JNK信號通路在糖尿病心肌病中的作用研究進展

翁驚凡 郭航遠 池菊芳

糖尿病是一組以高血糖為特征的慢性代謝性疾病，近年來其患病率及并發(fā)癥發(fā)生率呈逐年上升趨勢。糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）是糖尿病引起的主要并發(fā)癥之一，占糖尿病相關(guān)發(fā)病率和死亡率的一半以上[1]。DCM是一種原發(fā)性心肌病變，表現(xiàn)為糖尿病患者在無缺血性或高血壓心臟病的情況下出現(xiàn)心肌細胞纖維化、細胞凋亡及微血管病變導致的心臟結(jié)構(gòu)和功能異常，可誘發(fā)心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死[2]。c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號轉(zhuǎn)導通路在細胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化、凋亡等多種生理和病理過程中起重要作用。JNK信號通路可由紫外線、活性氧、炎癥因子等多種因素激活，通過JNK磷酸化調(diào)節(jié)下游因子[3]，進而參與細胞凋亡、自噬、心肌重構(gòu)、炎癥誘導、胰島素抵抗，最終促進DCM的發(fā)生、發(fā)展。本文旨在對JNK信號通路在DCM發(fā)生、發(fā)展中的作用機制及研究進展作一綜述。

1 JNK信號通路的組成

JNK家族包括絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）中的 JNK，絲裂原活化蛋白激酶激酶（MAPK kinase，MKK）中的 MKK4、7，絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶（MAPK kinase kinase，MEKK）中的 MEKK1、2、3、4 以及混合譜系激酶（mixed lineage kinase 3，MLK3）。JNKs作為JNK信號通路中心，包含MAPK 8編碼的 JNK 1，MAPK 9編碼的 JNK 2和MAPK 10編碼的JNK 3。JNK 1和JNK 2在全身廣泛表達，而JNK 3呈限制性表達，主要在大腦和神經(jīng)中表達，心臟、胰島和睪丸表達較少。JNK信號通路激活后，JNKs可以直接結(jié)合和磷酸化幾種轉(zhuǎn)錄因子，包括c-Jun、JunB、細胞癌基因（cellular oncogene fos，c-fos）、轉(zhuǎn)錄激活因子 2（activating transcription factor2，ATF2）、活化 T細胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）等，它們是JNK生物反應的主要介質(zhì)[4]。

2 JNK信號通路的上下游因子

2.1 MAP3K1與MAP4K4 MAPK是一組能被各種細胞外刺激（如細胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)、細胞應激）及細胞黏附等激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶。JNK信號通路作為MAPK的其中一個分支，主要通過經(jīng)典促分裂原活化蛋白激酶信號通路的三聯(lián)酶促反應來調(diào)節(jié)細胞增殖、凋亡、分化。MAP3K1與MAP4K4是JNK上游正性調(diào)控因子。MAP3K1表達可通過以下兩種途徑降低胰島素水平從而促進糖尿病的發(fā)展[5]：（1）通過細胞因子途徑促進JNK磷酸化，進而誘導胰島β細胞凋亡[6]；（2）抑制胰島素基因轉(zhuǎn)錄，減少胰島素的表達。MAP4K4是TNF-α的上游正性調(diào)節(jié)因子，TNF-α通過下調(diào)細胞胰島素受體底物-2（insulin receptor substrate-2，IRS-2）蛋白水平，誘導胰島β細胞凋亡，抑制胰島素分泌[7]。

2.2 肌醇需求激酶1（inositol-requiring enzyme-1，IRE1）IRE1為JNK上游正性調(diào)控因子，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）反應中發(fā)揮著核心作用。IRE1是一種Ⅰ型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白質(zhì)，是ERS的關(guān)鍵性傳感器，分為IRE1α和 IRE1β兩種亞型。IRE1活化后形成IRE1-TRAF2-ASK1復合物，可激活JNK信號通路，通過磷酸化抑制Bcl-2基因或去磷酸化活化Bim基因來激活線粒體依賴的細胞凋亡[8-9]。IRE1也可以啟動內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)凋亡途徑來誘導凋亡，導致心肌細胞的損傷?；罨腏NK1也可以通過IRS-1絲氨酸的磷酸化來抑制IRS-1酪氨酸和Akt的磷酸化，從而抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導，最終導致胰島素抵抗（insulin resistance，IR）[10-11]。而IR作為DCM發(fā)病過程中重要的一環(huán)，誘發(fā)心肌能量代謝紊亂，損害心肌細胞和內(nèi)皮細胞。

2.3 沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，SIRT1） SIRT1是JNK的下游因子，是Sirtuins家族中重要成員，是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴性脫乙?；?，具有高度保守的NAD+結(jié)合催化結(jié)構(gòu)域[12]。Sirtuins具有染色質(zhì)修飾活性，參與轉(zhuǎn)錄后修飾，與能量代謝、細胞衰老及抵抗氧化應激密切相關(guān)。SIRT1可通過以下幾個方面起到對心血管的保護作用：通過去乙酰化抵抗氧化應激[13]；通過活化修復蛋白（NBS-1）延緩動脈粥樣硬化[14]；通過下調(diào)凋亡蛋白BAX及p53減少心肌細胞凋亡[15]；通過上調(diào)內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelialnitric oxide synthase，eNOS）表達協(xié)調(diào)血管舒縮功能[16]。SIRT1可通過以上幾個方面增強細胞抗氧化應激能力、減輕炎癥反應、減少細胞凋亡、協(xié)調(diào)血管舒縮功能，從而在心血管疾病中發(fā)揮重要作用。此外，Gao等[17]研究發(fā)現(xiàn)，JNK1對SIRT1的調(diào)節(jié)具有雙重作用，適當?shù)腏NK1磷酸化SIRT1，使其短暫活化，隨即被蛋白酶體和泛素化降解，這使SIRT1更好地發(fā)揮作用，但當JNK1持續(xù)激活SIRT1時，SIRT1將被明顯降解，從而抑制其功能。

2.4 脾酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，Syk） Syk為JNK上游正性調(diào)控因子。Syk是一種非受體型蛋白酪氨酸激酶，在多種細胞中表達，主要是血液細胞、血小板，其他如血管內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、干細胞等。近期發(fā)現(xiàn)Syk在炎癥反應的調(diào)節(jié)，內(nèi)皮細胞的增殖、遷移，心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中具有關(guān)鍵作用[18-19]。Hara等[20]發(fā)現(xiàn)，在巨噬細胞中，Syk或JNK抑制劑可降低核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白（nucleotide binding oligomerizatiion domain-like receptor protein 3，NLRP3）的活性。梁珂等[21]研究發(fā)現(xiàn)抑制Syk可以抑制炎癥因子的表達，從而進一步抑制巨噬細胞的增殖、遷移，促進巨噬細胞的凋亡。此外，人腎小管上皮細胞經(jīng)過高糖處理后，p-Syk的表達水平上調(diào)可增加TGF-β轉(zhuǎn)錄，從而損傷腎小管[22]。在DCM研究中，已發(fā)現(xiàn)Syk抑制劑或Syk-siRNA顯著抑制高糖誘導的JNK磷酸化，因此可以推測Syk可誘導JNK磷酸化，隨之引起NLRP3活化這一信號通路參與DCM的發(fā)生、發(fā)展[23]。

2.5 NLRP3 NLRP3炎癥小體由NLRP3募集凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶前體（pro-cysteinyl aspartate specific proteinase-1，pro-caspase-1）組裝而成，是固有免疫的重要組成部分。在心血管疾病中，炎癥小體也起著關(guān)鍵作用，例如動脈瘤、動脈炎以及粥樣硬化導致的血管損傷、缺血性心臟病以及其他非缺血性心臟病，例如DCM、慢性心力衰竭以及高血壓或病毒引起的心臟功能障礙[24]。Luo等[25]將NLRP基因沉默后，糖尿病大鼠心臟炎癥、纖維化、細胞凋亡及心功能障礙有所減輕。此外，高糖可激活心肌巨噬細胞內(nèi)NLRP3，從而上調(diào)IL-1β，延長心肌動作電位時長，最終引起心律失常。陳玉鳳等[23]研究發(fā)現(xiàn)，JNK抑制劑S600125預處理大鼠心肌細胞H9C2細胞株后顯著阻礙了高糖引起的NLRP3蛋白表達，這提示NLRP3是JNK信號通路的下游分子，通過誘導炎癥，在DCM發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2.6 其他JNK信號通路相關(guān)因子 除上述了NK信號通路上下游相關(guān)因子以外，還有TNF-α、NF-κB蛋白、激活蛋白 1（activator protein-1，AP-1）、細胞色素 C、βcatenin等。Pan等[26]研究發(fā)現(xiàn)，caspase-3的剪切在TNF-α孵育24h后增加，但在dn-JNK轉(zhuǎn)染的細胞中減少，進一步說明JNK的活化直接參與TNF-α誘導的心肌細胞凋亡的過程。已有研究發(fā)現(xiàn)，JNK在調(diào)節(jié)NF-κB在各種類型細胞系中的活性方面也具有重要作用[27]。在心肌成纖維細胞中，利拉魯肽可以通過CD36-JNKAP1途徑抑制高糖誘導的脯氨酰4-羥化酶亞基α-1（prolyl 4-hydroxylase subunit alpha 1，P4HA1），從而抑制高糖介導的細胞增殖、遷移和侵襲，進而抑制心臟纖維化和心臟重塑[28]。此外，也有研究表明活化的JNK信號可通過調(diào)控細胞色素C的釋放，誘導細胞凋亡[29]和心肌肥厚[30]。

3 DCM發(fā)病過程中JNK信號通路的的作用

3.1 誘導炎癥 炎癥在DCM發(fā)生、發(fā)展過程中具有關(guān)鍵作用。在長期高糖環(huán)境下，巨噬細胞、平滑肌細胞產(chǎn)生多種促炎細胞因子損傷內(nèi)皮細胞、心肌細胞，增強氧化應激，從而誘導凋亡、纖維化，如 TNF-α，IL-6、8，單核細胞趨化蛋白1，NF-κB等[31]。JNK是炎性細胞因子轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，JNK特異性抑制劑可顯著降低高糖誘導的H9C2細胞株和原代心肌細胞炎性細胞因子表達[26]。此外，由JNK上調(diào)表達的NLRP3在DCM的炎癥誘導中具有重要作用[32]，其可誘導caspase-1蛋白酶，進而促進IL-1β和IL-18的成熟與分泌，誘導炎癥的發(fā)生。而JNK抑制劑處理后可下調(diào)NLRP3、caspase-1和IL-1β的mRNA水平和NLRP3蛋白的表達量[23]。通過上述研究，我們不難推測JNK可通過調(diào)節(jié)NLRP3調(diào)節(jié)炎癥反應，從而促進DCM的發(fā)生、發(fā)展。

3.1.1 傳遞ERS信號 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是維持多種細胞功能的重要細胞器，是細胞將代謝應激轉(zhuǎn)化為炎癥反應的場所，尤其是JNK和其他炎癥介質(zhì)的激活[33]。糖尿病患者心肌細胞在高血糖環(huán)境下出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)和功能的改變，即ERS，被認為是導致糖尿病心肌細胞凋亡的主要原因，最終導致心臟結(jié)構(gòu)和功能損傷。適度的ERS有利于維持細胞穩(wěn)態(tài)，但過強或長時間的ERS，將通過3 條途徑誘導細胞凋亡[34]：（1）CCAAT/增強子結(jié)合蛋白同源蛋白（CCAAT/enhancer-binding protein-homologous protein，CHOP）的轉(zhuǎn)錄激活；（2）JNK信號通路的活化；（3）caspase12的活化。研究發(fā)現(xiàn)，ERS還可以通過依賴肌醇依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)至細胞核信號激酶1（inositol-requiring ER-to-nucleus signal kinase1，IRE1）激活的 JNK 來誘導細胞IR，且阻斷IRE-1和JNK的活性后，IR可被逆轉(zhuǎn)[35]。由此可見，JNK抑制劑可通過阻滯ERS信號下游傳遞從而延緩DCM的進程。

3.1.2 促進心肌肥大 心肌在多種因素的刺激下，如機械刺激、瘢痕、炎癥和神經(jīng)刺激，會產(chǎn)生與纖維化、炎癥、氧化應激和ERS相關(guān)的肥大，導致心力衰竭、心律失常和猝死[36]。而JNK通過多種途徑誘導心肌肥大。一方面，JNK參與了基因表達的重新編程，在一定程度上通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子（如 nfat、stats、creb、c-jun、C-FOS 和 Gata 4）來促進肥大基因的表達[37]。此外，有實驗發(fā)現(xiàn)，JNK抑制劑可以直接抑制增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）的表達和心肌成纖維細胞增殖[38]。在多種情況下，JNK可誘導慢性炎癥，從而促進和加重病理性心肌肥大[39]。例如，JNK誘導的NLRP3過表達加劇心肌炎癥，引起心肌纖維化，而NLRP3基因沉默可顯著改善心肌的纖維化及心臟舒縮功能[25，40]。因此，JNK抑制劑在延緩心肌肥大的過程中有巨大潛力。

3.1.3 胰島素分泌不足與IR 正常情況下，心臟可以利用各種基質(zhì)產(chǎn)生腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP），這種現(xiàn)象稱為“代謝底物靈活性”。但在高血糖和IR環(huán)境下，這種靈活性顯著減弱，從而導致心臟能量代謝異常以及由于大量脂肪酸堆積導致的凋亡增加。JNK在IR的發(fā)生、發(fā)展中具有重要地位，在2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中扮演了重要角色[41]。JNK以多種方式調(diào)節(jié)胰島細胞功能和凋亡[35]：通過細胞因子介導的胰島細胞炎癥和凋亡；誘導胰島β細胞功能障礙和胰島素分泌不足；此外，在db/db小鼠模型中，JNK抑制劑可以改善葡萄糖刺激的胰島素生成。除誘導胰島細胞凋亡，減少胰島素分泌以外，在高血糖環(huán)境下，JNK受到TNF-α等炎癥因子及脂肪酸的激活，磷酸化IRS-1蛋白，進而通過PI3K途徑誘導IR，最終導致外周糖代謝障礙[42]。

3.1.4 誘導細胞凋亡 心肌細胞發(fā)生不可逆的凋亡是DCM患者晚期發(fā)生心功能障礙的主要原因。誘導凋亡的信號通路大致可分為兩類[43]：（1）死亡受體啟動的外源性途徑，如TNF-α、研究腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）、凋亡相關(guān)因子配體（factor associated suicide ligand，F(xiàn)as-L）；（2）線粒體途徑：多種凋亡信號，如DNA損傷、氧化應激等，這些信號最終都指向促進凋亡蛋白的表達以及上調(diào)靶蛋白（如Bim、Bcl-2等）的活性，從而介導線粒體途徑的細胞凋亡。而JNK信號通路同時參與了死亡受體啟動的外源性凋亡通路和線粒體依賴的內(nèi)源性途徑，并在這兩種途徑中起著核心作用。ERS還可以通過IRE1α/JNK通路誘導細胞的凋亡。IRE1α活化腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子 2（TNF receptor associated factor 2，TRAF2）調(diào)節(jié)p38 MAPK和外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK），隨后通過JNK的磷酸化促進線粒體依賴的細胞凋亡[44]。Natoli等[45]研究發(fā)現(xiàn)，JNK不但可以通過上調(diào)NF-κB和caspase-3水平進而上調(diào)炎癥水平誘導凋亡，還可以通過死亡受體（包括TNF受體）激動外部凋亡通路。

4 展望

在DCM中，JNK信號通路可被細胞因子、應激等多種因素激活，進而在細胞增殖與分化、細胞凋亡等多種細胞調(diào)控方面起著至關(guān)重要的作用，是DCM及其后續(xù)反應的重要調(diào)節(jié)因子。一方面JNK可以集成、轉(zhuǎn)導上游多種刺激，另一方面又通過調(diào)節(jié)下游多種底物，從而通過誘導炎癥、加速細胞凋亡、促進心肌肥大、參與胰島素分泌不足與IR進程，最終導致DCM的發(fā)生、發(fā)展。反之，抑制JNK信號通路可通過抑制上述途徑來預防、延緩、治療DCM。因此，JNK可以作為預防和治療DCM的特異靶點，研發(fā)高特異性的JNK靶向治療藥物具有至關(guān)重要的臨床意義。但仍有許多問題有待研究，如在直接調(diào)節(jié)JNK自身表達及活性和間接調(diào)節(jié)JNK信號通路上下游因子中，哪種才能更有效地利用JNK信號通路治療DCM；此外，除調(diào)節(jié)JNK以外，JNK上游激活蛋白還會通過激酶依賴及非依賴機制調(diào)節(jié)其他底物，但JNK上游激活蛋白的JNK依賴性以及與JNK無關(guān)的心血管作用有待進一步研究。