絲裂原活化蛋白激酶與缺血性腦血管病的關系

王銳 胡風云 趙曉霞 蔚洪恩

【摘要】 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是一類重要的細胞內信號轉導物質，能將細胞外信號轉導至細胞核，以應對各種不同的刺激（細胞增殖、炎癥反應及應激反應等）。以往基礎及臨床醫學研究已證明MAPK在缺血性腦血管病各階段均可被激活，表達水平發生改變，并可能產生神經保護作用，本文將對MAPK與缺血性腦血管病的關系進行綜述。

【關鍵詞】 絲裂原活化蛋白激酶； 興奮毒性； 炎癥反應； 再灌注損傷； 程序性細胞死亡

【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障礙，造成局部腦缺血，由中心壞死區和周圍缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP）組成，IP區由于存在側支循環，尚有大量存活的神經元，目前發現興奮性氨基酸毒性作用、炎癥反應、再灌注損傷、程序性細胞死亡（Programmed cell death，PCD）等均可介導IP區神經細胞損傷，若能延緩、終止損傷機制，該區腦細胞功能可恢復，減少神經功能缺損[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，是介導細胞產生生物學反應的一組重要的蛋白激酶，能將細胞外刺激信號傳遞到細胞核，在IP區損傷級聯反應中發揮重要作用，進一步闡明MAPK在缺血性腦血管病患者中的變化趨勢，對于明確病情變化有重要意義。

1 MAPK的生物學功能

MAPK由從酵母到人類都保守的三級激酶組成，包括MAPK激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MKKK）、MAPK激酶（MAP kinase kinase，MKK）和MAPK。細胞外信號能通過某種途徑使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：細胞外信號調節激酶（extracellular-signal regulatedprotein kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun amino-terminal kinase，JNK）、P38[3]。ERK是第一個在哺乳動物中發現的MAPK，有ERKl和ERK2兩種亞型。磷酸化激活的ERK1/2由胞質轉位到核內，進而介導Elk-1、ATF、NF-κB、Ap-1、c-fos和c-Jun的轉錄活化，參與細胞增殖與分化、細胞形態維持、細胞骨架的構建、細胞凋亡和細胞的癌變等多種生物學反應。P38MAPK于1993年由Brewster等[4]在研究高滲狀態下酵母變化時發現其編碼由360個氨基酸殘基組成的38 ku的蛋白，屬于應激激活的蛋白激酶，P38MAPK于最初被認定為由脂多糖激活的激酶[5]。激活P38一方面可以通過調節促炎癥因子、白細胞黏附及趨化、氧化應激等，進而參與調控炎癥反應[6]；另一方面可以通過控制Bcl-2/Bcl-XL的表達，進而對細胞凋亡進行調控[7]。JNK為應激激活的蛋白激酶，在哺乳動物體內以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，但卻可以被細胞應激如紫外線、熱應力、缺血再灌注、炎癥因子等強烈激活，以引起基因表達的改變、細胞分化、死亡[9-11]。

2 MAPK與興奮毒性

興奮毒性是指過量的興奮性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）對神經系統的毒性作用。谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）是中樞神經系統的興奮性神經遞質，其中Glu在中樞神經系統最為重要。Glu主要通過激活鈣離子介導的門冬氨酸受體（NMDAR）發揮其作用，GluN2A、GluN2B作為NMDAR的亞基。在缺血性腦血管病時，細胞外Glu迅速升高，突觸外活動可以激活GluN2B，促進神經元死亡；并且GluN2B可以激活JNK（JNK3）通路介導神經元死亡[12]。

近年來的研究進一步證實了Glu及NMDAR的神經毒性作用，并擴展了相關研究。急性腦梗死時，可出現糖皮質激素（Glucocorticoid，GC）的應激性升高，文獻[13]研究表明，GC可增加細胞內鈣離子的含量，該作用可被GluN2A所抑制；GC能減弱GluN2A-ERK1/2介導的神經保護作用以增強NMDA興奮性毒性作用。Poddar等[14]進一步發現NMDA受體的激動和鈣離子內流可共同激活P38，并且證實P38的激活依賴于ERK，選擇性抑制P38可減少神經細胞死亡。Navon等[15]對NMDA預處理小鼠模型研究表明NMDA預處理通過激活ERK1/2、失活JNK通路對抗谷氨酸興奮毒性作用，進一步支持谷氨酸介導的NMDAR亞致死刺激引發的NMDA預處理是一種重要的內源性神經保護機制。

3 MAPK與炎癥反應

炎癥反應在缺血性腦血管病過程中扮演重要的作用，但是關于炎癥反應機制尚不清楚，血源性細胞（白細胞）、腦組織細胞（星形膠質細胞、小膠質細胞）均參與炎癥反應，其中小膠質細胞可被迅速激活（數分鐘），從分支狀的小膠質細胞轉變成變形蟲似的巨噬細胞，持續2～3 d，甚至1周[16]。文獻[17-18]已經證明在小膠質細胞可以通過MAPKs（ERK、P38、JNK）信號通路促進炎癥因子的表達，并且Inose等[19]通過對急性、亞急性、慢性腦梗死的人體尸檢、小鼠小膠質細胞的培養，發現ERK、p38MAPK抑制劑降低炎癥免疫反應，減少神經損傷。Dan等[20]對腦損傷小鼠模型研究，實驗組注射ERK抑制劑U0126，與對照組組相比，小膠質細胞/巨噬細胞表達的p-ERK出現下降，由腦損傷引起的小膠質細胞增加被消除，支持ERK參與小膠質細胞的增生和激活。

4 MAPK與再灌注損傷

再灌注損傷是指遭受一定時間缺血的組織細胞恢復血流（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，缺血時腦組織已經升高的cAMP含量進一步升高，cAMP的上升可激活磷脂酶，使膜結構中的磷脂降解，其中胞漿磷脂酶A2（cPLA2）是代謝過程中的關鍵酶，可導致腦梗死后氧化應激、血腦屏障破壞、腦水腫[21]。文獻[22]報道已經證明P38MAPK與cPLA2、花生四烯酸的生成有關，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，檢測到P38MAPK在再灌注6～72 h顯著增加，于24 h達峰，其中p-P38MAPK也伴隨升高，并發現該蛋白可能促進血腦屏障的破壞。后來對通過缺血再灌注模型研究，發現miRNA-let-7可以抑制P38MAPK、JNK信號通路的激活，減少凋亡、炎癥反應，對神經系統起保護作用[23]。

5 MAPK與程序性細胞死亡

程序性細胞死亡指體內外因素觸發細胞內預存的死亡程序而導致的細胞主動性死亡方式。在缺血再灌注后，神經細胞凋亡的機制尚不明確，但大都經歷線粒體途徑和死亡受體途徑。目前已證實ERK1/2的激活常保護神經元減少凋亡，P38和JNK的升高可導致神經細胞死亡[24]。

近期國內外研究均支持上述觀點，王旋等[25]通過研究大鼠永久性大腦中動脈閉塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）模型，證明JNK參與缺血紋狀體損傷誘導的神經元凋亡。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，發現p-P38MAPK迅速升高，于1 d后達到高峰，之后逐漸降低，但于7 d后發現仍然偏高，該實驗首次證明p-P38MAPK在A2AR敲除新生小鼠缺血缺氧腦皮層及海馬CA1區呈高表達，且與活化caspase-3呈正相關，提示P-P38MAPK參與神經元凋亡過程，以早期為著。ERK與腦缺血后神經元存活有關，長期和持久的ERK的活化級聯是一個重要的腦缺血預處理機制，海馬CA1區亞急性缺血，缺血預處理ERK/MAPK激活與腦缺血的神經保護作用有關，缺血預處理提高ERK表達水平可減少神經元凋亡[27]。

綜上所述，在急性腦梗死IP區，ERK可以通過抑制興奮性氨基酸的興奮毒性、抑制神經細胞的凋亡，發揮神經保護作用，但研究也同時發現ERK能促進小膠質細胞增生、炎癥因子表達，進而損傷神經組織，遂ERK對于IP區利弊仍需進一步探究；P38、JNK可以促進興奮毒性、炎癥反應、再灌注損傷、細胞凋亡，參與IP區病理生理反應，其中以炎癥反應、細胞凋亡為主。MAPK在缺血性腦血管病的病理生理過程中具有重要作用，目前以小鼠為主的動物實驗已經證實其ERK、P38、JNK抑制劑有一定的神經保護作用，可以減少腦梗死面積，也證實了MAPK在小鼠缺血性卒中具有變化趨勢，但其在人體變化情況，有待進一步明確。

參考文獻

[1] Catanese L，Tarsia J，Fisher M.Acute Ischemic Stroke Therapy Overview[J].Circulation Research，2017，120（3）：541.

[2]劉婷婷，張淑萍，覃筱燕，等.MAPK信號轉導通路與神經損傷研究進展[J].中國公共衛生，2016，32（2）：248-254.

[3] Haddad J J，Hanbali L B.Hypoxia upregulates MAPK（p38）/MAPK（ERK） phosphorylation in vitro： neuroimmunological differential time-dependent expression of MAPKs[J].Protein & Peptide Letters，2014，21（5）：444-451.

[4] Brewster J L，De V T，Dwyer N D，et al.An osmosensing signal transduction pathway in yeast[J].Science，1993，259（5102）：1760.