ERK和JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與疾病關(guān)系的研究進展

劉 啟（綜述），趙志英（審校）

（包頭醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，內(nèi)蒙古包頭 014060）

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路在信息從細胞外傳遞到細胞核內(nèi)的過程中發(fā)揮重要作用，隨著對細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的不斷深入研究，MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路逐漸受到科研工作者高度重視。目前已確定有4條MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，即細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extra cellular regulated protein kinases，ERK）轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）/應(yīng)激活化蛋白激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、ERK5/大絲裂素活化蛋白激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和p38 MAPK（p38 mitogen activated protein kinases，p38 MAPK）［1］。其中ERK 與 JNK 是MAPK 家族的重要成員，兩者能應(yīng)答多種胞外刺激，如應(yīng)激刺激、分裂素、生長因子、腫瘤壞死因子等而參與調(diào)節(jié)增殖、運動、死亡及DNA損傷修復(fù)等多個細胞生命過程，ERK、JNK信號功能的失調(diào)與神經(jīng)退行性疾病、慢性炎癥、出生缺陷、癌癥等多種疾病的發(fā)生直接相關(guān)。

1 JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

JNK信號通路是MAPK中重要的通路之一，它主要位于胞質(zhì)，包含雙磷酸化功能區(qū)（由3種氨基酸 Thr、Pro和 Tyr組成）與c-Jun N端的活化區(qū)結(jié)合并使其第63、73位絲氨酸殘基磷酸化，JNK的活化是通過氨基末端殘基磷酸化實現(xiàn)的，如果被激活，胞質(zhì)中的JNK將會移位到細胞核中。在脊椎動物JNK由JNK1、JNK2、JNK3所組成，分別由JNK1、JNK2、JNK3基因編碼。JNK1和JNK2在組織中廣泛表達，而JNK3僅在腦、心和睪丸中表達。JNK通路調(diào)節(jié)因子可歸納成三大類，即上游調(diào)節(jié)因子、下游調(diào)節(jié)因子和支架蛋白。上游調(diào)節(jié)因子中亞型多樣性的MAPKKK（MAP kinase kinase kinases）有助于JNK通路特異性應(yīng)答胞外刺激信號，MAPKK（MAP kinase kinases）作為受JNK轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的靶蛋白，可行使JNK通路下游調(diào)節(jié)因子的功能［2］。支架蛋白如 JIP-1（JNK-interacting protein 1）、JBD（JNK-binding domain），、β-arrestin及果蠅中的 POSH等能與特定的MAPKKK、MAPKK、JNK等相互作用，形成功能性復(fù)合體，從而在調(diào)控JNK通路上發(fā)揮重要作用［3］。同時上述三個層面的調(diào)控保證了JNK信號通路能有效且特異地傳遞應(yīng)答胞外的多種刺激信號而參與調(diào)節(jié)多個細胞生命過程。

2 ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及組成

ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是由蛋白激酶C或Ras傳遞的信號觸發(fā)，然后激活Raf進而啟動包括絲裂原活化蛋白激酶激酶（MAP kinase kinase MEK）及ERK活化的級聯(lián)反應(yīng)。當(dāng)外界刺激物與受體結(jié)合形成復(fù)合物后再與Ras-鳥苷二磷酸結(jié)合，促使三磷酸鳥苷取代Ras上的鳥苷二磷酸而活化Ras?；罨腞as作為銜接蛋白與Raf結(jié)合，將Raf從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞膜，Raf被 Raf激酶激活后，其 C端催化區(qū)域能與MEK結(jié)合，并使MEK催化區(qū)中Thr和Ser磷酸化，從而使MEK激活。MEK可使ERK的酶催化區(qū)域的TXY基序磷酸化而活化ERK整個信號通路下游的核心。激活的ERK停留在胞質(zhì)中，促進細胞質(zhì)靶蛋白磷酸化或調(diào)節(jié)其他蛋白激酶的活性，同時可使細胞骨架成分磷酸化，調(diào)節(jié)細胞形態(tài)及骨架的重分布;如果被激活的ERK進入細胞核，則會通過磷酸化轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控基因的表達，從而調(diào)節(jié)細胞由G1期向S期過渡，參與細胞增殖與分化的調(diào)控［4］，另外中樞神經(jīng)系統(tǒng)的ERK信號通路還對腦內(nèi)突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶的形成起到重要作用。被激活的ERK在細胞質(zhì)或細胞核中通過上調(diào)或下調(diào)核因子κB、蛋白激酶B、c-myc、細胞周期蛋白D1、p21、Bcl-2等蛋白的表達進而產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)［5］。

3 JNK信號通路在疾病中的作用

JNK在生理及疾病中有著非常重要的作用，JNK3的表達與神經(jīng)元凋亡關(guān)系十分密，抑制JNK的活性可以抑制神經(jīng)元的凋亡［6，7］，在動物模型中β淀粉樣蛋白可明顯誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元凋亡，同時磷酸化JNK陽性細胞數(shù)明顯增多，表明JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與了β淀粉樣蛋白的神經(jīng)毒性損傷作用，而且與海馬神經(jīng)元凋亡關(guān)系密切［8］。Jiang等［9］在對新生大鼠海馬和皮質(zhì)缺血/缺氧的研究中發(fā)現(xiàn)，二氮嗪預(yù)處理能抑制細胞核JNK的底物c-Jun蛋白的表達增加，二氮嗪能夠抑制JNK的表達而減低缺氧復(fù)氧后大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡。缺氧缺糖或復(fù)氧復(fù)糖模型能夠很好地從整體水平反映腦缺血的許多病理生理特征。葉冬青等［10］研究發(fā)現(xiàn)，黃芪注射液可抑制缺氧缺糖/復(fù)氧復(fù)糖大鼠海馬神經(jīng)元凋亡相關(guān)基因JNK3 mRNA表達，從而抑制JNK3蛋白表達，降低了JNK3蛋白活性能夠減低缺氧缺糖/復(fù)氧復(fù)糖引起的大鼠海馬神經(jīng)元凋亡，另外，發(fā)現(xiàn)缺氧缺糖/復(fù)氧復(fù)糖后120 h后JNK3的表達與正常組相比無顯著性差異，原因可能是由于磷酸化的JNK3半衰期為48 h。以上說明JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與神經(jīng)退行性病變或其他神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病有著密切聯(lián)系。最新研究認為，活性氧簇清除劑和一氧化氮合成酶抑制劑保護耳蝸免受聲損傷的作用，是由于阻止了螺旋韌帶成纖維細胞中JNK信號通路的激活以及下調(diào)了接合素26［11］，應(yīng)用 JNK 抑制劑 CEP-1347進行干預(yù)，可以減輕噪聲造成的聽力損傷［12］。對于JNK與腫瘤的關(guān)系目前存在爭議，有學(xué)者認為JNK能夠促進腫瘤的形成，癌細胞過度表達P糖蛋白存在低水平的內(nèi)源性JNK激活，在人工合成的二萜醌類化合物沙爾威辛下調(diào)P糖蛋白中c-Jun起到了關(guān)鍵作用［13］。但Winn等［14］對外非小細胞肺癌的體外研究發(fā)現(xiàn)，JNK激活能抑制腫瘤形成、維持上皮分化和抑制變異細胞生長。丁濤等［15］在研究食管癌變過程中發(fā)現(xiàn)JNK的表達呈增高趨勢，但食管鱗狀細胞癌中JNK/p-JNK的表達均隨腫瘤分化程度降低而降低。低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1能夠抑制JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進癌細胞的浸潤［16］。Yan 等［17］發(fā)現(xiàn)，組織 JNK1、JNK2和JNK3表達與肝癌細胞的多藥耐藥的程度呈負相關(guān)，JNK蛋白表達增加對肝癌細胞的浸潤以及多藥耐藥可能存在抑制作用。

4 ERK信號通路在疾病中的作用

Trop2是細胞表面的糖蛋白，屬于腫瘤相關(guān)鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白基因家族，Cubas等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在Panc02小鼠胰腺癌細胞中Trop2表達能夠增加磷酸化ERK1/2的水平，進而增加細胞周期蛋白D1和E的水平，以及下調(diào)p27來影響細胞周期進程。丙戊酸鈉可以調(diào)節(jié)多種癌癥相關(guān)的進程，同時丙戊酸鈉可以調(diào)節(jié)ERK的磷酸化水平［19］，推斷這可能與其影響多種癌癥相關(guān)的進程有關(guān)。Dong等［20］研究發(fā)現(xiàn)，人腦膠質(zhì)瘤細胞U87MG中CD133過度表達能夠促進ERK的磷酸化，說明CD133與激活MAPK/ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有關(guān)。在腫瘤細胞浸潤過程中，存在低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1介導(dǎo)ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活［16］。以上研究說明在腫瘤的發(fā)生以及浸潤過程中ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可能是其主要機制。大量臨床研究報道ERK參與疼痛的產(chǎn)生，全麻藥物有可能導(dǎo)致人健忘和記憶喪失，Kidambi等［21］研究認為，臨床相關(guān)濃度的異丙酚誘導(dǎo)c-fos和下調(diào)Egr-1即刻早期基因的表達是通過MAPK/ERK通路實現(xiàn)的。帕金森病患者的黑質(zhì)中磷酸化ERK的總量升高，磷酸化ERK的水平在阿爾茨海默病患者腦組織提取物中也升高［22］。在過度表達β-淀粉樣蛋白的阿爾茨海默病動物模型海馬中檢測到慢性活化的ERK復(fù)合體，此外，ERK在細胞內(nèi)的定位可能與神經(jīng)變性有密切聯(lián)系［23］。非典型抗精神病藥物氯氮平對難治性精神分裂癥效果比較顯著，有研究認為持續(xù)給予一定劑量氯氮平能夠促進小鼠前額葉皮層神經(jīng)元中ERK的磷酸化，其機制可能與表皮生長因子受體介導(dǎo)有關(guān)［24］，因此，表皮生長因子及其受體與ERK之間的聯(lián)系可能會成為今后治療難治性精神分裂癥的新靶點。在胰腺β細胞內(nèi)表皮生長因子對存活素的調(diào)節(jié)是通過Raf-1/MEK/ERK途徑，通過延長存活素蛋白的半衰期以及抑制泛素介導(dǎo)的蛋白酶體降解途徑使存活素蛋白水平保持穩(wěn)定［25］，這種機制對胰腺β-細胞功能的調(diào)節(jié)尤為重要。使用ERK通路抑制劑UO126作用于六亞甲基二乙酰胺誘導(dǎo)的小鼠白血病細胞結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在細胞內(nèi)的血紅素和血紅蛋白水平升高;而使用p38通路抑制劑SB202190作用于小鼠白血病細胞，結(jié)果為珠蛋白基因表達、血紅素的合成和鐵的吸收均減少，說明在六甲基烯二乙酰胺誘導(dǎo)珠蛋白基因表達和紅細胞分化中ERK1/2和p38α/β激酶發(fā)揮拮抗作用［26］。熱休克蛋白90能夠激活PI3K/Akt和ERK1/2的信號途徑，從而保護低氧及血清剝奪誘的大鼠間質(zhì)干細胞凋亡［27］。MEK信號通路抑制劑PD98059能夠抑制血管緊張素Ⅱ的表達，但這種作用不強，因此缺氧誘導(dǎo)血管緊張素Ⅱ的表達可能是由幾種不同的途徑活化引起的，ERK的途徑是這些信號途徑之一。多球殼菌素抑制ERK磷酸化上調(diào)肝臟載脂蛋白A-I表達［4］，表明多球殼菌素抗動脈粥樣硬化的機制是通過這一途徑實現(xiàn)的，這為冠心病的治療及預(yù)防提供了新思路。

5 結(jié)語

JNK與ERK是MAPK家族中非常重要的兩條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，近些年研究非常深入，兩者與細胞異常增殖和凋亡關(guān)系最為密切。由于疾病的發(fā)生發(fā)展是多因素參與的過程，而JNK與ERK兩條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在其中都起著關(guān)鍵作用。因此，以兩者為分子治療靶點，應(yīng)用激活劑或抑制劑進行治療能夠獲得很好的臨床效果，尤其是在對抗腫瘤藥物的開發(fā)和臨床應(yīng)用方面有著更廣闊的前景。

［1］Chang L，Karin M．Mammalian MAP kinase signalling cascades［J］．Nature，2001，410（6824）:37-40．

［2］Weston CR，Davis RJ．The JNK signal transduction pathway［J］．Curr Opin Cell Biol，2007，19（2）:142-149．

［3］Tsuda M，Seong KH，Aigaki T．POSH，a scaffold protein for JNK signaling，binds to ALG-2 and ALIX in Drosophila［J］．FEBSLett，2006，580（13）:3296-3300．

［4］Glaros EN，KiMWS，Gamer B．Myriocin-mediated up-regulation of hepatocyte apoA-Isynthesis is associated with ERK inhibition［J］．Clin Sci（Lond），2010，118（12）:727-736．

［5］McCubrey JA，Steelman LS，ChappellWH，etal．Roles of the Raf/MEK/ERK pathway in cell growth，malignant，transformation and drug resistance［J］．BiochiMBiophys Acta，2007，1773（8）:1263-1284．

［6］Sun W，Gould TW，Newbern J，etal．Phosphorylation of c-Jun inavian and mammalianmotoneurons in vivo during apoptosis:An early reversible event in the apoptotic cascade［J］．Neuroscience，2005，25（23）:5595-5603．

［7］Fang F，Chen XC，Zhu YG，etal．Protective effect of ginsenoside Rg1 on MPP+-induced apoptosis in SHSY5Y cells［J］．JNeural Transm，2003，110（8）:835-845．

［8］叢偉紅，劉建勛，楊斌，等．JNK信號通路參與Aβ毒性對大鼠海馬神經(jīng)元的損傷［J］．中國藥理學(xué)通報，2010，26（8）:1034-1037．

［9］Jiang KW，Yu ZS，Shui QX，etal．Activation of ATP sensitive potassiuMchannels prevents the cleavage of cytosolic mucalpain and abrogates the elevation of nuclear c-Fosand c-Jun expressions after hypoxicisch emiain neonatal rat brain［J］．Brain Res Mol Brain Res，2005，133（1）:87-94．

［10］葉冬青，高維娟，錢濤，等．黃芪注射液抑制缺氧缺糖/復(fù)氧復(fù)糖大鼠海馬神經(jīng)元JNK3的表達［J］．中國藥理學(xué)通報，2010，26（1）:77-82．

［11］Nagashima R，Yamaguchi T，Tanaka H，etal．MechanisMunderlying the protective effect of tempol and Nω-nitro-L-arginine methyl ester on acoustic injury:possible involvement of c-Jun N-terminal kinase pathway and connexin26 in the cochlear spiral ligament［J］．JPharmacol Sci，2010，114（1）:50-62．

［12］周彬，徐平，李艷，等．JNK抑制劑CEP-1347對噪聲損傷耳蝸的保護作用及意義［J］．山東大學(xué)耳鼻喉眼學(xué)報，2010，24（4）:25-28．

［13］Miao ZH，Ding J．Transcription factor c-Jun activation represses mdr-1 gene expression ［J］．Cancer Res，2003，63（15）:4527-4532．

［14］Winn RA，Marek L，Han SY，etal．Restoration ofWnt-7a expression reverses non-small cell lung cancer cellular transformation through frizzled-9-mediated growth inhibition and promotion of cell differentiation［J］．JBiol Chem，2005，280（20）:19625-19634．

［15］丁濤，張祥宏，李學(xué)民，等．p-JNK JNK和PPARγ在食管癌變過程中的表達及其意義［J］．中國腫瘤臨床，2010，35（23）:1348-1352．

［16］Langlois B，Perrot G，Schneider C，etal．LRP-1 promotes cancer cell invasion by supporting ERK and inhibiting JNK signaling pathways［J］．PLoSOne，2010，5（7）:e11584．

［17］Yan F，Wang XM，Liu ZC，etal．JNK1，JNK2 and JNK3 are involved in P-glycoprotein-mediated multidrug resistance of hepatocellular carcinoma cells［J］．Hepatobil Dis Int，2010，9（3）:287-295．

［18］Cubas R，Zhang S，Li M，etal．Trop2 expression contributes to tumor pathogenesis by activating the ERKMAPK pathway［J］．Mol Cancer，2010，9（2）:253．

［19］Gotfryd K，Skladchikova G，Lepekhin EA，etal．Cell type-specific anti-cancer properties of valproic acid:independent effects on HDAC activity and ERK1/2 phosphorylation［J］．BMC Cancer，2010，10（3）:383．

［20］Dong L，Qi N，Ge RM，etal．Overexpression of CD133promotes the phosphorylation of Erk in U87MG human glioblastoma cells［J］．Neurosci Lett，2010，484（3）:210-214．

［21］Kidambi S，Yarmush J，Berdichevsky Y，etal．Propofol induces MAPK/ERK cascade dependant expression of c-Fos and Egr-1 in rat hippocampal slices［J］．BMC Res Notes，2010，3（2）:201．

［22］Zhu JH，Kulich SM，Oury TD．Cytoplasmic aggregates of phosphorylated extracellular signal-regulated protein kinases in Lewy body diseases［J］．AMJPathol，2002，161（6）:2087-2098．

［23］Colucci-D'Amato L，Perrone-Capano C，Porzio U．Chronic activation of ERK and neurodegenerative diseases［J］．Bioessays，2003，25（11）:1085-1095．

［24］Pereira A，F(xiàn)ink G，SundraMS．Clozapine induced ERK1 and ERK2 signaling in prefrontal cortex ismediated by the EGF receptor［J］．JMol Neurosci，2009，39（2）:185-198．

［25］Wang H，Gambosova K，Cooper ZA，etal．EGF regulates survivin stability through the Raf-1/ERK pathway in insulin-secreting pancreatic β-cells［J］．BMCMol Biol，2010，11（1）:66．

［26］Mardini L，Gasiorek J，Derjuga A，etal．Antagonistic roles of the ERK and p38 MAPK signalling pathways in globin expression，haeMbiosynthesis and iron uptake［J］．BiocheMJ，2010，432（1）:145-151．

［27］Gao F，Hu XY，Xie XJ，etal．Heat shock protein 90 protects rat mesenchymal steMcells against hypoxia and seruMdeprivation-induced apoptosis via the PI3K/Akt and ERK1/2 pathways［J］．J Zhejiang Univ Sci B，2010，11（8）:608-617．