MAPK信號通路介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展

祝盼盼，商亞珍

(承德醫(yī)學(xué)院中藥研究所/河北省中藥研究與開發(fā)重點實驗室/河北省中醫(yī)藥抗癡呆重點研究室，河北承德 067000)

為了維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，在基因的調(diào)控下，細(xì)胞自發(fā)的死亡過程稱為細(xì)胞凋亡[1]。細(xì)胞凋亡是保持組織穩(wěn)態(tài)的重要因子，受到各信號通路互相作用的調(diào)節(jié)與控制，其調(diào)控異常與神經(jīng)退行性疾病、自身免疫性疾病和癌癥等疾病之間的關(guān)系十分密切[2]。P38MAPK、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)和氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)三種激酶是絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases， MAPKs）的重要組成部分，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生一定的改變或者受到細(xì)胞因子等刺激后，MAPKs可磷酸化產(chǎn)生一定的生物學(xué)效應(yīng)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、遷移和死亡等生物過程。阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和進(jìn)展與MAPKs信號通路的功能異常密切相關(guān)[3]。大量研究表明，神經(jīng)組織損傷在很大程度上受到了MAPKs信號通路的影響。近幾年，關(guān)于MAPKs信號通路在神經(jīng)損傷性疾病方面的研究也有了很大進(jìn)展[4，5]。本文通過對近幾年MAPKs信號通路與細(xì)胞凋亡的關(guān)系作一綜述，為后期相關(guān)疾病的進(jìn)一步研究提供幫助。

1 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡常見于免疫反應(yīng)、胚胎發(fā)育、正常組織和器官退化等多種生物進(jìn)程。細(xì)胞凋亡的形態(tài)變化相對來說是比較直觀的，包括細(xì)胞骨架的解體、染色質(zhì)凝集以及細(xì)胞的皺縮等。細(xì)胞凋亡是多種基因嚴(yán)格控制的過程，胞內(nèi)生化環(huán)境的改變以及凋亡級聯(lián)信號的放大傳導(dǎo)與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。經(jīng)過多年的研究，人們發(fā)現(xiàn)異常的細(xì)胞凋亡會導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，特別是神經(jīng)退行性病變[6]。所以，闡明細(xì)胞凋亡所扮演的角色以及作用機制對尋找、預(yù)防和治療相關(guān)疾病有著十分重要的意義。

1.1 細(xì)胞凋亡的生化機制

在細(xì)胞凋亡的過程中，機體能量會有一定的損耗，這與DNA的降解有一定的關(guān)聯(lián)。早在1992年，Roy等[7]的實驗就發(fā)現(xiàn)了DNA的降解過程有內(nèi)源性DNA酶的參與。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中可以發(fā)現(xiàn)大量DNA酶的尋在，B細(xì)胞淋巴瘤（bcl-2）在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜表達(dá)下降時會導(dǎo)致Ca2+的內(nèi)流，釋放DNA酶。胞漿內(nèi)Ca2+增加時，會導(dǎo)致谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的激活，從而參與凋亡細(xì)胞粘附狀態(tài)的改變，進(jìn)而識別吞噬要凋亡的細(xì)胞[6]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的超載與細(xì)胞的凋亡和壞死密切相關(guān)，也有大量關(guān)于細(xì)胞凋亡時Ca2+水平變化的研究[8-10]。神經(jīng)元中的Caspases-8激活后會對Fas等死亡受體進(jìn)行綁定，Caspases-3或Caspases-9在受到上游Caspases刺激后會被激活，引起細(xì)胞的凋亡。

1.2 細(xì)胞凋亡的基因表達(dá)

caspase家族、Bcl-2基因家族、癌基因以及抑癌基因等多種基因均可以調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞凋亡。促調(diào)亡基因和抗凋亡基因組成了Bcl-2基因家族，Bc1-2家族成員的過表達(dá)會使線粒體細(xì)胞色素C的釋放減少。有研究發(fā)現(xiàn)，在DNA損傷的反應(yīng)中有抑癌基因p53蛋白存在，p53蛋白的表達(dá)會在DNA損傷發(fā)生時使細(xì)胞周期的G1期阻滯，進(jìn)而使DNA的修復(fù)繼續(xù)進(jìn)行。癌基因Myc表達(dá)異常時會誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，但也有研究證實，在發(fā)育性細(xì)胞死亡的過程中沒有Myc基因的存在[6]。

2 MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs) 是一類絲氨酸或者蘇氨酸的蛋白激酶，可以被細(xì)胞因子、細(xì)胞應(yīng)激、激素和神經(jīng)遞質(zhì)等胞外刺激激活。MAPKs信號通路主要由P38MAPK、氨基末端激酶(JNK)以及細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)3條信號通路組成[11]。MAPKs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)時有著十分重要的作用，其廣泛存在于細(xì)胞的生長繁殖、分裂死亡以及細(xì)胞內(nèi)各種生化反應(yīng)信號的變化過程中。研究發(fā)現(xiàn)，JNK和p38MAPK的激活會促使細(xì)胞凋亡，而ERK1/2的激活會抑制細(xì)胞凋亡。由此可見，MAPKs信號通路的作用具有一定的特異性[12]。MAPKs信號通路可以介導(dǎo)不同的細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)，在細(xì)胞進(jìn)化的過程中具有高度的保守性[13]。

MAPKs的激活途徑為典型的3級酶促級聯(lián)反應(yīng)。在上游激活蛋白與特定受體結(jié)合后，通過MAP3K- MAP2KMAPK的逐級磷酸化，激活其下游轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而對細(xì)胞的各項功能進(jìn)行調(diào)節(jié)，與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[14]。通過對MAPKs信號通路的深入研究，可以達(dá)到對AD等神經(jīng)退行性疾病進(jìn)行預(yù)防或者治療的目的。

2.1 P38MAPK信號通路

P38為P38MAPK信號通路的主要組成蛋白[15]。它可以被細(xì)胞因子、生理應(yīng)激以及紫外線滲透壓變化等細(xì)胞信號激活。P38MAPK活化并產(chǎn)生的一系列生物學(xué)效應(yīng)依賴于典型的3級酶促級聯(lián)反應(yīng)，此反應(yīng)是一個連續(xù)激活蛋白激酶的反應(yīng)鏈，PAK（MAP4K）、MLK（MKKK、MEKK或MAP3K）、MKK3/4/6（MEK或MAP2K）、P38MAPK是這個反應(yīng)鏈上的4種蛋白激酶。

PAK和MLK在細(xì)胞膜上的受體受到胞外信號的刺激后會進(jìn)行磷酸化反應(yīng)，使MKK3/MKK4/MKK6等基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)蛋白磷酸化，從而使P38MAPK基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。某些轉(zhuǎn)錄因子可被活化后的P38MAPK誘導(dǎo)表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外腫瘤壞死因子egr(TNF)與活性氧可以通過激活P38MAPK激酶誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[17]。早在1999年便有研究報道AD患者大腦中P38MAPK活性增加，而后的一項臨床研究報道，AD患者血液中磷酸化的P38MAPK隨著疾病時間的增長而增多，同時發(fā)現(xiàn)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，P38MAPK在腦中與記憶和學(xué)習(xí)相關(guān)的地域中高度表達(dá)[18,19]。梁克山等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，P38MAPK抑制劑對細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用，對細(xì)胞凋亡具有一定的抑制作用。不難看出，阻斷神經(jīng)細(xì)胞中的p38MAPK信號通路所致的細(xì)胞凋亡是減弱AD等神經(jīng)退行性疾病發(fā)展的重要途徑。

2.2 ERK1/2信號通路

ERK1/2激酶由ERK1激酶和ERK2激酶組成。神經(jīng)遞質(zhì)以及神經(jīng)營養(yǎng)因子等多種外界信號均可使ERK1/2活化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長與分化。ERK1/2信號通路在腫瘤發(fā)生發(fā)展以及神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)記憶等疾病中發(fā)揮著重要作用。

ERK1/2信號通路是一個由Ras→Raf→MEK→ERK1/2組成的信號軸，Raf在與被細(xì)胞因子等刺激激活后的Ras結(jié)合，然后由細(xì)胞質(zhì)移至細(xì)胞膜。MEK在細(xì)胞膜上與活化后的Raf結(jié)合，通過磷酸化反應(yīng)被激活。MEK是一種較為特殊的雙特異性激酶，ERK1/2可被MEK通過磷酸化反應(yīng)激活[14]，被激活后的ERK1/2可以起到調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄、抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡、調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶功能的作用[13]。ERK的激活與細(xì)胞增殖分化的程度緊密相關(guān)，還可以調(diào)控多種凋亡因子的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞的發(fā)育與增殖。ERK1/2信號通路激活后，會誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，容易使腦組織受到損傷，并受到繼發(fā)性損害[21]。張盼盼等[22]研究發(fā)現(xiàn)，ERK信號通路在激活后會促使c-fos蛋白表達(dá)，調(diào)控海馬區(qū)神經(jīng)元的凋亡。在AD中，纖維狀的Aβ會促使ERK1/2的激活，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[23]。ERK1/2通路可將大腦中細(xì)胞膜上的受體信號傳遞到到細(xì)胞核中，參與調(diào)節(jié)神經(jīng)元的增殖與凋亡。

2.3 JNK信號通路

1990年，JNK首次被鑒定為一種可被磷酸化的c-Jun激酶，因此被命名為c-Jun氨基末端激酶[13]。JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑由經(jīng)典信號通路以及非經(jīng)典信號通路兩部分組成，這兩種信號通路均通過激酶磷酸化級聯(lián)反應(yīng)激活MAPK，然后在細(xì)胞核內(nèi)調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，促使相關(guān)基因表達(dá)。

經(jīng)典信號通路由細(xì)胞內(nèi)的上游激酶通過級聯(lián)反應(yīng)激活下游激酶，Rac和JNKKKK通過級聯(lián)反應(yīng)被磷酸化后的下游激酶激活。Rac是可以把MLK激活的小GTP酶。換句話說，MLK在酶偶聯(lián)磷酸化的作用下被Rac和JNKKKK激活，MAPK激酶通過磷酸化作用可以被活化后的MLK進(jìn)一步激活。

TNF識別細(xì)胞膜上的受體后，其相關(guān)因子與JNKKKK通過共同作用激活凋亡信號調(diào)節(jié)激酶與MEKK4, MKK4在這些酶的磷酸化作用下可被活化，被激活后的MKK4在酶偶聯(lián)級聯(lián)反應(yīng)下使JNK激活，活化的JNK可進(jìn)一步使c-Jun和c-Fos進(jìn)行磷酸化反應(yīng)，從而形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，這種復(fù)合體在穿過核膜進(jìn)入細(xì)胞核的同時，還可以使與轉(zhuǎn)錄相關(guān)的因子激活，引起相關(guān)基因的表達(dá)[24,25]。Bin[26]的研究中證實了miR-326是通過以VAV1為靶點使JNK信號通路失活，抑制AD小鼠的神經(jīng)元凋亡，從而改善了AD小鼠認(rèn)知功能。

3 展望

全球老齡化進(jìn)程愈演愈烈，AD的發(fā)病率也正在逐年上升。然而，目前對AD的治療尚未取得滿意的療效。通過調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)細(xì)胞的凋亡來替代AD中功能退化或者死亡的神經(jīng)元，是目前治療AD的一種較為有效的方法。通過調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)神經(jīng)元再生，為AD的預(yù)防和治療尋找新的方法，將是一種非常有意義和前景的探索。近年來，關(guān)于MAPKs通路與神經(jīng)損傷的相關(guān)性研究越來越多，發(fā)現(xiàn)MAPKs信號通路在AD引起的細(xì)胞損傷的機理中發(fā)揮著十分重要的作用。MAPKs通路作為調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的重要信號通路，為AD的治療開辟了一個新的方向。