MAPK信號(hào)通路與肺纖維化研究進(jìn)展

唐姣 綜述，何振華審校

（南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖南衡陽421000）

MAPK信號(hào)通路與肺纖維化研究進(jìn)展

唐姣 綜述，何振華△審校

（南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖南衡陽421000）

肺纖維化；蛋白激酶類；信號(hào)傳導(dǎo)；綜述

目前，肺纖維化的發(fā)病機(jī)制不明確且缺少有效治療方法，通常是許多慢性肺部疾病的最終表現(xiàn)。其病理特點(diǎn)主要是肺成纖維細(xì)胞（fibroblast，F(xiàn)B）不斷增生和細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）過度沉積，最后造成肺組織結(jié)構(gòu)的破壞，最終導(dǎo)致慢性呼吸衰竭［1-2］。肺纖維化的發(fā)病過程與不同細(xì)胞因子及信號(hào)通路密切相關(guān)，其中絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路的表達(dá)與之關(guān)系甚密。MAPK是生物體內(nèi)傳遞信號(hào)的關(guān)鍵途徑之一，能調(diào)控多種炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子的表達(dá)，在FB增生和ECM沉積中具有關(guān)鍵作用。很多研究表明，阻斷這條信號(hào)通路可抑制ECM、降低FB增殖和活化速度，進(jìn)而延緩或逆轉(zhuǎn)肺纖維化過程。本文根據(jù)研究現(xiàn)狀，就MAPK信號(hào)通路及其與肺纖維化的關(guān)系作一綜述。

1　MAPK信號(hào)通路

MAPK信號(hào)通路是目前發(fā)現(xiàn)的一類最主要的生長(zhǎng)信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白，是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核聯(lián)系的樞紐，使細(xì)胞對(duì)外界環(huán)境變化給予應(yīng)答，在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育及神經(jīng)功能、免疫應(yīng)答等生理過程中具有重要調(diào)節(jié)作用。哺乳動(dòng)物中MAPK家族主要分為三大類，即細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinases，JNK）和p38MAPK。MAPK的激活途徑很保守［3］，特異性刺激因素激活下游MAPK激酶激酶（MAPK kinase kinases，MAP3Ks），活化的MAP3Ks磷酸化絲氨酸（Ser）和蘇氨酸（Thr）而激活MAPK激酶（MAPK kinases，MAP2Ks），活化的MAP2Ks磷酸化Thr和Tyr雙位點(diǎn)最大激活MAPK。每個(gè)MAPKK（又名MEK）激活的MAPK信號(hào)不同，MEK1、MEK2激活ERK1/2，MEK3、MEK6激活p38 MAPK，而MEK4則能同時(shí)激活JNK和p38 MAPK，從而保證MAPK正?；罨?，產(chǎn)生特定生理效應(yīng)。

然而每條級(jí)聯(lián)信號(hào)的特異性傳導(dǎo)取決于上游激酶與下游底物之間的獨(dú)特作用，不同亞族底物特異性不同，且可被不同外界刺激調(diào)節(jié)。ERK信號(hào)通路的激活原主要為不同生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子［4］，在細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖及分化等過程中發(fā)揮作用；而JNK和p38 MAPK則通常被一些炎性細(xì)胞因子或外界壓力所活化，主要調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá)和編程性細(xì)胞死亡。

2　MAPK信號(hào)通路的轉(zhuǎn)位入核

活化后的MAPK信號(hào)移位入核，各自發(fā)揮相應(yīng)生理效應(yīng)。關(guān)于如何轉(zhuǎn)位入核方面對(duì)ERK信號(hào)通路有較多研究，也提出了很多機(jī)制［5-6］。活化前的MAPK停留于細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核中也有一定的分布，可被表皮生長(zhǎng)因子、血小板源性生長(zhǎng)因子（platelet-derived growth factor，PDGF）等激活，再進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)激活目的基因。在MEK磷酸化作用下ERK信號(hào)從MEK中解離出來，并快速轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核。且ERK被酪蛋白激酶2結(jié)合于核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Imp7的核易位信號(hào)磷酸化后其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)則變得容易［5-7］。核孔復(fù)合體（包括Nup50、Nup153、Nup214）的組成成分就是ERK的底物，表明ERK可直接調(diào)節(jié)核孔滲透性和潛在調(diào)節(jié)入核轉(zhuǎn)運(yùn)［8］。含經(jīng)典核定位序列的核蛋白可輔助ERK、JNK轉(zhuǎn)位入核。膽綠素還原酶是ERK的一種核轉(zhuǎn)運(yùn)體［9］，但也有報(bào)道，JNK的核積累可因其與核轉(zhuǎn)錄因子c-Jun相互作用而得到增強(qiáng)，但是不是c-Jun直接將JNK帶入到細(xì)胞核或僅因?yàn)镴NK信號(hào)的定位點(diǎn)就在細(xì)胞核內(nèi)，目前尚不清楚［10］。

同源二聚體的形成對(duì)MAPK信號(hào)通路的移位入核具有重要生理功能。有研究表明，磷酸化的ERK2和磷酸化或未磷酸化的ERK2可結(jié)合為同源二聚體，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)位入核，且只發(fā)生磷酸化但沒有二聚體化的ERK2突變體不能入核。同樣p38MAPK亞族之間也能形成同源二聚體，而如何影響定位尚不清楚。JNK亞型——JNK2α2同源二聚體介導(dǎo)的核轉(zhuǎn)位已有報(bào)道，但確切機(jī)制仍有待于闡明。此外Mxi2是p38α的剪接變體，結(jié)合于ERK和核孔蛋白上［11］，可在生長(zhǎng)信號(hào)刺激下促進(jìn)ERK轉(zhuǎn)位入核，一旦進(jìn)入核內(nèi)，Mxi2能防止活化后ERK去磷酸化，從而增強(qiáng)ERK在細(xì)胞核內(nèi)的作用［12］。

3　MAPK信號(hào)通路對(duì)肺纖維化的影響

3.1p38MAPK信號(hào)通路p38 MAPK是于1993年由Brewster等首先發(fā)現(xiàn)的，目前已報(bào)道存在6個(gè)異構(gòu)體，分別為p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ，肺內(nèi)主要為p38δ，p38MAPK信號(hào)通路作為MAPK家族中重要的一員，靜息狀態(tài)主要散在分布于細(xì)胞質(zhì)，在受到低氧、紫外線等因素刺激后可發(fā)生磷酸化，并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性及細(xì)胞因子的合成對(duì)炎性反應(yīng)的調(diào)控和創(chuàng)面愈合具有關(guān)鍵性作用［13］。p38MAPK激活后可促進(jìn)腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-8（interleukin-8，IL-8）、IL-1b、IL-6等多種促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)和釋放，使炎性反應(yīng)調(diào)控失衡，導(dǎo)致級(jí)聯(lián)“瀑布”反應(yīng)［14-15］。p38MAPK信號(hào)通路在被這些炎性細(xì)胞因子活化的同時(shí)也可影響多種細(xì)胞因子的產(chǎn)生，如p38MAPK激活后可促進(jìn)單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α、IL-1等炎性細(xì)胞因子，還可活化很多炎癥細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞的炎性聚集很大程度上依賴p38MAPK的激活，而應(yīng)用p38MAPK抑制劑能顯著抑制中性粒細(xì)胞趨化性黏附和超氧化物的產(chǎn)生，減輕炎性反應(yīng)。一方面炎性細(xì)胞因子（IL-1β、TNF-α）可通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化，進(jìn)而促進(jìn)組織細(xì)胞凋亡，激活p38MAPK信號(hào)通路而發(fā)揮作用；另一方面p38MAPK磷酸化促進(jìn)核因子-κB活化并轉(zhuǎn)位入核，進(jìn)而刺激TNF-α等炎性細(xì)胞因子大量合成［16］。有研究表明，玻璃纖維能誘導(dǎo)原代肺泡巨噬細(xì)胞內(nèi)MAPK信號(hào)通路中的ERK，導(dǎo)致p38MAPK磷酸化，而p38MAPK可激活轉(zhuǎn)錄因子——c-Jun，從而導(dǎo)致其與TNF-α基因啟動(dòng)子位點(diǎn)結(jié)合調(diào)控TNF-α基因表達(dá)。表明p38MAPK參與了炎性細(xì)胞因子對(duì)肺纖維化的調(diào)控。

3.2ERK信號(hào)通路目前在MAPK信號(hào)通路中研究較清楚的一條是ERK信號(hào)通路包括5個(gè)亞族，其中ERK1、ERK2是2個(gè)主要成員，主要分布于細(xì)胞質(zhì)中，接受NGF、Ras、Raf、MEK順序激活而轉(zhuǎn)入細(xì)胞核，對(duì)轉(zhuǎn)錄因子磷酸化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性。在肺纖維化的人或動(dòng)物模型中活化的ERK1/2信號(hào)蛋白表達(dá)上調(diào)，加入其抑制劑后明顯減弱肺纖維化程度，說明該信號(hào)通路參與了肺纖維化過程。

3.2.1ERK信號(hào)通路對(duì)FB增殖、凋亡及膠原增生的影響ERK1/2信號(hào)通路的激活與很多致纖維化因子及激酶有關(guān)，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、FB生長(zhǎng)因子、PDGF、基質(zhì)金屬蛋白酶等。采用免疫沉淀激酶分析及Western blotting證實(shí)，TGF-β誘導(dǎo)人FB堿性成纖維生長(zhǎng)因子（bas-is fibroblast growth factor，bFGF）的蛋白表達(dá)和釋放，進(jìn)而誘導(dǎo)ERK磷酸化，而該作用可被ERK信號(hào)通路的非特異性抑制因子——PD98059顯著抑制。TGF-β1可增加NIH3T3 FB中ERK1的活性，同時(shí)增加GTP與Ras的結(jié)合，顯性失活的ERK1可減弱TGF-β1刺激的纖溶酶原激活物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）和Ⅰ型膠原增強(qiáng)子的作用。表明ERK1參與了TGF-β1對(duì)PAI-1和Ⅰ型膠原增強(qiáng)子的上調(diào)作用并刺激ECM的沉積。另外有研究表明，PAI-1可通過激活鈣、ERK、蛋白激酶B信號(hào)通路等抑制FB凋亡［17］。表明ERK信號(hào)通路在FB增殖、凋亡及Ⅰ型膠原增生方面具有重要作用，若限制該信號(hào)通路活性可抑制FB增殖并減少ECM的生成。

3.2.2ERK信號(hào)通路對(duì)血管新生的影響刺激血管生長(zhǎng)因子和抑制血管生長(zhǎng)因子的精妙平衡可調(diào)控血管新生，一旦這種平衡被外界因素打破則導(dǎo)致血管新生［18］。有研究發(fā)現(xiàn)，在特發(fā)性肺纖維化患者中存在廣泛血管新生，且ERK信號(hào)通路參與了肺血管新生。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）高表達(dá)時(shí)可強(qiáng)烈激活ERK1/2，導(dǎo)致血管發(fā)生形態(tài)學(xué)變化。內(nèi)皮抑素是已知最強(qiáng)的血管生成抑制劑，Wan等［19］研究表明，內(nèi)皮抑素可阻斷VEGF/Flk-1信號(hào)和減少ERK1/2磷酸化，給予血管內(nèi)皮抑素治療可減少VEGF的表達(dá)和誘導(dǎo)ERK1/2脫磷酸化，導(dǎo)致新形成血管收縮［20］。

3.3JNK信號(hào)通路在研究紫外線輻射下細(xì)胞的一系列生物過程（紫外線反應(yīng)）時(shí)發(fā)現(xiàn)了JNK這種重要的蛋白激酶，其主要作用是調(diào)節(jié)c-Jun等活化蛋白磷酸化；通過轉(zhuǎn)錄和非轉(zhuǎn)錄依賴形式活化下游核轉(zhuǎn)錄因子，主要介導(dǎo)應(yīng)激狀態(tài)下及器官發(fā)育期細(xì)胞改變，且在炎癥、癌癥、纖維化等研究領(lǐng)域成為熱點(diǎn)。JNK信號(hào)通路參與了神經(jīng)細(xì)胞、干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞凋亡的發(fā)生。最近有研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在特發(fā)性肺纖維化細(xì)胞凋亡中JNK信號(hào)通路與細(xì)胞凋亡關(guān)系密切［21］。JNK信號(hào)通路可促進(jìn)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致肺纖維化，其促進(jìn)凋亡的可能機(jī)制：（1）通過上調(diào)p53、Bax、Fasl、TNF等促凋亡蛋白的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；（2）作用于線粒體，促使細(xì)胞色素C釋放入細(xì)胞質(zhì)并與半胱天冬酶-9（caspase-9）結(jié)合，最終激活caspase-3，從而激活caspase-3級(jí)聯(lián)反應(yīng)，與凋亡底物結(jié)合引起細(xì)胞凋亡。曹鳳菊等［22］研究表明，在博來霉素誘導(dǎo)的肺間質(zhì)纖維化模型中p-JNK、caspase-3表達(dá)增強(qiáng)，而給予JNK信號(hào)通路特異性抑制劑后表達(dá)減少，肺纖維化程度減輕，說明JNK信號(hào)通路參與了肺纖維化過程，且發(fā)揮了促細(xì)胞凋亡作用。

4　展望

目前，肺纖維化發(fā)病機(jī)制尚不明確，涉及多因子、多信號(hào)通路相互作用，MAPK信號(hào)通路是重要的信號(hào)通路之一，其主要通過調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、參與血管新生等多種途徑在肺纖維化發(fā)病方面具有關(guān)鍵作用，且不同MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)通路又扮演了不同角色，功能獨(dú)立，但卻有所交匯，無疑這條信號(hào)通路在肺纖維化方面發(fā)揮著重要作用。JNK信號(hào)通路主要通過介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對(duì)肺纖維化過程進(jìn)行調(diào)控；而ERK和p38MAPK信號(hào)通路的活化參與了多種炎性細(xì)胞因子和致病因素導(dǎo)致的肺纖維化過程。隨著MAPK信號(hào)通路3條主要途徑在肺纖維化中研究的不斷深入，進(jìn)一步確定其在肺纖維化發(fā)生、發(fā)展過程中的作用及其分子機(jī)制對(duì)尋求新的抗肺纖維化藥物具有重大意義。

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（2016-01-18）