基損傷、細胞內(nèi)鈣超載、線粒體損傷、細胞因子的生成、凋亡基因的過度表達等缺血再灌注引起小腸損傷病理機制中很多有p38MAPK信號通路的參與。

1．p38MAPK與氧化應(yīng)激 小腸在經(jīng)歷缺血、缺氧時，細胞內(nèi)三磷酸腺苷轉(zhuǎn)化為次黃嘌呤，而當恢復(fù)血供、氧供后，次黃嘌呤氧化為黃嘌呤，后者被黃嘌呤氧化酶氧化，產(chǎn)生大量氧自由基。正常情況下，機體能夠通過抗氧化機制消除氧化應(yīng)激帶給機體的損傷，從而起到保護作用。但在二者失衡的狀態(tài)下，氧化應(yīng)激會因脂質(zhì)過氧化，破壞腸黏膜細胞結(jié)構(gòu)，并最終促使細胞凋亡，其中一條途徑便有p38MAPK信號通路的參與。研究發(fā)現(xiàn)，過多的活性氧物質(zhì)(ROS)釋放氧化還原信號通路，激活下游信號分子，其中包括p38MAPK，并進一步影響轉(zhuǎn)錄因子活性，從而產(chǎn)生相應(yīng)生物效應(yīng)[6]。因而，通過缺血后處理、p38MAPK抑制劑SB203580等干預(yù)方式能夠通過阻斷p38MAPK表達、減少氧自由基的釋放起到增加細胞存活率的作用[7]。

2．p38MAPK與炎癥細胞因子 IRI能夠誘導(dǎo)單核巨噬系統(tǒng)釋放一系列的炎性細胞因子，激活p38MAPK信號通路，引起下游相應(yīng)的信號啟動并產(chǎn)生廣泛的病理生理效應(yīng)，通過“級聯(lián)”程序調(diào)控細胞因子和應(yīng)激引起的細胞反應(yīng)來快速實現(xiàn)信號傳遞，造成炎癥反應(yīng)的“級聯(lián)放大”，促使效應(yīng)細胞分泌各種炎癥細胞因子(TNF-α、IL-1、IL-4、IL-6、IL-8、IL-12等)。與此同時，細胞因子與相應(yīng)受體結(jié)合又對p38MAPK形成正反饋效應(yīng)，進一步增加炎癥因子的表達。田野等[8]研究發(fā)現(xiàn)通過抑制p38MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化能夠有效減少IL-1β、TNF-α等炎癥細胞因子的釋放，減輕組織損傷，說明p38MAPK信號通路的激活與炎癥細胞因子的產(chǎn)生密切相關(guān)。

3．p38MAPK與腸黏膜屏障功能 腸道屏障由機械屏障、化學屏障、免疫屏障及生物屏障共同構(gòu)成，其中以小腸機械屏障最為關(guān)鍵，而緊密連接又是其中最為重要的結(jié)構(gòu)。緊密連接蛋白由occludin蛋白、claudin蛋白、zonula occludens蛋白(ZO-1)、連接黏附分子組成。這些蛋白表達量及組織分布的變化直接影響著腸黏膜屏障功能。炎癥細胞因子是影響緊密連接蛋白表達的一個重要因素。Feng等[9]通過建立全胃腸外營養(yǎng)發(fā)現(xiàn)TNF-α能夠通過影響TNFR1和TNFR2信號通路而降低腸黏膜上皮緊密連接蛋白的表達。同時，也有研究表明通過應(yīng)用p38MAPK抑制劑，能夠有效降低腸黏膜促炎因子產(chǎn)生，并進一步緩解腸黏膜屏障損傷[10]。因而，p38MAPK信號通路可能通過促進炎癥細胞因子的釋放，進而使得緊密連接蛋白表達減少而引起腸黏膜屏障損傷。

4．p38MAPK與細胞凋亡 細胞凋亡過程實際上是Caspase不可逆的有限水解底物的級聯(lián)放大反應(yīng)過程，目前研究發(fā)現(xiàn)細胞凋亡主要有兩條途徑：死亡受體/Fas途徑和線粒體途徑，其中Caspase-8介導(dǎo)死亡受體/Fas途徑，Caspase-9介導(dǎo)線粒體途徑，且均由Caspase活化而啟動[11]。Caspase-8、Caspase-9下游分子為Caspase-3，是Caspase家族中最關(guān)鍵的效應(yīng)蛋白酶，是發(fā)生凋亡的標志酶。在IRI中，激活的p38MAPK是凋亡程序啟動因子，通過細胞信號核內(nèi)轉(zhuǎn)移，激活Caspase-3的活性，啟動凋亡通路。但也有研究表明p38MAPK信號通路能夠拮抗細胞的凋亡，起到相應(yīng)保護作用，可能與p38多種亞型所表現(xiàn)出的不同效應(yīng)有關(guān)，有待進一步研究。

5．p38MAPK與臟器缺血預(yù)處理、缺血后處理 缺血預(yù)處理(ischemic preconditioning,IPC)是在臟器、組織經(jīng)歷長時間缺血/再灌注前進行一次或多次短暫缺血/再灌注過程從而啟動機體內(nèi)源性保護機制，增強對IRI的耐受能力，IPC的保護作用已經(jīng)在心、腦、腎、小腸等各器官得到證實[12-14]。與IPC不同，缺血后處理(ischemic postconditioning,IPO)是指在器官和組織再灌注前短暫、多次再灌注、阻斷，是一種更合理、更有效的再灌注方法。研究發(fā)現(xiàn)[15-16]，IPC及IPO能夠下調(diào)p38MAPK磷酸化水平，從而減輕炎癥細胞聚集及細胞凋亡。然而，有些文獻報道IPC、IPO對機體的保護機制可能是通過上調(diào)p-p38MAPK表達水平發(fā)揮作用的[17-19]。出現(xiàn)這些不同觀點的原因，除了所用實驗物種差異之外，與p38MAPK具體亞型不同有關(guān)。最近研究表明，p38α、p38β兩種不同亞型在細胞凋亡中的作用相反，p38α主要起到促進細胞凋亡作用，而p38β則是抑制細胞凋亡，促進細胞增殖修復(fù)[20-21]。

四、展望

p38MAPK信號通路在細胞因子產(chǎn)生、細胞凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)及IRI中起重要作用，臨床多種疾病的發(fā)病機制與p38MAPK信號通路有著密切聯(lián)系。同時，由于在不同的刺激強度下及刺激后的不同時間點，p38MAPK的表達量及所發(fā)揮的作用也可以完全不同，因而，p38MAPK信號通路的復(fù)雜性也需要引起重視。目前，隨著人口進入老齡化階段，血栓性疾病的發(fā)生明顯增高，再加上小腸、肝臟等臟器移植手術(shù)，小腸IRI不可避免，研究其發(fā)病機制并進一步提供相應(yīng)的抗損傷策略很有必要。同小腸IRI一樣，因門靜脈的阻斷和開放所造成的小腸組織的淤血再灌注損傷也成為近來研究的熱點，并且研究發(fā)現(xiàn)腸道淤血較腸道缺血對于腸道的屏障損傷更為嚴重，損傷后恢復(fù)更為緩慢，但其具體相關(guān)機制還不清楚，尤其是信號通路方面的研究則更少。雖然參與這些機制的相關(guān)細胞因子間相互之間關(guān)系比較復(fù)雜，但進入細胞內(nèi)的信號通路比較少，如能對其進行有效阻斷和調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)對炎癥因子表達的調(diào)控。相信，隨著研究的深入，小腸缺血、淤血后再灌注損傷的信號通路機制及產(chǎn)生的生物效應(yīng)將更加清楚，相關(guān)通路的效應(yīng)劑或抑制劑也必將更廣泛的應(yīng)用于臨床，從而減輕小腸缺血、淤血再灌注造成的機體損傷。

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