p38MAPK在糖尿病心肌病中的作用研究進(jìn)展*

揭海 吳鏗

糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy， DCM）是獨(dú)立于冠心病、高血壓等的特異性心肌病，可誘發(fā)心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死，已成為糖尿病患者的主要死因。病理表現(xiàn)為心肌肥厚、彌漫性心肌壁內(nèi)微血管病變，毛細(xì)血管密度降低、內(nèi)皮及內(nèi)皮下纖維增生和基膜增厚。其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及心肌細(xì)胞代謝障礙、心肌微血管病變、心肌纖維化、自主神經(jīng)病變、胰島素抵抗及炎癥因子等多個(gè)方面。近年研究發(fā)現(xiàn)p38MAPK在DCM的發(fā)生發(fā)展中占有重要的地位，它參與血管活性物質(zhì)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生，引起細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化，是DCM發(fā)病的重要信號(hào)通路。本文就p38MAPK在糖尿病心肌病中的作用作一綜述。

1 p38MAPK的結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)制

p38MAPK是1993年Brewster等[1]發(fā)現(xiàn)，由360個(gè)氨基酸組成的38KD的蛋白，與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular-signal regulated kinase， ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase， JNK）一起構(gòu)成MAPK系統(tǒng)信號(hào)系統(tǒng)的3個(gè)主要分支。MAPK是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可由活性氧應(yīng)激性刺激激活，另外可以通過(guò)與生長(zhǎng)因子受體及G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合而激活。p38MAPK有6種異構(gòu)形式，分別為p38MAPK α1/α2、p38MAPK β1/β2、p38γMAPK和p38δMAPK，不同亞型的分布具有組織特異性，p38α、p38β廣泛分布于各種組織，p38γ主要分布于骨骼肌，p38δ主要分布于腺體組織，其中p38α和p38γ是心臟表達(dá)較多的亞型[2-3]。p38MAPK各亞型間存在同源相似結(jié)構(gòu)，其同源相似程度不同，對(duì)藥理學(xué)抑制劑敏感程度也不同。p38α和p38β具有高度同源性，而p38γ和p38δ僅有60%同源性，前兩者對(duì)吡啶咪唑類抑制劑（如SB203580等）敏感，后兩者則對(duì)抑制劑SB203580耐受。

p38MAPK通路可被熱休克、紫外線、滲透壓變化、細(xì)胞因子、缺氧、高糖、氧化應(yīng)激、非酶糖基化和高胰島素血癥等激活，磷酸化p38MAPK轉(zhuǎn)位入胞核，使核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子磷酸化，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，參與多種細(xì)胞生理過(guò)程，包括細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)、分化、凋亡等，并參與細(xì)胞轉(zhuǎn)化、惡化等病理過(guò)程。p38MAPK信號(hào)通路的激活為三級(jí)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)——MAPK激酶 激 酶（MAPKkinasekinases， MKKKs）、MAPK 激 酶（MAPKkinases， MKKs）和MAPK。MAPK磷酸酶可使p38MAPK去磷酸化而失活。p38在體內(nèi)主要由MKK3、MKK4和MKK6激活，還可通過(guò)不依賴于MKK的機(jī)制TGF-β激活性激酶1結(jié)合蛋白1途徑和酪氨酸323磷酸化的途徑自我激活。

2 p38MAPK與DCM

目前有證據(jù)表明，p38 MAPK信號(hào)通路在DCM微血管病變、心肌間質(zhì)纖維化、心肌肥大、心肌肥大等發(fā)病環(huán)節(jié)起重要作用，是參與DCM發(fā)病的重要信號(hào)通路。

2.1 p38MAPK與DCM微血管病變 DCM主要病理表現(xiàn)為微血管病變，引起灌注不足，相當(dāng)于冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備不足，減少了心肌灌注，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡，引起心肌重構(gòu)，順應(yīng)性及心功能下降。DM時(shí)很多因素如胰島素抵抗、高胰島素血癥、炎癥和細(xì)胞因子等都可以誘導(dǎo)p38MAPK的活化，p38MAPK通過(guò)影響單核-巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞等參與微血管病變。Brownlee[4]研究發(fā)現(xiàn)胰島素抵抗通過(guò)Ras-Raf-MEK-p38MAPK通路引起血管重構(gòu)，其機(jī)制為減少內(nèi)皮抗粥樣硬化分子NO的生成，促進(jìn)1型纖溶酶原抑制物的生成和血管平滑肌的增殖能力。KIM等[5]研究證實(shí)高胰島素血癥可以活化p38MAPK通路使血管發(fā)生重構(gòu)，其機(jī)制為使單核細(xì)胞血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子（VCAM-1）的表達(dá)增加，VCAM-1的增加有利于單核細(xì)胞對(duì)內(nèi)皮的黏附，從而加快動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生進(jìn)程。Whiteside等[6]發(fā)現(xiàn)高糖可明顯促進(jìn)血小板源性生長(zhǎng)因子、內(nèi)皮素-1、血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的p38MAPK激活，激活的p38MAPK可促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的肥大、增殖、遷移，還可使細(xì)胞外基質(zhì)的沉積，導(dǎo)致血管重構(gòu)。Shanmugam等[7]研究發(fā)現(xiàn)晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end-products，AGEs）與血管細(xì)胞和單核細(xì)胞上的AGE受體結(jié)合可激活p38 MAPK和ERK1/2通路，使環(huán)加氧酶-2表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)血管炎癥反應(yīng)發(fā)生，另外可激活單核細(xì)胞引起血管細(xì)胞功能紊亂。郭志堅(jiān)等[8]研究發(fā)現(xiàn)，AGEs可使細(xì)胞內(nèi)p38MAPK激活，進(jìn)而使血管內(nèi)皮細(xì)胞單核細(xì)胞趨化蛋白（MCP-1）的合成和分泌增加，MCP-1的增加有利于單核細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)，導(dǎo)致血栓形成增加，MCP-1的增加同時(shí)有利于血管平滑肌的增殖和遷移，最終引起血管重構(gòu)，而p38MAPK的特異抑制劑SB203580能夠抑制上述作用。

2.2 p38MAPK與心肌間質(zhì)纖維化 心肌間質(zhì)纖維化主要表現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)分泌增多或降解下降，最終導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)沉積。持續(xù)高糖等因素可刺激TGF-β1的表達(dá)[9]。TGF-β1作為明確的促纖維化生長(zhǎng)因子，可促進(jìn)組織修復(fù)，可使損傷心肌及周?chē)Ｐ募〖?xì)胞的Ⅰ、Ⅲ型膠原沉積以及膠原酶降解，同時(shí)使金屬蛋酶組織抑制劑合成增加[10]，整合蛋白水平表達(dá)上調(diào)并促進(jìn)CFs表型轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞[11]，參與心肌纖維化。TGF-β1與其受體結(jié)合后，可以激活TAK1，TAK1能進(jìn)一步激活MKK3/6和p38MAPK，從而參與心臟重塑過(guò)程。Zhang等[12]的研究表明，TAK1在轉(zhuǎn)基因鼠體內(nèi)被激活后，可促進(jìn)p38MAPK的磷酸化，導(dǎo)致心肌間質(zhì)纖維化、心肌肥大、心肌凋亡、心功能惡化及死亡率增高等情況的發(fā)生。Thandavarayan等[13]用非轉(zhuǎn)基因糖尿病大鼠同p38MAPK顯性負(fù)突變的轉(zhuǎn)基因糖尿病大鼠試驗(yàn)，研究顯示p38MAPK在糖尿病心肌重構(gòu)中扮演重要角色，其中包括心肌間質(zhì)纖維化，其機(jī)制是糖尿病時(shí)TGF-β1活化激動(dòng)p38MAPK通路使膠原蛋白Ⅲ沉積最終導(dǎo)致心肌間質(zhì)纖維化。這些研究表明TGF-β1-TAK1-p38MAPK信號(hào)通路可能在糖尿病心肌間質(zhì)纖維化中扮演著重要的角色。另外，Daoud等[14]研究提示，AGEs通過(guò)激活p38MAPK等信號(hào)通路，使成纖維細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP-2、MMP-9、MMP-13等）的表達(dá)水平上調(diào)，導(dǎo)致心肌纖維化。

2.3 p38MAPK與心肌肥大 心肌肥大是DCM的主要病理改變之一，是心臟對(duì)外界刺激的一種代償性反應(yīng)，主要表現(xiàn)心肌細(xì)胞的直徑增寬及長(zhǎng)度增加、體積增大、蛋白合成增加。在TG大鼠DCM模型的研究中，p38αMAPK的激活在左心室心肌細(xì)胞肥厚、氧化應(yīng)激、心功能不全過(guò)程中起到關(guān)鍵作用[13]。Chen等[15]用高糖培養(yǎng)心肌細(xì)胞48 h后測(cè)量心肌細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)其表面積較正常糖濃度組細(xì)胞顯著增加，實(shí)時(shí)RT-PCR分析顯示心肌肥厚性標(biāo)志物心鈉素和血管緊張素原都較正常糖濃度組表達(dá)增加，而引起肥大原因是高糖時(shí)內(nèi)皮素-1和鈉氫交換體-1增多，通過(guò)激活MAPK通路導(dǎo)致。Luo等[16]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用瑞舒伐他汀干預(yù)后的2型糖尿病大鼠模型組與未應(yīng)用瑞舒伐他汀的2型糖尿病大鼠對(duì)照組相比，超聲心動(dòng)圖和組織病理學(xué)明顯改善，同時(shí)MAPK和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3炎癥小體）的表達(dá)減少，這表明瑞舒伐他汀可能通過(guò)抑制MAPK和NLRP3炎癥小體途徑減輕了2型糖尿病大鼠模型的心肌細(xì)胞肥厚。Soetikno等[17]研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組給予8周姜黃素100 mg/（kg·d）干預(yù)，生長(zhǎng)因子、NF-κB、ANFmRNA、NADPH氧化酶的

表達(dá)均降低，心肌細(xì)胞肥厚及心肌纖維化減輕，同時(shí)抑制p38MAPK和ERK1/2的磷酸化，提示姜黃素可能通過(guò)抑制p38MAPK通路對(duì)抗心肌細(xì)胞肥厚和纖維化。Lakshmanan等[18]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因大鼠（自發(fā)性糖尿病大鼠SDT）比正常大鼠產(chǎn)生更多的超氧陰離子自由基，心臟肥大明顯的同時(shí)p38 MAPK、AMPKα1和JNK的磷酸化水平也顯著升高，提示p38MAPK信號(hào)通路在糖尿病心肌肥厚中可能發(fā)揮重要作用。

2.4 p38MAPK與心肌凋亡 心肌細(xì)胞凋亡是DCM重要的發(fā)病機(jī)制，研究證實(shí)，高糖、AGEs、氧化應(yīng)激等因素可通過(guò)p38MAPK通路引起心肌細(xì)胞凋亡，機(jī)制可能與P53、bax、bcl-2、bcl-xl、氧化應(yīng)激等有關(guān)。Huang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，高糖時(shí)可通過(guò)激活p38MAPK通路促進(jìn)p53蛋白磷酸化，使Bcl-2蛋白表達(dá)下調(diào)，而B(niǎo)ax蛋白表達(dá)上調(diào)，從而激活casepase凋亡途徑引起心肌細(xì)胞凋亡，而p38MAPK抑制劑SB203580可以抑制p53的活化而減少心肌凋亡。Chen等[20]研究表明，高糖培養(yǎng)24 h的H9c2心肌細(xì)胞，p-P38表達(dá)增加，凋亡細(xì)胞增加，活性氧產(chǎn)生增加，以及線粒體膜電位下降，而SB203580可以抑制p-P38表達(dá)，減少活性氧產(chǎn)生，抑制線粒體膜電位下降，減少心肌細(xì)胞凋亡。Li等[21]研究表明，心肌細(xì)胞在高糖及AGEs前體作用下，可以使AGEs及ROS產(chǎn)生增多，進(jìn)而激活p38 MAPK及ERK通路，引起DNA凋亡片段和caspase-3凋亡蛋白增加，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。Thandavarayan等[14]研究顯示，非轉(zhuǎn)基因糖尿病大鼠同p38 MAPK顯性負(fù)突變的轉(zhuǎn)基因糖尿病大鼠相比，心肌細(xì)胞凋亡增多，p38 MAPK活性升高，而bcl-xl表達(dá)水平下調(diào)，提示p38 MAPK可通過(guò)下調(diào)bcl-xl促進(jìn)糖尿病心肌細(xì)胞凋亡。Xu等[22]研究證明，在高糖處理H9c2心肌細(xì)胞后，ROS產(chǎn)生增多，進(jìn)一步激活p38MAPK通路引起心肌細(xì)胞凋亡，而外源性硫化氫可通過(guò)抑制p38MAPK和ERK1/2通路發(fā)揮心肌保護(hù)作用。

綜上所述，糖尿病心肌病的發(fā)病機(jī)制尚未清楚，其主要發(fā)病環(huán)節(jié)包括微血管病變、心肌間質(zhì)纖維化、心肌細(xì)胞肥厚、凋亡等，而激活的p38MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在DCM的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要作用，對(duì)p38MAPK在DCM中的作用及分子機(jī)制的深入研究，將有助于進(jìn)一步闡明DCM的發(fā)病機(jī)制。DCM目前沒(méi)有特異性的治療方法，主要的治療手段包括控制血糖、血脂、血壓、改善胰島素抵抗、拮抗RASS系統(tǒng)及改善心肌纖維化等，研究發(fā)現(xiàn)瑞舒伐他汀可通過(guò)抑制MAPK通路減輕2型糖尿病大鼠模型的心肌細(xì)胞肥厚[16]，Xu等[22]證實(shí)硫化氫可通過(guò)抑制P38MAPK通路抵抗高糖引起的心肌損害，而林永廉等發(fā)現(xiàn)[23]大蒜素可通過(guò)抑制P38MAPK通路減少糖尿病大鼠心肌細(xì)胞凋亡，通過(guò)對(duì)P38MAPK通路的抑制研究，將有助于發(fā)現(xiàn)防治DCM的新靶點(diǎn)。

[1] Brewster J L， De V T， Dwyer N， et al. Anosmosen sing signal transduction pathway in yeast[J]. Science，1993，259（5099）：1760.

[2] Fischer S， Koeberle S C， Laufer S A. p38α mitogen-activated protein kinase inhibitors， a patent review （2005-2011）[J]. Expert Opin Ther Pat，2011，21（12）：1843-1866.

[3] Marber M S， Rose B， Wang Y. The p38 mitogen-activated protein kinase pathway-a potential target for intervention in infarction，hypertrophy， and heart failure[J]. J Mol Cell Cardiol，2011，51（4）：458-490.

[4] Brownlee M. Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications[J]. Nature，2001，414（6865）：813.

[5] Kim C D， Yun M R， Na M A， et al. Insulin enhances vascular cell adhesion molecule-1 expression in human cultured endothelial cells through apro-athorogenic pathway mediated by p38migogen-activated protein kinase[J]. Diabetologia，2004，47（3）：532.

[6] Tsiani E， Lekas P， Whiteside C. High glucose-enhanced activation of mesangial cell p38MAPK by ET-1， ANG-2， and platelet-derived growth factor[J]. Am J PhisiolEndocrinol Metab，2002，282（1）：E161-E169.

[7] Shanmugam N， Gaw G. Molecular mechanisms of high glucoseinduced cyclooxygenase-2 expression in monocytes[J]. Diabetes，2004，53（3）：795.

[8]郭志堅(jiān)，候凡凡，梁敏，等.晚期糖基化終產(chǎn)物刺激內(nèi)皮細(xì)胞分泌單核細(xì)胞趨化蛋白-1信號(hào)傳導(dǎo)途徑[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2003，83（12）：1075-1079.

[9] Smoaki W. Hyperglycemia-induced TGF-beta and fibronectin expression in embryonic mouse heart[J]. Dev Dyn，2004，231（1）：179-189.

[10] Leask A， Abraham D J. TGF-beta signaling and the fibrotic response[J]. FASEB J，2004，18（7）：816-827.

[11] Cucoranu I， Clempus R， Dikalova A， et al. NAD（P）H oxidase 4 mediates transforming growth factor-beta 1 -induced differentiation of cardiac fibroblasts into myofibroblasts[J]. CircRes，2005，97（9）：900-907.

[12] Zhang D， Gaussin V， Taffet G E， et al. TAKl is activated in the myocardium after pressure overload and is sufficient to provoke heart failure in transgenic mice[J]. Nat Med，2000，6（5）：556-563.

[13] Rajarajan A， Thandavarayan， Kenichi Watanabe， et al. Dominantnegative p38 alpha mitogen-activated protein kinase prevents cardiac apoptosis and remodeling after streptozotocin-induced diabetes mellitus[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2009，297（3）：911-919.

[14] Daoud S， Schinzel R， Neumann A， et al. Advanced glycation endproducts： activators of cardiac remodeling in primary fibroblasts from adult rat hearts[J]. Mol Med，2001，7（8）：543-551.

[15] Chen S， Khan Z A， Karmazyn M， et al. Role of endothelin-1，sodium hydrogen exchanger-1 and mitogen activated protein kinase（MAPK） activation in glucose-induced cardiomyocyte hypertrophy[J].Diabetes/Metabolism Research and Reviews，2007，23（5）：356-367.

[16] Luo B， Li B， Wang W， et al. Rosuvastatin alleviates diabetic cardiomyopathy by inhibiting NLRP3 inflammasome and MAPK pathways in a type 2 diabetes rat model[J]. Cardiovascular Drugs and Therapy，2014，28（1）：33-43.

[17] Soetikno V， Sari F R， Sukumaran V， et al. Curcumin prevents diabetic cardiomyopathy in streptozotocin-induced diabeticrats rats：possible involvement of PKC-MAPK signaling pathway[J]. Eur J Pharm Sci，2012，47（3）：604-614.

[18] Lakshmanan A P， Harima M， Sukumaran V， et al. Modulation of AT-1R/AMPK-MAPK cascade plays crucial role for the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy in transgenic type 2 diabetic （Spontaneous Diabetic Torii） rats[J]. Biochem Pharmacol，2012，83（5）：653-660.

[19] Huang H， Wu K， You Q， et al. Naringin inhibits high glucoseinduced cardiomyocyte apoptosis by attenuating mitochondrial dysfunction and modulating the activation of the p38 signaling pathway[J]. Int J Mol Med，2013，32（2）：396-402.

[20] Chen J， Guo R， Yan H， et al. Naringin inhibits ROS-activated MAPK pathway in high glucose-induced injuries in H9c2 cardiac cells[J]. Basic Clin Pharmacol Toxicol，2014，114（4）：293-304.

[21] Li S Y， Sigmon V K， Babcock S A， et al. Advanced glycation endproduct induces ROS accumulation， apoptosis， MAP kinase activation and nuclear O-GlcNAcylation in human cardiac myocytes[J]. Life Sci，2007，80（11）：1051-1056.

[22] Xu W， Wu W， Chen J， et al. Exogenous hydrogen sulfide protects H9c2 cardiac cells against high glucose-induced injury by inhibiting the activities of the p38MAPK and ERK1/2 pathways[J]. Mol Med，2013，32（4）：917-925.

[23]林永廉，楊素芳.大蒜素對(duì)糖尿病大鼠心肌細(xì)胞凋亡及MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路的影響[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，13（3）：56-58.