ERK和JNK信號轉導通路與疾病關系的研究進展

劉 啟（綜述），趙志英（審校）

（包頭醫學院人體解剖學教研室，內蒙古包頭 014060）

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路在信息從細胞外傳遞到細胞核內的過程中發揮重要作用，隨著對細胞信號轉導機制的不斷深入研究，MAPK信號轉導通路逐漸受到科研工作者高度重視。目前已確定有4條MAPK信號轉導通路，即細胞外調節蛋白激酶（extra cellular regulated protein kinases，ERK）轉導通路、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）/應激活化蛋白激酶轉導通路、ERK5/大絲裂素活化蛋白激酶轉導通路和p38 MAPK（p38 mitogen activated protein kinases，p38 MAPK）［1］。其中ERK 與 JNK 是MAPK 家族的重要成員，兩者能應答多種胞外刺激，如應激刺激、分裂素、生長因子、腫瘤壞死因子等而參與調節增殖、運動、死亡及DNA損傷修復等多個細胞生命過程，ERK、JNK信號功能的失調與神經退行性疾病、慢性炎癥、出生缺陷、癌癥等多種疾病的發生直接相關。

1 JNK信號轉導通路

JNK信號通路是MAPK中重要的通路之一，它主要位于胞質，包含雙磷酸化功能區（由3種氨基酸 Thr、Pro和 Tyr組成）與c-Jun N端的活化區結合并使其第63、73位絲氨酸殘基磷酸化，JNK的活化是通過氨基末端殘基磷酸化實現的，如果被激活，胞質中的JNK將會移位到細胞核中。在脊椎動物JNK由JNK1、JNK2、JNK3所組成，分別由JNK1、JNK2、JNK3基因編碼。JNK1和JNK2在組織中廣泛表達，而JNK3僅在腦、心和睪丸中表達。JNK通路調節因子可歸納成三大類，即上游調節因子、下游調節因子和支架蛋白。上游調節因子中亞型多樣性的MAPKKK（MAP kinase kinase kinases）有助于JNK通路特異性應答胞外刺激信號，MAPKK（MAP kinase kinases）作為受JNK轉錄調節的靶蛋白，可行使JNK通路下游調節因子的功能［2］。支架蛋白如 JIP-1（JNK-interacting protein 1）、JBD（JNK-binding domain），、β-arrestin及果蠅中的 POSH等能與特定的MAPKKK、MAPKK、JNK等相互作用，形成功能性復合體，從而在調控JNK通路上發揮重要作用［3］。同時上述三個層面的調控保證了JNK信號通路能有效且特異地傳遞應答胞外的多種刺激信號而參與調節多個細胞生命過程。

2 ERK信號轉導通路及組成

ERK信號轉導通路是由蛋白激酶C或Ras傳遞的信號觸發，然后激活Raf進而啟動包括絲裂原活化蛋白激酶激酶（MAP kinase kinase MEK）及ERK活化的級聯反應。當外界刺激物與受體結合形成復合物后再與Ras-鳥苷二磷酸結合，促使三磷酸鳥苷取代Ras上的鳥苷二磷酸而活化Ras。活化的Ras作為銜接蛋白與Raf結合，將Raf從細胞質轉移到細胞膜，Raf被 Raf激酶激活后，其 C端催化區域能與MEK結合，并使MEK催化區中Thr和Ser磷酸化，從而使MEK激活。MEK可使ERK的酶催化區域的TXY基序磷酸化而活化ERK整個信號通路下游的核心。激活的ERK停留在胞質中，促進細胞質靶蛋白磷酸化或調節其他蛋白激酶的活性，同時可使細胞骨架成分磷酸化，調節細胞形態及骨架的重分布;如果被激活的ERK進入細胞核，則會通過磷酸化轉錄因子，調控基因的表達，從而調節細胞由G1期向S期過渡，參與細胞增殖與分化的調控［4］，另外中樞神經系統的ERK信號通路還對腦內突觸可塑性和學習記憶的形成起到重要作用。被激活的ERK在細胞質或細胞核中通過上調或下調核因子κB、蛋白激酶B、c-myc、細胞周期蛋白D1、p21、Bcl-2等蛋白的表達進而產生生物學效應［5］。

3 JNK信號通路在疾病中的作用

JNK在生理及疾病中有著非常重要的作用，JNK3的表達與神經元凋亡關系十分密，抑制JNK的活性可以抑制神經元的凋亡［6，7］，在動物模型中β淀粉樣蛋白可明顯誘導海馬神經元凋亡，同時磷酸化JNK陽性細胞數明顯增多，表明JNK信號轉導通路參與了β淀粉樣蛋白的神經毒性損傷作用，而且與海馬神經元凋亡關系密切［8］。Jiang等［9］在對新生大鼠海馬和皮質缺血/缺氧的研究中發現，二氮嗪預處理能抑制細胞核JNK的底物c-Jun蛋白的表達增加，二氮嗪能夠抑制JNK的表達而減低缺氧復氧后大鼠海馬神經元的凋亡。缺氧缺糖或復氧復糖模型能夠很好地從整體水平反映腦缺血的許多病理生理特征。葉冬青等［10］研究發現，黃芪注射液可抑制缺氧缺糖/復氧復糖大鼠海馬神經元凋亡相關基因JNK3 mRNA表達，從而抑制JNK3蛋白表達，降低了JNK3蛋白活性能夠減低缺氧缺糖/復氧復糖引起的大鼠海馬神經元凋亡，另外，發現缺氧缺糖/復氧復糖后120 h后JNK3的表達與正常組相比無顯著性差異，原因可能是由于磷酸化的JNK3半衰期為48 h。以上說明JNK信號轉導通路與神經退行性病變或其他神經系統相關疾病有著密切聯系。最新研究認為，活性氧簇清除劑和一氧化氮合成酶抑制劑保護耳蝸免受聲損傷的作用，是由于阻止了螺旋韌帶成纖維細胞中JNK信號通路的激活以及下調了接合素26［11］，應用 JNK 抑制劑 CEP-1347進行干預，可以減輕噪聲造成的聽力損傷［12］。對于JNK與腫瘤的關系目前存在爭議，有學者認為JNK能夠促進腫瘤的形成，癌細胞過度表達P糖蛋白存在低水平的內源性JNK激活，在人工合成的二萜醌類化合物沙爾威辛下調P糖蛋白中c-Jun起到了關鍵作用［13］。但Winn等［14］對外非小細胞肺癌的體外研究發現，JNK激活能抑制腫瘤形成、維持上皮分化和抑制變異細胞生長。丁濤等［15］在研究食管癌變過程中發現JNK的表達呈增高趨勢，但食管鱗狀細胞癌中JNK/p-JNK的表達均隨腫瘤分化程度降低而降低。低密度脂蛋白受體相關蛋白1能夠抑制JNK信號轉導途徑促進癌細胞的浸潤［16］。Yan 等［17］發現，組織 JNK1、JNK2和JNK3表達與肝癌細胞的多藥耐藥的程度呈負相關，JNK蛋白表達增加對肝癌細胞的浸潤以及多藥耐藥可能存在抑制作用。

4 ERK信號通路在疾病中的作用

Trop2是細胞表面的糖蛋白，屬于腫瘤相關鈣信號轉導蛋白基因家族，Cubas等［18］研究發現，在Panc02小鼠胰腺癌細胞中Trop2表達能夠增加磷酸化ERK1/2的水平，進而增加細胞周期蛋白D1和E的水平，以及下調p27來影響細胞周期進程。丙戊酸鈉可以調節多種癌癥相關的進程，同時丙戊酸鈉可以調節ERK的磷酸化水平［19］，推斷這可能與其影響多種癌癥相關的進程有關。Dong等［20］研究發現，人腦膠質瘤細胞U87MG中CD133過度表達能夠促進ERK的磷酸化，說明CD133與激活MAPK/ERK信號轉導途徑有關。在腫瘤細胞浸潤過程中，存在低密度脂蛋白受體相關蛋白1介導ERK信號轉導通路的激活［16］。以上研究說明在腫瘤的發生以及浸潤過程中ERK信號轉導通路可能是其主要機制。大量臨床研究報道ERK參與疼痛的產生，全麻藥物有可能導致人健忘和記憶喪失，Kidambi等［21］研究認為，臨床相關濃度的異丙酚誘導c-fos和下調Egr-1即刻早期基因的表達是通過MAPK/ERK通路實現的。帕金森病患者的黑質中磷酸化ERK的總量升高，磷酸化ERK的水平在阿爾茨海默病患者腦組織提取物中也升高［22］。在過度表達β-淀粉樣蛋白的阿爾茨海默病動物模型海馬中檢測到慢性活化的ERK復合體，此外，ERK在細胞內的定位可能與神經變性有密切聯系［23］。非典型抗精神病藥物氯氮平對難治性精神分裂癥效果比較顯著，有研究認為持續給予一定劑量氯氮平能夠促進小鼠前額葉皮層神經元中ERK的磷酸化，其機制可能與表皮生長因子受體介導有關［24］，因此，表皮生長因子及其受體與ERK之間的聯系可能會成為今后治療難治性精神分裂癥的新靶點。在胰腺β細胞內表皮生長因子對存活素的調節是通過Raf-1/MEK/ERK途徑，通過延長存活素蛋白的半衰期以及抑制泛素介導的蛋白酶體降解途徑使存活素蛋白水平保持穩定［25］，這種機制對胰腺β-細胞功能的調節尤為重要。使用ERK通路抑制劑UO126作用于六亞甲基二乙酰胺誘導的小鼠白血病細胞結果發現，在細胞內的血紅素和血紅蛋白水平升高;而使用p38通路抑制劑SB202190作用于小鼠白血病細胞，結果為珠蛋白基因表達、血紅素的合成和鐵的吸收均減少，說明在六甲基烯二乙酰胺誘導珠蛋白基因表達和紅細胞分化中ERK1/2和p38α/β激酶發揮拮抗作用［26］。熱休克蛋白90能夠激活PI3K/Akt和ERK1/2的信號途徑，從而保護低氧及血清剝奪誘的大鼠間質干細胞凋亡［27］。MEK信號通路抑制劑PD98059能夠抑制血管緊張素Ⅱ的表達，但這種作用不強，因此缺氧誘導血管緊張素Ⅱ的表達可能是由幾種不同的途徑活化引起的，ERK的途徑是這些信號途徑之一。多球殼菌素抑制ERK磷酸化上調肝臟載脂蛋白A-I表達［4］，表明多球殼菌素抗動脈粥樣硬化的機制是通過這一途徑實現的，這為冠心病的治療及預防提供了新思路。

5 結語

JNK與ERK是MAPK家族中非常重要的兩條信號轉導通路，近些年研究非常深入，兩者與細胞異常增殖和凋亡關系最為密切。由于疾病的發生發展是多因素參與的過程，而JNK與ERK兩條信號轉導通路在其中都起著關鍵作用。因此，以兩者為分子治療靶點，應用激活劑或抑制劑進行治療能夠獲得很好的臨床效果，尤其是在對抗腫瘤藥物的開發和臨床應用方面有著更廣闊的前景。

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