MAPK通路與腦缺血再灌注損傷發(fā)生、發(fā)展及治療關(guān)系的研究進(jìn)展

劉玉梅，謝露

(廣西醫(yī)科大學(xué)，南寧530021)

MAPK通路與腦缺血再灌注損傷發(fā)生、發(fā)展及治療關(guān)系的研究進(jìn)展

劉玉梅，謝露

(廣西醫(yī)科大學(xué)，南寧530021)

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)屬于絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶。MAPK通路是所有真核細(xì)胞共有的信號(hào)通路，主要包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)，分別介導(dǎo)三條并行的MAPKs信號(hào)通路。MAPK通路參與腦缺血再灌注損傷(CIRI)的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，但確切作用機(jī)制尚不完全清楚。目前對(duì)于CIRI治療藥物的研究有限，大多數(shù)藥物還處在試驗(yàn)階段，只有少部分投入臨床使用。經(jīng)由MAPK通路發(fā)揮腦保護(hù)作用的藥物研究具有非常廣闊的應(yīng)用前景，有望為CIRI患者帶來(lái)福音。

腦缺血再灌注損傷；絲裂原活化蛋白激酶；細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶；c-Jun氨基末端激酶；p38絲裂原活化蛋白激酶

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)屬于絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶。MAPK家族主要包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)，分別介導(dǎo)三條并行的MAPK信號(hào)通路，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，參與細(xì)胞增殖、分化、癌變、轉(zhuǎn)移、凋亡等生理過(guò)程，介導(dǎo)生長(zhǎng)發(fā)育、炎癥反應(yīng)等生命活動(dòng)[1]。腦缺血再灌注損傷(CIRI)是指腦缺血后一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)血液供應(yīng)，大腦功能不但沒(méi)有恢復(fù)，還出現(xiàn)更加嚴(yán)重的腦功能障礙。導(dǎo)致CIRI發(fā)生的機(jī)制比較復(fù)雜，目前已明確的機(jī)制主要為自由基過(guò)度形成、興奮性氨基酸毒性作用、細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載、炎癥反應(yīng)等因素單獨(dú)或聯(lián)合作用引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡和壞死，最終導(dǎo)致神經(jīng)功能破壞[2]。研究發(fā)現(xiàn)，ERK1/2、p38MAPK、JNK等均參與調(diào)節(jié)CIRI的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程[3]。本研究就MAPK通路與CIRI發(fā)生、發(fā)展及治療的關(guān)系作一綜述。

1 MAPK通路與CIRI發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

1.1 ERK通路與CIRI ERK通路是一條高度保守的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，主要包括ERK1～ERK5五個(gè)亞族，目前明確ERK1、ERK2(即ERK1/2)主要參與細(xì)胞增殖和分化等活動(dòng)；對(duì)ERK3、ERK4和ERK5的研究剛剛起步，其具體作用及作用機(jī)制尚未明確。ERK1/2可被多種刺激激活，如缺血、神經(jīng)遞質(zhì)、氧化應(yīng)激等。目前，對(duì)于ERK1/2在CIRI中作用的研究結(jié)果存在爭(zhēng)議，一些研究表明ERK的激活在CIRI中具有保護(hù)作用[4]，另一些研究卻顯示其激活會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)毒性[5]。

1.1.1 ERK1/2在CIRI中的腦保護(hù)作用 研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血再灌注Wistar大鼠腦組織p-ERK表達(dá)明顯降低；隨著p-ERK表達(dá)增加，腦細(xì)胞凋亡率逐漸降低，但ERK表達(dá)無(wú)明顯變化[6]。Dai等[7]采用雙側(cè)頸總動(dòng)脈閉塞的方法構(gòu)建CIRI大鼠模型，結(jié)果顯示模型組海馬區(qū)p-ERK表達(dá)明顯減少，經(jīng)腦保護(hù)藥物處理后，p-ERK表達(dá)顯著提高，且腦細(xì)胞活性顯著改善，證實(shí)p-ERK具有腦保護(hù)作用。此外，對(duì)體外構(gòu)建的神經(jīng)細(xì)胞缺糖缺氧再?gòu)?fù)氧(OGD/R)模型給予ERK抑制劑UO126處理后，神經(jīng)細(xì)胞功能明顯抑制，反向證明了激活ERK1/2可以發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[8]。

1.1.2 ERK1/2在CIRI中的腦損害作用 本課題組前期研究采用經(jīng)食道電刺激誘發(fā)心室顫動(dòng)建立心跳驟停(CA)/心肺復(fù)蘇(CPR)大鼠模型，結(jié)果顯示模型組腦組織活性氧(ROS)和丙二醛(MAD)表達(dá)顯著高于假手術(shù)組，SOD活性顯著低于假手術(shù)組；于大鼠自主循環(huán)恢復(fù)后靜脈注射ERK抑制劑PD98059，可降低ROS和MAD表達(dá)、提高SOD活性、提高CPR后大鼠生存率、延長(zhǎng)生存時(shí)間[9]。有關(guān)ERK1/2抑制劑在局灶性腦缺血中作用的研究結(jié)果顯示，ERK1/2抑制劑具有腦保護(hù)作用，ERK1/2通路參與短暫性腦缺血引起的腦損傷[10]。Chen等[11]將神經(jīng)細(xì)胞放在含鎘的環(huán)境中培養(yǎng)4 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎘可以引起ERK1/2通路迅速激活，并且誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；ERK抑制劑UO126可以部分抑制細(xì)胞凋亡；提示鎘引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡的部分原因是激活ERK1/2通路。

1.2 p38MAPK通路與CIRI p38MAPK是由應(yīng)激信號(hào)誘導(dǎo)的應(yīng)激激酶，與CIRI引起的神經(jīng)細(xì)胞損傷聯(lián)系密切。同ERK1/2類似，p38MAPK在CIRI中也具有雙重作用。

1.2.1 p38MAPK在CIRI中的腦損害作用 1998年Karin等[12]首次使用雙側(cè)頸動(dòng)脈結(jié)扎法構(gòu)建全腦CIRI模型，模型組于缺血3～4天在海馬區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)p-p38MAPK及其底物ATF2、MAPKAP2顯著升高，且此時(shí)海馬區(qū)錐狀神經(jīng)元的凋亡率升高，說(shuō)明激活p38MAPK通路與海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡有關(guān)。Sugino等[13]研究MAPK與海馬區(qū)遲發(fā)型神經(jīng)元凋亡的關(guān)系，于缺血前30 min在右側(cè)腦室內(nèi)注入p38MAPK抑制劑SB203580，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SB203580可抑制p38MAPK表達(dá)，減少其底物ATF2形成，同時(shí)減少缺血引起的細(xì)胞凋亡，表明抑制p38MAPK可發(fā)揮抗凋亡作用。此外，在培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)細(xì)胞中亦發(fā)現(xiàn)，SB203580對(duì)缺氧缺糖神經(jīng)細(xì)胞也表現(xiàn)出直接的保護(hù)作用。

1.2.2 p38MAPK在CIRI中的腦保護(hù)作用 本課題組前期通過(guò)CA建立CIRI模型，證明p38MAPK阻斷劑SKF86002可引起CA后腦損傷，促進(jìn)腦細(xì)胞凋亡，激活p38MAPK通路則具有抗腦細(xì)胞凋亡的作用[14]。Guan等[15]報(bào)道，p38MAPK阻滯劑SB203580可減弱腦缺血預(yù)處理(IPC)對(duì)大鼠CA1區(qū)神經(jīng)元的保護(hù)作用；未給予p38MAPK阻滯劑的大鼠p-p38MAPK表達(dá)明顯增多，IPC的腦保護(hù)作用顯著提高；提示IPC誘導(dǎo)的腦缺血耐受作用是通過(guò)激活p38MAPK實(shí)現(xiàn)的。目前對(duì)于p38MAPK通路在CIR中的腦保護(hù)作用的研究并不多，需要更多的后續(xù)研究來(lái)證實(shí)上述研究結(jié)果。

1.3 JNK通路與CIRI JNK又稱為應(yīng)激活化蛋白激酶(SAPK)，主要參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、分化、增殖、凋亡和氧化應(yīng)激反應(yīng)等。有研究顯示，JNK通路抑制劑SP600125能通過(guò)抑制線粒體易位、細(xì)胞色素C釋放以及凋亡蛋白Caspase-9、Caspase-3激活而減輕CIRI引起的細(xì)胞損傷[16]。在 OGD/R細(xì)胞模型中分別單獨(dú)加入ERK、JNK、p38MAPK抑制劑，結(jié)果顯示抑制ERK和JNK可顯著抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，而抑制p38MAPK則對(duì)細(xì)胞凋亡無(wú)明顯作用，提示JNK與促進(jìn)細(xì)胞凋亡有關(guān)[11]。Zhen等[17]通過(guò)構(gòu)建大鼠CIRI模型，發(fā)現(xiàn)假手術(shù)組JNK表達(dá)很低，而經(jīng)過(guò)缺血2 h、再灌注22 h后大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)JNK表達(dá)急劇上升。抑制p-JNK和p-p38MAPK表達(dá)可改善CIR大鼠的神經(jīng)行為功能，降低腦組織的梗死面積[3]。以上結(jié)果均說(shuō)明JNK信號(hào)通路可促進(jìn)CIRI引起的腦損傷，且其促損傷機(jī)制可能與促進(jìn)細(xì)胞色素C釋放、增加凋亡蛋白表達(dá)有關(guān)。JNK抑制劑則可發(fā)揮抗炎和抗凋亡等作用，可能成為治療CIRI的一劑良藥。

2 MAPK通路與抗CIRI藥物的關(guān)系

2.1 通過(guò)ERK通路發(fā)揮CIRI后腦保護(hù)作用的藥物 Xu等[18]發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素可抑制鎘誘導(dǎo)的ERK1/2激活以及Caspase-3在細(xì)胞中的表達(dá)，減弱腦細(xì)胞損傷，從而發(fā)揮神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，綠茶多酚與ERK抑制劑單獨(dú)作用可對(duì)抗CIRI引起的細(xì)胞凋亡，但作用比較微弱；同時(shí)加入綠茶多酚與ERK抑制劑可顯著減輕神經(jīng)功能損傷；證明綠茶多酚與ERK抑制劑在腦保護(hù)作用中具有協(xié)同作用[9]。此外，丹酚酸B[19]、冠脈通片[20]及烏索酸[21]等藥物均被證實(shí)在CIRI中的腦保護(hù)作用與抑制ERK通路有關(guān)；姜黃素[22]、黃芩苷[7]及神經(jīng)生長(zhǎng)因子[8]等則是通過(guò)抑制p-p38MAPK及p-JNK表達(dá)，促進(jìn)p-ERK表達(dá)，從而發(fā)揮CIRI后腦保護(hù)作用。

2.2 通過(guò)p38MAPK通路發(fā)揮CIRI后腦保護(hù)作用的藥物 阿魏酸鈉(SF)是阿魏酸的鈉鹽，是傳統(tǒng)活血化瘀中藥當(dāng)歸和川芎共有的有效單體成分，具有抗自由基及脂質(zhì)過(guò)氧化損傷等作用[23]。已證實(shí)SF可以通過(guò)減少自由基釋放和鈣離子超載等對(duì)CIRI起到保護(hù)作用。為了進(jìn)一步研究SF對(duì)CIRI的保護(hù)機(jī)制，在缺血再灌注組加入p38MAPK抑制劑SB203580和不同濃度SF，結(jié)果顯示隨著SF濃度增加p38MAPK表達(dá)逐漸降低、細(xì)胞凋亡逐漸減少，證明SF通過(guò)抑制p38MAPK磷酸化，從而阻斷信號(hào)從細(xì)胞外傳遞到細(xì)胞內(nèi)，發(fā)揮抑制神經(jīng)元凋亡的作用[24]。Collino等[25]證明，過(guò)氧化物酶激活受體γ(PPAR-γ)激動(dòng)劑羅格列酮和吡格列酮可以明顯降低由CIRI引起的p-p38MAPK水平升高，進(jìn)而發(fā)揮抗炎、抗氧化作用，減輕CIRI引起的腦組織損傷。此外，化濁解毒活血通絡(luò)方、長(zhǎng)托寧、甘草素和千金藤素等[26,27]藥物在CIRI中均被證明通過(guò)抑制p38MAPK通路發(fā)揮抗凋亡和抗氧化作用。

2.3 通過(guò)JNK通路發(fā)揮CIR后腦保護(hù)作用的藥物 Lv等[28]分別于兔蛛網(wǎng)膜下腔出血后6、24、48 h腹腔注射丙酮酸乙酯，結(jié)果顯示丙酮酸乙酯處理組于出血后24、72 h大腦皮層和海馬區(qū)TNF-α、p-JNK和Bax表達(dá)均明顯降低，提示EP可能通過(guò)減少TNF-α表達(dá)、抑制JNK信號(hào)通路發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。最新的一項(xiàng)關(guān)于新型雙NO供體肟(IQ-1S)和JNK抑制劑對(duì)小鼠CIRI保護(hù)作用的研究發(fā)現(xiàn)，IQ-1S不僅可作為NO的供體發(fā)揮腦保護(hù)作用，還可作為JNK抑制劑，通過(guò)降低腦神經(jīng)功能評(píng)分、減少腦梗死面積對(duì)CIRI早期發(fā)揮保護(hù)作用[29]。此外，迷迭香酸也被證實(shí)可保護(hù)CIRI后海馬CA1區(qū)神經(jīng)元損傷，下調(diào)JNK磷酸化和Caspase-3表達(dá)可能是其作用機(jī)制[30]。

3 小結(jié)

MAPK家族在CIRI的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，JNK、p38MAPK和ERK1/2三個(gè)不同的激酶通路發(fā)揮的作用雖然不盡相同，但可以相互影響，通路之間既有相互合作作用，又有相互拮抗作用。由于CIRI具有較高的病死率和致殘率，而目前對(duì)于相關(guān)治療藥物的研究非常有限，并且大多數(shù)藥物還處在試驗(yàn)階段，只有少部分投入臨床使用。因此，經(jīng)由MAPK通路腦保護(hù)藥物的研究具有非常廣闊的前景，有望為CIRI患者帶來(lái)福音。

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81660312)；廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015GXNSFAA139148)。

謝露(E-mail: xielu8282@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.48.035

R743

A

1002-266X(2017)48-0100-04

2017-05-16)