p38 MAPK信號通路對缺血性腦卒中作用的研究進展

張奎明，崔應麟，葛鸞蝶，侯露陽，馬瑞紅

(1.河南中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院，鄭州 450046；2.河南省中醫(yī)院腦病科，鄭州 450002)

缺血性腦卒中是血栓或血塊堵塞腦部的供血動脈，使腦組織血供減少，神經細胞發(fā)生缺氧壞死，引發(fā)的腦部病變[1-2]，是腦卒中的主要組成類型[3-4]。腦缺血發(fā)生后，腦組織缺少必要的氧和能量，導致神經元代謝紊亂，無法維持離子平衡和細胞穩(wěn)態(tài)，從而使神經細胞凋亡形成梗死灶和缺血半暗帶。缺血半暗帶再灌注能恢復缺血區(qū)域氧和能量供應，亦會觸發(fā)細胞凋亡和炎癥機制，進一步損害神經細胞、內皮細胞及膠質細胞，加劇缺血半暗帶損傷[5-6]。而p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路與炎癥所介導的缺血性損傷密切相關，抑制p38 MAPK信號通路，能抑制神經元凋亡和炎癥反應，保護受損腦組織，改善神經損傷[7]。近年來，關于p38 MAPK在腦缺血中的研究逐漸增多，現從炎癥反應、神經元凋亡、腦組織水腫、再灌注損傷等角度出發(fā)，就p38 MAPK信號通路對缺血性腦卒中作用的研究進展予以綜述，以期為缺血性腦卒中的實驗研究與臨床治療提供參考。

1 缺血性腦卒中的病理機制

缺血性腦卒中起病后，腦組織所需的氧和葡萄糖匱乏，ATP合成不足，導致細胞離子失衡，膠質細胞與神經細胞去極化，Ca2+通道被激活，電位差形成，Ca2+大量流入細胞，激活花生四烯酸與蛋白水解酶，從而促進神經元中活性氧類的形成。細胞膜去極化后，神經興奮性遞質谷氨酸加速釋放，其水平超過細胞生理功能所需閾值，且在細胞外逐漸蓄積，產生氨基酸毒性，促使細胞內鈣超載，損傷神經元。同時，神經元質膜上Na+，K+-ATP酶被破壞，離子穩(wěn)態(tài)失衡，形成離子濃度差，細胞滲透壓改變，導致腦水腫。此外，缺血和缺氧降低腦組織的pH值，酸中毒進一步觸發(fā)神經細胞凋亡機制[8]。自由基可介導線粒體損傷，線粒體反應性腫脹，通透性增加，基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)被激活，從而水解膠原蛋白與層粘連蛋白的基底層，破壞血腦屏障(blood brain barrier，BBB)[9]。內皮通透性屏障的破壞，引起B(yǎng)BB滲透性增加、促炎基因表達、炎癥因子釋放及內皮細胞表面黏附分子(如E-選擇素、P-選擇素與細胞間黏附分子)的表達，從而過度激活內皮細胞，使其成為血栓和炎癥前的病理狀態(tài)[10-11]。白細胞對腦組織的浸潤由免疫球蛋白、整合素和選擇素介導，中性粒細胞在滲透性腦缺血期間，最早表現出白細胞亞型的上調，此時細胞富集并開始釋放炎癥介質(如MMP和誘導型一氧化氮合酶)，加劇腦部血流障礙，促使BBB損傷，且與梗死面積的擴大密切相關[12-13]。星形膠質細胞和小膠質細胞通過相關分子介導炎癥反應，對缺血性腦損傷做出應激反應；此時，血源性巨噬細胞募集到缺血性腦組織并由小膠質細胞主導分化為作用相反的兩種亞型。此外，星形膠質細胞反應性增生和增殖是對神經元損傷的主要反應，其可通過表達炎癥因子，加重神經損傷，亦可通過增生形成膠質瘢痕，隔離梗死灶，防止腦組織損傷區(qū)域的擴大，同時它還能分泌神經營養(yǎng)因子，調控缺血后神經元的活性[14-15]。由缺血性損傷所激活的小膠質細胞可在梗死核心和缺血半暗帶分化不同的促炎和抗炎表型，即M1型巨噬細胞和M2型巨噬細胞[16]。前者可分泌大量的細胞介質(活性氧類、蛋白酶與細胞因子)，觸發(fā)炎癥機制、產生促炎效應[17]。后者具有抗炎表型，可分泌轉化生長因子-β、白細胞介素-10等，吞噬細胞碎片或受損神經元，分泌多種神經營養(yǎng)因子[18]。M2極化相關的靶向藥物可促使M1型小膠質細胞轉化為M2型小膠質細胞[19]。炎癥在缺血性腦卒中的進展中發(fā)揮重要作用，炎癥反應具有兩面性，既能加重腦卒中急性期的繼發(fā)性腦損傷，也能促進腦卒中后期腦組織的修復。

2 p38 MAPK信號通路概述

p38 MAPK是一類分化上保守的絲氨酸/蘇氨酸MAPK，是聯系細胞外信號和細胞內生化反應的紐帶，參與細胞的多種反應機制。哺乳動物p38 MAPK家族由四個成員(p38α、p38β、p38γ和p38δ)組成，它們由不同的基因編碼組成，協調調控基因表達、有絲分裂、代謝活動、細胞凋亡和分化。p38的分布具有明顯的組織差異性，p38α和p38β廣泛存在于哺乳動物的組織和細胞中；p38γ主要表達于骨骼??；p38δ主要在胰腺、腎臟、睪丸和小腸中發(fā)揮作用[20]。在神經退行性病變動物模型中，p38α和p38β被激活，細胞生理特性被改變，導致神經毒性產生，其中p38α主要在小膠質細胞表達，p38β主要作用于星形膠質細胞[21]。非磷酸化狀態(tài)的p38無活性，當神經細胞被各種應激因素或炎癥因子刺激時，如氧化應激、紫外線、缺血、缺氧、滲透壓、白細胞介素-1與腫瘤壞死因子-α、基因損傷等，應激信號或促分裂原激活MAPK激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MEKK)(MEKK1～4)，MEKK1～4可以磷酸化MAPK激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MKK)3、MKK4、MKK6[22]，其中MKK4對p38具有一定的抑制作用，而MKK3及MKK6是激活p38的主要蛋白激酶，p38 MAPK活化可以結合多種反應底物，包括細胞質中的促凋亡蛋白、Tau蛋白、胞質型磷脂酶A2及細胞核內的p53抑癌基因、轉錄因子(ETS1、ELK1、MEF2、ATF)[23]，誘導細胞分化與凋亡、炎癥反應、細胞周期停滯、細胞因子產生以及RNA的調控剪接等；此外，p38 MAPK磷酸化引發(fā)的下游活動具有組織細胞特異性，磷酸化的p38通過調節(jié)轉錄因子，調控特異性細胞因子的表達，產生促炎效應，或在信使RNA水平上，調控其下游蛋白激酶(MAPK激活的蛋白激酶2/3和MAPK相互作用激酶1)的翻譯表達，從而促進炎癥因子釋放。隨著研究的深入發(fā)現，p38 MAPK與大腦、間腦、小腦和腦干的病理生理過程聯系緊密，它既能參與機體對各種腦部疾病的防御和保護，又能通過氧化應激、活化炎癥因子及觸發(fā)炎癥反應等方式，成為各種腦病的致病媒介。

3 p38 MAPK在缺血性腦卒中的作用

3.1調控炎癥反應 炎癥在缺血性腦卒中的各個階段發(fā)揮重要作用，是修復受損腦組織以保護中樞神經系統(tǒng)的生理反應[24]。有研究證明，在腦組織受損區(qū)域可以觀察到大量炎癥因子和細胞浸潤[25]。這些因子的過度表達會導致繼發(fā)性腦損傷，而p38 MAPK信號通路是炎癥級聯反應的重要途徑，p38 MAPK介入巨噬細胞與吞噬中性粒細胞的功能反應，包括顆粒胞吐、趨化、黏附和凋亡[26-27]。缺血性腦卒中發(fā)生后，腦組織細胞、血源性炎癥細胞均會參與炎癥反應，其中中性粒細胞最早參與缺血腦組織浸潤，1～3 d達到高峰，隨后迅速減少，中性粒細胞浸潤可釋放誘導型一氧化氮合酶和MMP促炎介質，導致腦部炎癥和損傷。膠質細胞也可在缺血性腦卒中發(fā)生后數分鐘內轉化成巨噬細胞，產生炎癥介質與細胞毒性因子，加重神經細胞損傷。研究表明，小膠質細胞以p38 MAPK信號通路為介導，激活核因子κB p65，促進細胞炎癥因子的表達[28-29]。

研究顯示，高鹽飲食能通過p38 MAPK信號通路調控醛糖還原酶的表達，促進促炎性M1型小膠質細胞的極化，從而加劇缺血性腦卒中的發(fā)展[30]。脂多糖促使p38 MAPK信號通路磷酸化，從而抑制小膠質細胞中UNC-51樣激酶1活性，破壞其與自噬復合體中自噬相關蛋白13的相互作用，降低通量及自噬水平，誘導炎癥活動的進行。組織蛋白酶C通過激活黏著斑激酶上游調節(jié)因子，使p38 MAPK信號通路在巨噬細胞中激活，促進巨噬細胞進入M1活化狀態(tài)，產生促炎效應[31]。在缺血性腦損傷的急性階段，p38 MAPK信號通路誘導神經毒性，而在亞急性階段，該通路在神經保護性抗凋亡效應中抑制炎癥反應[32-34]。由于p38 MAPK對炎癥的特殊調控作用，p38 MAPK成為抗感染治療藥物開發(fā)的潛在靶點，引起國內外學者的廣泛關注。

3.2誘導神經元凋亡 神經細胞凋亡是缺血性腦卒中的主要病理反應，其凋亡具有自發(fā)性，是受基因調控的程序性死亡。腦缺血初期，缺血半暗帶的主要病理表現為神經元受損，損傷區(qū)域存在大量可修復的神經元，但隨著腦缺血時間的延長，p38 MAPK信號通路通過干預細胞凋亡機制，調控神經細胞靶向基因的表達，加速受損神經元凋亡的進程，使腦缺血初期的半暗帶區(qū)域逐漸成為腦梗死的擴大灶，加重腦損傷。與損傷相關的神經元，通常被認為是高度分化的細胞，在重新激活細胞周期時發(fā)生凋亡，p38 MAPK信號通路激活胱天蛋白酶(caspase)3，調控細胞的生命周期，促進細胞衰老、凋亡[35]。Pan等[36]發(fā)現，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-126表達能減少心肺復蘇大鼠海馬神經細胞凋亡，經miR-126模擬注射后，p38 MAPK表達下調，胞外信號調節(jié)激酶1/2表達上調，而抑制p38 MAPK信號通路的結果與表達miR-126的結果一致，說明p38 MAPK誘導神經細胞的凋亡?；罨膒38 MAPK主要通過改變促凋亡相關蛋白(caspase-9)、凋亡調節(jié)因子(Bcl-2/Bcl-2相關X蛋白與caspase-3)的表達，使神經元凋亡[37-38]；亦有研究表明，p38 MAPK活化能促進線粒體失活、細胞凋亡，其介導神經細胞凋亡的機制主要由凋亡誘導因子(Bcl-2相關X蛋白)和凋亡抑制因子(Bcl-2)調控[39]。p38 MAPK抑制劑SB203508能減少變應性鼻炎小鼠的嗅覺神經元凋亡，從而改善小鼠打噴嚏、鼻瘙癢等變應性鼻炎癥狀，提高小鼠的嗅覺靈敏度[40]。另有研究發(fā)現，經過氯胺酮處理的細胞，p38 MAPK、Bcl-2相關X蛋白與caspase-3的表達水平顯著下降，p38 MAPK信號通路被抑制，細胞活性、細胞周期進程和海馬神經元端粒酶活性顯著提高，從而抑制海馬神經元凋亡[41]。p38 MAPK通過調控細胞基因的表達在能量轉化、生命周期等方面，多層次干預凋亡的進程，但其對細胞凋亡的確切作用仍有待進一步研究。

3.3促進腦組織水腫 腦水腫是缺血性腦卒中的常見并發(fā)癥，惡性腦水腫是臨床危急重癥。腦水腫可分為血管源性水腫和細胞毒性水腫。血管源性水腫的特點為BBB破壞引起的液體外滲，在細胞外積聚進入腦實質；細胞毒性水腫的特征為缺血后腦組織的能量合成異常，導致細胞膜上Na+，K+-ATP泵功能下降，Na+自膜內向膜外的轉運功能減退，引發(fā)細胞壞死或局部缺血組織中水和Na+聚集，液體外滲，其不破壞BBB(離子水腫)，但會使顱內壓升高，阻礙血流與腦脊液的循環(huán)，隨著時間的延長，進一步加重神經細胞腫脹、壞死、腦組織缺血等繼發(fā)性損害，最終引起B(yǎng)BB功能障礙，造成惡性循環(huán)。水通道蛋白4作為一種微型膜覆蓋蛋白，其功能為水分子跨膜運輸的通道，主要參與血管源性水腫。對局灶性大鼠腦缺血再灌注模型的研究顯示，p38 MAPK磷酸化，增強胞質型磷脂酶A2與水通道蛋白4的活性，BBB通透性增加，水分子轉運加速，從而加重腦組織水腫，進一步損傷BBB，形成腦水腫[42-43]。有研究發(fā)現，阿托伐他汀能抑制腦部梗死區(qū)域磷酸化p38 MAPK的過表達，從而抑制水通道蛋白4相關信使RNA轉錄，緩解腦部水腫[44]。此外，脂多糖能通過p38 MAPK信號通路，促進MMP過度分泌，而p38 MAPK抑制劑Ⅷ可顯著降低脂多糖誘導的MMP-9蛋白活性，從而保護BBB，減輕腦部水腫[45]。

3.4誘發(fā)再灌注損傷 缺血再灌注損傷是指缺血腦組織血供恢復后，腦細胞的受損程度不僅沒有改善，神經元缺血性損傷反而進一步加重，能對腦組織造成不可逆損害。腦組織缺血后，腦細胞中的ATP水平降低，再灌注后，環(huán)腺苷酸水平迅速升高，同時環(huán)鳥苷酸水平進一步降低。在此過程中，大腦發(fā)生脂質過氧化作用，且大腦組織富含磷脂，環(huán)腺苷酸的增加可以激活磷脂酶，降解磷脂，其主要降解產物為硬脂酸與花生四烯酸。胞質型磷脂酶A2調節(jié)花生四烯酸，引發(fā)氧化應激、腦缺血、腦組織水腫、BBB破壞。Nito等[46]對短暫腦缺血小鼠模型再灌注的研究發(fā)現，p38 MAPK水平在缺血后6 h開始升高，24 h達到峰值，72 h內水平顯著升高，其中磷酸化p38 MAPK水平亦明顯升高，同時發(fā)現該蛋白能促進肝細胞凋亡、BBB破壞。Guan等[47]發(fā)現，p38 MAPK介導細胞因子和應激刺激，誘導細胞凋亡并抑制磷酸化p38 MAPK和下游轉錄激活因子-2的表達，進一步限制腦損傷，促進缺血組織的恢復。腦缺血再灌注后，p38 MAPK主要參與腦組織的再損傷，減少相關信號轉導因子的表達，有利于腦組織損傷的修復。

4 小 結

p38 MAPK可通過多種途徑參與缺血性腦卒中的病理反應，并發(fā)揮多重作用。關于p38 MAPK在缺血性腦損傷中的作用機制尚未完全明確，有待進一步研究證實。但p38 MAPK水平在缺血性腦卒中后明顯升高，對腦組織造成損傷，其抑制劑已被證實在腦缺血急性期能保護腦組織免受損傷。目前，對超早期缺血性腦卒中的臨床治療包括血管內介入和靜脈溶栓，但這些治療手段具有較高的技術與時間要求，且出血、手術風險和麻醉意外的可能性更高。近年來，對MAPK信號通路靶向藥物的研究逐步深入，一些藥物雖被證實具有確切療效，但臨床應用仍存在不良反應大、生產成本高等問題，而中醫(yī)注重整體觀念，理法方藥相統(tǒng)一，對缺血性腦卒中的治療與愈后發(fā)揮重要作用，應用前景廣泛。未來從中醫(yī)藥角度對MAPK信號通路的進一步研究，將對臨床采用相應的治療策略和藥物保護受損腦組織產生指導作用，從而為缺血性腦卒中的實驗研究與臨床治療提供新思路。