細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2信號(hào)通路與神經(jīng)細(xì)胞凋亡研究

唐 敏綜述，張智博審校

（1.南華大學(xué)研究生學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001；2.長(zhǎng)沙市第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，湖南410005）

細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2信號(hào)通路與神經(jīng)細(xì)胞凋亡研究

唐 敏1，2綜述，張智博2審校

（1.南華大學(xué)研究生學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001；2.長(zhǎng)沙市第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，湖南410005）

絲裂原活化蛋白激酶3； 神經(jīng)元/細(xì)胞學(xué)； 細(xì)胞凋亡； ERK1/2通路； 信號(hào)通路； 神經(jīng)細(xì)胞； 綜述

絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是三級(jí)酶聯(lián)反應(yīng)途徑，由MAPK激酶激酶（MKKK）、MAPK激酶（MKK）、MAPK組成一條連續(xù)的激活途徑。其中細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）是MAPKs信號(hào)通路中一條經(jīng)典且重要的途徑[1]。在5個(gè)ERK家族成員中，ERK1與ERK2的作用較其他要更廣泛，對(duì)二者的研究也更充分。ERK1/2廣泛參與神經(jīng)細(xì)胞凋亡的病理過(guò)程，目前，ERK1/2研究已經(jīng)成為神經(jīng)細(xì)胞凋亡領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，主要涉及神經(jīng)變性疾病、腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡等。本文將對(duì)ERK1/2在神經(jīng)細(xì)胞凋亡中的作用機(jī)制作一綜述。

1 ERK1 /2 的組成及生物作用

ERK1/2由三磷酸鳥苷（GTP）介導(dǎo)的Ras-Raf-MEKERK級(jí)聯(lián)通路最下游，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、分化及凋亡等生理、病理過(guò)程，是重要的細(xì)胞周期相關(guān)蛋白激酶途徑[2]，也是MAPKs中的重要成員。ERK1/2是絲裂原信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，許多細(xì)胞因子均能夠激活ERK1/2信號(hào)通路。ERK1與ERK2二者之間同源性達(dá)90%，相似性集中在結(jié)構(gòu)域，具備相似的底物、細(xì)胞定位和激活動(dòng)力學(xué)。ERK1/2信號(hào)通路與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和分化有關(guān)，主要是因?yàn)镋RK依賴的細(xì)胞周期蛋白D1和P27的調(diào)節(jié)異常，致使細(xì)胞周期延長(zhǎng)和椎體神經(jīng)元數(shù)量分布的改變。ERK1/2不僅參加大腦的生長(zhǎng)且與小腦顆粒前體細(xì)胞分化密切相關(guān)。此外有研究表明，酪氨酸磷酸酶（STEP）缺失在致使ERK磷酸化的同時(shí)可以提高經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)的神經(jīng)可塑性和記憶力，由此推出ERK1/2和記憶力密切相關(guān)[3]，不僅如此，ERK1/2與生物鐘機(jī)制的眾多方面有關(guān)，如胃泌素釋放肽的神經(jīng)元、視交叉上核內(nèi)光感信號(hào)的傳輸以及視交叉上核內(nèi)神經(jīng)元的節(jié)律[4]等。ERK1/2的活化和表達(dá)與腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切，其可引起腫瘤細(xì)胞惡性增殖導(dǎo)致病程進(jìn)展，在許多癌癥（如口腔癌[5]、黑色素瘤[6]、乳腺癌[7]等）中都可以發(fā)現(xiàn)ERK1/2的過(guò)度激活。在惡性黑色素瘤中，有60%的患者出現(xiàn)BRaf基因突變[8]，同時(shí)發(fā)現(xiàn)MEK1/2和ERK1/2也存在較高水平的表達(dá)，這表明在腫瘤發(fā)生機(jī)制中，ERK1/2通路的激活起到了不可取代的作用。

2 ERK1 /2 的激活與調(diào)控

ERK1/2靜息時(shí)位于胞漿內(nèi)，ERK1/2磷酸化后才具備活性。ERK1/2主要通過(guò)Thr-183和Tyr-185位點(diǎn)上的去磷酸化來(lái)激活，ERK1/2去磷酸化的調(diào)節(jié)是復(fù)雜且多水平的。ERK1/2信號(hào)通路功能的發(fā)揮是由Raf家族、MEK1/2、ERK1/2信號(hào)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。致使神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生凋亡的信號(hào)從細(xì)胞膜表面至核的傳導(dǎo)，ERK1/2的活化起到不可替代的作用。一般情況下，該信號(hào)模塊的活化是起始于GTPase-大鼠肉瘤病毒（Ras）對(duì)Raf家族（c-Raf-1、A-Raf和B-Raf）的調(diào)節(jié)，但最近較多研究表明，Ras激酶并不是唯一的Raf調(diào)控，蛋白激酶C（PKC）也可以使c-Raf磷酸化，混合性譜系激酶（MLK3）也可以在Thr198和Ser601位點(diǎn)活化B-Raf，以上兩條通路均能夠通過(guò)三級(jí)酶聯(lián)反應(yīng)激活ERK1/2[9-10]。研究表明，生長(zhǎng)因子可介導(dǎo)在Ras附近形成高濃度Sos，Sos可與小分子GTP結(jié)合型蛋白R(shí)as相結(jié)合，導(dǎo)致Ras與鳥苷二磷酸（GDP）解離，從而激活Ras，最終特異性激活ERK1/2[11]。ERK1/2活化后形成二聚體轉(zhuǎn)位于核內(nèi)同時(shí)調(diào)節(jié)160余種蛋白的活性[12]，如 c-Myc、STATs、Jun、Fos、ATF2、Max和Ets家族轉(zhuǎn)錄因子（Elk-1）等，這些轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生磷酸化再調(diào)節(jié)其相對(duì)應(yīng)的靶基因轉(zhuǎn)錄，使蛋白表達(dá)或活性發(fā)生改變，最終能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞功能及代謝，參與細(xì)胞生長(zhǎng)分化、基因表達(dá)、有絲分裂、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、新陳代謝、細(xì)胞生存凋亡、胚胎形成等一系列活動(dòng)的調(diào)節(jié)[13-14]。

近期有實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，ERK1/2通過(guò)轉(zhuǎn)錄非依賴機(jī)制調(diào)控生存蛋白時(shí)最先激活P90rskl，活化的P90rskl繼而磷酸化促凋亡蛋白Bad，而Bad磷酸化后喪失抑制B細(xì)胞淋巴瘤-2（Bcl-2）或Bcl-xl的抗凋亡作用，從而抑制細(xì)胞的凋亡[15]。ERK1/2的活化不但能夠上調(diào)Bcl-2等抗凋亡蛋白的表達(dá)情況，還能夠誘導(dǎo)其活化[16-17]，抑制Ctyc的釋放，維持線粒體的功能，抑制凋亡的發(fā)生[18-19]。

3 ERK1 /2 與神經(jīng)細(xì)胞凋亡

ERK1/2參與神經(jīng)元的凋亡有兩條途徑。一是死亡受體介導(dǎo)的外源性細(xì)胞凋亡途徑，具體是在腫瘤壞死因子和Fas的參與下，先活化半胱氨酸蛋白酶-8（caspase-8），然后caspase-3表達(dá)增加，神經(jīng)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生。與此相對(duì)的另一條是內(nèi)源性途徑，實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)ERK1/2活化時(shí)Bax表達(dá)增強(qiáng)，胞漿里出現(xiàn)p53堆積，而使用其抑制劑U0126后二者均減少[20]，但是未涉及該caspase-3的表達(dá)。Nowak[21]發(fā)現(xiàn)使用抑制劑U0126后，caspase-3的表達(dá)下降，對(duì)Cytc的釋放無(wú)影響。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明ERK1/2是直接調(diào)控caspase-3。

ERK1/2與神經(jīng)細(xì)胞凋亡的關(guān)系已是老生常談，以下將具體從帕金森?。≒D）、腦缺血性疾病、腦創(chuàng)傷性疾病三方面來(lái)分開闡述其中的關(guān)系。

多巴胺（DA）能神經(jīng)元細(xì)胞大量變性凋亡丟失是震顫麻痹即PD的主要病理改變。PD的發(fā)病非單一因素造成，DA能神經(jīng)元變性死亡與神經(jīng)元細(xì)胞凋亡機(jī)制密切相關(guān)。隨著炎癥介質(zhì)環(huán)氧化酶（COX-2）和脂質(zhì)激素前列腺素E2（PGE2）的表達(dá)增多，DA能神經(jīng)元也丟失增多。炎癥在PD病理生理中的作用已被大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)。炎癥激活過(guò)程中ERK1/2信號(hào)通路起調(diào)控作用[22]，那ERK1/2通路是否與PD有關(guān)系呢？在PD動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，ERK1/2的p-ERK1/2表達(dá)比COX-2的表達(dá)明顯要早，且二者呈正相關(guān)。用ERK1/2抑制劑U0126干預(yù)后，在PD中降低的酪氨酸羥化酶蛋白表達(dá)增加。由此可見，PD可促進(jìn)ERK1/2激活，p-ERK1/2增高同時(shí)上調(diào)COX-2和PGE2。而ERK1/2的特異性抑制劑U0126通過(guò)阻斷ERK1/2通路，減少凋亡，達(dá)到一定的PD治療作用。

大腦缺氧缺血后，由于鈣離子超載致腦損傷，包括谷氨酸依賴性途徑和酸敏離子通道兩條途徑。細(xì)胞外液中谷氨酸濃度增高從而發(fā)生興奮性神經(jīng)毒性，進(jìn)而誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞損傷。腦缺血損傷后神經(jīng)ERK1/2與JNK、p38通路的動(dòng)態(tài)平衡決定了細(xì)胞是存活還是死亡。ERK1/2通路激活能夠起到抗谷氨酸的作用，并且可以抑制神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡。腦缺血后，酸敏感離子通道受細(xì)胞外pH值降低影響而激活，導(dǎo)致神經(jīng)毒性損傷。有實(shí)驗(yàn)表明，離體缺血-酸中毒后再灌注能顯著激活ERK1/2通路，ERK1/2通路的激活與抑制可以影響神經(jīng)元損傷后的存活狀態(tài)。ERK1/2在腦缺血性細(xì)胞凋亡過(guò)程中扮演著不可忽視的角色[23]。已有研究表明，在腦缺血再灌注損傷中，ERK1/2和Akt激活起到了重要的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制，其機(jī)制是抑制神經(jīng)元凋亡、降低氧自由基的生成以及抑制炎性反應(yīng)等[24-25]。在實(shí)驗(yàn)中，路文婷等[26]觀察到caspase-3和p-ERK1/2蛋白于腦創(chuàng)傷后3 h時(shí)表達(dá)明顯上調(diào)，到6 h時(shí)不再有變化，24 h后有所下移但仍顯著高于對(duì)照組。同時(shí)可見caspase-3呈陽(yáng)性與TUNEL陽(yáng)性的細(xì)胞（即原位DNA斷裂檢測(cè)凋亡）有很大程度的重疊。這個(gè)實(shí)驗(yàn)研究表明，ERK磷酸化后可能通過(guò)調(diào)控下游即早基因c-fos表達(dá)，組成轉(zhuǎn)錄因子AP-1，繼而調(diào)控下游凋亡相關(guān)基因從而激活caspase-3，引起細(xì)胞凋亡[27]。這也表明了腦缺血性細(xì)胞凋亡與ERK1/2有關(guān)。

大腦受到創(chuàng)傷后，胞漿中出現(xiàn)大量的ERK1/2，這隨后在Mori等[28]運(yùn)用控制性皮質(zhì)沖擊傷模型的研究中得到了證實(shí)。此研究還發(fā)現(xiàn)，自由落體運(yùn)動(dòng)造成的腦創(chuàng)傷中，ERK1/2不是大量聚集于胞漿而是細(xì)胞核。不管是胞漿還是胞核，ERK1/2穿梭蛋白活化后，很大可能是通過(guò)破壞信號(hào)平衡介導(dǎo)細(xì)胞。使用ERK1/2的抑制劑后可見其產(chǎn)生了改善受損神經(jīng)細(xì)胞功能的作用，這也進(jìn)一步證實(shí)了二者有著密切的關(guān)系。

4 結(jié) 語(yǔ)

神經(jīng)細(xì)胞凋亡與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)，是這些疾病的基本病理過(guò)程，其重要性也逐漸被大家所認(rèn)知。神經(jīng)細(xì)胞凋亡看得見的不良后果是生活質(zhì)量降低，以至于找到降低神經(jīng)細(xì)胞凋亡的方法將成為將來(lái)的研究方向。由此可見，ERK1/2通路的重要性早已得到肯定。但其機(jī)制具體過(guò)程尚不清楚。深入研究ERK1/2的作用機(jī)制，也就搬上了國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)的舞臺(tái)，期待不久后有關(guān)研究可以為臨床治療找到新的方向。

[1]Thatcher JD.The Ras-MAPK signal transduction pathway[J].Sci Signal，2010，3（119）：tr1.

[2]Roskoski R.ERK1/2 MAP kinases：structure，function，and regulation[J]. Pharmacol Res，2012，66（2）：105-143.

[3]Olausson P，Venkitaramani DV，Moran TD，et al.The tyrosine phosphatase STEP constrains amygdale-dependent memory formation and neuroplasticity[J].Neuroscience，2012，225：1-8.

[4]Guillaumond F，Becquet D，Blanchard MP，et al.Nocturnal expression of phosphorylated-ERK1/2 in gastrin-r-Eleasing peptide neurons of the rat suprachiasmatic nucleus[J].J Neurochem，2007，101（5）：1224-1235.

[5]Mishima K，Inoue K，Hayashi Y.Overexpression of extracellular-signal regulated kinases on oral squamous cell carcinoma[J].Oral Oncol，2002，38（5）：468-474.

[6]Smalley KS.A pivotal role for ERK in the oncogenic behaviour of malignant melanoma?[J].Int J Cancer，2003，104（5）：527-532.

[7]Santen RJ，Song RX，McPherson R，et al.The role of mitogen-activated protein（MAP）kinase in breast cancer[J].J Steroid Biochem Mol Biol，2002，80（2）：239-256.

[8]Wellbrock C，Karasarides M，Marais R.The RAF proteins take centre stage[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2004，5（11）：875-885.

[9]Lee do Y，Lee MW，Lee HJ，et al.ERK1/2 activation attenuates TRAIL-induced apoptosis through the regulation of mitochondria-dependent pathway[J].Toxicol In Vitro，2006，20（6）：816-823.

[10]Appel S，Morgan KG.Scaffolding proteins and non-proliferative functions of ERK1/2[J].Commun Integr Biol，2010，3（4）：354-356.

[11]Kolch W.Meaningful relationships：the regulation of the Ras/Raf/MEK/ ERK pathway by protein interactions[J].Biochem J，2000，351 Pt 2：289-305.

[12]Yoon S，Seger R.The extra celluar signal-regulated kinase：multiple substrates regulate diverse celluar functions[J].Growth Factors，2006，24（1）：21-44.

[13]Balmanno K，Cook SJ.Tumour cell survival signalling by the ERK1/2 pathway[J].Cell Death Differ，2009，16（3）：368-377.

[14]Vetterkind S，Poythress RH，Lin QQ，et al.Hierarchical scaffolding of an ERK1/2 activation pathway[J].Cell Commun Signal，2013，11（1）：65.

[15]van Hemert MJ，Steensma HY，van Heusden GP，et al.14-3-3 proteins：key regulators of cell division，signalling and apoptosis[J].Bioessays，2001，23（10）：936-946

[16]Romerio F，Zella D.MEK and ERK inhibitors enhance the anti-proliferative effect of interferon-alpha2b[J].FASEB J，2002，16（12）：1680-1682.

[17]Boucher MJ，Duchesne C，Lainé J，et al.cAMP protection of pancreatic cancer cells against apoptosis induced by ERK inhibition[J].Biochem Biophys Res Commun，2001，285（2）：207-216.

[18]Shi L，Wang S，Zangari M，et al.Over-expression of CKS1B activates both MEK/ERK and JAK/STAT3 signaling pathways and promotes myeloma cell drug-resistance[J].Oncotarget，2010，1（1）：22-33.

[19]Luchetti F，Canonico B，Arcangeletti M，et al.ERK MAPK activation mediates the antiapoptotic signaling of melatonin in UVB-stressed U937 cells[J].Free Radic Biol Med，2009，46（3）：339-351.

[20]Kim YK，Kim HJ，Kwon CH，et al.Role of ERK activation in cisplatininduced apoptosis in OK renal epithelial cells[J].J Appl Toxicol，2005，25（5）：374-382.

[21]Nowak G.Protein kinase C-alpha and ERK1/2 mediate mitochondrial dysfunction，decreases in active Na+transport，and cisplatin-induced apoptosis in renal cells[J].J Biol Chem，2002，277（45）：43377-43388.

[22]Cusimano A，F(xiàn)oderà D，D′Alessandro N，et al.Potentiation of the antitumor effects of both selective cyclooxygenase-1 and cyclooxygenase-2 inhibitors in human hepatic cancer cells by inhibition of the MEK/ERK pathway[J].Cancer Biol Ther，2007，6（9）：1461-1468.

[23]Chen T，Cao L，Dong W，et al.Protective effects of mGluR5 positive modulators against traumatic neuronal injury through PKC-dependent activation of MEK/ERK pathway[J].Neurochem Res，2012，37（5）：983-990.

[24]Meller R，Minami M，Gameron JA，et al.CERB-mediated Bcl-2 protein expression after ischemic preconditioning[J].J Cereb Blood Flow Metab，2005，25（2）：234-246.

[25]Hillion JA，Li Y，Maric D，et al.Involvement of Akt in preconditioninginduced tolerance to ischemia in PC12 cells[J].J Cereb Blood Flow Metab，2006，26（10）：1323-1331.

[26]路文婷，陳朝旺，高俊玲.大鼠腦創(chuàng)傷后ERK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的影響[J].中國(guó)醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2012，9（18）：39-41.

[27]高俊玲，田艷霞，陳萬(wàn)欣，等.大鼠腦創(chuàng)傷后ERK通路對(duì)皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞c-fos蛋白表達(dá)及凋亡的影響[J].天津醫(yī)藥，2008，36（1）：46-48.

[28]Mori T，Wang X，Jung JC，et al.Mitogen-activated protein kinase inhibition in traumatic brain injury：in vitro and in vivo effects[J].J Cereb Blood Flow Metab，2002，22（4）：444-452.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.06.024

：A

：1009-5519（2015）06-0867-03

2014-12-18）

唐敏（1988-），女，湖南長(zhǎng)沙人，碩士研究生，主要從事腦血管病研究；E-mail：806023255@qq.com。

張智博（E-mail：zzb@aliyun.com）。