p38絲裂原激活蛋白激酶在腦缺血預適應中的作用研究近況

p38絲裂原激活蛋白激酶在腦缺血預適應中的作用研究近況

陳煒1，劉泰1，李丹2

(1.廣西中醫藥大學第一附屬醫院，廣西 南寧 530023；2.廣西桂平市中醫醫院，廣西 桂平 537200)

摘要：缺血預適應是機體對缺血性損傷的一種內源性保護機制。近來研究發現，p38絲裂原激活蛋白激酶(p38MAPK)的激活參與了腦缺血預適應的發生發展過程。關于p38MAPK在腦缺血預適應中的作用,報道的結果并不一致。本文就近十余年來p38MAPK在腦缺血預適應中的作用進展進行綜述。

關鍵詞：p38絲裂原激活蛋白激酶；信號通路；腦缺血預適應

基金項目：廣西自然資金項目(No.2011GXNSFA018180);廣西攻關項目(No.桂科攻11107009-1-11)

作者簡介：陳煒，男，研究方向：腦血管疾病的中西醫結合臨床，E-mail：liutai590216@163.com

通訊作者：劉泰，男，主任醫師，教授，研究方向：神經系統疾病，特別是腦血管疾病的中西醫結合臨床、科研和教學工作，Tel:0771-5848502,E-mail：liutai590216@163.com

中圖分類號：R743.3文獻標識碼：A

p38 mitogen activated protein kinase to adapt to the situation in the study of

the interaction in the brain ischemia

CHENWei1,LIUTai1,LIDan2

(1.TheFirstAffiliatedHospitalofGuangxiTraditionalChineseMedicineUniversity，Nanning530023,China;

2.TraditionalChineseMedicineHospitalofGuangxiGuiping,Guiping537200,China)

Abstract：Ischemic preconditioning on ischemic injury of the body is an endogenous protective mechanism.Recent findings,p38 mitogen activated protein kinase (p38MAPK) activation in the process of the occurrence and development of cerebral ischemia preconditioning.About the role of p38MAPK in brain ischemia preconditioning,reported results were not consistent.This article reviewed the progress of p38MAPK in cerebral ischemic preconditioning in recent ten years.

Key words:p38 mitogen activated protein kinase;Signal transduction;Cerebral ischemia preconditioning

腦缺血預適應(ischemic preconditioning,IPC)是神經細胞對抗缺血刺激而產生的一種內源性保護機制，即通過預先短暫、非致死性缺血刺激,從而使其誘導產生對隨后的更嚴重甚至致死性缺血具有防御和保護效應的腦缺血耐受(brain ischemic tolerance，BIT)現象[1]，但因腦缺血預適應本身的有創性以及受到醫學倫理的限制，難以在臨床中實施，故研究腦缺血預適應的機制，通過藥物進行內源性誘導成為了神經科領域的研究熱點。缺血預適應可啟動細胞內的信號轉導通路，起到神經保護作用[2]。但p38MAPK作為眾多信號轉導通路的中轉站，近年來研究發現其在腦缺血預適應的神經保護作用機制中發揮了重要的作用，但以往的相關研究存在不一致的研究結果，探討p38MAPK在腦缺血預適應中的確切作用，有助于研究藥物誘導的預處理方法，為腦保護的治療提供新的途徑。本文就p38MAPK在腦缺血預適應中的作用研究進展做一綜述。

1p38MAPK的組成與分布

絲裂原激活蛋白激酶 (MAPKs) 是一類絲氨酸/蘇氨酸磷酸化激活的蛋白激酶,是細胞內的重要信息傳遞者，可將細胞外刺激信號傳遞至細胞核，參與調控相關基因表達、細胞分裂、生長、凋亡等[3]。主要包括細胞外信號調節激酶(extracellular signa1-regulated kinases，ERK)、c-jun氨基末端激酶(c-jun terminal kinase，JNK)、p38MAPK等MAPK亞族。p38MAPK 作為絲裂原激活蛋白激酶的其中一員，由相對分子質量為 38×103的鈣結合蛋白組成。目前已明確發現有4種亞型：p38α、p38β、p38γ及p38δ，可分為6種異構體：p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ 和 p38δ。p38α表達較為廣泛，主要分布于小腦、肝脾臟、骨髓、甲狀腺中;p38β 主要在大腦和心臟有較高的水平;p38γ 主要在骨骼肌;而 p38δ 可以在肺、腎、腸及大部分腺體中檢測到[4]。

2p38MAPK信號通路的激活

紫外線、細胞因子、滲透壓變化、生理應激等均可激活p38MAPK[5]。作為連接細胞膜表面受體與決定性基因表達之間的重要信號調節酶，p38MAPK 被特定的 MEK 在蘇/酪氨酸雙位點上磷酸化和激活后迅速從胞漿內轉位入核，激活其下游底物。研究發現[4,5]ATF-2、EIk-1、CHOP10、MEF2C、Sap1、NF-κB 等轉錄因子，MAPK激活蛋白激酶2和3(MAPKAPK-2，3)及 caspase 家族成員等均參與p38MAPK活化后誘導的酶促級聯反應，進而調節細胞周期及促進細胞增殖、分化以及細胞凋亡。p38MAPK在機體各組織中因刺激因素的不同表現出多種多樣的生物學效應。Jun等[6]研究發現，激活p38MAPK/ATF-2和TOR/p70 S6途徑可有效減少脂肪細胞中的脂質沉積。Glaude等[7]通過實驗發現，黃烷醇的代謝物可通過介導p38MAPK和p65-NF-κB的表達以減少單核細胞黏附，有助于保護血管內皮細胞的完整性。此外，有報道稱p38MAPK的磷酸化可誘導胰腺癌細胞的凋亡[8]。

3p38MAPK在腦缺血預適應中的表達與作用

缺血預適應現象可見于機體多種臟器中，其中腦部缺血預適應現象最先被描述。早于1990年日本學者首次在蒙古沙鼠前腦缺血模型中觀察到，預先給動物輕微、短時而不至于引起神經元死亡的腦缺血刺激，可提高腦組織對后續較嚴重缺血的耐受能力。這種腦缺血耐受是一種強有力的內源性神經保護機制，可提高神經細胞對缺血性損害的抵抗力，使其在蒙受較嚴重的缺血狀態下減輕損傷，保持存活，保證恢復血液供應后神經細胞仍具有正常生理功能。腦缺血預適應分為早期預適應與延遲預適應兩個時相[9]，前者預處理后數分鐘內產生，并可以持續幾小時；后者通常是在刺激幾個小時后產生，并可持續幾天至幾周,是腦缺血預適應的主要模式[10]。p38MAPK作為誘導內源性保護機制形成的信使因子[11]，其在腦缺血預適應中的表達情況越來越受到人們的重視。Kovalska等[1]研究發現，p38MAPK的表達具有時間依賴性，預缺血組大鼠全前腦缺血區再灌注1 h后開始出現p38蛋白水平下降，但與假手術組比較無統計學差異，于3 h降至53%，且表達低峰于再灌注24 h后出現。Zhao等[2]通過實驗觀察到，缺血預適應組小鼠腦圍梗死區6 h后出現磷酸化的p38MAPK表達增多，但總p38MAPK蛋白水平保持不變。然而，也有學者報道絲裂原激活蛋白激酶信號通路包括p38MAPK不參與腦缺血耐受過程[12]。

缺血預適應可調動機體自身保護機制，減輕后續較長時間的缺血缺氧所引起的損害及提高損傷后功能的修復[1,13,14]。對IPC保護作用機制的研究，尤其是對調節 IPC信號傳導通路的探討，是近年研究的熱點。已有大量文獻報道p38MAPK在腦缺血預適應中扮演了重要角色[15]，但是目前的研究還存在爭議,尤其關于p38MAPK的活化是否具有神經保護作用還未能完全肯定。Thornton等[16]研究發現，通過活化p38MAPK有助于減輕氧化應激，減少神經元死亡。Nishimura等[17]認為p38MAPK對腦缺血耐受的產生意義重大。Su等[18]也認為p38MAPK有助于缺血預適應。Zhao等[19]通過實驗發現p38MAPK磷酸化激活而非蛋白表達量的變化可能參與了小鼠腦低氧預適應的發生、發展過程。Sun等[20，21]研究結果顯示，磷酸化的p38MAPK在肢體缺血預處理(LIP)誘導的腦缺血耐受中起著重要的作用，其通過上調熱休克蛋白70參與腦缺血預適應過程，調節各級聯反應影響缺血耐受的神經元存活。有研究報道，p38MAPK在腦缺血預適應中充當調解員的角色[22]，在特定的大腦區域的細胞類型特異性活化p38MAPK可能有助于腦缺血預適應的發展機制[23]。另外有研究表明，活化的p38MAPK是缺血預適應的觸發器之一，如觸發了HSP27的磷酸化[24]。Marais等[25]也發現，p38參與缺血預適應引起的CREB(cAMP應答元件結合蛋白)的磷酸化。

但也有學者持不同意見，Lliodromitis等[26]報道應激活化的p38MAPK會減弱缺血預處理的保護作用，其機制可能與增加血管痙攣有關。p38MAPK特異性抑制劑SB203580通過抑制p38MAPK的激活有益于預適應的腦保護效應。Yamashita等[27]實驗結果表明，抑制p38MAPK磷酸化是缺血性神經元修復損傷的重要機制之一。Qiao等[28]研究發現下調P-p38MAPK的表達可抑制缺血性腦卒中的炎癥反應，縮小腦梗死體積。Cui等[29]也報道下調p38MAPK的表達可減輕腦缺血再灌注引起的損傷，改善神經功能缺損。Thundyil J等[30]實驗結果提示，p38MAPK參與了細胞死亡通路中的信號間轉導。

通過廣泛探討p38MAPK在腦缺血預適應中的作用機理，發現目前相關研究大部分停留在實驗階段，且多集中于兩點：一是預適應是否激活p38MAPK；二是p38MAPK的磷酸化是否具有預適應的腦保護作用。不難看出，p38MAPK在腦缺血預適應中的研究尚處于初級階段，p38MAPK在腦缺血預適應中的作用如今尚無統一定論。究其原因，可能是不同預處理方式在不同細胞區域激活了不同的同工酶，或因動物種屬不一、實驗條件或檢測技術不同，也可造成酶活性水平和激活時間的差異。

4展望

腦缺血預適應具有明確的誘導腦缺血耐受保護效應，目前關于腦缺血預適應的探討人們也做了大量的工作，但由于其作用機制涉及遞質、受體、通道及基因表達等復雜的多環節生物調控，且目前對腦缺血預適應過程中p38MAPK通路的上、下游物質及這一通路在不同腦區、不同時相的生物學作用尚缺乏更為深入、系統的研究，p38MAPK介導的信號通路是一條非常復雜而又極其重要的信號傳導通路，了解其在腦缺血預適應中的作用有著非常重要且深遠的意義。通過本綜述研究發現，雖然目前已有的研究成果對p38MAPK在腦缺血預適應中的確切機制尚未完全闡明，但其在腦缺血耐預適應中的重要作用是明確的，這為研發新的有效的腦保護措施提供了新方向。以往研究結果出現不一致的原因可能與實驗方法有關。例如取材部位、評定時間、模型選擇以及腦缺血預適應方式的不統一都可能導致出現不一致的研究結果，故往后的研究需重視上述因素的可比性。另外，目前免疫印跡仍然是蛋白半定量檢測的重要方法，在每次檢測過程中，包括蛋白濃度測定、調制一致蛋白、蛋白上樣量、電泳以及轉膜時間、抗體反應時間以及壓片時間等都應該保持一致，確保從每個步驟的固定性以避免由操作不當而導致檢測結果發生偏差。同時應用p38MAPK特異性抑制劑和激動劑以及聯合核酸技術，觀察p38MAPK磷酸化激活及抑制激活和過表達、封閉表達這幾種不同情況下的蛋白水平對腦缺血耐預適應神經保護作用的影響，將有助于進一步明確p38MAPK在腦缺血預適應中的作用。同時，今后的研究重點應放在進一步闡明p38MAPK各級聯反應的功能及生物學特性，進一步認識這一復雜的網絡信號傳導系統，最終揭示其在腦缺血預適應中的確切作用，將有助于對神經保護藥物的研發提供更廣闊的思路，為臨床防治缺血性腦血管疾病提供有效手段和理論依據。

參考文獻：

[1] Kovalska M,Kovalska L,Pavlikova M,et al.Intracellular signaling MAPK Pathway after cerebral ischemia- reperfusion injury[J].Neurochem Res,2012,37(7):1568-1577.

[2] Zhao L,Liu X,Liang J,et al.Phosphorylation of p38MAPK mediates hypoxic preconditioning-induced neuroprotection against cerebral ischemic injury via mitochondria translocation of Bcl-xL in mice[J].Brain Res,2013,15(3):78-88.

[3] Kostenko S,Dumitriu G,Lgreid KJ,et al.Physiological roles of mitogen-activated-protein-kinase-activated p38-regulated/activated protein p38-regulated/a-ctivated protein kinase[J].World J Biol Chem,2011,2(5):73-89.

[4] Thornton TM,Rincon M.Non-classical p38 map kinase functions:cell cycle checkpoints and survival[J].Int J Biol Sci,2009,5(1):44-51.

[5] Wood CD,Thornton TM,Sabio G,et al.Nuclear localization of p38 MAPK in response to DNA damage[J].Int J Biol Sci,2009,5(5):428-437.

[6] Jun Y,Xiao T,Guoyong Y,et al.Recombinant globular adiponectin inHibits lipid deposition by p38MAPK/ATF-2 and TOR/p70 S6 kinase pathways in chicken adipocytes[J].Biochem Cell Biol,2014,92(1):53-60.

[7] Claude S,Boby C,Rodriguez-Mateos A,et al.Flavanol metabolites reduce monocyte adhesion to endothelial cells through modulation of expression of genes via p38-MAPK and p65-Nf-κB pathways[J].Mol Nutr Food Res,2014,58(5):1016-1027.

[8] Bu HQ,Liu DL,Wei WT,et al.Oridonin induces apoptosis in SW1990 pan-creatic cancer cells via p53- and caspase-dependent induction of p38MAPK[J].Oncol Rep,2014,31(2):975-982.

[9] Biermann J,Lagrèze WA,Schallner N,et al.Inhalative preconditioning with hydrogen sulfide attenuated apoptosis after retinal ischemia/re-perfusion injury[J].Mol Vis,2011,17:1275-1286.

[10] Bhuiyan MI，Kim YJ.Mechanisms and prospects of ischemic tolerance induced by cerebral preconditioning[J].Int Neurourol J,2010,14(4):203-212.

[11] Heidbreder M,Naumann A,Tempel K,et al.Remote vs.ischaemic preconditioning:the differential role of mitogen-activated protein kinasePathways[J].Cardiovasc Res,2008,78(1):108-115.

[12] Bhuiyan MI,Jung SY,Kim HJ,et al.Major role of the PI3K/Akt pathway in ischemic tolerance induced by sublethal oxygen-glucose deprivation in cortical neurons in vitro[J].Arch Pharm Res,2011,34(6):1023-1034.

[13] Pavlíková M,Tatarková Z,Sivonová M,et al.Alterations induced by ischemic preconditioning on secretory pathways Ca2+-ATPase(SPCA) gene expression and oxidative damage after global cerebral ischemia/reperfusion in rats[J].Cell Mol Neurobiol,2009,29(6-7):909-916.

[14] Lehotsk J,Burda J,Danielisová V,et al.Ischemic tolerance:the mechanisms of neuroprotective strategy[J].Anat Rec (Hoboken),2009,292(12):2002-2012.

[15] Sun XC,Xian XH,Li WB,et al.Activation of p38MAPK participates in brain ischemic tolerance induced by limb ischemic preconditioning by up-regulating HSP 70[J].Exp Neurol,2010,224(2):347-355.

[16] Thornton TM,Rincon M.Non-classical p38 mapkinase functions:cell cycle checkpoints and survival[J].Int J Biol Sci,2009,5(1):44-51.

[17] Nishimura M，Sugino T，Nozaki K，et al.Activation of p38 kinase in the gerbil hippocampus showing ischaemic tolerance[J].J Cereb Blood Flow Metab,2003,23(9):1052-1059.

[18] Su D，Riley J，Armstead WM，et al.Salvinorin A pretreatment preserves cerebrovascular autoregulation after brain hypoxic/ischaemic injury via extracellular signal-regulated kinase/mitogen-activated protein kinase in piglets[J].Anesth Analg,2012,114(1):200-204.

[19] Zhao L,Liu X,Liang J,et al.Phosphorylation of p38MAPK mediates hypoxic preconditioning-induced neuroprotection against cerebral ischemic injury via mitochondria translocation of Bcl-xL in mice[J].Brain Res,2013,15(3):78-88.

[20] Sun XC，Li WB，Li QJ，et al.P38MAPK antisense oligodeoxynucleotide inhibited the brain ischemic tolerance induced by limb ischemic preconditioning[J].Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi,2010,26(2)：129-132.

[21] Sun XC,Xian XH,Li WB,et al.Activation of p38MAPK participates in brain ischemic tolerance induced by limb ischemic preconditioning by up-regulating HSP 70[J].Exp Neurol,2010,224(2):347-355.

[22] Schulz R，Belosjorow S，Gres P，et al.p38 MAP kinase is a mediator of ischaemic preconditioning in pigs[J].Cardiovasc Res,2002,55(3)：690-700.

[23] Bu X，Huang P，Qi Z，et al.Cell type-specific activation of p38MAPK in the brain regions of hypoxic preconditioned mice[J].Neurochem lnt,2007,51(8):459-466.

[24] Marais E，Genade S，Salie R，et al.The temporal relationship between p38MAPK and HSP27 activation in ischaemic and pharmaco logical preconditioning[J].Basic Res Cardiol,2005,100(1):35-47.

[25] Marais E， Genade S， Lochner A.CREB Activation and Ischaemic Preconditioning[J].Cardiovasc Drugs Ther,2008,22(1):3-17.

[26] Lliodromitis EK，Gaitanaki C，Lazou A，et al.Dissociation of stress-activated protein kinase (p38-MAPK and JNKs)phosphorylation from the protective effect of preconditioning in vivo[J].J Mol Cell Cardiol,2002,34(8):1019-1028.

[27] Yamashita S，Hirata T，Mizukami Y，et al.Repeated preconditioning with hyperbaric oxygen induces neuroprotection against forebrain ischaemia via suppression of p38 mitogen activated protein kinase[J].Brain Res，2009,13(1):171-179.

[28] Qiao H,Zhang X,Zhu C,et al.Luteolin downregulates TLR4,TLR5,NF-κB and p-p38MAPK expression,upregulates the p-ERK expression,and protects rat brains against focal ischemia[J].Brain Res,2012,14(48):71-81.

[29] Cui L,Zhang X,Yang R,et al.Baicalein is neuroprotective in rat MCAO model:role of 12/15-lipoxyge-nase,mitogen-activated protein kinase and cytosolic phospholipase A2[J].Pharmacol Biochem Behav,2010,96(4):469-475.

[30] Thundyil J,Tang SC,Okun E,et al.Evidence that adiponectin receptor 1 activation exacerbates ischemic neuronal death[J].Exp Transl Stroke Med,2010,2(1):15.