丝裂原活化蛋白激酶激活通路及其在蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛中的作用
发表时间：2010-01-11 浏览次数：715次
丝裂原活化蛋白激酶激活通路及其在蛛网膜下腔出血后脑血管痉挛中的作用作者：张颜波,孙保亮,杨明峰,王轩,王一松 作者单位：271000泰山医学院附属医院神经内科（张颜波，孙保亮，杨明峰，王轩）；首都医科大学北京市神经科学研究所（王一松） 【关键词】 蛛网膜 蛛网膜下腔出血(SAH)后脑血管痉挛(CVS)的发病机制特别是信号转导机制是目前研究的热点，对SAH的临床治疗有非常重要的指导意义［14］。丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs) 是一类存在于所有真核细胞的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，有MAPKs激酶的激酶（MKKKs）→MAPKs激酶（MKKs ）→MAPKs的3级级联激活模式。MAPKs激活通路在真核细胞的信号转导过程中起着至关重要的作用，现就MAPKs激活通路的组成、分类及其在SAH后CVS中的作用概述如下。 1982年Cooper在血小板源性生长因子和上皮生长因子研究时发现，细胞内一种蛋白质（相对分子质量42×103）的酪氨酸残基磷酸化，其后（1988年）利用双向电泳技术在佛波脂刺激的细胞内也发现了这种蛋白质。与此同时，Ray在由胰岛素刺激的3T3L1细胞中也分离出了一种相对分子质量为42×103且苏氨酸和酪氨酸残基均被磷酸化的蛋白激酶，并将其命名为MAPKs。Rossomando（1989年）证实，这种由胰岛素刺激引起的苏氨酸/酪氨酸残基磷酸化的蛋白质与其他生长因子和佛波脂等刺激引起的酪氨酸残基磷酸化的蛋白质其实是同一种物质；苏氨酸/酪氨酸残基双磷酸化是这种蛋白质激活的必要条件。Boulton（1990年）首先克隆出编码MAPKs的cDNA， Crews（1993年）用生化及分子克隆技术在哺乳动物细胞内鉴定出MAPKs的上游激酶（MKKKs和MKKs），并定义了一种保守的三激酶激活模式。1 MAPKs激活通路的组成 生长因子、细胞因子、辐射、神经递质、激素和细胞应激等多种刺激均可激活MAPKs通路。MAPKs激活通路包括3个被顺序激活的蛋白激酶：MKKKs→MKKs→MAPKs，哺乳动物细胞内至少发现了14种MKKKs、7种MKKs和12种MAPKs。（1）MKKKs：MKKKs是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，特异性的MKKKs既可被其激酶(MKKKKs)磷酸化而激活，也可通过与Ras或Rho家族的小Ｇ蛋白相互作用而被激活；（2）MKKs：Gartner等［5］研究证实，MKKs能够识别MAPKs激活环内的苏氨酸X酪氨酸结构域，并使苏氨酸和酪氨酸残基磷酸化而被激活，所以MKKs是一种双重特异性的蛋白激酶；（3）MAPKs：MAPKs是一类广泛存在于细胞质内，具有使底物蛋白分子内丝氨酸/苏氨酸磷酸化的蛋白激酶。MAPKs的激酶特性由脯氨酸介导，即只能磷酸化P1区内含有脯氨酸的底物蛋白［6］。MAPKs的作用底物主要为转录因子，此外还包括一些蛋白激酶、磷脂酶和细胞骨架相关蛋白。丝氨酸和酪氨酸残基的双重磷酸化是MAPKs激活的必要条件，不同的MKKs能够识别特异性MAPKs中苏氨酸X酪氨酸结构域的空间结构，而不仅仅是围绕这一激活域的线性序列。2 MAPKs激活通路的分类 迄今为止，发现哺乳动物的体内存在有以下4条MAPKs通路。 2.1 MAPK细胞外信号调节激酶（ERK）通路 2.1.1 ERKs ERKs家族共有5个成员，分别为ERK1、ERK2、ERK3、ERK4、ERK5。氨基酸序列分析表明这5个成员分别属于3个不同的亚家族ERK1/2、ERK3/4和ERK5。ERK1、ERK2的相对分子质量分别为44×103和42×103，可被多种细胞刺激激活，而引起多种转录因子和丝氨酸/苏氨酸激酶的激活，进而调节细胞的增殖、分化，参与细胞周期和生存的调节。ERK3位于细胞核，能够被蛋白激酶C的亚型激活。ERK4能够通过Ras依赖的途径对生长因子，如神经生长因子和表皮生长因子的刺激产生反应。ERK5能够被氧化应激、高渗和非应激性刺激，如血浆等刺激激活，被激活的ERK5可通过核转位调节一些特定基因的表达。 2.1.2 MKKKs 许多配体（刺激信号）受体复合物是通过RasRaf激活MAPKERK1/2的。Ras以三磷酸鸟苷（GTP）Ras激活形式结合到MKKKRaf1氨基末端的调节区域［7］，并使得后者发生膜转位。MKKKRaf1的第340和341位的酪氨酸残基可以被细胞膜上的酪氨酸激酶如cSrc磷酸化激活［8，9］。但酪氨酸残基的磷酸化并不是MKKKRaf1激活的必要条件。 2.1.3 MKKs MKKMEK1和MKKMEK2是MAPKERK1/2通路中的两种MKKs。这两种蛋白激酶的氨基酸序列具有高度同源性，能够磷酸化MAPKERK1/2激活环内（苏氨酸谷氨酸酪氨酸序列）的苏氨酸和酪氨酸残基［10］，激活MAPKERK1/2。失活状态的MKKMEK1/2在胞浆内与MAPKERK1/2结合。被激活的MAPKMEK1/2以磷酸化的形式激活MAPKERK1/2，并与MAPKERK1/2解离，而激活的MAPKERK1/2可通过核转位进入细胞核内，参与核蛋白（主要是一些转录因子）的活性调节；去磷酸化失活的MAPKERK1/2可回到胞浆与MKKMEK1/2重新结合。 2.2 cJun 氨基末端激酶（MAPKJNK）通路 1991年Pulverer发现一种不同于MAPKERK的新MAPKs ，这种MAPKs具有以下两种不同于MAPKERK的特性：（1）能够被细胞应激（如紫外线辐射）所激活；（2）可作用于cJun氨基末端的激活位点，而不是羧基末端的抑制位点。随后分别克隆出人和鼠的cDNA，并将其分别命名为JNK和应激激活的蛋白激酶（SAPK）。现已发现JNK家族包括3个亚型：JNK1、JNK2和JNK3。MKKMKK4和MKKMKK7可磷酸化MAPKJNK，激活环内的苏氨酸和酪氨酸残基，使MAPKJNK活化。此外，其他激活MAPKJNK的激酶还包括Rho家族的小G蛋白。MAPKJNK的活性可以被具有双重特异性的蛋白磷酸酶下调，如M3/6和MKP1。MAPKJNK的作用底物全部为转录因子，包括cJun、ATF2、Elk1、p53、DPC4和NFAT4等。 2.3 MAPKP38通路 哺乳动物的MAPKP38家族至少包括p38α、β、γ和δ 4个成员，均可被高渗、细胞应激、细胞因子和 G蛋白偶联受体等激活。MAPKP38的作用底物主要是转录因子，如ATF2、Elk1、Chop、Max和cMyc等。 2.4 MKK5/MAPKERK5通路 目前对MKK5/MAPKERK5通路的认识尚不完全清楚。MAPKERK5可以被氧化应激、高渗和一些非应激性刺激（如血浆）等激活。被激活的MAPKERK5可由胞浆转位至胞核内，参与一些基因表达的调节。3 MAPKs在SAH后CVS中的作用 3.1 ERK与CVS ERK是目前在CVS领域研究最为广泛的MAPKs通路，越来越多的研究证明ERK在CVS中起重要作用。Aoki等［11］在狗SAH模型实验中发现，ERK在SAH后3 d磷酸化水平最高，并且持续7 d；给予其抑制剂PD98059能明显减少ERK的磷酸化水平和显著减轻CVS。进一步深入研究证实Ras蛋白和血管内皮生长因子（VEGF）促使SAH后的ERK磷酸化水平增高。Yamaguchi等［12］研究发现SAH狗的基底动脉GTPRas表达和ERK1/2的磷酸化增高，Ras蛋白抑制剂Ftase能显著减少GTPRas表达和ERK1/2的磷酸化，并且能减轻CVS和改善动物的症状（包括食欲和行为学得分）。Kusaka等［13］在大鼠SAH模型实验中，发现SAH后脑动脉VEGF和ERK的磷酸化水平增高，较大脑皮质磷酸化水平明显；给予Src家族抑制剂PP1能明显减轻血脑屏障的通透性和脑水肿，降低死亡率，并且减少VEGF和ERK的磷酸化水平。ERK被磷酸化激活后主要通过上调内皮素B（ETB）和5羟色胺1B（5HT1B）受体水平起到加重CVS的作用，进一步加剧脑动脉血流的减少。Beg等［14］对大鼠SAH模型的研究发现，给予脑室内注射ERK抑制剂SB386023b，能下调ETB和5HT1B受体基因及蛋白水平，显著减轻由ETB和5HT1B引起的CVS，改善脑血流灌注，减轻SHA后的脑缺血损害。Henriksson等［15］在大脑中动脉离体培养的实验中也得到类似的结果，给予ETA和ETB受体激动剂ET1和ETB受体激动剂S6c后均能够明显加剧大脑中动脉的收缩， ERK抑制剂能明显减少ETB mRNA表达水平及不同程度减少ETB受体蛋白水平，而ETA受体mRNA表达水平不受影响。 3.2 JNK与CVS 已有研究证实炎性反应在SAH后CVS中起重要作用，JNK主要是通过炎性反应导致CVS。Yatsushige等［16］在狗SAH实验中发现，SAH后发生非常严重的CVS，基底动脉的JNK通路被激活，给予JNK抑制剂SP600125能显著改善脑动脉血流，减轻CVS和提高动物的行为学评分，并且减少白细胞浸润和白介素（IL）6的产生［16］。 3.3 P38与CVS P38在SAH后激活导致CVS，主要通过上调一些细胞因子的表达发挥作用。Sasaki等［17］利用狗SAH模型研究证明，SAH后IL1α、IL1β和IL8基因和蛋白表达均增高，而给予JNK抑制剂FR167653后，不但能抑制JNK通路的激活，而且能够减少IL1α、IL1β和IL8基因和蛋白的表达。还有研究［18］发现JNK通过增加肿瘤坏死因子（TNF）α来导致CVS，相反给予其抑制剂SB203580后能明显减少TNFα的水平，增加基底动脉管径。 3.4 MAPKs通路与CVS的治疗 由于MAPKs通路在SAH后CVS领域中的研究才处于刚刚起步阶段，MAPKs通路中的各个环节在SAH后CVS中作用的研究还不够系统和完善，所以目前根据MAPKs通路来治疗CVS还局限于动物实验阶段。大部分动物实验主要是采用抑制剂或拮抗剂来抑制MKKKs→MKKs→MAPKs的3级级联激活模式，达到治疗CVS的目的。Zubkov等［19］用SAH后CVS患者的溶血产物、氧化血红蛋白及血性脑脊液作用于兔的基底动脉，给予MAPKs的新型抑制剂U0126预处理后，能明显减少MAPK的磷酸化水平，激活通路也受到抑制，并且显著减轻兔基底动脉对溶血产物、氧化血红蛋白及血性脑脊液的持久收缩反应。Satoh等［20］用MAPK的反义寡聚脱氧核甘酸（ODN）抑制MAPK的活性来治疗CVS也得到相似的结果，经脑室内注射ODN后，不仅能明显减少MAPK的蛋白表达和磷酸化水平，而且能增加基底动脉的管径，改善或减轻CVS。【参考文献】 ［1］孙保亮，夏作理，杨明峰，等. 临床神经病学杂志，1999，12：9. ［2］Sun BL, An W, Xia ZL, et al. 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