植物黃酮調(diào)控JNK通路干預(yù)氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的研究進展

宋欣豫，李大鵬

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院, 山東泰安 271018）

c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）是由絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶組成的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）家族的成員，是一類進化保守的激酶。MAPK在細胞增殖、分化、凋亡、神經(jīng)元功能和應(yīng)激反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。MAPK家族的成員還有ERKs和p38，每種激酶都存在多種亞型。

研究發(fā)現(xiàn)，JNK可被生長因子、細胞因子、應(yīng)激等因素激活[1]，磷酸化JNK（p-JNK）通過磷酸化下游靶點c-Jun、ATF-2、ELK1、NEAT等，導(dǎo)致基因表達程序的改變，在細胞調(diào)控中起關(guān)鍵作用[2]。JNK通路功能紊亂可導(dǎo)致多種疾病。此外，JNK對應(yīng)激通路具有調(diào)控作用。p-JNK能夠磷酸化c-Jun及ATF-2的氨基末端活性區(qū)域，促進細胞因子及蛋白表達[3]。應(yīng)激條件下，JNK1和JNK2分別優(yōu)先磷酸化c-Jun和ATF-2，使JNK轉(zhuǎn)錄的活性增強，誘導(dǎo)疾病的發(fā)生[4]。因此，抑制JNK可能在預(yù)防慢性疾病中非常重要。

氧化應(yīng)激與多種疾病密切相關(guān)。飲食中的抗氧化劑（包括黃酮）被認(rèn)為是氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的潛在保護劑。植物膳食中的水果、蔬菜及茶等是植物黃酮的主要飲食來源。植物黃酮具有抗氧化、抗炎和調(diào)節(jié)血管滲透等活性，對多種疾病的發(fā)生具有預(yù)防作用[5]。研究發(fā)現(xiàn)，植物黃酮常作為JNK調(diào)節(jié)劑用于預(yù)防糖尿病、缺血/再灌注損傷及神經(jīng)退行性疾病等，本文就植物黃酮對JNK干預(yù)的最新研究進展進行了綜述。

1 JNK及其編碼基因

JNK有 3種基因亞型：JNK1、JNK2、JNK3，其中JNK1和JNK2可以在機體所有細胞中表達，而JNK3主要在神經(jīng)組織和大腦中限制性表達[6]。JNK3的研究集中在其對中樞神經(jīng)系統(tǒng)及阿爾茨海默病[7]等神經(jīng)退行性疾病的調(diào)控作用。此外，JNK及其編碼基因均能由促炎細胞因子、生長因子或應(yīng)激信號等激活。

2 JNK信號通路的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

MAPK通路由三級激酶組成：MAPK激酶激酶(MAPK kinase kinase，MAP3K)、MAPK 激酶（MAPK kinase，MAP2K）和MAPK。它們能夠逐級磷酸化，將上游信號傳遞到下游效應(yīng)器。JNK信號通路的MAP3K主要有：凋亡信號調(diào)節(jié)激酶（Apoptotic signalregulated kinases，ASK）、TGF-β激活的蛋白激酶（TGF-βactivated protein kinase，TAK）等[8]。JNK信號通路上游的MAP2K主要是MKK7和MKK4。MKK7的激活依賴于細胞因子的作用，而MKK4在環(huán)境應(yīng)激作用下能夠被激活[9]。MKK7和MKK4通過雙重磷酸化Thr-Pro-Tyr基序來協(xié)同激活JNK，MKK7 靶向 Thr183，MKK4 靶向 Tyr185[10]。

作為一種重要的JNK效應(yīng)器，轉(zhuǎn)錄激活因子-1（activator protein-1, AP-1）既可以作為含有兩種Jun蛋白的同二聚體，也可以作為含有Jun蛋白和Fos蛋白的異二聚體[11]。JNK被激活后，能夠使c-Jun的N端Ser63和Ser73殘基發(fā)生磷酸化[12]。因此當(dāng)c-Jun磷酸化增強時，AP-1的活性也會隨之增加，進而誘導(dǎo)下游基因的轉(zhuǎn)錄[13]。另外，JNK也可以直接磷酸化其他下游靶蛋白進而調(diào)控細胞轉(zhuǎn)錄過程，如ATF家族的成員、Elk-1、Bcl-2、Bim等，從而調(diào)節(jié)細胞凋亡、代謝和DNA修復(fù)等生理過程[14]。JNK信號通路也受到不同的支架蛋白調(diào)控，如JIP1、JIP2、JIP3 等（圖1）。

圖1 MAPK信號級聯(lián)示意圖Fig.1 MAPK signal cascade diagram

3 JNK與氧化應(yīng)激

活性氧 (reactive oxygen species，ROS)能夠破壞DNA、蛋白質(zhì)，從而使細胞氧化還原狀態(tài)失衡。當(dāng)抗氧化蛋白清除能力低于ROS的產(chǎn)生時，就會引發(fā)氧化應(yīng)激，從而損傷細胞。ROS介導(dǎo)的JNK信號通路在應(yīng)激反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。ROS能夠使MAPK信號通路發(fā)生MAP3K→MAP2K→MAPKs三級級聯(lián)反應(yīng)，進而從細胞質(zhì)進入到細胞核中，靶向作用于下游效應(yīng)器。

ASK1是MAP3K的一種亞型，可被ROS、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和脂多糖等多種應(yīng)激激活，其中ROS是ASK1最有效的激活劑[15]。硫氧還蛋白(thioredoxin，Trx)是一類控制細胞氧化還原狀態(tài)的蛋白質(zhì)[16]。Trx含有兩個半胱氨酸殘基。氧化狀態(tài)下，半胱氨酸中的巰基氧化形成二硫鍵，因此在維持細胞內(nèi)氧化還原平衡方面起著關(guān)鍵作用。Trx為ASK1的結(jié)合蛋白，通過與ASK1結(jié)合來抑制其活性。ROS氧化Trx使其與ASK1分離，并誘導(dǎo)ASK1的齊聚以及ASK1信號體的形成[17]。ASK1被激活，并誘導(dǎo)ASK1激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)的關(guān)鍵蘇氨酸殘基磷酸化，進而激活p38和JNK等下游靶蛋白[18]。

3.1 JNK與細胞凋亡

JNK在細胞凋亡中起關(guān)鍵作用。JNK調(diào)控細胞凋亡的方式有兩種：外源性是由細胞表面死亡受體通過相應(yīng)配體刺激而激活：JNK能夠磷酸化c-Jun和ATF-2進而激活A(yù)P-1和Fas/FasL通路，F(xiàn)as/FasL通過激活半胱氨酸蛋白酶 8（caspase 8）進而激活caspase 3，引起凋亡[19]。內(nèi)源性激活途徑是由Bcl-2家族蛋白介導(dǎo)的，使細胞色素c從線粒體釋放，活化caspase 9，進而激活caspase 3，最終導(dǎo)致凋亡。JNK磷酸化后還可通過Bax依賴的MOMP誘導(dǎo)凋亡[20]。

3.2 JNK與自噬

JNK通過兩種不同的機制調(diào)節(jié)自噬：一是通過磷酸化 Bcl-2/Bcl-xL促進 Beclin1-Bcl-2/Bcl-xL的分離。自噬調(diào)節(jié)因子Beclin 1具有上調(diào)自噬的作用，JNK1可使Bcl-2磷酸化，干擾其與自噬調(diào)節(jié)因子的結(jié)合[21]。作為對凋亡刺激的反應(yīng)，Bcl2L11（也稱為BIM）是一種僅含BH3的蛋白質(zhì)，由MAPK8/JNK磷酸化，這種磷酸化通過與Beclin 1解離促進自噬，這種解離由DYNLL1（也稱為LC8）促進[22]。另外，JNK可以上調(diào)損傷調(diào)節(jié)自噬因子（DRAM）的表達，DRAM通過產(chǎn)生自溶體來促進自噬體的累積[23]。最近的研究顯示ROS是JNK-AP-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活因子，在JNK依賴性自噬調(diào)節(jié)中至關(guān)重要[24]。

4 氧化應(yīng)激與疾病

過量的ROS會引起氧化應(yīng)激，進而導(dǎo)致細胞和組織的氧化損傷，最終導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生和發(fā)展，如糖尿病、缺血/再灌注損傷及神經(jīng)退行性疾病等[25]。氧化應(yīng)激通過誘導(dǎo)β細胞功能障礙和胰島素抵抗而成為糖尿病的罪魁禍?zhǔn)?，在糖尿病的發(fā)病機制和進展中起主要作用。以氧化應(yīng)激為靶點的治療策略在糖尿病及其并發(fā)癥的治療中具有很大的潛力。晚期糖基化終產(chǎn)物及受體（Advanced glycation end products-Receptor for advanced glycation endproducts，AGERAGE）激活導(dǎo)致氧化應(yīng)激，該機制參與缺血/再灌注損傷的發(fā)病機理。神經(jīng)退行性疾病如帕金森病（Parkinson’s disease，PD）中，它主要表現(xiàn)為黑質(zhì)致密部中的多巴胺能神經(jīng)元進行性喪失和大腦路易體α-突觸核蛋白聚集體的積聚，可能是氧化應(yīng)激損傷所致[26]。α-突觸核蛋白的聚集被認(rèn)為是帕金森病的關(guān)鍵因素[27]。因此，許多研究集中于通過降低氧化應(yīng)激來改善這些疾病。

5 黃酮對JNK干預(yù)氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的調(diào)控

JNK參與糖尿病、缺血/再灌注損傷等多種疾病的發(fā)病機制。研究表明，植物黃酮具有干預(yù)JNK參與的氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的作用（表1）。因此，尋找有效干預(yù)JNK的植物黃酮對人類健康有重要意義。

表1 黃酮類化合物在干預(yù)JNK致病中的作用及機制Table 1 Role and mechanism of flavonoids in the intervention of JNK

5.1 糖尿病

糖尿病是一組以胰島素抵抗和胰島素分泌不足為特征，可導(dǎo)致多器官功能障礙的疾病。胰島素抵抗、β細胞凋亡都與JNK緊密相關(guān)。在胰島素抵抗中，自由基或促炎性細胞因子激活JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[28]，促進胰島素底物受體IRS參與胰島素抵抗。在β細胞中，JNK1/2通過ROS刺激磷酸化其下游靶點c-Jun，拮抗胰島素基因的增強子來抑制基因轉(zhuǎn)錄，使胰島素的合成量減少[29]。此外，通過活化JNK下游的促凋亡因子，釋放細胞色素C誘導(dǎo)凋亡。因此，抑制JNK信號通路可以降低氧化應(yīng)激對β細胞造成的高血糖毒性[30]。柚皮苷通過抑制JNK信號通路減輕高糖引起的糖尿病腎纖維化[31]。劉穎慧等[32]以HepG2細胞為研究對象，發(fā)現(xiàn)桑葉多糖和黃酮均有促進葡萄糖吸收的作用，通過減弱JNK，IRS-1基因和蛋白表達，增強PDX-1基因和蛋白表達，達到減緩胰島素抵抗的目的。二氫楊梅素通過阻斷JNK信號通路來減緩高糖引起的細胞凋亡[33]。綜上，在氧化應(yīng)激條件下，激活JNK信號通路導(dǎo)致糖尿病及并發(fā)癥的發(fā)生，而植物黃酮可以通過調(diào)控JNK信號通路進行干預(yù)疾病。

5.2 缺血/再灌注損傷

在缺血一段時間內(nèi)，腦和心臟的血管再通后灌注，會造成神經(jīng)元損傷，稱為缺血再灌注損傷。腦和心臟是在缺血/再灌注損傷中起關(guān)鍵作用的兩個器官，其死亡率和發(fā)病率均居社會首位。腦缺血/再灌注損傷導(dǎo)致患者內(nèi)皮細胞以及血腦屏障的損傷[34]。心肌缺血/再灌注與心肌細胞凋亡、心律失常有關(guān)[35]。在缺血/再灌注損傷中JNK家族功能紊亂[36]。山奈酚能抑制JNK途徑減弱AGE-RAGE介導(dǎo)的氧化應(yīng)激來減緩糖尿病大鼠心肌缺血-再灌注損傷[37]。槲皮素能夠顯著提高缺氧/復(fù)氧（hypoxia/reoxygenation，H/R）誘導(dǎo)的H9c2心肌細胞的存活率，可能是通過抑制JNK信號通路實現(xiàn)的，從而進一步消除凋亡相關(guān)蛋白的激活[38]。研究發(fā)現(xiàn)植物黃酮可以抑制H/R后細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，這表明植物黃酮具有抗氧化作用。除此之外，白藜蘆醇也有抗氧化的作用。白藜蘆醇通過下調(diào)p-JNK的表達，保護神經(jīng)元免受腦缺血再灌注損傷[39]?；ㄇ嗨赝ㄟ^阻斷JNK和p53信號通路來減輕局灶性腦缺血引起的神經(jīng)元損傷[40]。以往的實驗數(shù)據(jù)表明，氧化應(yīng)激在缺血/再灌注損傷中起重要作用，攝入富含黃酮類的食物可以通過調(diào)節(jié)JNK途徑減輕氧化應(yīng)激來保護腦和心臟。

5.3 神經(jīng)退行性疾病

MAPK在神經(jīng)細胞的凋亡中起關(guān)鍵作用，JNK會被應(yīng)激優(yōu)先激活，從而刺激神經(jīng)元細胞凋亡。植物黃酮具有神經(jīng)保護作用，可改善認(rèn)知能力、記憶能力和運動能力，在預(yù)防神經(jīng)退行性疾病如帕金森病和阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)等具有重要的應(yīng)用價值。

AD是認(rèn)知性功能障礙與記憶衰退為特征的神經(jīng)退行性病變，從神經(jīng)病理學(xué)的角度來看，其特征是細胞外形成β-淀粉樣蛋白（amyloidβ-protein，Aβ）斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié)以及細胞內(nèi)高磷酸化tau蛋白的聚集[40]。PD是第二常見的神經(jīng)退行性疾病。在α-突觸核蛋白高表達的PD小鼠模型中，神經(jīng)原纖維纏結(jié)的限制性分布與JNK磷酸化的水平增加相關(guān)[41]。

原花青素可以通過抑制ROS/JNK信號通路使神經(jīng)元免受1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶處理誘導(dǎo)的損傷[42]。在鎘誘導(dǎo)的神經(jīng)元細胞中，川陳皮素通過抑制JNK信號通路減輕細胞凋亡[43]。Jian等[44]研究發(fā)現(xiàn)，原花青素能夠顯著降低魚藤酮誘導(dǎo)的ROS生成并通過抑制JNK信號通路來減弱SH-SY5Y細胞凋亡。刺槐素通過阻斷JNK的磷酸化減弱6-OHDA誘導(dǎo)的SH-SY5Y細胞凋亡[45]。花青素的神經(jīng)保護特性與氧化應(yīng)激的改善以及Aβ沉積的減少有關(guān)[46]。楊梅黃酮通過抑制MKK4和JNK的磷酸化，保護MES23.5細胞免受神經(jīng)毒性藥物1-甲基-4-苯基吡啶陽離子（1-methy-4-phenylpyridinium ion，MPP+）引起的損傷[47]。姜黃素通過抑制JNK的表達來改善AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力[48]。芹菜素主要通過調(diào)節(jié)氧化還原失衡、保護線粒體功能、抑制JNK通路等機制發(fā)揮抗Aβ毒性作用[49]。綜上，氧化應(yīng)激與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)，ROS的過度累積會破壞生物分子，造成神經(jīng)細胞功能損傷。植物黃酮通過抑制JNK信號通路來增強抗氧化防御系統(tǒng)。

5.4 慢性炎癥性疾病

慢性炎癥是氧化應(yīng)激的重要表現(xiàn)，過度的氧化應(yīng)激會促進炎性細胞因子的生成。MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與多種炎癥反應(yīng)有關(guān)。研究表明，JNK與包括敗血癥在內(nèi)的各種炎癥性疾病的發(fā)病機制有關(guān)[50]。JNK激活通過轉(zhuǎn)錄因子c-Jun促進炎癥誘導(dǎo)的細胞功能障礙和多個器官中Caspases的激活。類黃酮抑制LPS誘導(dǎo)的炎性細胞因子產(chǎn)生的幾種機制已被研究，其中阻斷NF-κB和MAPK途徑被認(rèn)為是兩種主要機制[51]。

漆黃素通過抑制類固醇受體共激活劑介導(dǎo)的JNK信號通路，減緩腎臟炎癥進而抵抗LPS誘導(dǎo)的敗血性急性腎損傷小鼠[52]。高良姜精通過減弱JNK誘導(dǎo)的炎癥而顯著減弱順鉑誘導(dǎo)的腎毒性[53]。Wang等[54]研究發(fā)現(xiàn)，在LPS誘導(dǎo)的WI-38肺成纖維細胞中，槲皮素通過使JNK通路失活，保護細胞免受炎性損傷。甘草甙抑制IL-1β誘導(dǎo)的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎-成纖維樣滑膜細胞中JNK的磷酸化，表明甘草甙可以減輕滑膜炎癥，其分子機制可能與MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的異常激活有關(guān)[55]。原兒茶酸通過調(diào)節(jié)JNK信號傳導(dǎo)、破骨細胞標(biāo)記基因的表達，以及破壞c-Fos穩(wěn)定性來抑制NF-κB配體的受體激活劑（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）誘導(dǎo)的破骨細胞分化和功能，結(jié)果表明原兒茶酸可用于治療炎癥性骨疾病[56]。在牛乳腺上皮細胞中，桑色素通過抑制JNK信號通路的激活來保護LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[57]。黃芩苷減輕LPS刺激的人肝L-02和THLE2細胞炎癥可能是通過上調(diào)TUG1，抑制JNK途徑，顯示出抗炎活性[58]。在上皮細胞中，木犀草素以及其他黃酮類物質(zhì)，如白楊素和山奈酚，通過抑制JNK阻斷TNF-α觸發(fā)ICAM-1的表達[59]。

研究表明，巨噬細胞的異常激活在包括敗血癥在內(nèi)的許多炎性疾病中起有害作用[60]。槲皮素的糖苷衍生物槲皮素n-3-O-β-D-葡萄糖醛酸通過抑制JNK的磷酸化對LPS刺激的RAW264.7巨噬細胞中具有抗炎作用[61]。大量實驗數(shù)據(jù)表明，氧化應(yīng)激在慢性炎癥性疾病中起關(guān)鍵作用，植物黃酮通過調(diào)控JNK途徑減輕氧化應(yīng)激發(fā)揮保護作用。

5.5 其他

研究表明，氧化應(yīng)激還會導(dǎo)致白癜風(fēng)黑色素細胞的變性。芹黃素通過抑制多巴胺誘導(dǎo)的JNK磷酸化，減輕ROS的積累，從而抑制黑素細胞的凋亡，可能具有治療白癜風(fēng)的潛力[62]。近些年來，食物過敏越來越普遍。食物過敏會導(dǎo)致機體功能紊亂。蕓香柚皮苷通過阻滯JNK磷酸化來干預(yù)小鼠過敏性哮喘發(fā)作[63]。姜黃素通過抑制JNK而有效抑制凝血酶誘導(dǎo)的人牙齦成纖維細胞中結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor,CTGF/CCN2）的表達，說明姜黃素在牙齦過度生長的發(fā)展有抑制作用[64]。

6 結(jié)論與展望

JNK調(diào)控許多細胞過程，包括細胞周期、分化、凋亡及炎癥反應(yīng)，在多種疾病的發(fā)生過程中起關(guān)鍵作用，是調(diào)節(jié)細胞處于正常狀態(tài)與疾病狀態(tài)時的關(guān)鍵靶點。近些年來，JNK信號通路的研究取得了很大的進展，眾多JNK的上游激酶、下游靶點及調(diào)節(jié)因子被發(fā)現(xiàn)，為進一步研究JNK信號通路奠定了基礎(chǔ)。但是， JNK信號通路受多種因素的調(diào)控，呈現(xiàn)出保守性和復(fù)雜性，其參與疾病調(diào)控的分子機制仍需進一步闡明。

目前主要通過藥物干預(yù)JNK從而對疾病達到預(yù)防與治療的作用。然而，許多藥物具有副作用，從植物中得到的天然化合物是一種更安全的選擇。植物黃酮能夠有效減緩氧化應(yīng)激損傷，可以減輕由于自由基產(chǎn)生而導(dǎo)致的JNK磷酸化，進一步預(yù)防糖尿病等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展。近年來，植物黃酮調(diào)控JNK信號通路的研究越來越多，為預(yù)防多種疾病的發(fā)生提供了干預(yù)策略。然而，由于黃酮分子結(jié)構(gòu)的多樣性，仍需對不同黃酮進行細致、準(zhǔn)確的構(gòu)效表征，以便更好地闡明其保護作用的分子機制。此外，植物黃酮在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物是否具有調(diào)控JNK的作用及其與人體內(nèi)環(huán)境平衡相互作用的機制仍需進一步研究。