p38MAPK信號通路與肝缺血再灌注損傷的關(guān)系研究

譚金鋒 綜述，崔曉光 審校

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院麻醉科，黑龍江 哈爾濱 150086

絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen activated protein kinase，MAPK)是脊椎動物體內(nèi)廣泛存在的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。MAPKs是一種信號蛋白，當機體受到各種外界刺激時會使外界應(yīng)激信號通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、接替、放大、整合導(dǎo)致基因及生理改變而調(diào)控一系列細胞活動，p38MAPK是MAPKs家族中的成員之一，其激活后所介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要與細胞的應(yīng)激、損傷和凋亡有關(guān)[1]。肝缺血再灌注損傷(hepatic ischemiareperfusion injury，HIRI)發(fā)生在諸如肝移植、肝腫瘤切除、創(chuàng)傷及失血性休克后的肝衰竭中，并在此過程中產(chǎn)生嚴重的病理生理問題[2]。由于病理生理復(fù)雜，迄今尚無明確認識。本文旨在探討一下p38MAPK的作用機制及其在HIRI中所起的作用。

1 MAPKs家族及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

目前，MAPKs家族發(fā)現(xiàn)的成員至少有數(shù)十種之多，然而近些年關(guān)注最多的是細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)、c-jun N端激酶(JNK)或稱作應(yīng)激活化蛋白 激 酶 (stressactivatedproteinkinase，SAPK)、p38MAPK 以 及 最 新 發(fā) 現(xiàn) 的 ERK5[3]。ERK、JNK、P38MAPK、ERK5/BMK1由不同的外界刺激激活，而形成不同的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致各種轉(zhuǎn)錄因子活化而介導(dǎo)不同的生物學(xué)效應(yīng)，但這幾條通路又存在廣泛的交叉，從而導(dǎo)致通路間產(chǎn)生相互協(xié)同或拮抗作用。MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是以三級激酶級聯(lián)的方式進行，即MAPK激酶的激酶(MAPKKK或MEKK)磷酸化激活 MAPK激酶(MAPKK或MEK)進而再磷酸化MAPK使其活化，進而轉(zhuǎn)入核內(nèi)來調(diào)節(jié)細胞的基本生理過程。

2 p38MAPK信號通路

2.1 p38MAPK家族 p38MAPK是由360個氨基酸殘基組成的分子量為38 kDa的蛋白，p38MAPK共有4種亞型(6 種異構(gòu)體)，分別為 p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ 和 p38δ，其中亞型 α 分別與 β、δ、λ 的序列同源性為74%、57%和60%[4]。不同亞型不但分布具有組織特異性，而且對相同刺激也會產(chǎn)生不同的效應(yīng)。肝臟中主要存在的亞型是p38α。

2.2 p38MAPK的信號調(diào)節(jié) p38MAPK級聯(lián)反應(yīng)包括4種激酶:PAK(MAPKKKK)、MLK(MAPKKK)、MKK3/6/4(MAPKK)、p38MAPK(MAPK)，共同構(gòu)成了一個連續(xù)的蛋白激酶反應(yīng)鏈。胞外刺激信號與相應(yīng)受體特異性結(jié)合后，會磷酸化 PAK和 MLK(主要為MLK3)，促進 MKK3/MKK6基因表達，并使其表達蛋白磷酸化，進而誘導(dǎo) p38MAPK基因轉(zhuǎn)錄，表達其生物功能，p38MAPK活化的大體過程可概括為:胞外一些應(yīng)激情況下激活MLK，并進一步激活MKK3/6/4，而達到使p38MAPK活化的目的，最終活化的p38MAPK通過上調(diào)某些轉(zhuǎn)錄因子基因的表達和生物活性，影響細胞的各種生理活動。p38MAPK信號通路調(diào)控著多種轉(zhuǎn)錄因子的基因表達活性，如激活作用轉(zhuǎn)錄因子、生長停滯及DNA損傷基因、IRF-3、NF-κB、熱休克轉(zhuǎn)錄因子等，從而表現(xiàn)出不同的生理作用[5]。

3 肝缺血再灌注損傷

HIRI發(fā)生在諸如肝移植、肝腫瘤切除、創(chuàng)傷及失血性休克后的肝衰竭中，HIRI代表著一系列導(dǎo)致細胞和組織損傷的復(fù)雜病理生理事件。由于血流與氧的短暫中斷和恢復(fù)會伴隨產(chǎn)生多種氧自由基、細胞因子/細胞趨化因子以及黏附因子，導(dǎo)致細胞、器官的功能障礙[6];HIRI不僅導(dǎo)致細胞的壞死而且會使肝細胞凋亡;HIRI也是缺少適合器官移植供體的主要原因之一。由于沒有特別有效的手段來對抗HIRI造成的器官損傷，因此，HIRI是導(dǎo)致肝手術(shù)、腫瘤、移植病死率上升的一個重要原因。為了探尋有效的防治HIRI方法，專家們對HIRI發(fā)生機制以及治療手段做了大量的研究。而新近發(fā)現(xiàn)HIRI發(fā)生的一個重要機制就是MAPKs家族的激活，它在應(yīng)對胞外刺激的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著重要作用。在哺乳動物的MAPKs家族中，p38MAPK可以被諸如缺血再灌注這樣的外界細胞應(yīng)激所激活，來參與HIRI的發(fā)生。

4 p38MAPK與HIRI

p38MAPK在HIRI所介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程大致可簡單概括為圖1。肝缺血再灌注給予機體(細胞)刺激，該刺激會與細胞膜上的相應(yīng)受體如酪氨酸激酶受體、G蛋白偶聯(lián)受體等結(jié)合，并將刺激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細胞漿中并作用于胞漿中的p38MAPK，p38MAPK磷酸化激活后(p-p38MAPK)，轉(zhuǎn)移到細胞核中，磷酸化并激活不同的轉(zhuǎn)錄因子而最終激活相應(yīng)基因，從而發(fā)揮出不同的生理效應(yīng)。

圖1 p38MAPK介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程Fig1 Signal transduction pathway of p38MAPK

大量證據(jù)證明p38MAPK在HIRI中起著重要作用，p38MAPK在肝再灌注后數(shù)分鐘內(nèi)磷酸化而被激活，其激活與誘導(dǎo)細胞凋亡壞死有著密切的關(guān)系[7];并且p38MAPK也與肝纖維化有關(guān)。p38MAPK信號通路主要通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子、瘦素、血小板源性生長因子等因素來實現(xiàn)對肝星形細胞(HSC)的作用。一個最新研究顯示p38MAPK的活性在活化的HSC中比休眠狀態(tài)下的HSC有更高的表達。肝損傷后由于HSC的激活會導(dǎo)致Ⅰ型膠原的合成而導(dǎo)致肝的纖維化;隨著HIRI的進展，一些炎癥介質(zhì)如類花生酸類、TNF-α、IL-1、黏附分子、NO以及胞內(nèi)鈣離子都會產(chǎn)生一系列的級聯(lián)反應(yīng)，p38MAPK家族在這個病理事件中起著重要作用，而它們介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)取決于HIRI的程度。已經(jīng)有實驗證明，用p38MAPK拮抗劑如SB203580可以抑制上述炎癥介質(zhì)產(chǎn)生的炎癥級聯(lián)反應(yīng)從而減輕肝缺血再灌注帶來的炎癥性損傷[8]。而且王雨等[1]在肝移植實驗中發(fā)現(xiàn)缺血再灌注期間p38MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對供肝組織ICAM-1mRNA的表達具有重要影響，p38MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑能促進供肝組織中ICAM-1 mRNA的表達。而ICAM-1的表達在介導(dǎo)HIRI時血流中白細胞與肝竇內(nèi)皮細胞間的黏附、導(dǎo)致供肝微循環(huán)功能障礙中起關(guān)鍵性作用。有研究發(fā)現(xiàn)類似的SB203580的使用能顯著降低由脂多糖或TNF-α誘導(dǎo)的人類肺微血管內(nèi)皮細胞表達ICAM-1。

p38MAPK在3個獨立方面起著作用:(1)作為用炎癥因子處理過的細胞中的酪氨酸磷蛋白;(2)作為咪唑安定類藥物的靶點來阻止TNF-α的產(chǎn)生;(3)作為MAPK激活蛋白的復(fù)活激酶。p38MAPK可以被細胞因子、激素、G蛋白偶聯(lián)受體、滲透沖擊、熱應(yīng)激以及其他應(yīng)激激活，p38MAPK的激活是通過上游促分裂原活化蛋白激酶(MAPKK)而發(fā)生的蘇氨酸180和酪氨酸182的雙重磷酸化的過程，主要生物反應(yīng)涉及促使能夠啟動白細胞集聚并激活的炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生、活化。許多活化的p38MAPK下游靶點與編碼炎癥因子的反式激活基因有關(guān)[9]?？梢妏38MAPK通路及與之相關(guān)的炎癥過程的激活在肝的缺血后損傷中起著至關(guān)重要的作用[7]。研究表明p38MAPK在細胞凋亡中起重要作用，細胞凋亡因素均可能啟動細胞內(nèi)的一系列反應(yīng)，最終導(dǎo)致雙位點特異激酶 MEK/MKK磷酸化鄰近的酪氨酸與蘇氨酸，激活 p38MAPK通路，之后移位于相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，啟動基因轉(zhuǎn)錄[10]。在HIRI中，組織會產(chǎn)生大量的TNF-α。p38MAPK亦可增強 TNF-α表達，進而 TNF-α活化 p38MAPK，誘導(dǎo)凋亡。Jung等[11]證實p38MAPK磷酸化進而誘導(dǎo)下游轉(zhuǎn)錄因子以及Caspase-3的表達引起凋亡，給予SB203580后可有效抑制細胞凋亡，也能通過磷酸化 Bcl-2家族中的成員，如磷酸化Bim65位絲氨酸，破壞凋亡與抗凋亡的平衡，以及通過線粒體發(fā)起的內(nèi)在的細胞死亡途徑誘發(fā)凋亡。

近些年，人們已經(jīng)把注意力集中到對p38MAPK的阻滯及由此帶來的應(yīng)用價值。(1)p38MAPK拮抗劑能夠阻滯炎癥因子的產(chǎn)生和活化[8]。在脂多糖刺激的巨噬細胞中，對p38MAPK的阻滯可以編碼IL-1的IL-1α、IL-1β基因的反式激活[12]。在大鼠肝移植模型中，應(yīng)用p38MAPK拮抗劑可以阻斷再灌注后阻滯中p38MAPK的激活，從而減輕供體的再灌注損傷，可以增加受體鼠的生存率[13]。由于p38拮抗劑能使促炎因子的產(chǎn)生及由此引發(fā)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)得到抑制，其在HIRI上的應(yīng)用已經(jīng)形成一種可行的、值得期待的防治手段。(2)HIRI發(fā)生后細胞因子的活化及對肝組織的破壞都與細胞骨架的改變有關(guān)，細胞骨架改變可引起缺血再灌注后胞內(nèi)運輸過程、細胞能動性、微循環(huán)的失衡，導(dǎo)致器官功能障礙。而p38MAPK的激活則能通過增加肝細胞絲狀肌動蛋白成分而引發(fā)細胞骨架改變。由此可見，有效的抑制p38MAPK通路可以減輕肝缺血再灌注引發(fā)的細胞骨架的改變，進而減輕HIRI。

5 p38MAPK在HIRI中的雙重作用

大多數(shù)文獻報道p38MAPK都具有加重各器官缺血再灌注損傷的作用，然而也有實驗證明p38MAP在特定環(huán)境下可以作為一種保護性因素。Kiemer等[14]證實心房鈉尿肽(ANP)可以減輕HIRI，而它也可導(dǎo)致p38MAPK的激活。在大鼠體內(nèi)實驗中，用ANP預(yù)處理提高了肝細胞中p38MAPK的活性，ANP介導(dǎo)肝細胞保護作用的關(guān)鍵在于預(yù)處理階段的p38MAPK的激活;而且在鼠的心肌缺血再灌注損傷模型中，再灌注后，磷酸化的p38MAPK在ANP預(yù)處理組明顯比對照組表達更多。

缺血預(yù)處理是為了提高肝臟對IRI的耐受力而采取的一種提前短時間血管閉塞的技術(shù)，并且已經(jīng)成功應(yīng)用在肝腫瘤切除術(shù)中。缺血預(yù)處理激活了p38MAPK，其激活與細胞周期蛋白d1(cyclin D1)的增多及進入細胞循環(huán)有直接聯(lián)系[15]。cyclin D1的表達是靜息細胞進入細胞循環(huán)途徑中最早也是最關(guān)鍵的一步。而p38MAPK恰恰控制著cyclin D1的表達。

由此可見，p38MAPK在HIRI中具有雙重作用，它不僅可以通過促進炎癥細胞因子的產(chǎn)生導(dǎo)致肝損傷，也可以作為一種保護劑來刺激如ANP的產(chǎn)生、誘生表達cyclin D1進而保護肝IR造成的肝損傷。

p38MAPK，可由胞外刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生，與缺血再灌注引起的肝損傷有很大關(guān)系。調(diào)節(jié)p38MAPK及其活性的治療手段的發(fā)現(xiàn)將會對防治肝損傷起到積極的作用，p38MAPK拮抗劑有極大的治療潛能，它們可以降低HIRI后的細胞損傷、凋亡和壞死。然而由于p38MAPK具有多效的生物功能，需要對其進行更深入的研究，爭取未來針對p38MAPK的藥物能擴大其優(yōu)點規(guī)避其缺點，最終成功應(yīng)用于臨床，更好的服務(wù)于HIRI領(lǐng)域。

[1]Wang Y，Tian FZ，Tang LJ，et al.The role of p38MAPK pathway in ischemia-reperfusion injury of isolated liver [J].Chin J Hepatol，2003，11(3):170-172.王雨，田伏洲，湯禮軍，等.P38信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對離體肝臟缺血再灌注損傷的影響[J].中華肝臟病雜志，2003，11(3):170-172.

[2]Desai KK，Dikdan GS，Shareef A，et al.Ischemic preconditioning of the liver:a few perspectives from the bench to bedside translation[J].Liver Transpl，2008，14(11):1569-1577.

[3]Wu D，Ou J，Hui N.MAPK signal transduction pathway and epithelial ovarian cancer[J].Tumor，2007，8(27):676.吳東，歐俊，惠寧.絲裂原激活的蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與卵巢上皮癌[J].腫瘤，2007，27(7):676.

[4]Tamura DY，Moore EE，Johnson JL，et al.p38 mitogen-activated protein kinase inhibition attenuates intercellular adhesion molecule-1 upregulation on human pulmonary microvascular endothelial cells[J].Surgery，1998，124(2):403-407.

[5]Obata T，Brown GE，Yaffe MB.MAP kinase pathways activated by stress:the p38 MAPK pathway[J].Crit Care Med，2000，28(4 Suppl):N67-N77.

[6]Guo MZ，Liu XL，F(xiàn)eng ZJ，et al.Relationship between NF-κB and liver ischemia and reperfusion injury[J].Chin J Gastroenterol Hepatol，2012，21(6):583-585.郭慕真，劉曉玲，馮志佳，等.肝缺血再灌注損傷與NF-κB[J].胃腸病學(xué)與肝病學(xué)雜志，2012，21(6):583-585.

[7]Kobayashi M，Takeyoshi I，Yoshinari D，et al.p38 mitogen-activated protein kinase inhibition attenuates ischemia-reperfusion injury of the rat liver[J].Surgery，2002，131(3):344-349.

[8]Toledo-Pereyra LH，Toledo AH，Walsh J，et al.Molecular signaling pathways in ischemia/reperfusion[J].Exp Clin Transplant，2004，2(1):174-177.

[9]Kumar S，Boehm J，Lee JC.p38 MAP Kinases:key signaling molecules as therapeutic targets for inflammatory diseases[J].Nat Rev Drug Discov，2003，2(9):717-725.

[10]Cursio R，F(xiàn)ilippa N，Miele C，et al.Involvement of protein kinase B and mitogen-activated protein kinases in experimental normothermic liver ischemia-reperfusion injury[J].Br J Surg，2006，93(6):752-761.

[11]Jung JY，Yoo CI，Kim HT，et al.Role of mitogen-activated protei n kinase(MAPK)in troglitazone-induced osteoblastic cell death[J].Toxicology，2007，234(1-2):73-82.

[12]Karin M.Mitogen activated protein kinases as targets for development of novel anti-inflammatory drugs[J].Ann Rheum Dis，2004，63(Suppl 2):ii62-ii64.

[13]Yoshinari D，Takeyoshi I，Kobayashi M，et al.Effects of a p38 mitogen-activated protein kinase inhibitor as an additive to University of Wisconsin solution on reperfusion injury in liver transplantation [J].Transplantation，2001，72(1):22-27.

[14]Kiemer AK，Kulhanek-Heinze S，Gerwig T，et al.Vollmar AM.Stimulation of p38 MAPK by hormonal preconditioning with atrial natriuretic peptide[J].World J Gastroenterol，2002，8(4):707-711.

[15]Teoh N，Laclercq I，Pena AD，et al.Low dose TNF-α protects against hepatic ischemia-reperfusion injury in mice:implications for preconditioning[J].Hepatology，2003，37(1):118-128.