絲裂原活化蛋白激酶與缺血性腦血管病的關(guān)系

王銳 胡風(fēng)云 趙曉霞 蔚洪恩

【摘要】 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是一類重要的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)，能將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞核，以應(yīng)對(duì)各種不同的刺激（細(xì)胞增殖、炎癥反應(yīng)及應(yīng)激反應(yīng)等）。以往基礎(chǔ)及臨床醫(yī)學(xué)研究已證明MAPK在缺血性腦血管病各階段均可被激活，表達(dá)水平發(fā)生改變，并可能產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，本文將對(duì)MAPK與缺血性腦血管病的關(guān)系進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】 絲裂原活化蛋白激酶； 興奮毒性； 炎癥反應(yīng)； 再灌注損傷； 程序性細(xì)胞死亡

【Abstract】 Mitogen-activated protein kinase（MAPK）is an important type of intracellular signal transduction pathway，and it can transduce the outer signal to the nucleus to various stimuli（cell proliferation，inflammation，stress reaction and et al）.Always，basic and clinical research has proved that MAPK can be activated at all stages of the ischemic cerebrovascular disease， and make expression level changed，and may play a positive role of nerve protective，this article will make a review on the relationship between the MAPK and ischemic cerebrovascular disease.

【Key words】 Mitogen-activated protein kinase； Exitotoxicity； Inflammation response； Reperfusion injury； Programmed cell death

First-authors address：Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.05.038

缺血性腦血管病又稱腦梗死，是由于腦部血流供應(yīng)障礙，造成局部腦缺血，由中心壞死區(qū)和周圍缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）組成，IP區(qū)由于存在側(cè)支循環(huán)，尚有大量存活的神經(jīng)元，目前發(fā)現(xiàn)興奮性氨基酸毒性作用、炎癥反應(yīng)、再灌注損傷、程序性細(xì)胞死亡（Programmed cell death，PCD）等均可介導(dǎo)IP區(qū)神經(jīng)細(xì)胞損傷，若能延緩、終止損傷機(jī)制，該區(qū)腦細(xì)胞功能可恢復(fù)，減少神經(jīng)功能缺損[1]。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）屬于絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶家族，是介導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)反應(yīng)的一組重要的蛋白激酶，能將細(xì)胞外刺激信號(hào)傳遞到細(xì)胞核，在IP區(qū)損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，進(jìn)一步闡明MAPK在缺血性腦血管病患者中的變化趨勢(shì)，對(duì)于明確病情變化有重要意義。

1 MAPK的生物學(xué)功能

MAPK由從酵母到人類都保守的三級(jí)激酶組成，包括MAPK激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MKKK）、MAPK激酶（MAP kinase kinase，MKK）和MAPK。細(xì)胞外信號(hào)能通過(guò)某種途徑使MKKK、MKK依次激活，然后磷酸化蘇氨酸（threonine，T）和酪氨酸（tyrossine，Y）激活MAPK[2]。主要有以下3種：細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular-signal regulatedprotein kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun amino-terminal kinase，JNK）、P38[3]。ERK是第一個(gè)在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的MAPK，有ERKl和ERK2兩種亞型。磷酸化激活的ERK1/2由胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，進(jìn)而介導(dǎo)Elk-1、ATF、NF-κB、Ap-1、c-fos和c-Jun的轉(zhuǎn)錄活化，參與細(xì)胞增殖與分化、細(xì)胞形態(tài)維持、細(xì)胞骨架的構(gòu)建、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞的癌變等多種生物學(xué)反應(yīng)。P38MAPK于1993年由Brewster等[4]在研究高滲狀態(tài)下酵母變化時(shí)發(fā)現(xiàn)其編碼由360個(gè)氨基酸殘基組成的38 ku的蛋白，屬于應(yīng)激激活的蛋白激酶，P38MAPK于最初被認(rèn)定為由脂多糖激活的激酶[5]。激活P38一方面可以通過(guò)調(diào)節(jié)促炎癥因子、白細(xì)胞黏附及趨化、氧化應(yīng)激等，進(jìn)而參與調(diào)控炎癥反應(yīng)[6]；另一方面可以通過(guò)控制Bcl-2/Bcl-XL的表達(dá)，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞凋亡進(jìn)行調(diào)控[7]。JNK為應(yīng)激激活的蛋白激酶，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)以JNK1、JNK2、JNK3存在，其中JNK1/2普遍存在于各組織器官，而JNK3則主要存在于腦、心臟及睪丸等組織中[8]。JNK很少被有絲分裂原激活，但卻可以被細(xì)胞應(yīng)激如紫外線、熱應(yīng)力、缺血再灌注、炎癥因子等強(qiáng)烈激活，以引起基因表達(dá)的改變、細(xì)胞分化、死亡[9-11]。

2 MAPK與興奮毒性

興奮毒性是指過(guò)量的興奮性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的毒性作用。谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其中Glu在中樞神經(jīng)系統(tǒng)最為重要。Glu主要通過(guò)激活鈣離子介導(dǎo)的門(mén)冬氨酸受體（NMDAR）發(fā)揮其作用，GluN2A、GluN2B作為NMDAR的亞基。在缺血性腦血管病時(shí)，細(xì)胞外Glu迅速升高，突觸外活動(dòng)可以激活GluN2B，促進(jìn)神經(jīng)元死亡；并且GluN2B可以激活JNK（JNK3）通路介導(dǎo)神經(jīng)元死亡[12]。

近年來(lái)的研究進(jìn)一步證實(shí)了Glu及NMDAR的神經(jīng)毒性作用，并擴(kuò)展了相關(guān)研究。急性腦梗死時(shí)，可出現(xiàn)糖皮質(zhì)激素（Glucocorticoid，GC）的應(yīng)激性升高，文獻(xiàn)[13]研究表明，GC可增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子的含量，該作用可被GluN2A所抑制；GC能減弱GluN2A-ERK1/2介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用以增強(qiáng)NMDA興奮性毒性作用。Poddar等[14]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)NMDA受體的激動(dòng)和鈣離子內(nèi)流可共同激活P38，并且證實(shí)P38的激活依賴于ERK，選擇性抑制P38可減少神經(jīng)細(xì)胞死亡。Navon等[15]對(duì)NMDA預(yù)處理小鼠模型研究表明NMDA預(yù)處理通過(guò)激活ERK1/2、失活JNK通路對(duì)抗谷氨酸興奮毒性作用，進(jìn)一步支持谷氨酸介導(dǎo)的NMDAR亞致死刺激引發(fā)的NMDA預(yù)處理是一種重要的內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。

3 MAPK與炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)在缺血性腦血管病過(guò)程中扮演重要的作用，但是關(guān)于炎癥反應(yīng)機(jī)制尚不清楚，血源性細(xì)胞（白細(xì)胞）、腦組織細(xì)胞（星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞）均參與炎癥反應(yīng)，其中小膠質(zhì)細(xì)胞可被迅速激活（數(shù)分鐘），從分支狀的小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變成變形蟲(chóng)似的巨噬細(xì)胞，持續(xù)2～3 d，甚至1周[16]。文獻(xiàn)[17-18]已經(jīng)證明在小膠質(zhì)細(xì)胞可以通過(guò)MAPKs（ERK、P38、JNK）信號(hào)通路促進(jìn)炎癥因子的表達(dá)，并且Inose等[19]通過(guò)對(duì)急性、亞急性、慢性腦梗死的人體尸檢、小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)ERK、p38MAPK抑制劑降低炎癥免疫反應(yīng)，減少神經(jīng)損傷。Dan等[20]對(duì)腦損傷小鼠模型研究，實(shí)驗(yàn)組注射ERK抑制劑U0126，與對(duì)照組組相比，小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞表達(dá)的p-ERK出現(xiàn)下降，由腦損傷引起的小膠質(zhì)細(xì)胞增加被消除，支持ERK參與小膠質(zhì)細(xì)胞的增生和激活。

4 MAPK與再灌注損傷

再灌注損傷是指遭受一定時(shí)間缺血的組織細(xì)胞恢復(fù)血流（再灌注）后，組織損傷程度迅速增劇的情況。腦缺血后ATP、磷酸肌酸、葡萄糖、糖原含量均減少，再灌注后，缺血時(shí)腦組織已經(jīng)升高的cAMP含量進(jìn)一步升高，cAMP的上升可激活磷脂酶，使膜結(jié)構(gòu)中的磷脂降解，其中胞漿磷脂酶A2（cPLA2）是代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，可導(dǎo)致腦梗死后氧化應(yīng)激、血腦屏障破壞、腦水腫[21]。文獻(xiàn)[22]報(bào)道已經(jīng)證明P38MAPK與cPLA2、花生四烯酸的生成有關(guān)，以短暫局灶性腦缺血小鼠為模型，研究P38MAPK在缺血再灌注后血腦屏障破壞作用中，檢測(cè)到P38MAPK在再灌注6～72 h顯著增加，于24 h達(dá)峰，其中p-P38MAPK也伴隨升高，并發(fā)現(xiàn)該蛋白可能促進(jìn)血腦屏障的破壞。后來(lái)對(duì)通過(guò)缺血再灌注模型研究，發(fā)現(xiàn)miRNA-let-7可以抑制P38MAPK、JNK信號(hào)通路的激活，減少凋亡、炎癥反應(yīng)，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)起保護(hù)作用[23]。

5 MAPK與程序性細(xì)胞死亡

程序性細(xì)胞死亡指體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞主動(dòng)性死亡方式。在缺血再灌注后，神經(jīng)細(xì)胞凋亡的機(jī)制尚不明確，但大都經(jīng)歷線粒體途徑和死亡受體途徑。目前已證實(shí)ERK1/2的激活常保護(hù)神經(jīng)元減少凋亡，P38和JNK的升高可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡[24]。

近期國(guó)內(nèi)外研究均支持上述觀點(diǎn)，王旋等[25]通過(guò)研究大鼠永久性大腦中動(dòng)脈閉塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）模型，證明JNK參與缺血紋狀體損傷誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡。任素偉等[26]使用改良Rice法建立新生小鼠缺氧缺血性腦損傷（HIBD）模型，發(fā)現(xiàn)p-P38MAPK迅速升高，于1 d后達(dá)到高峰，之后逐漸降低，但于7 d后發(fā)現(xiàn)仍然偏高，該實(shí)驗(yàn)首次證明p-P38MAPK在A2AR敲除新生小鼠缺血缺氧腦皮層及海馬CA1區(qū)呈高表達(dá)，且與活化caspase-3呈正相關(guān)，提示P-P38MAPK參與神經(jīng)元凋亡過(guò)程，以早期為著。ERK與腦缺血后神經(jīng)元存活有關(guān)，長(zhǎng)期和持久的ERK的活化級(jí)聯(lián)是一個(gè)重要的腦缺血預(yù)處理機(jī)制，海馬CA1區(qū)亞急性缺血，缺血預(yù)處理ERK/MAPK激活與腦缺血的神經(jīng)保護(hù)作用有關(guān)，缺血預(yù)處理提高ERK表達(dá)水平可減少神經(jīng)元凋亡[27]。

綜上所述，在急性腦梗死IP區(qū)，ERK可以通過(guò)抑制興奮性氨基酸的興奮毒性、抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，但研究也同時(shí)發(fā)現(xiàn)ERK能促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞增生、炎癥因子表達(dá)，進(jìn)而損傷神經(jīng)組織，遂ERK對(duì)于IP區(qū)利弊仍需進(jìn)一步探究；P38、JNK可以促進(jìn)興奮毒性、炎癥反應(yīng)、再灌注損傷、細(xì)胞凋亡，參與IP區(qū)病理生理反應(yīng)，其中以炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡為主。MAPK在缺血性腦血管病的病理生理過(guò)程中具有重要作用，目前以小鼠為主的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)其ERK、P38、JNK抑制劑有一定的神經(jīng)保護(hù)作用，可以減少腦梗死面積，也證實(shí)了MAPK在小鼠缺血性卒中具有變化趨勢(shì)，但其在人體變化情況，有待進(jìn)一步明確。

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