TGF-β/Smad、p38MAPK及JNK/SAPK信號通路在糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展中作用機制的研究進展

陳方旭，米焱，王彩麗

(1內蒙古科技大學包頭醫(yī)學院，內蒙古包頭 014010；2內蒙古科技大學包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院)

糖尿病腎病(DKD)是糖尿病最常見并發(fā)癥，同時也是導致終末期腎功能衰竭的重要原因。據(jù)流行病學調查顯示，1型糖尿病患者中約有30%出現(xiàn)DKD，2型糖尿病患者有30%～40%最終發(fā)展為腎功能衰竭[1]。DKD占我國透析患者原發(fā)病的第2位，且有逐年上升趨勢。DKD早期即可出現(xiàn)微量白蛋白尿，隨著病情進展逐漸出現(xiàn)腎小球濾過率下降和腎小球硬化，最終進展為終末期腎臟病。DKD的發(fā)病機制十分復雜，至今仍尚未完全闡明。目前認為，DKD的發(fā)生可能與高血糖引起的代謝紊亂、腎臟血流動力學障礙、多種細胞因子的參與、氧化應激等多個因素作用有關。轉化生長因子-β(TGF-β)是調控腎組織細胞外基質蛋白合成，導致腎小管間質纖維化及腎小球硬化的關鍵因子。Lee等[2]研究證實，腎臟足細胞中TGF-β過度表達可能引起腎小球基底膜增厚和系膜基質增多而促進腎臟疾病的發(fā)展。Loeffler等[3]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β可激活細胞外信號調節(jié)蛋白激酶(ERK)、p38和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，活化的p38和MAPK可誘導腎臟足細胞凋亡,從而加快DKD進展。大量研究表明，TGF-β在DKD發(fā)展中發(fā)揮顯著作用，其可通過Smads和MAPKs信號傳導通路參與DKD的進展?，F(xiàn)對TGF-β/Smad、p38MAPK、c-Jun氨基末端激酶(JNK)/SAPK信號通路在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制研究進展進行綜述。

1 TGF-β/Smad信號通路的生理病理作用及其在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制

1.1 TGF-β/Smad信號通路的組成及生理作用 TGF-β有參與調控組織細胞生長、分化的作用，廣泛存在于體內，特別是骨、肺和腎[4]。TGF-β存在5種同分異構體，在哺乳動物中有3個亞型，為TGF-β1～3[5]，其中以TGF-β1最常見。機體許多組織細胞均可分泌非活性的TGF-β1，其合成后與潛在相關肽(LAP)共同釋放出來，并以非活性狀態(tài)與TGF-β1結合蛋白(LTBP)相結合。當受到高溫、pH變化、氧化應激和纖溶蛋白酶等刺激時，經(jīng)蛋白酶切去N-末端相關肽，從LAP和LTBP中釋放出來，成為有活性的TGF-β1。目前已明確TGF-β1的受體有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型，活化的TGF-β1與Ⅱ受體型(TβR-Ⅱ)相結合，后被TβR-Ⅰ識別組成TβRⅡ-TGF-β-Tβ-RⅠ三聚體復合物，啟動細胞內信號轉導通路發(fā)揮生物學作用[6]。Ⅲ型受體本身不參與信號傳導，作為一種輔助受體，間接調節(jié)TGF-β1與受體結合的過程。

Smads蛋白家族是TGF-β1信號通路下游的主要信號轉導蛋白和調節(jié)分子。迄今發(fā)現(xiàn)共有8種，根據(jù)結構功能分為3類，第1類為受體調節(jié)型的Smad (R-smad)，包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，第2類為共同介質型的Smad (Co-smad) 即Smad4，其中Smad2、Smad3可被TGF-β1激活，然后與Smad4結合轉位進入細胞核內發(fā)揮生物學作用。第3類為抑制型Smad (I-smad)有Smad6、Smad7，它們在TGF-β1信號傳導過程中發(fā)揮負性調節(jié)作用，通過與TβR-I競爭性結合，使Smad2、Smad3的磷酸化被抑制，而對其活性進行負反饋調節(jié)[7]。

1.2 TGF-β/Smad信號通路在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制 TGF-β1是介導DKD發(fā)生的關鍵因子，高糖可誘導腎臟TGF-β1表達[8]，并激活TGF-β1/Smad信號通路。很多實驗[9]證實，在DKD患者和動物模型腎臟中TGF-β1，TGF-β1mRNA，Smad2、3、4、7表達增加。Smad2、Smad3作為重要的調控因子在腎臟纖維化中起關鍵作用。最新研究[10]發(fā)現(xiàn)，致腎臟纖維化的是Smad3，Smad2起保護作用，其作用機理有待進一步研究。在敲除Smad3的STZ誘導的糖尿病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，小鼠腎臟的纖維化被抑制，使用Smad3抑制劑治療后腎臟纖維化明顯改善[11]，說明Smad3與腎臟的損傷有直接關系；同時TGF-β1可使p53表達上調，其可以使Smad3的抑制因子miR-346表達降低，使TGF-β1/Smad3表達升高，進一步加快了腎間質纖維化[12]。Smad7在DKD的發(fā)展中起保護作用，其表達的上調可以抑制腎間質纖維化及腎小管上皮細胞轉分化[13,14]，且可減輕腎組織炎癥。在STZ誘導的糖尿病大鼠中敲除Smad7基因，會增加大鼠腎臟組織的纖維化[15]。有研究[16]發(fā)現(xiàn)，敲除Smad7基因后，依賴轉錄核因子-κB(NF-κB)炎癥通路上調，促進腎臟的炎癥反應。上述研究結果提示TGF-β1/Smad信號通路在DKD的進程中起重要作用。

2 p38MAPK信號通路的生理病理作用及其在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制

2.1 p38MAPK信號通路的組成及生理作用 MAPK是一類廣泛存在于哺乳動物體內且在接受受體傳遞信號后并將其帶入細胞核內的絲氨酸—蘇氨酸蛋白激酶，可以參與基因的表達調控和細胞的增殖、凋亡。MAPKs家族可以分為3條次級通路：p38、JNK和ERK。p38MAPK家族中包括6種亞型p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ。p38MAPK 6種亞型在體內廣泛表達，但不同亞型表達于不同部位，p38MAPKα表達于絕大多數(shù)的細胞和組織中，p38MAPKβ在腦、胸腺、脾臟及心臟中表達較高，p38MAPKγ僅表達于骨骼肌，p38MAPKδ則在胰腺、腸、腎上腺、腎臟、心臟有較高表達水平。

MAPK的激活是通過一個接近激活位的“T環(huán)結構”(T-loop或Ioop-12 structure)表面上的三肽基“TXY”中鄰近的酪氨酸和蘇氨酸的磷酸化來完成。p38信號通路主要由MAPK激酶激酶(包括MEKK1、MEKK2、MEKK3、MEKK4、MLK2/3、DLK、ASK1、TP12和TaK1)、MAPK激酶(包括MKK3、MKK4、MKK6)及p38MAPK組成。在各種因素(如高血糖、氧化應激、炎性細胞因子等多種因子)誘導刺激下，激活最上游MAPKKK，然后磷酸化激活MAPKK，后者通過對T和Y的雙位點磷酸化而使p38MAPK發(fā)生活化[17]?；罨膒38MAPK可介導許多轉錄因子發(fā)生表達，使多種炎癥介質及蛋白合成增加，還可以造成細胞骨架結構等發(fā)生過度變化。

2.2 p38MAPK信號通路在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制 體內和體外研究均發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可通過激活p38MAPK來介導腎臟足細胞的損傷，參與DKD的發(fā)生。Lakshmanan等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在STZ誘導的糖尿病小鼠腎臟損傷模型中p38MAPK、ERK和JNK被活化，且表達均增加。在DKD中，TGF-β1通過TAK1-MKK6途徑活化下游p38MAPK-NF-κB通路，使TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等炎性因子表達增多，同時這些炎性因子又可激發(fā)p38MAPK信號通路，形成惡性循環(huán)，引發(fā)腎臟炎癥反應，促進DKD發(fā)展[19]。研究[20]發(fā)現(xiàn)，在雄性Sprague-Dawley大鼠腹腔內注射白蛋白，2 d后足細胞損傷，nephrin減少，足突消失，同時TGF-β1表達上調，p38MAPK磷酸化增強，因此認為，可能是TGF-β1/p38MAPK信號通路的激活導致了腎臟足細胞損傷。越來越多的研究[21]發(fā)現(xiàn)，TGF-β1和Caspase-3是氧化應激引起足細胞凋亡損傷的重要細胞因子，且氧化應激誘導激活的p38MAPK可以進一步活化細胞凋亡因子Caspase-3引起足細胞凋亡。Munkonda等[22]在1型和2型糖尿病動物模型以及1型糖尿病患者足細胞中發(fā)現(xiàn)，足細胞衍生的微粒(MP)也可通過p38MAPK促進近端小管纖維化，介導DKD的發(fā)展。

3 JNK/SAPK信號通路的生理病理作用及其在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制

3.1 JNK/SAPK信號通路的組成及生理作用 JNK由于其可調控細胞內的應激反應，因此又名活化SAPK，是MAPKs家族重要成員。目前,在哺乳動物細胞中發(fā)現(xiàn)編碼JNK的基因包括JNKl(SAPK-γ)、JNK2(SAPK-α)和JNK3(SAPK-β)，其中JNK1、JNK2在全身器官組織中廣泛表達，而JNK3特異性地表達于心臟、睪丸和腦中。JNK主要位于細胞質中，且這3類基因在亞區(qū)8都含有一個特異的“Thr-Pro-Tyr (TPY)”模塊結構，但是經(jīng)過有選擇的交互剪切可以產(chǎn)生約10種不同亞型的JNK，這種作用使JNK與底物對接點相互作用的能力發(fā)生改變，而影響底物的特異性[23]。由于3類基因的分布不同，執(zhí)行的細胞功能也有差異[24]。

JNK通路能夠被應激、炎性細胞因子等多種因素激活，被活化后可調節(jié)基因轉錄，參與炎癥、細胞增殖、細胞分化、細胞周期阻滯、細胞凋亡等過程。同樣是通過三級鏈式反應依次磷酸化并激活JNK。目前明確的JNK直接上游激酶MAPKKs包括MKK4和MKK7，且JNK的激活是通過MKK4和MKK7雙磷酸化其Thr183和Tyr185位點來實現(xiàn)的，該反應在細胞核和胞質內進行。研究[25]發(fā)現(xiàn)，MKK7優(yōu)先磷酸化Thr183位點，而MKK4優(yōu)先磷酸化Tyr185位點。也有實驗證實，MKK7可以特異性地激活JNK，而MKK4對JNK和p38MAPK都可以激活，JNK被激活后，從胞質中移位到細胞核，通過磷酸化激活多種核內轉錄因子，如Elk-1、c-Jun、c-fos、ATP-2、p53以及非轉錄因子，如Bcl-2超家族，促進相關靶基因的轉錄和新蛋白質的合成，從而發(fā)揮相應的生物學效應。

3.2 JNK/SAPK信號通路在DKD發(fā)生發(fā)展中的作用機制 由于DKD患者機體多存在氧化應激，且炎癥因子增多，從而JNK信號通路被激活。JNK/SAPK是TGF-β1下游重要的信號通路，參與DKD的進展過程。信號通路多為雙向，JNK是TGF-β1表達的重要上游調節(jié)劑，其可以促進特異性蛋白(SP-1)介導的TGF-β1表達，反之亦然[26]。在STZ誘導糖尿病大鼠中發(fā)現(xiàn)，糖尿病組大鼠腎臟非JNK、磷酸化JNK蛋白的表達及磷酸化JNK與非JNK比值均顯著增加，足細胞裂孔隔膜Nephrin蛋白表達顯著降低，表明糖尿病時機體內葡萄糖自氧化產(chǎn)生大量ROS，從而激活腎臟內JNK信號通路，引起足細胞損傷。Kim等[25]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病模型大鼠腎皮質氧化產(chǎn)物丙二醛含量逐漸增多，超氧化物歧化酶活力逐漸下降，腎皮質氧化水平明顯升高，氧化應激激活JNK/SAPK信號通路，同時其下游Caspase-3蛋白被活化，進而誘導足細胞凋亡。Fukusumi等[27]研究發(fā)現(xiàn)，可以通過體外抗nephrin抗體處理足細胞，促進nephrin和肝配蛋白B1的磷酸化，進一步活化JNK通路、誘發(fā)足細胞損傷。還有研究[28,29]發(fā)現(xiàn)，在DKD小鼠中，跨膜蛋白16A可通過激活p38MAPK/JNK信號通路誘導足細胞凋亡而加重腎損傷。

綜上所述，TGF-β/Smad、p38MAPK、JNK/SAPK信號通路共同參與了DKD的發(fā)生發(fā)展過程。因此通過對以上信號通路相關分子表達的干預可能為DKD的預防和治療提供新思路。但是，TGF-β/Smad、p38MAPK、JNK/SAPK信號通路傳遞錯綜復雜，對于三條信號通路涉及的多種細胞因子、蛋白和受體等還有許多未明確之處，有待進一步探討。