p38-MAPK信號通路對牙髓干細胞生物性能的影響

李 偉 胡紅梅

(井岡山大學臨床醫(yī)學院口腔系，江西 吉安 343000)

牙髓干細胞(DPSC)作為一種成體干細胞，在牙髓組織損傷的自我修復(fù)過程中起重要作用，牙髓和牙本質(zhì)組織損傷修復(fù)的過程受到多種細胞外基質(zhì)分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控〔1〕。DPSC在增殖、分化、遷移、凋亡及細胞周期的運行過程中，DPSC內(nèi)的一些信號通路被激活，包括細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)信號通路、c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路、p38-促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路、Wnt/β-鏈蛋白(catenin)信號通路等，p38-MAPK信號通路在轉(zhuǎn)導細胞外信號通路中發(fā)揮重要作用，是MAPK家族控制炎癥反應(yīng)最重要的成員，它可因炎癥刺激、內(nèi)霉素和滲透壓而激活，從而調(diào)控DPSC的遷移、歸巢、分化和凋亡，并在牙本質(zhì)牙髓復(fù)合體損傷修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用〔2,3〕。本文綜述p38-MAPK信號通路對DPSC生物性能的影響。

1 p38-MAPK信號通路的生物學特性

p38-MAPK分子量為38 kD，由360個氨基酸殘基組成，具有6 個亞型：p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ。p38α、p38β 在人體各種組織中均有發(fā)現(xiàn)，p38γ主要存在于骨骼肌中，p38δ 則多見于各種腺體組織中〔4〕。p38-MAPK 信號通路的激活需要蘇氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)同時被磷酸化，激活后的p38-MAPK信號通路可通過調(diào)控下游轉(zhuǎn)錄因子來表達其活性，包括轉(zhuǎn)錄因子(ATF)-2、ATF-1、ELK-1、轉(zhuǎn)錄因子GADDl53、肌細胞增強因子(MEF)2C、MEF2A等，進而對細胞增殖、分化、遷移、凋亡等進行調(diào)節(jié)。p38-MAPK信號通路主要通過MAPK激酶激酶(MAPKKK)、轉(zhuǎn)化生長因子-β-活化激酶(TAK)及MLK和ASK、MAPK激酶(MAPKK)(MKK3和MKK6)和MAPK這3個激酶反應(yīng)向細胞內(nèi)傳遞信號，p38-MAPK信號通路各亞型都包含有維持激酶活性所必需的TGY雙磷酸化基，但這些激酶組織的上游激酶下游底物不同，因此，各個亞型的p38-MAPK信號通路在細胞生物功能中調(diào)節(jié)不同的生物學效應(yīng)〔5,6〕。

2 p38-MAPK信號通路調(diào)控DPSC的遷移

細胞遷移是指細胞在接收到遷移信號或感受到某些物質(zhì)梯度后產(chǎn)生移動，表現(xiàn)為細胞頭部偽足的延伸、新的黏附建立、細胞體尾部收縮在時空上的交替過程，是活細胞在多種信號系統(tǒng)的精密調(diào)節(jié)下的一種運動形式，細胞骨架及其結(jié)合蛋白是這一過程的物質(zhì)基礎(chǔ)，人體發(fā)育和機體各種反應(yīng)包括傷口愈合中都涉及細胞遷移。牙髓組織傷口愈合是一個非常復(fù)雜的反應(yīng)過程，其中一個主要的生理反應(yīng)就是DPSC朝損傷處遷移，并協(xié)調(diào)DPSC增殖和礦化的步驟，最終形成修復(fù)性牙本質(zhì)〔7，8〕。有研究發(fā)現(xiàn)人類生長因子(HGF)在DPSC中激活了p38-MAPK信號通路，DPSC中p38-MAPK信號通路的阻斷顯著降低細胞堿性磷酸酶活性，P38抑制劑促進了HGF誘導的DPSC遷移〔9，10〕。研究表明，MAPK家族中不同的激酶都能調(diào)節(jié)細胞遷移，機制各不相同，MAPK通過磷酸化MAPK活化蛋白激酶(MAPKAP)2/3調(diào)節(jié)遷移，這對遷移的方向性很重要〔11〕。研究表明，p38-MAPK信號通路信號途徑參與了DPSC遷移抑制反應(yīng)〔12〕，Samuelsen等〔13〕也有相似結(jié)果，究其原因，這些相互矛盾的結(jié)果與其治療持續(xù)時間、細胞培養(yǎng)條件和細胞類型有關(guān)。

3 p38-MAPK信號通路調(diào)控DPSC增殖

細胞增殖是每個生物體的基本特征，細胞以分裂的方式進行增殖，細胞增殖是生物體生長、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)。DPSC是牙髓組織中唯一具有再生能力的細胞，通常是靜止不動的，在機械損傷情況下增殖以恢復(fù)牙本質(zhì)。牙本質(zhì)組織的修復(fù)依賴于DPSC靜止和DPSC增殖之間的平衡〔14，15〕。目前已被證明，腫瘤壞死因子α和其他炎性因子可以激活DPSC，刺激其增殖，以應(yīng)對細菌感染，且p38-MAPK信號通路控制成牙質(zhì)細胞增殖，有研究從DPCS總數(shù)增殖情況證實了p38-MAPK信號通路的增殖作用，為了進一步揭示內(nèi)在原因，從不同動力學進行研究，發(fā)現(xiàn)24～48 h相比未經(jīng)處理DPCS，經(jīng)過p38-MAPK信號通路處理的DPSC增殖有所增加，延長到144 h后，p38-MAPK信號通路繼續(xù)刺激DPCS增殖活性〔16〕。Lv等〔17〕研究發(fā)現(xiàn)激活p38-MAPK信號通路可以促進DPSC增殖。 Clark等〔18〕也認為，p38-MAPK信號通路在DPSC靜止和增殖之間的平衡起主要作用，它能激活信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3，增加DPSC有絲分裂，維持其自我更新，提高增殖效果。研究發(fā)現(xiàn)，p38-MAPK信號通路的抑制卻刺激了造血干細胞在體外擴張，增加體內(nèi)再生能力〔19〕，而且，Lange等〔20〕也認為活性氧誘導p38-MAPK信號通路損害造血干細胞的自我更新，顯示p38-MAPK信號通路的雙重作用，即可以促進或抑制細胞增殖，機制尚不清楚。

4 p38-MAPK信號通路調(diào)控DPSC的分化

細胞分化過程非常復(fù)雜，生物體各種細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上有明顯差異，與細胞分化有關(guān)。DPSC的重要生物學特征就是可以體外分化為成牙本質(zhì)樣細胞，并形成修復(fù)性牙本質(zhì)，最終修復(fù)損傷牙髓組織，在此過程中礦化的特異性蛋白表達量也同步增加。付蕾等〔21〕發(fā)現(xiàn)DPSC礦化結(jié)節(jié)形成減少，礦化相關(guān)基因表達牙本質(zhì)涎磷蛋白(DSPP)、骨橋蛋白(OPN)、堿性磷酸酶(ALP)顯著降低，說明 p38-MAPK 抑制劑降低了DPSC向成牙本質(zhì)的分化，同時，證明 p38-MAPK信號通路參與了DPSC 定向分化過程，并在其中發(fā)揮正反饋作用。Simon等〔22,23〕研究表明，p38-MAPK信號通路是通過p38的磷酸化刺激DPSC分化為成牙本質(zhì)細胞并且形成第三期牙本質(zhì)。p38-MAPK能夠滅活糖原合成酶激酶(GSK)3和STAT3，維持DPSC的自我更新而抑制其分化，然而，通過抑制STAT3，p38-MAPK信號通路還可以刺激MEPE表達和DPSC分化，p38-MAPK這種下調(diào)STAT3活性影響DPSC不同分化的能力還有待進一步研究〔16,24〕。Zhang等〔25～27〕認為天然礦化支架作為極具吸引力的支架結(jié)構(gòu)，可通過p38-MAPK信號通路促進DPSC的成牙本質(zhì)細胞分化，表明在以后的牙齒組織再生研究中，支架材料的選擇將具有重要作用。

綜上，p38-MAPK信號通路對DPSC生物學性能均有不同程度的影響，但其分子學機制尚不清楚，目前，口腔醫(yī)學的研究熱點集中在修復(fù)牙本質(zhì)的形成和牙髓組織的損傷修復(fù)，進一步研究p38-MAPK信號通路參與調(diào)控DPSC的生物學性能，將為牙髓組織的損傷修復(fù)機制提供明確的研究方向，并對臨床上活髓保存治療提供堅實的基礎(chǔ)研究素材。