細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶與抑郁癥的研究進(jìn)展▲

曹智怡 李 玲 楊麗琴 施學(xué)麗 馮鰍萮

(廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生學(xué)院， 南寧市 530022，電子郵箱:yi_332810940@qq.com)

【提要】 細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號傳導(dǎo)通路在調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的生長、增殖、分化和存活方面起著關(guān)鍵性的作用，對學(xué)習(xí)、記憶、認(rèn)知等方面和腦內(nèi)突觸可塑性也有著重要的影響。ERK信號通路逐漸成為近年來研究抑郁癥發(fā)病機(jī)制的熱點(diǎn)。本文將從ERK信號通路參與抑郁癥發(fā)生與治療的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行綜述，為臨床預(yù)防和診療抑郁癥提供新方向。

抑郁癥是常見的精神障礙之一，主要表現(xiàn)為顯著而持久的情緒低落，抑郁悲觀。輕者郁郁寡歡、無愉快感，做事提不起興趣，重者痛不欲生、悲觀厭世。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全世界有超過3億人患有抑郁癥，但目前對該病的病理生理機(jī)制仍知之甚少[1]。近年來，關(guān)于抑郁癥發(fā)病機(jī)制的研究有很多，大多認(rèn)為該病與遺傳因素，神經(jīng)內(nèi)分泌失調(diào)，神經(jīng)營養(yǎng)、神經(jīng)遞質(zhì)功能失常，信號通路及免疫功能失調(diào)等有關(guān)[2]。隨著分子生物學(xué)研究的逐漸發(fā)展，越來越多的學(xué)者把抑郁癥發(fā)病機(jī)制和抗抑郁藥物治療作用機(jī)制的研究重點(diǎn)放在特定神經(jīng)遞質(zhì)、相關(guān)細(xì)胞因子及信號通路上[3]。細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK)信號傳導(dǎo)通路在調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的生長、增殖、分化、存活方面起著關(guān)鍵性的作用，對學(xué)習(xí)記憶和腦內(nèi)突觸可塑性也有十分重要的影響[4]，是重要的信號傳導(dǎo)途徑之一。ERK信號通路逐漸成為近年來研究抑郁癥發(fā)病機(jī)制的焦點(diǎn)。本文就ERK信號通路參與抑郁癥發(fā)生與治療的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 ERK信號通路概述

ERK是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，正常情況下位于胞漿，被激活后轉(zhuǎn)至細(xì)胞核內(nèi)，ERK信號通路是經(jīng)典的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)的信號傳導(dǎo)途徑之一[5]，通過3類蛋白激酶，即MAPK激酶的激酶-MAPK激酶-MAPK組成信號級聯(lián)進(jìn)行信號傳遞[6]，通過Ras/Raf/絲裂原活化細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase，MEK)/ERK級聯(lián)放大效應(yīng)將細(xì)胞外信號傳至細(xì)胞內(nèi)。Ras/Raf/MEK/ERK是ERK信號傳導(dǎo)通路的主要途徑[7]。ERK信號傳導(dǎo)通路大致過程為：細(xì)胞膜上的特異性受體與細(xì)胞信號分子結(jié)合形成二聚體，自身的酪氨酸磷酸化被激活后與細(xì)胞膜上的生長因子受體結(jié)合蛋白2、鳥苷酸交換因子結(jié)合，形成受體-生長因子受體結(jié)合蛋白2-鳥苷酸交換因子復(fù)合物；復(fù)合物向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位并在Ras附近形成高濃度的鳥苷酸交換因子，鳥苷酸交換因子使小分子鳥苷酸結(jié)合蛋白Ras的二磷酸鳥苷解離并結(jié)合三磷酸鳥苷使Ras磷酸化。磷酸化的Ras作為銜接蛋白與Raf結(jié)合，并將Raf從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜；激活后的Raf其C-末端催化區(qū)域與MEK結(jié)合，從而激活MEK，并使絲/蘇氨酸和酪氨酸磷酸化；由于MEK為雙特異性激酶[8]，最終可使絲/蘇氨酸和酪氨酸高選擇性地激活ERK。這種雙特異性磷酸化可有效避免ERK信號的錯誤激活，提高了準(zhǔn)確性，具有重要的生物學(xué)意義。激活的ERK磷酸化細(xì)胞核內(nèi)的核糖體S6蛋白激酶，可促進(jìn)環(huán)磷腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)、Ets樣轉(zhuǎn)錄因子1、c-fos等核轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化，參與細(xì)胞分化與增殖的調(diào)控[9]。

2 ERK信號通路與抑郁癥的發(fā)生

ERK信號通路對抑郁癥的適應(yīng)性變化作用機(jī)制尚未明確。在受體水平上，ERK可與各類神經(jīng)遞質(zhì)受體結(jié)合，例如血清素、腎上腺素能、多巴胺等受體[10]，這些不同亞型受體的激活導(dǎo)致了ERK磷酸化。在細(xì)胞內(nèi)，ERK受蛋白激酶A和蛋白激酶C的調(diào)節(jié)，蛋白激酶A激活因子和蛋白激酶C激活因子可激活海馬中的ERK 1/2(ERK1/2是MAPK家族中與抑郁癥關(guān)系最密切的成員之一)[11]。因此，任何效應(yīng)器或受體對抑郁反應(yīng)的低活性狀態(tài)均可能會導(dǎo)致ERK激活減少。研究發(fā)現(xiàn)，在抑郁自殺患者或重度抑郁癥患者死后腦中的蛋白激酶A、蛋白激酶C和腺苷酸環(huán)化酶的活性水平降低[12]。另外， Dwivedi等[13]用蛋白質(zhì)印跡法檢測了11名抑郁自殺者和11名正常人死后腦組織中ERK1/2的活性與表達(dá)，發(fā)現(xiàn)抑郁自殺者海馬及前額葉皮層中MEK1的催化活性、ERK1/2的磷酸化和催化活性降低，MEK1與ERK1/2的相互作用增加。Dwivedi等[14]隨后研究了ERK信號通路的上游激活因子Raf激酶在抑郁癥中的變化，發(fā)現(xiàn)Raf在抑郁癥自殺者海馬和前額皮質(zhì)中的催化活性和蛋白質(zhì)表達(dá)選擇性降低。除Raf之外，ERK1/2的直接上游激活因子MEK1的催化活性和磷酸化均下調(diào)，且與B-Raf的相互作用減少[15]。Yuan等[16]發(fā)現(xiàn)，重度抑郁癥患者的MEK1、MEK2、CREB和B-Raf水平明顯降低，說明ERK信號通路參與了精神類疾病的發(fā)生。蛋白酪氨酸磷酸激酶受體R(protein tyrosine phosphatase receptor type R，PTPRR)是MAPK信號通路的負(fù)性調(diào)節(jié)基因，PTPRR與ERK1/2密切相關(guān)，PTPRR亦參與了抑郁癥的發(fā)生，且PTPRR基因多態(tài)性可能與重度抑郁患者的記憶功能損害有關(guān)[17]。Li等[18]發(fā)現(xiàn)，過度表達(dá)PTPRR的小鼠對抑郁樣行為表現(xiàn)出更高的易感性，可引起小鼠的神經(jīng)元凋亡、細(xì)胞增殖減少和突觸可塑性損傷。Zhong等[19]通過向慢性不可預(yù)見性輕度應(yīng)激大鼠側(cè)腦室連續(xù)注射7 d MEK抑制劑U0126后，發(fā)現(xiàn)大鼠腦內(nèi)CREB和ERK蛋白水平顯著降低，認(rèn)為ERK通路受損會導(dǎo)致磷酸化CREB的表達(dá)下調(diào)，從而參與了抑郁癥的發(fā)生。此外，慢性強(qiáng)迫游泳應(yīng)激大鼠的前額皮質(zhì)和海馬ERK磷酸化水平降低，表現(xiàn)出抑郁樣行為[20]。

由上可知，ERK信號通路中的相關(guān)因子如蛋白激酶A、蛋白激酶C、MEK、Raf、ERK或負(fù)性調(diào)節(jié)基因PTPRR等的變化可能參與了抑郁癥的發(fā)生。

3 ERK信號通路參與抑郁癥治療的作用機(jī)制

3.1 增強(qiáng)神經(jīng)元突觸可塑性 近年研究表明，抑郁癥的發(fā)生與突觸可塑性的改變相關(guān)[21]。突觸可塑性是指突觸的結(jié)構(gòu)和功能隨著神經(jīng)活動而產(chǎn)生較持久性的改變，是大腦最基本、最重要的功能之一，它與記憶、學(xué)習(xí)、認(rèn)知及相關(guān)精神疾病如抑郁癥的病理生理機(jī)制密切相關(guān)[22]。突觸可塑性包括突觸功能可塑性與突觸結(jié)構(gòu)可塑性，其中突觸功能可塑性包括長時程增強(qiáng)和長時程抑制，二者是記憶和學(xué)習(xí)在細(xì)胞水平的生物學(xué)基礎(chǔ)，能夠通過對突觸進(jìn)行修飾而增強(qiáng)或減弱突觸連接，儲存大量信息。ERK信號通路是神經(jīng)元功能的重要調(diào)節(jié)因子，對神經(jīng)元的突觸可塑性具有調(diào)節(jié)作用[23]。突觸結(jié)構(gòu)可塑性是指神經(jīng)元的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使突觸間的聯(lián)系形成或減少，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)的分泌與傳導(dǎo)等，且持續(xù)時間較長。抑郁癥患者腦內(nèi)的突觸結(jié)構(gòu)可塑性變化主要有：樹突分叉減少，樹突、軸突長度變短，樹突棘密度下降，胞體體積減小，海馬體積縮小等[24]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁患者或抑郁病情反復(fù)者每次抑郁發(fā)作時海馬體積明顯減小[25]。動物實驗發(fā)現(xiàn)，抑郁大鼠突觸數(shù)量減少及其突觸功能和結(jié)構(gòu)亦相應(yīng)受損[26]。楊洪蕊等[23]發(fā)現(xiàn)，抑制ERK信號通路可減緩氟對大鼠海馬神經(jīng)元突觸可塑性的損傷，認(rèn)為ERK信號通路與海馬神經(jīng)元突觸可塑性有關(guān)。Ryu等[27]研究Noonan綜合征相關(guān)的蛋白酪氨酸磷酸酶非受體型11基因發(fā)現(xiàn)，該基因的功能增益突變會導(dǎo)致Ras-ERK信號過度激活，從而損害小鼠的長時程增強(qiáng)和空間記憶。Zhang等[28]通過使用分離的海兔神經(jīng)元研究ERK和p38MAPK激活的動力學(xué)機(jī)制，以進(jìn)一步了解其在海兔血清素5-羥色胺誘導(dǎo)的長時程突觸易化中的作用，結(jié)果表明ERK的激活在長時程突觸易化中是必不可少的。盧弢等[29]發(fā)現(xiàn)，厚樸酚可通過ERK通路影響慢性應(yīng)激大鼠腦內(nèi)微管相關(guān)蛋白2蛋白磷酸化，使微管相關(guān)蛋白2的表達(dá)增加，從而提高神經(jīng)元的可塑性，發(fā)揮其抗抑郁作用。醒腦解郁膠囊可通過上調(diào)p-ERK1/2信使RNA的表達(dá)水平，保護(hù)受損的神經(jīng)元并促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生[30]。百合知母湯可通過激活ERK信號通路，調(diào)節(jié)神經(jīng)元可塑性,從而發(fā)揮抗抑郁作用[31]。頤腦解郁方通過ERK通路提高抑郁大鼠的學(xué)習(xí)及認(rèn)知能力，增強(qiáng)突觸可塑性，發(fā)揮抗抑郁作用[32]。夏暉[33]發(fā)現(xiàn)鹽酸羥哌吡酮可有效逆轉(zhuǎn)長時程增強(qiáng)變化帶來的病理改變，并且可增加慢性應(yīng)激大鼠海馬齒狀回BrdU陽性新生細(xì)胞數(shù)量，增強(qiáng)其海馬齒狀回錐體神經(jīng)元樹突的復(fù)雜性和樹突棘密度，恢復(fù)正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)來保護(hù)海馬神經(jīng)環(huán)路的功能，增加海馬神經(jīng)功能可塑性。

3.2 促神經(jīng)營養(yǎng)因子釋放 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)是一種來源于神經(jīng)元和Ast的神經(jīng)營養(yǎng)因子，其不僅能夠調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞的生長、分化、凋亡，還能夠保護(hù)應(yīng)激帶來的神經(jīng)元損傷，在神經(jīng)結(jié)構(gòu)和突觸可塑性中有著重要的作用。當(dāng)BDNF水平明顯降低時會導(dǎo)致皮質(zhì)及海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能改變，從而參與抑郁癥的發(fā)生[34]。BDNF與特異性受體酪氨酸激酶TrkB結(jié)合可激活以下3條通路：磷酸酯酶C通路、MAPK/ERK通路、磷酸肌醇3激酶通路，通過激活這3條通路可維持神經(jīng)元的穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而保護(hù)神經(jīng)元[35]。其中MAPK/ERK信號通路主要調(diào)控行為學(xué)和CREB的表達(dá)，并且可被BDNF激活，而CREB磷酸化可促進(jìn)BDNF的表達(dá)。Wang等[36]發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rb1可以提高慢性不可預(yù)知性溫和應(yīng)激小鼠海馬CA3區(qū)和前額葉皮質(zhì)BDNF蛋白表達(dá)，以及 BDNF下游p-ERK/ERK的比值。此外有研究發(fā)現(xiàn)，柑橘類黃酮3，5，6，7，8，3，4-七甲氧基黃酮(heptamethoxyflavone，HMF)可顯著誘導(dǎo)神經(jīng)元ERK和CREB磷酸化，而MEK抑制劑U0126可抑制HMF誘導(dǎo)的抑郁小鼠海馬BDNF表達(dá)上調(diào)，表明HMF可能通過激活cAMP/ERK/CREB信號傳導(dǎo)通路和抑制磷酸二酯酶4B，促進(jìn)大鼠C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞中BDNF的表達(dá)而發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用，同時也表明BDNF的基因表達(dá)受到ERK和CREB的影響[37-39]。實驗發(fā)現(xiàn)，姜黃素可調(diào)控慢性不可預(yù)測應(yīng)激大鼠海馬中的BDNF和ERK水平，被證實有抗抑郁作用[40]。紫蘇的主要成分紫蘇醛可通過BDNF-TrkB-ERK信號通路提升慢性不可預(yù)見性溫和刺激小鼠海馬BDNF水平，發(fā)揮抗抑郁作用[41]。Yuan等[42]發(fā)現(xiàn)，在抑郁大鼠腹膜內(nèi)注射肌苷，能夠提高大鼠海馬區(qū)和前額葉皮質(zhì)的CREB、p-ERK水平。Li等[43]發(fā)現(xiàn)，給抑郁大鼠靜脈注射神經(jīng)肽三葉因子3能夠增加大鼠海馬CA3區(qū)BDNF、磷酸化ERK1/2和磷酸化CREB的表達(dá)。此外，瑞波西汀可通過TrkB/BDNF/ERK通路提升慢性輕度應(yīng)激大鼠海馬內(nèi)BDNF水平，起到抗抑郁作用[44]。

由上可知，激活ERK/CREB/BDNF通路能夠促進(jìn)BDNF的表達(dá)，BDNF又可通過與TrkB結(jié)合激活ERK信號通路，BDNF和ERK信號通路存在循環(huán)通路。BDNF參與了海馬功能的調(diào)節(jié)，在抗抑郁治療中起重要作用。

3.3 抗凋亡 神經(jīng)細(xì)胞凋亡在神經(jīng)系統(tǒng)中屬于程序性、普遍性、生理性的細(xì)胞死亡，可維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，在其生長發(fā)育過程中屬于正常現(xiàn)象，但病理刺激下的細(xì)胞凋亡則會引起疾病的發(fā)生。神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和壞死是抑郁癥主要的病理過程之一，抑郁癥的發(fā)生與神經(jīng)細(xì)胞的凋亡密切相關(guān)，抑郁大鼠海馬齒狀回、CA1和CA3區(qū)神經(jīng)元凋亡細(xì)胞數(shù)顯著增加[45]。通過抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡改善神經(jīng)功能治療抑郁癥已成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。激活MAPK/ERK信號通路和磷酸肌醇3激酶信號通路可增加B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的表達(dá)，Bcl-2作為Bcl-2家族中最重要的抗凋亡蛋白，可通過拮抗Bcl-2相關(guān)X蛋白促凋亡蛋白抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-3的活性，維持細(xì)胞內(nèi)的平衡穩(wěn)態(tài)來發(fā)揮抗凋亡作用。唐彬秩等[46]在研究人參皂苷Rg1對缺氧缺血性腦損傷新生鼠海馬神經(jīng)元保護(hù)作用機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，Rg1可增強(qiáng)并誘導(dǎo)ERK磷酸化和缺氧誘導(dǎo)因子1α的持續(xù)表達(dá)，從而抑制了Caspase-3的活化及后續(xù)的神經(jīng)元凋亡；而使用MEK抑制劑 U0126干預(yù)可抑制Rg1誘導(dǎo)的ERK1/2磷酸化和缺氧誘導(dǎo)因子1α持續(xù)表達(dá),導(dǎo)致Caspase-3活化增強(qiáng)并使神經(jīng)元凋亡增加，說明ERK信號通路參與了細(xì)胞抗凋亡機(jī)制。β-細(xì)辛醚(石菖蒲揮發(fā)油中的主要成分之一)可通過ERK通路減少大鼠海馬CA3區(qū)神經(jīng)元的萎縮與凋亡，顯著改善大鼠的抑郁狀態(tài)[47]。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)西藥嗎氯貝胺能通過增加ERK磷酸化促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞Bcl-2的表達(dá)，從而起到抗凋亡的作用[48]。由上可知，ERK信號通路在神經(jīng)元抗凋亡中發(fā)揮了重要作用，可緩解抑郁癥狀。

4 小 結(jié)

ERK信號通路是重要的細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路之一，其可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖與分化，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和記憶功能認(rèn)知方面發(fā)揮重要作用。該通路的激活能夠調(diào)節(jié)腦內(nèi)神經(jīng)元突觸的可塑性，使抗細(xì)胞凋亡因子及腦源性生長因子表達(dá)上調(diào)，從而達(dá)到保護(hù)神經(jīng)元的目的，因此許多抗抑郁藥的治療機(jī)制都從該處入手。通過對ERK信號通路的深入研究，了解其參與抑郁癥的發(fā)病機(jī)理及抗抑郁的作用機(jī)制，可為臨床上診療和預(yù)防抑郁癥提供新方向。