運動對ｐ３８ＭＡＰＫ表達的影響

摘 要：絲裂原活化蛋白激酶信號系統(mitogen activated protein kinase，MAPKs)在細胞的信號傳導中起著很重要的作用，其中以p38研究得最為深入。:運動是一個非常重要的刺激因素，可對骨骼肌中的多種代謝和轉錄過程起調節作用。MAPK信號級聯中有多種獨立的信號途徑參與了骨骼肌運動性適應的細胞調控過程，對骨骼肌中葡萄糖轉運、胰島素信號轉導、鉀離子轉運、工作肌的可塑性等產生影響。運動能夠激活骨骼肌中MAPKs信號傳導系統。不同運動方式、不同類型的肌肉可以影響到MAPKs的激活，而且激活后MAPKs具有不同的時相性。MAPKs對運動后骨骼肌的適應性變化具有重要作用。

關鍵詞： 運動；絲裂原活化蛋白激酶信號系統；骨骼肌、p38MAPK

中圖分類號： 文章編號：1009-783X(2007)04-0042-03 文獻標識碼： A

Abstract：MAPKs play important roles in cell signaling pathways.Within p38 became warmer point studies and are better known.Exercise is a very important stimulant aspect，it can regulate metabolize and transcription in skeletal muscle.There have many independent signal paths in MAPK cascade that take part in adapt of skeletal muscle during the cell regulation.These could have effects on glucose transport，insulin signal diversion，k+ transport and so on.Exercise can stimulate MAPKs.Different kinds of exercise and different types of skeletal muscle effect on stimulating MAPKs.MAPKs are involved in skeletal muscle adaptation and have different time courses after exercise.

Key words：exercise;MAPKs;skeletal muscle、p38MAPK

絲裂原活化蛋白激酶信號系統(MAPKs)是一組非常保守的絲氨酸(蘇氨酸)雙重磷酸化蛋白激酶家族，它存在于大多數原核生物和所有真核生物中，在細胞生物信號傳導中起著非常重要的作用。細胞的生物信號傳導是指細胞受到胞外的各種刺激后，通過細胞內的信號分子的逐級傳遞，最終產生一系列細胞質和細胞核生理生化變化的過程，包括對細胞增殖、分化、凋亡基因轉錄的調節作用^[1]。經典的MAPK激活途徑是一種瀑布性的反應鏈:MAPK激激酶(MAPKKK)→MAPK激酶(MAPKK)→MAPK［1］。MAPK家族由5種亞類組成:ERK1/2、JNK/SAPK、p38、ERK3/4、ERK5。其中以p38研究的最深入^[2]。

p38信號途徑主要是在紫外線、致病微生物和高滲情況下激活并在其中起重要作用^[3]。下面著重論述。

1 運動與MAPK介導的信號系統

1.1 MAPK信號系統功能、分類

細胞絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信號轉導途徑參與了細胞生長、發育、分裂及細胞間的功能同步等多種生理過程，在維持細胞的正常功能中起重要作用。細胞外刺激致細胞出現相應的生物學效應，其間通過了MAPK信號轉導途徑多級激酶的級聯反應，其中包括3個關鍵激酶:MAPK、MAPKK和MAPKKK。MAPKKK對MAPKK的絲氨酸、蘇氨酸雙位點磷酸化而將其活化，進而MAPKK又對MAPK進行蘇氨酸、絲氨酸雙位點磷酸化活化^[4]。真核細胞中，已確定出四條MAPK信號轉導途徑，即細胞外信號調節的蛋白激酶1/2(ERK1/2)途徑、c-jun氨基端激酶(JNK)途徑、p38途徑和ERK5途徑，這些途徑對細胞肥大、炎癥、凋亡、糖代謝和基因轉錄等均有調節作用^[5-7]。

1.2 MAPK的活性調節

MAPK有兩個特點:①通過VⅢ區域蘇氨酸、酪氨酸雙位點磷酸化活化;②是由脯氨酸介導的Ser/Thr蛋白激酶，具有最小共同靶序列Ser/Thr。MAPK信號轉導通路多級激酶的級聯反應包括順序激活的三個關鍵激酶:MAPK激酶的激酶(MAPKKK或MEKK)→MAPK激酶(MAPKK，MEK或MKK)→MAPK、MAPKKK對MAPKK的蘇氨酸(T)、酪氨酸(Y)進行雙位點磷酸化活化，進而MAPKK又對MAPK進行蘇氨酸、酪氨酸雙位點磷酸化活化。而每一種MEK可被至少一種MEKK激活，每一種MAPK又可被不同的MEK激活，使MAPK級聯反應構成一個復雜的調節網絡^[8]。

2 p38MAPK信號轉導通路

2.1 p38MAPK的發現與分型

p38MAPK是由360個氨基酸組成的38000u酪氨酸磷酸化蛋白激酶。它是1993年Brester等在研究高滲環境對酵母的影響時發現的。對p38MAPK基因和蛋白質序列分析發現p38基因與啤酒酵母HOG 1基因編碼的MAPK分子有52.3%的同源性。p38MAPK可被MAPK的激活同源物MKK3活化，MKK3與酵母HOG 1上游的激活物PBS 2序列相似，更加說明p38MAPK與酵母HOG1系統具有同源性。新近資料表明p38MAPK存在6種異構形式。即P38MAPKα1/α2、p38MAPKβ1/β2、p38MAPKγ和p38MAPKδ。p38MAPKα和p38MAPKβ普遍表達，p38MAPKγ主要在肌肉中表達，p38MAPKδ主要在腺體組織中表達。與其他幾種異構體不同，p38MAPKδ對p38MAPK抑制劑SB203580不敏感^[9]。

2.2 p38MAPK的活性調節

研究發現，紫外線照射、促炎細胞因子(TNF-a、IL-1)、應激刺激(H₂Ov、熱休克、高滲環境、蛋白合成的抑制劑、缺血/再灌注等)以及脂多糖(LPS)與G⁺細菌細胞壁成分均可激活p38MAPK。p38MAPK還參與了GLUT4的激活。

2.3 p38MAPK信號通路的級聯調控

p38MAPK信號通路的上游激活物是MKK3(即MAPKK3)、MKK4及MKK6，其中MKK3、MKK6僅特異性激活p38MAPK。MKK3、MKK6可被MKK5激活，由此確定了下述信號傳導路線MKK5→MKK3/MKK6→p38MAPK。除了MKK5之外，其他調節p38MAPK活性的MAPKKK類可能包括TAK、ASK、MLK3和DAK。TAK可激活MKK4來活化p38MAPK;MKK4也可以在離體化學測定或培養細胞共轉染后激活p38MAPK，但無直接證據表明MKK4是p38MAPK的生理激活物。MLK3可通過磷酸化MKK3與MKK6激活p38MAPK。ASK1是最近發現的MAPKKK類激酶，在TNF和Fas誘導的細胞凋亡中起關鍵作用^[10]。

3 運動對p38MAPK的影響

1996年，Goodyear等^[11]首次報道了運動對大鼠骨骼肌細胞p38信號分子有激活作用。近年來，眾多學者就運動和肌肉收縮對MAPK信號轉導各途徑的調節作用進行了大量研究，并取得了顯著的成果。其中，多數研究集中在運動和肌肉收縮調節MAPKs的活性方面^[12]。文獻報道在大鼠跑步、離體收縮、肌肉拉長以及人在自行車運動和馬拉松跑后骨骼肌激活p38信號途徑^{[12，13，14]}。

有許多研究表明，MAPK信號級聯途徑參與了多種細胞基因轉錄的調節。生長因子、細胞因子、缺氧、胞內鈣離子的變化和機械應力等都可以刺激MAPK信號級聯，其中有許多與運動相關聯。即使是一次運動后，骨骼肌也會產生基因轉錄水平的一過性改變，這涉及到了骨骼肌中多種信號級聯過程^[6]。通過MAPK級聯，很可能會將肌肉收縮引起的力學和生化刺激轉變成一個適當的細胞內反應。目前研究表明，有三種MAPK途徑可以被運動和肌肉收縮所激活，即ERKs、JNKs和p38MAPK。研究發現，在長時間劇烈運動(如馬拉松)后，屬于SAPK的p38MAPK和JNK以及它們的上游激酶MEK4(ERK激酶4)和MEK6均有一過性升高，說明SAPK級聯也參與了骨骼肌對激烈運動的反應。馬拉松跑后p38MAPKr的磷酸化可以升高4倍，但p38MAPK的磷酸化和活性均無變化^[15]。此外，運動對p38MAPK磷酸化的刺激效應可以至少持續3h，在伴有胰島素刺激下可以一直保持很久。說明運動后骨骼肌對胰島素的敏感性升高可能有p38MAPK的作用^[16]。70%VO₂max強度運動30min后就會有p38MAPK磷酸化的升高并持續60min，p38MAPK磷酸化在運動停止后的工作肌中也有增加，表明運動誘發的p38MAPK磷酸化是由局部和整體共同調節的，但它的循環特性還有待于證實^[17]。

大鼠跑臺訓練或其骨骼肌進行負重運動、體外收縮、原位收縮、被動伸長等刺激后，骨骼肌細胞p38MAPK分子被激活^[18]。人體進行功率自行車運動和馬拉松跑后，骨骼肌細胞p38MAPK同樣被激活。運動激活p38MAPK分子的同時，也激活下游的信號分子MAPKAPK-2^［11]，但運動過程中PKC不參與p38MAPK途徑上游的信號傳遞，提示運動對p38MAPK途徑的作用存在特殊的級聯激活機制。運動對p38MAPK途徑級聯激活與葡萄糖轉運呈正相關。高血糖狀態下，運動可以激活骨骼肌的JNK和p38MAPK激酶信號傳導途徑，提示JNK和p38MAPK激酶的激活可能參與了骨骼肌對葡萄糖吸收、糖原的合成過程^[12]。有文獻報道，p38MAPK可能通過提高GLUT4的內在活性來改善胰島素的敏感性，從而增加葡萄糖的轉運與攝取^[13]。最近運動對MAPK信號途徑的調節越來越受到重視，p38MAPK被視為MAPK的下游激酶，抑制p38MAPK活性或表達無生物活性的p38MAPK均可抑制MAPK激活所致的糖轉運。因此p38MAPK還可能參與了運動誘導的非胰島素依賴的糖轉運。

研究表明離體大鼠的骨骼肌中和p38MAPK磷酸化的增加主要是由于應力變化所致;而與收縮相關的代謝和離子分布的變化，如活性氧產生、較高的機械應力性應激對p38MAPK的磷酸化有影響^[14]。ROS可通過引起細胞脂質過氧化或調節細胞凋亡相關基因而誘導細胞凋亡。ROS可激活p38MAPK通路，參與靶細胞損傷過程，在急性炎癥性疾病如SIRS、ALI、MODS中起重要作用。

運動通過激活MAPKs上游因子來激活MAPKs途徑，比如:運動可以激活ERK1/2的上游因子MEK1/2、Raf1、下游因子RSK2、MSK1/2，激活MEK1/2對于ERK1/2是關鍵，因此用MEK1/2的抑制劑PD-98059能阻止運動所致的ERK1/2及其下游底物RSK2和MSK1/2磷酸化;運動能夠激活骨骼肌JNK的上游因子MEKK1和MKK4;運動還可以激活p38的上游因子MAPKAPK-2^[15]。

4 p38對運動后骨骼肌的影響

p38對運動后骨骼肌對葡萄糖的攝取有調節作用。試驗發現用p38的拮抗劑SB-203580可以明顯降低運動后骨骼肌對葡萄糖攝取，提示p38與骨骼肌運動后葡萄糖的攝取有關。其中可能的機制是：p38可以參與運動激活細胞肌肉中GLUT-4，參與應激狀態下骨骼肌細胞葡萄糖的攝取;p38能夠提高運動后骨骼肌對胰島素的敏感性^[17]。p38對肌肉的生長具有獨特的作用^[18]，p38能夠激活肌細胞生長因子(MEF2C)和(MyoD)刺激肌細胞的肥大;而且p38通過MEF2C在一定程度上促進肌肉細胞的分化^[19]。

總而言之，運動可以提高骨骼肌中MAPKs的活性，MAPKs可以對運動后骨骼肌適應性變化產生重要的作用。目前，對于運動強度與MAPKs的研究還不多，有許多問題有待于研究，比如，運動強度與MAPKs活性之間的關系；運動后其他器官MAPKs活性的變化等問題，深入研究運動與MAPKs的相互影響有助于了解運動后機體適應性變化的機制。

5 小結

運動的骨骼肌中可能會有多種細胞信號轉導的變化:①血流增快導致更多的激素樣因子傳送到骨骼肌，從而激活了受體介導的信號;②從收縮的骨骼肌中釋放出自分泌和旁分泌因子，刺激了細胞表面受體，從而激活了MAPK級聯;③在運動中肌肉收縮本身就會改變骨骼肌的內環境，從而引發了細胞自穩態的波動。這些細胞水平和分子水平的反應可以轉導信號產生運動訓練的適應。

神經、細胞因子、自分泌和旁分泌的物質、激素、體溫、血液循環的改變、肌肉中體液分布的改變引起了多種因子的濃度變化等等都與運動性適應有關。從信號轉導這一調控網絡來認識運動的骨骼肌，為我們更全面地認識運動的適應提供了一個新的角度。

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