MAPK信號通路在自然流產(chǎn)中機制研究進展

馬銘艷 楊美霞 韓曉敏 宋 芳

包頭醫(yī)學(xué)院生殖醫(yī)學(xué)研究所(014040)

自然流產(chǎn)指妊娠<28周，胎兒體重<1kg，非人為原因造成的流產(chǎn)。生殖道和染色體異常、母體內(nèi)分泌紊亂、感染性因素等都能導(dǎo)致自然流產(chǎn)。此外，自然流產(chǎn)的發(fā)生也可能與母胎界面免疫微環(huán)境失衡，滋養(yǎng)細(xì)胞失去其生物學(xué)效應(yīng)，蛻膜細(xì)胞功能失調(diào)等有關(guān)。研究表明絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通過參與胚泡著床、滋養(yǎng)細(xì)胞增殖侵襲、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡等導(dǎo)致病理妊娠的發(fā)生。因此，本文就MAPK信號通路異常導(dǎo)致自然流產(chǎn)有關(guān)研究進行綜述，為臨床上防治自然流產(chǎn)提供理論參考。

1 概述

MAPK信號通路參與調(diào)控真核生物基因的表達，可受生長因子，炎癥因子等各種刺激激活，通過細(xì)胞間信號分子相互作用，將“MAPKKK-MAPKK-MAPK”依次激活，把細(xì)胞外的信號從胞膜表面?zhèn)鞯桨?，調(diào)控不同的生理病理反應(yīng)。哺乳動物主要有4種MAPK：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2(ERK1/2)、p38絲裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)、c-Jun-N-末端蛋白激酶(JNK)、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶5(ERK5)，是目前研究較多的4條MAPK信號通路，面對不同的刺激產(chǎn)生能不同的效應(yīng)，與眾多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

1.1 ERK1/2

第一個被發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典MAPK信號通路：ERK通路。ERK包括ERK1～8，發(fā)揮主要作用的是具有高度同源性的ERK1和ERK2[1]，位于1號染色體。當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激后，Ras-Raf-MEK-ERK依次被激活，Ras蛋白接受各種細(xì)胞外刺激，是第一個能調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和逆轉(zhuǎn)錄病毒增長的蛋白質(zhì)[2]。例如，IL-2和IL-2R都會影響Ras的活化，若IL-2濃度異?；騃L-2Rβ鏈中傳遞信號的基因被敲除，Ras就不會被激活，該信號就無法向下傳遞。MEK磷酸化ERK1/2的特定基序，并使其進入胞核，作用于轉(zhuǎn)錄因子Elk-1等下游靶點，調(diào)控基因表達和細(xì)胞周期。U0126和PD98059是MEK1/2的抑制劑。前者按照非競爭性的方法抑制激活或未激活的MEK1/2，以此來阻止MEK1/2對ERK1/2的活化；后者只抑制未被激活的MEK1/2而防止Raf對MEK1/2的磷酸化，阻斷ERK1/2通路[3]。

1.2 P38MAPK

P38有P38α/β/γ/δ 4個亞族，在全身不同的組織器官表達，P38α、P38β有高度同源性，且轉(zhuǎn)錄水平較高，促進炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。P38信號通路也是通過逐級磷酸化完成，當(dāng)細(xì)胞被炎性因子和應(yīng)激等激活后，依次磷酸化MAPKKK-MKK4/6-P38，活化的P38與蛋白激酶-1 (AP-1)，肌細(xì)胞增強因子2C(MEF2C)，活化轉(zhuǎn)錄因子-2(ATF-2)等結(jié)合促進轉(zhuǎn)錄。P38可通過活化MEF2C增加AP-1蛋白中c-jun的轉(zhuǎn)錄，也可通過激活A(yù)TF-2調(diào)控TNF-α等炎性因子的表達[4]。P38有兩種抑制劑：SB203580和SB202190。前者是最早被報道的，已普遍用于許多疾病的治療研究，能穿過細(xì)胞膜，通過與ATP特定的結(jié)合位點結(jié)合使P38失去催化功能，此外，它還能抑制蛋白激酶B的磷酸化，抑制炎性因子誘導(dǎo)的信號傳導(dǎo)，具有抗缺氧、減輕炎性反應(yīng)等作用；后者則通過與ATP競爭抑制P38的活性[5]。

1.3 JNK

JNK在真核生物中分為JNK1-3，JNK1/2分布在機體的全部組織器官，JNK3主要在腦組織表達。細(xì)胞在各種應(yīng)激刺激下，MEKK1-MKK4/7-JNK依次被磷酸化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。MKK 4使JNK上的Tyr185位點磷酸化，共同激活JNK和P38，MKK7則使JNK上的Thr183位點磷酸化，激活JNK[6]。JNK被活化后，作用于下游ATF-2，AP-1，c-Myc和抗凋亡蛋白 (Bcl-2家族)等靶點。正是因為JNK能磷酸化AP-1蛋白上的c-jun，所以被稱為c-jun-N端激酶。SP600125與ATP共同競爭JNK上的相關(guān)位點來特異性抑制JNK的磷酸化[7]。

1.4 ERK5

ERK5通路是非典型MAPK信號通路，由于ERK5長度比家族其它成員都長，又叫大MAPK1(BMK1)通路，也是發(fā)現(xiàn)相對較晚的一條通路。在腦組織，胸腺和脾中含量較多，在腫瘤的發(fā)展轉(zhuǎn)移過程中起重要作用。該通路可被有絲分裂原和細(xì)胞應(yīng)激激活，依次磷酸化MEKK2/3-MEK5-ERK5。ERK5蛋白由N端和C端構(gòu)成，C端含核定位信號和脯氨酸聚集區(qū)，N端將轉(zhuǎn)錄因子磷酸化來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，N端磷酸化后，C端直接轉(zhuǎn)錄[8]。正是由于C端獨特的結(jié)構(gòu)和功能，使ERK5在MAPK家族中特殊的存在。ERK5被磷酸化后進入胞核，作用于下游AP-1，MEF2，c-Myc，NF-κB等調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。在高葡萄糖狀態(tài)下，ERK1/2抑制劑能抑制ERK5的活性[9]。此外，BIX02189和BIX02188也可遏制MEK5的催化功能區(qū)，阻斷MEK5對ERK5磷酸化過程，并且還可作用于ERK5下游的MEF2C，兩個方面共同阻斷ERK5通路[10]。

2 MAPK信號通路參與自然流產(chǎn)的作用機制

胚胎發(fā)育需要通過滋養(yǎng)細(xì)胞激活母胎界面的免疫系統(tǒng)[11]，具有可塑性和異質(zhì)性[12]的蛻膜巨噬細(xì)胞(DM)作為母胎界面第二大類免疫細(xì)胞，在調(diào)控滋養(yǎng)細(xì)胞增殖侵襲、子宮動脈重建、免疫調(diào)節(jié)等方面有不可替代作用。DM分泌血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)等，參與子宮動脈重建，給胚胎發(fā)育供給營養(yǎng)物質(zhì)[13]。此外，根據(jù)表型和功能，DM可分為M1型和M2型，M1型誘導(dǎo)Th1型細(xì)胞免疫，不利于胚泡著床，胚胎發(fā)育；胎盤形成后，M2型高表達抗炎因子和CD209，誘導(dǎo)Th2型體液免疫維持妊娠，Th1/Th2失衡會打破母胎界面免疫微環(huán)境，引發(fā)自然流產(chǎn)[14]。研究發(fā)現(xiàn)，ERK1/2和P38促進CD4+ T淋巴細(xì)胞分化為Th2型，而JNK1則抑制其分化為Th2型，JNK2和P38促進CD4+T淋巴細(xì)胞分化為Th1型[15-18]。若MAPK信號通路異常，會減弱滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲力，刺激TNF-α增多，過表達的TNF-α可促使滋養(yǎng)細(xì)胞凋亡，刺激前列腺素E2(PGE2)釋放，興奮子宮平滑肌，引發(fā)流產(chǎn)[19]。此外，MAPK下游靶蛋白AP-1中的c-Jun和JunB定向缺失，會使胚胎早期死亡[20-21]。

2.1 ERK1/2信號通路與自然流產(chǎn)

根據(jù)目前研究表明，在妊娠初期磷酸化ERK高表達，推測ERK與滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲有關(guān)[22]。黃莉萍等[23]對絨毛組織的研究發(fā)現(xiàn)，H2O2能抑制ERK活性，阻礙絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞向子宮蛻膜深處入侵，使絨毛膜發(fā)育不良或子宮動脈重塑障礙，導(dǎo)致胚胎缺乏營養(yǎng)，最終發(fā)生流產(chǎn)等不良妊娠。正常妊娠期間，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的水解有助于滋養(yǎng)細(xì)胞成功向子宮蛻膜入侵，纖溶酶原激活因子與其受體結(jié)合可使ECM水解，此外，MMP-9和MMP-2也能促進ECM的水解。適量的環(huán)孢素A(CsA)通過ERK1/2促進滋養(yǎng)細(xì)胞MMP-2/9的分泌和轉(zhuǎn)錄，使滋養(yǎng)細(xì)胞發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)；CsA也能使胚泡定位黏附時所需的整合素αvβ3表達增強；還能使蛻膜免疫細(xì)胞分泌IL-10，使母胎界面產(chǎn)生免疫耐受[24]。李曉倩[25]研究發(fā)現(xiàn)，雙酚A能依次與母體蛻膜基質(zhì)細(xì)胞的膜受體和核受體結(jié)合，使ERK1/2活化，繼而抑制IL-8的表達，抑制滋養(yǎng)細(xì)胞向蛻膜入侵。但若蛻膜細(xì)胞中IL-8過表達，會引起白細(xì)胞趨化作用，引發(fā)炎癥反應(yīng)，損傷胎兒和胎盤組織，發(fā)生流產(chǎn)；也能促進凝血酶的產(chǎn)生，導(dǎo)致胎盤血管血栓形成，影響絨毛發(fā)育，引發(fā)流產(chǎn)。殷艷等[26]利用ERK激動劑表皮生長因子(EGF)和抑制劑U0126干預(yù)ICP患者胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞ERK的表達，結(jié)果顯示，EGF上調(diào)、U0126下調(diào)ERK的表達，且加入EGF的滋養(yǎng)細(xì)胞的凋亡率明顯高于加入U0126，說明ERK的磷酸化使得EGF促進滋養(yǎng)細(xì)胞凋亡。

2.2 P38MAPK信號通路與自然流產(chǎn)

P38能夠維持妊娠并促進分娩，但其不恰當(dāng)?shù)募せ顣?dǎo)致不良妊娠結(jié)局[27]。研究發(fā)現(xiàn)，P38參與胚泡植入前的分化發(fā)育。Yoko等[28]發(fā)現(xiàn)磷酸化的P38主要位于蛻膜組織，通過調(diào)節(jié)COX-2的表達參與子宮內(nèi)膜蛻膜化；此外，磷酸化的P38也能通過調(diào)節(jié)人胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白(IGFBP)參與子宮內(nèi)膜蛻膜化。陶躍平等[29]通過對絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，胎盤生長因子(PLGF)在妊娠早期激活了滋養(yǎng)細(xì)胞P38信號通路，導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞的增殖分化，但其抑制劑逆轉(zhuǎn)了PLGF對滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲作用。童曉嵋[30]利用P38抑制劑和ERK抑制劑對人絨毛膜癌滋養(yǎng)細(xì)胞系JAR細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，過表達的S100P通過P38促進滋養(yǎng)細(xì)胞增殖。李會儉[31]研究發(fā)現(xiàn)，抑制滋養(yǎng)細(xì)胞中人類白細(xì)胞抗原(HLA-G)的表達會影響其生物效應(yīng)，但加入P38抑制劑后，滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲力提升，證明HLA-G是通過激活P38來降低滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲力。

2.3 JNK信號通路與自然流產(chǎn)

JNK主要促進胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞凋亡?？笷as激活抗體通過激活JNK來誘導(dǎo)子宮上皮細(xì)胞凋亡，促進滋養(yǎng)細(xì)胞的侵襲。利用RNA干擾技術(shù)敲除小鼠JNK1/2基因，會使小鼠囊胚形成異常，在囊胚形成過程中，細(xì)胞凋亡過程普遍存在，是一種交互式和動態(tài)生物學(xué)過程[32]，有助于清除囊胚中多余的細(xì)胞，維持滋養(yǎng)層細(xì)胞與內(nèi)細(xì)胞群的比例，促進器官的形成，在胚胎發(fā)育方面有重大意義。因此，推測當(dāng)細(xì)胞凋亡超過一定限度時，會影響胚泡植入，導(dǎo)致早期流產(chǎn)等。活化的JNK和P38使Bax移至線粒體，細(xì)胞色素c進入胞質(zhì)，經(jīng)過一系列反應(yīng)使Caspase-9活化，引起細(xì)胞凋亡。然而，在敲除JNK1/2基因的鼠胚大腦中發(fā)現(xiàn)該區(qū)細(xì)胞的凋亡增強，導(dǎo)致神經(jīng)管閉合缺陷，影響大腦發(fā)育[33]。說明JNK能抑制凋亡，但抑制機制需深入研究。

2.4 ERK5信號通路與自然流產(chǎn)

ERK5信號通路有助于早期胚胎發(fā)育，并與人類疾病密切相關(guān)，ERK5的異常激活能通過促進NF-κB的活化使腫瘤細(xì)胞增殖侵襲等[34]。ERK5能誘導(dǎo)胸腺T細(xì)胞分化成熟[35]。敲除胚胎期大鼠ERK5基因，發(fā)現(xiàn)它們是因為血管發(fā)育障礙致死，說明ERK5參與胚胎初期血管形成，若ERK5異?？赡艹霈F(xiàn)死胎現(xiàn)象[36]。敲除胚胎期小鼠ERK5基因，小鼠神經(jīng)元分化異常，說明ERK5能促進胚胎神經(jīng)元的正常分化發(fā)育[37]。以上研究均證明，在胚胎發(fā)育進程中，ERK5確實起到關(guān)鍵的作用，但根據(jù)目前國內(nèi)外文獻，尚未發(fā)現(xiàn)ERK5信號通路與自然流產(chǎn)是否有關(guān)，然而根據(jù)ERK1/2在自然流產(chǎn)中已發(fā)揮作用，可以推測，ERK5與自然流產(chǎn)可能也有關(guān)系，需要進一步深入研究。

3 展望

綜上所述，雖然近年對MAPK信號通路的研究取得了一些成就，但其與自然流產(chǎn)的發(fā)病機制仍需進一步探究，希望可以針對MAPK信號通路和相關(guān)信號分子為靶點研制保胎藥，預(yù)防自然流產(chǎn)等妊娠相關(guān)疾病的發(fā)生。