JNK信號通路與眼部疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

王彥夫 張?zhí)熨Y

作者單位：028000 內(nèi)蒙古通遼，內(nèi)蒙古民族大學(xué)（王彥夫、張?zhí)熨Y）；內(nèi)蒙古民族大學(xué)附屬醫(yī)院 內(nèi)蒙古民族大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院眼科（張?zhí)熨Y）

c-Jun氨基末端激酶（JNK）屬于應(yīng)激活化蛋白激酶的一類，與多種動物疾病有關(guān)。JNK很容易受到應(yīng)激因素影響，如在細(xì)胞因子、紫外線、生長因子等胞外刺激發(fā)生后[1]，其通路上的酪氨酸殘基和蘇氨酸殘基發(fā)生雙重磷酸化，調(diào)控轉(zhuǎn)錄等細(xì)胞活動。因此細(xì)胞凋亡和JNK內(nèi)蛋白表達(dá)有著直接的聯(lián)系，臨床中可以通過控制細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)時胞內(nèi)JNK蛋白表達(dá)來預(yù)防疾病。JNK信號通路能夠影響人眼部的不同部分，引發(fā)各種各樣的致病機(jī)制，如眼角膜上皮細(xì)胞損傷、青光眼、視網(wǎng)膜缺血、干眼等疾病[2]，由此可見，JNK信號通路為眼部疾病的預(yù)防與治療提供新的靶點及策略。

1 JNK的結(jié)構(gòu)與功能

JNK家族屬于可以分裂活化蛋白激酶超家族的蛋白質(zhì)類型的一種，類型上屬促分裂活化蛋白激酶家族，于1991年首次被Sturgil發(fā)現(xiàn)[3]，它可以與c-Jun氨基末端活性區(qū)域相結(jié)合，從而導(dǎo)致絲氨酸-73以及絲氨酸-63出現(xiàn)雙磷化反應(yīng)，這也是JNK名字的由來。通過大量研究證實JNK信號通路可以直接影響細(xì)胞生長、分化及凋亡。如細(xì)胞因子的刺激[4]（如腫瘤壞死因子-α、生長因子、白細(xì)胞介素-1等）和環(huán)境的應(yīng)激（如滲透壓應(yīng)激、紫外線應(yīng)激等）等都會激活細(xì)胞內(nèi)的JNK信號通路，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

細(xì)胞信號傳遞機(jī)制當(dāng)中，絲裂原活化蛋白主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)多種生物學(xué)效應(yīng)，其中包括正常新陳代謝、細(xì)胞生長、增殖、分裂、凋亡等[5]，并把細(xì)胞內(nèi)部出現(xiàn)的生化效應(yīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)至外部。MAPK包含一組三級磷酸化激酶，即MEK、MKKK和MKKKs[6]激活并磷酸化MEKs，MEKs再激活并磷酸化MAPKs。研究表明，哺乳動物每個細(xì)胞內(nèi)至少包括4條MAPK 信號通路[7]，分別是：①ERK1/ERK2；②應(yīng)激活化蛋白激酶 /c-Jun 氨基末端激酶；③p38 分裂原活化蛋白激酶； ④ big MAP kinase 1（BMK1） 也稱為 ERK5。通常情況下，JNK和SAPK外部應(yīng)激產(chǎn)生轉(zhuǎn)導(dǎo)信號主要出現(xiàn)在哺乳動物中，JNK由三種蛋白激酶組成，分別是JNK1，JNK2和JNK3，這三種基因編碼雖然都參與組織細(xì)胞，但其表達(dá)組織有所不同，JNK3主要在心臟、腦及睪丸[8]等組織表達(dá)，另外兩種表達(dá)范圍廣泛，可以參與各個組織細(xì)胞。

2 JNK信號通路的激活因素

2.1 JNK信號通路的細(xì)胞外活化因素 激活JNK信號通路的主要因子包括白細(xì)胞介素-1、生長因子以及腫瘤壞死因子-α等細(xì)胞因子。除此之外，熱休克、電離輻射以及滲透壓等細(xì)胞外刺激也能激活JNK信號通路。JNKK1或JNKK2介導(dǎo)JNK上Thr183和Tyr185磷酸化，使JNK完全活化[9]。

2.2 JNK信號通路的細(xì)胞內(nèi)激活物 在具體的試驗當(dāng)中，MAPK信號的傳導(dǎo)環(huán)節(jié)涵蓋了3個相連的酶促反應(yīng)，分別是MAPKKKs-MAPKKs-MAPKs，MKK7和MKK4，是主要的上游應(yīng)激酶。MKK7[10]蛋白激酶在細(xì)胞因子的作用下被激活，相比之下MKK4的激活方式略有不同，它依賴于環(huán)境應(yīng)急激活。JNK進(jìn)入到細(xì)胞核后分別激活各自的轉(zhuǎn)錄因子以及非轉(zhuǎn)錄因子（如Bcl-2、Bcl-xl、Bim、BAD），經(jīng)過磷酸化加強(qiáng)了轉(zhuǎn)錄物質(zhì)的功能，對基因表達(dá)的整個流程展開調(diào)整[11]，產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)，是細(xì)胞生長、增殖乃至凋亡的整個過程。MKK4和MKK7[12]對脯氨酸、蘇氨酸以及酪氨酸進(jìn)行雙重磷酸化后JNK信號通路即被激活，隨后可以激活下游細(xì)胞因子[13]（Bcl-2、c-Jun、ATF-2、Smad4 等），進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞轉(zhuǎn)錄過程。

3 JNK信號通路介導(dǎo)細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬是指通過溶酶體途徑進(jìn)一步降低細(xì)胞質(zhì)內(nèi)受損的蛋白質(zhì)及細(xì)胞器，進(jìn)而保證細(xì)胞的基本活動正常進(jìn)行[14]。JNK信號通路經(jīng)過調(diào)整Beclin-1與磷酸化的Bcl-2家族蛋白結(jié)合來介導(dǎo)細(xì)胞自噬。主要包括以下兩種方式：一為JNK-1推動Bcl-2/Bcl-XL磷酸化過程的完成，導(dǎo)致Beclin-1自Beclin-1-Bcl-2/Bcl-XL復(fù)合體內(nèi)脫離，其中Beclin-1是自噬過程中的一個基礎(chǔ)調(diào)整因子；其二為經(jīng)過Bcl-2/Bcl-XL磷酸化進(jìn)而達(dá)成影響與Beclin-1結(jié)合的效果。

4 JNK信號通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡

JNK凋亡信號通路不僅有上游因子的調(diào)節(jié)，同時還可以作用到下游來調(diào)控細(xì)胞凋亡[15，16]。研究證實，JNK信號通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡的途徑有兩種[17]：其一為提升凋亡因子的含量。被激活的JNK信號通路加強(qiáng)了轉(zhuǎn)錄物質(zhì)AP-1的效果，促進(jìn)促凋亡蛋白FasL、p53、Bax 、TNF 等的表達(dá)；其二為對線粒體產(chǎn)生影響，被激活的JNK 信號通路經(jīng)過調(diào)節(jié)線粒體產(chǎn)生和發(fā)出細(xì)胞色素C，JNK之后和caspase-9/Apaf-1 聯(lián)合激發(fā)caspase-3，活性被激發(fā)的caspase-3再和凋亡因子聯(lián)合，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞凋亡過程的發(fā)生。

5 JNK 信號通路參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與多種眼科疾病有關(guān)[18]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡，是細(xì)胞的一種保護(hù)機(jī)制。但持續(xù)或者過度的應(yīng)激有可能引發(fā)細(xì)胞凋亡。現(xiàn)在已找到三個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引發(fā)細(xì)胞凋亡過程的方式，分別是JNK途徑、CHOP途徑以及caspase-12途徑。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激過程中[19]，JNK首先出現(xiàn)磷酸化現(xiàn)象，進(jìn)而誘導(dǎo)Bax蛋白的表達(dá)并加快細(xì)胞凋亡速度。

6 JNK信號通路與眼部疾病

6.1 JNK信號通路與角膜疾病

6.1.1 JNK信號通路有效控制角膜基質(zhì)層瘢痕的形成JNK信號通路可以在角膜基質(zhì)受損修復(fù)過程中有效的抑制瘢痕的形成。Shi等[20]通過TGF-β1角膜基質(zhì)纖維細(xì)胞端粒酶分析得出，TGF-β1激發(fā)了THSF內(nèi)的MAPK信號通路，引入JNK抑制劑之后TGF-β1引發(fā)產(chǎn)生的結(jié)締組織生長因子的數(shù)量顯著降低，不僅如此，膠原蛋白1的數(shù)量也有顯著降低。在關(guān)于JNK信號通路抑制瘢痕形成的研究中，選擇數(shù)只角膜創(chuàng)傷的大鼠，在部分小鼠眼結(jié)膜下注射JNK抑制劑，數(shù)日后切下角膜創(chuàng)傷部位切片，對比其CTGF的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)注射JNK抑制劑的小鼠其CTGF表達(dá)明顯低于未注射JNK抑制劑的小鼠，表明JNK信號通路抑制劑能夠經(jīng)過限制CTGF的產(chǎn)生從而防止在角膜創(chuàng)口痊愈過程中瘢痕的產(chǎn)生。

6.1.2 JNK信號通路抑制角膜上皮細(xì)胞增殖Terai等[21]以角膜上皮細(xì)胞中無TGF-β受體2的變異大鼠為實驗材料，構(gòu)建了角膜上皮清創(chuàng)模型，深入的分析JNK信號通路在角膜上皮創(chuàng)傷痊愈過程中發(fā)揮的影響。實驗結(jié)果表明，角膜創(chuàng)傷的愈合速度和時間與TGF-β之間有著直接的關(guān)系，相比正常通路，TGF-β被抑制的情況下其角膜創(chuàng)傷愈合時間較晚。與此同時P38MAPK激酶也相應(yīng)的延長，表明TGF-β和P38MAPK激酶兩種物質(zhì)之間也許有著一定的關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)錄活化因子通過被壓力活化酶激活來進(jìn)一步減少細(xì)胞因子的刺激。除此之外，分析證明了P38MAPK激酶延遲，并不會對ATF-2產(chǎn)生干擾，其磷酸化過程也不會中止，但細(xì)胞增殖被限制在角膜創(chuàng)傷處前段區(qū)域，表明JNK信號通路能起到抑制細(xì)胞增殖的作用。

6.2 JNK信號通路與晶狀體疾病JNK信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬維持晶狀體清晰度。Li等[22]在實驗中發(fā)現(xiàn)不同組織中JNK蛋白含量有所不同，其中晶狀體上皮細(xì)胞的JNK蛋白含量較為豐富，這意味著上皮層將是晶狀體的重要應(yīng)激部位。晶狀體中醛糖還原酶的過度表達(dá)可以刺激JNK信號通路的活化，對誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡有著積極的作用。同時應(yīng)注意的是，醛糖還原酶會對晶狀體的透明度帶來一定的影響[23]。JNK信號可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞核的自噬來保證晶狀體清晰度及正常功能[24]。

6.3 JNK信號通路與糖尿病性視網(wǎng)膜病變

6.3.1 JNK信號通路可以引起節(jié)細(xì)胞層的神經(jīng)退化性病變 研究證實，JNK信號通路的引發(fā)和人體內(nèi)環(huán)境密切相關(guān)，舉例來說，血糖含量過高可能誘導(dǎo)JNK信號通路，讓介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡速度變快，引起糖尿病神經(jīng)退化。實驗過程中[25]，將一般大鼠與糖尿病大鼠的視網(wǎng)膜區(qū)別開來，之后放置到不同的血清游離培養(yǎng)基中使其生長，觀察分析并得出結(jié)論。為了便于研究，對大鼠視網(wǎng)膜進(jìn)行了分組，此次研究中以N組和HG組為例，HG 組中又分成了?；撬嵝苊撗跄懰?、神經(jīng)營養(yǎng)因子-4組與空白試驗組。培養(yǎng)基中培養(yǎng)1周時間后，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜節(jié)細(xì)胞層中N組JNK活化水平較低，HG組和DM組的JN活化K水平較高，但再生軸索低于N組。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)含有TUDCA以及NT-4的實驗組JNK活化水平較高，與之對應(yīng)的再生軸索較低。這一現(xiàn)象證明NT-4能夠有效抑制JNK信號通路活化，起到保護(hù)神經(jīng)的作用，同時高糖環(huán)境下視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡與JNK信號通路密切相關(guān)。在糖尿病患者體內(nèi)[26]，JNK信號通路與其他因子共同作用時會產(chǎn)生誘導(dǎo)節(jié)細(xì)胞神經(jīng)退化病變的現(xiàn)象。

6.3.2JNK信號通路與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡 Giovanni等[27]通過檢測實驗小鼠眼球內(nèi)的JNK2在不同時期mRNA的表達(dá)變化以及視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡情況和細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變，分析糖尿病小鼠視網(wǎng)膜病變中JNK2通路的作用。結(jié)果證實，早期糖尿病視網(wǎng)膜病變中JNK的表達(dá)與凋亡細(xì)胞呈正相關(guān)，JNK2則是早期視網(wǎng)膜病變的重要因素之一，具有促進(jìn)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡的作用。

6.4 JNK信號通路與干眼JNK信號通路抑制劑有效減少IL-6促炎細(xì)胞分泌。干眼是一種常見的眼部疾病，多發(fā)于中老年人群，臨床常見的癥狀是眼部不適以及視物模糊。淚液分泌缺少是導(dǎo)致干眼形成的最直接原因。干眼患者的眼球表面和淚液中許多炎癥因子的含量顯著提升，其中IL-6促炎細(xì)胞在人體免疫系統(tǒng)中有著非常關(guān)鍵的影響和功能。Chao等[28]在高滲透壓狀況下模仿干眼的基本環(huán)境培育人的角膜上皮細(xì)胞，結(jié)論表明IL-6的含量顯著提升。同時細(xì)胞裂液中的JNK和磷酸化的P38MAPK含量也有不同程度的升高。這一結(jié)果證實，JNK和P38MAPK抑制劑可以有效減少高滲條件下IL-6的分泌。

6.5 JNK信號通路與青光眼JNK信號通路在慢性高眼壓的環(huán)境下具有保護(hù)細(xì)胞的作用。高眼壓刺激會激活JNK信號通路，繼而加快RGC細(xì)胞凋亡。He等[29]在實驗中給小鼠制造高眼壓的環(huán)境，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)RGC凋亡顯著增加，同時JNK3的蛋白表達(dá)量也有了顯著增加。這也證實了高眼壓和JNK3蛋白表達(dá)之間有著緊密聯(lián)系。在慢性高眼壓的環(huán)境中，熱休克蛋白 72（heat shock protein 72，HSP72）[30]也能起到保護(hù)細(xì)胞的作用。

7 展望

綜上所述，細(xì)胞外刺激與細(xì)胞內(nèi)因素可通過激活JNK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究證明，與眼部疾病相關(guān)細(xì)胞的凋亡途徑與JNK信號通路的激活有著密切的聯(lián)系，JNK信號通路在細(xì)胞水平上對人眼相關(guān)疾病的影響非常大。深入掌握其影響人體的機(jī)理，可以為眼部損傷與疾病的預(yù)防和治療提供新的思路與參考。