細胞外信號調節激酶1/2信號通路與神經細胞凋亡研究

唐 敏綜述，張智博審校

（1.南華大學研究生學院，湖南衡陽421001；2.長沙市第一醫院神經內科，湖南410005）

細胞外信號調節激酶1/2信號通路與神經細胞凋亡研究

唐 敏1，2綜述，張智博2審校

（1.南華大學研究生學院，湖南衡陽421001；2.長沙市第一醫院神經內科，湖南410005）

絲裂原活化蛋白激酶3； 神經元/細胞學； 細胞凋亡； ERK1/2通路； 信號通路； 神經細胞； 綜述

絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是三級酶聯反應途徑，由MAPK激酶激酶（MKKK）、MAPK激酶（MKK）、MAPK組成一條連續的激活途徑。其中細胞外信號調節激酶1/2（ERK1/2）是MAPKs信號通路中一條經典且重要的途徑[1]。在5個ERK家族成員中，ERK1與ERK2的作用較其他要更廣泛，對二者的研究也更充分。ERK1/2廣泛參與神經細胞凋亡的病理過程，目前，ERK1/2研究已經成為神經細胞凋亡領域中的熱點，主要涉及神經變性疾病、腦缺血后神經細胞凋亡等。本文將對ERK1/2在神經細胞凋亡中的作用機制作一綜述。

1 ERK1 /2 的組成及生物作用

ERK1/2由三磷酸鳥苷（GTP）介導的Ras-Raf-MEKERK級聯通路最下游，參與細胞生長、發育、分化及凋亡等生理、病理過程，是重要的細胞周期相關蛋白激酶途徑[2]，也是MAPKs中的重要成員。ERK1/2是絲裂原信號轉導蛋白，許多細胞因子均能夠激活ERK1/2信號通路。ERK1與ERK2二者之間同源性達90%，相似性集中在結構域，具備相似的底物、細胞定位和激活動力學。ERK1/2信號通路與中樞神經系統發育和分化有關，主要是因為ERK依賴的細胞周期蛋白D1和P27的調節異常，致使細胞周期延長和椎體神經元數量分布的改變。ERK1/2不僅參加大腦的生長且與小腦顆粒前體細胞分化密切相關。此外有研究表明，酪氨酸磷酸酶（STEP）缺失在致使ERK磷酸化的同時可以提高經驗誘導的神經可塑性和記憶力，由此推出ERK1/2和記憶力密切相關[3]，不僅如此，ERK1/2與生物鐘機制的眾多方面有關，如胃泌素釋放肽的神經元、視交叉上核內光感信號的傳輸以及視交叉上核內神經元的節律[4]等。ERK1/2的活化和表達與腫瘤的發生關系密切，其可引起腫瘤細胞惡性增殖導致病程進展，在許多癌癥（如口腔癌[5]、黑色素瘤[6]、乳腺癌[7]等）中都可以發現ERK1/2的過度激活。在惡性黑色素瘤中，有60%的患者出現BRaf基因突變[8]，同時發現MEK1/2和ERK1/2也存在較高水平的表達，這表明在腫瘤發生機制中，ERK1/2通路的激活起到了不可取代的作用。

2 ERK1 /2 的激活與調控

ERK1/2靜息時位于胞漿內，ERK1/2磷酸化后才具備活性。ERK1/2主要通過Thr-183和Tyr-185位點上的去磷酸化來激活，ERK1/2去磷酸化的調節是復雜且多水平的。ERK1/2信號通路功能的發揮是由Raf家族、MEK1/2、ERK1/2信號模塊來實現。致使神經細胞發生凋亡的信號從細胞膜表面至核的傳導，ERK1/2的活化起到不可替代的作用。一般情況下，該信號模塊的活化是起始于GTPase-大鼠肉瘤病毒（Ras）對Raf家族（c-Raf-1、A-Raf和B-Raf）的調節，但最近較多研究表明，Ras激酶并不是唯一的Raf調控，蛋白激酶C（PKC）也可以使c-Raf磷酸化，混合性譜系激酶（MLK3）也可以在Thr198和Ser601位點活化B-Raf，以上兩條通路均能夠通過三級酶聯反應激活ERK1/2[9-10]。研究表明，生長因子可介導在Ras附近形成高濃度Sos，Sos可與小分子GTP結合型蛋白Ras相結合，導致Ras與鳥苷二磷酸（GDP）解離，從而激活Ras，最終特異性激活ERK1/2[11]。ERK1/2活化后形成二聚體轉位于核內同時調節160余種蛋白的活性[12]，如 c-Myc、STATs、Jun、Fos、ATF2、Max和Ets家族轉錄因子（Elk-1）等，這些轉錄因子發生磷酸化再調節其相對應的靶基因轉錄，使蛋白表達或活性發生改變，最終能夠調節細胞功能及代謝，參與細胞生長分化、基因表達、有絲分裂、細胞運動、新陳代謝、細胞生存凋亡、胚胎形成等一系列活動的調節[13-14]。

近期有實驗研究證實，ERK1/2通過轉錄非依賴機制調控生存蛋白時最先激活P90rskl，活化的P90rskl繼而磷酸化促凋亡蛋白Bad，而Bad磷酸化后喪失抑制B細胞淋巴瘤-2（Bcl-2）或Bcl-xl的抗凋亡作用，從而抑制細胞的凋亡[15]。ERK1/2的活化不但能夠上調Bcl-2等抗凋亡蛋白的表達情況，還能夠誘導其活化[16-17]，抑制Ctyc的釋放，維持線粒體的功能，抑制凋亡的發生[18-19]。

3 ERK1 /2 與神經細胞凋亡

ERK1/2參與神經元的凋亡有兩條途徑。一是死亡受體介導的外源性細胞凋亡途徑，具體是在腫瘤壞死因子和Fas的參與下，先活化半胱氨酸蛋白酶-8（caspase-8），然后caspase-3表達增加，神經細胞凋亡產生。與此相對的另一條是內源性途徑，實驗顯示，當ERK1/2活化時Bax表達增強，胞漿里出現p53堆積，而使用其抑制劑U0126后二者均減少[20]，但是未涉及該caspase-3的表達。Nowak[21]發現使用抑制劑U0126后，caspase-3的表達下降，對Cytc的釋放無影響。實驗說明ERK1/2是直接調控caspase-3。

ERK1/2與神經細胞凋亡的關系已是老生常談，以下將具體從帕金森?。≒D）、腦缺血性疾病、腦創傷性疾病三方面來分開闡述其中的關系。

多巴胺（DA）能神經元細胞大量變性凋亡丟失是震顫麻痹即PD的主要病理改變。PD的發病非單一因素造成，DA能神經元變性死亡與神經元細胞凋亡機制密切相關。隨著炎癥介質環氧化酶（COX-2）和脂質激素前列腺素E2（PGE2）的表達增多，DA能神經元也丟失增多。炎癥在PD病理生理中的作用已被大量實驗證實。炎癥激活過程中ERK1/2信號通路起調控作用[22]，那ERK1/2通路是否與PD有關系呢？在PD動物模型中發現，ERK1/2的p-ERK1/2表達比COX-2的表達明顯要早，且二者呈正相關。用ERK1/2抑制劑U0126干預后，在PD中降低的酪氨酸羥化酶蛋白表達增加。由此可見，PD可促進ERK1/2激活，p-ERK1/2增高同時上調COX-2和PGE2。而ERK1/2的特異性抑制劑U0126通過阻斷ERK1/2通路，減少凋亡，達到一定的PD治療作用。

大腦缺氧缺血后，由于鈣離子超載致腦損傷，包括谷氨酸依賴性途徑和酸敏離子通道兩條途徑。細胞外液中谷氨酸濃度增高從而發生興奮性神經毒性，進而誘導神經細胞損傷。腦缺血損傷后神經ERK1/2與JNK、p38通路的動態平衡決定了細胞是存活還是死亡。ERK1/2通路激活能夠起到抗谷氨酸的作用，并且可以抑制神經元細胞的凋亡。腦缺血后，酸敏感離子通道受細胞外pH值降低影響而激活，導致神經毒性損傷。有實驗表明，離體缺血-酸中毒后再灌注能顯著激活ERK1/2通路，ERK1/2通路的激活與抑制可以影響神經元損傷后的存活狀態。ERK1/2在腦缺血性細胞凋亡過程中扮演著不可忽視的角色[23]。已有研究表明，在腦缺血再灌注損傷中，ERK1/2和Akt激活起到了重要的神經保護機制，其機制是抑制神經元凋亡、降低氧自由基的生成以及抑制炎性反應等[24-25]。在實驗中，路文婷等[26]觀察到caspase-3和p-ERK1/2蛋白于腦創傷后3 h時表達明顯上調，到6 h時不再有變化，24 h后有所下移但仍顯著高于對照組。同時可見caspase-3呈陽性與TUNEL陽性的細胞（即原位DNA斷裂檢測凋亡）有很大程度的重疊。這個實驗研究表明，ERK磷酸化后可能通過調控下游即早基因c-fos表達，組成轉錄因子AP-1，繼而調控下游凋亡相關基因從而激活caspase-3，引起細胞凋亡[27]。這也表明了腦缺血性細胞凋亡與ERK1/2有關。

大腦受到創傷后，胞漿中出現大量的ERK1/2，這隨后在Mori等[28]運用控制性皮質沖擊傷模型的研究中得到了證實。此研究還發現，自由落體運動造成的腦創傷中，ERK1/2不是大量聚集于胞漿而是細胞核。不管是胞漿還是胞核，ERK1/2穿梭蛋白活化后，很大可能是通過破壞信號平衡介導細胞。使用ERK1/2的抑制劑后可見其產生了改善受損神經細胞功能的作用，這也進一步證實了二者有著密切的關系。

4 結 語

神經細胞凋亡與多種神經系統疾病相關，是這些疾病的基本病理過程，其重要性也逐漸被大家所認知。神經細胞凋亡看得見的不良后果是生活質量降低，以至于找到降低神經細胞凋亡的方法將成為將來的研究方向。由此可見，ERK1/2通路的重要性早已得到肯定。但其機制具體過程尚不清楚。深入研究ERK1/2的作用機制，也就搬上了國內外實驗的舞臺，期待不久后有關研究可以為臨床治療找到新的方向。

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2014-12-18）

唐敏（1988-），女，湖南長沙人，碩士研究生，主要從事腦血管病研究；E-mail：806023255@qq.com。

張智博（E-mail：zzb@aliyun.com）。