ERK5激酶及其與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展及疾病的關(guān)系

陳 巖（綜述） 朱雨嵐（審校）

絲裂原活化蛋白激酶 （mitogen－activated protein kinase，MAPK）是絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶的一個家族，可將細胞外刺激傳遞至細胞內(nèi)，對生長因子和不同形式的壓力作出應(yīng)答，是真核細胞中主要的激酶傳導(dǎo)通路［1］。MAPKs調(diào)節(jié)細胞許多功能，包括細胞增殖、分化、新陳代謝和凋亡。在MAPK通路中信號通過三層連續(xù)的激酶傳遞，MAPKKK，MAPKK和MAPK，后兩種激酶激活需雙重磷酸化［2］。在哺乳類動物中MAPK分為四個亞型，細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1／2（extracellular signal－regula－ted kinase，ERK1／2）、c－Jun氨基末端激酶 （c－Jun N－terminal kinase，JNK）、p38絲裂原活 化 蛋 白 激 酶 （p38 mitogen－activated protein kinase，p38MAPK）和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶5（extracellular－regulated kinase 5，ERK5）。近年ERK5已成為研究熱點，是多種疾病尤其癌癥新的治療靶點，它在細胞增殖、存活及血管生成中起關(guān)鍵的作用，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展及疾病的研究也逐步深入。

1 ERK5的性質(zhì)與特點

ERK5長度是其他MAPKs的2倍（人體ERK5含有816個氨基酸），因此也被稱為大絲裂原活化激酶1（big MAP kinase 1，BMK1）。與其他 MAPKs不同的是，ERK5有獨一無二的包含轉(zhuǎn)錄激活區(qū)的C羧基端尾［1］。ERK5能通過磷酸化轉(zhuǎn)錄因子激活轉(zhuǎn)錄，其本身作為轉(zhuǎn)錄輔激活物［1］。MAPK家族有不同的表面蛋白，使它們綁定不同的激活劑和底物［3］。促蛋白激酶激酶5（MEK5）是ERK5的特異激活劑，在活化循環(huán)中通過TEY的雙重磷酸化激活ERK5，而MEK5中PB1區(qū)主要調(diào)節(jié)ERK5的活性［3］。當(dāng)生長因子、氧化或高滲透壓大范圍變化時ERK5被激活。Tatiana等［1］發(fā)現(xiàn)ERK5與熱休克蛋白90－細胞分裂循環(huán)37（Hsp90－Cdc37）相伴存在于靜息細胞中，ERK5的核轉(zhuǎn)運需要把Hsp90從ERK5－Cdc37復(fù)合體中分離出來，Cdc37過表達同樣可引起Hsp90的分離而激活轉(zhuǎn)錄。由于Cdc37與ERK5共同促進細胞增殖，癌細胞中Cdc37的過表達可能是ERK5調(diào)節(jié)腫瘤增殖的新機制。Djung等使用BIX02188分別對ERK5和ERK1／2磷酸化進行干預(yù)，濃度為9u M時開始對ERK5起抑制作用，且其抑制作用呈濃度依賴性，而對ERK1／2的抑制不明顯，表明BIX02188是ERK5的特異性抑制劑［4］。ERK5激酶在調(diào)控神經(jīng)元存活、分化及心血管系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展中起決定性作用［5］。

2 ERK5在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展中的作用

ERK5在神經(jīng)形成、神經(jīng)元分化與腦細胞保護中均起重要作用。神經(jīng)元的存活依賴于轉(zhuǎn)錄因子中的基本螺旋結(jié)構(gòu)（b HLH）的短暫反應(yīng)，它包括神經(jīng)元素1（N1）、神經(jīng)元素2（N2）和Ascl1（Mash1神經(jīng)母細胞特異性轉(zhuǎn)移因子抗體）。Paige等通過實驗研究發(fā)現(xiàn)N1的轉(zhuǎn)錄和神經(jīng)形成均需內(nèi)源性ERK5的激活，阻斷ERK5可抑制N1誘發(fā)的神經(jīng)形成［6］。Tan等報道條件性損傷ERK5區(qū)可導(dǎo)致成年鼠嗅覺受損，又通過實驗敲除成年鼠神經(jīng)干細胞的ERK5sh RNA，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中的神經(jīng)生成減少；相反增加上游激活激酶MEK5的表達，則刺激了神經(jīng)生成［7］。Junhui等靶向性敲除鼠生長中的神經(jīng)干細胞的ERK5激酶發(fā)現(xiàn)嗅球中γ－氨基丁酸神經(jīng)元的數(shù)量減少，損傷了γ－氨基丁酸中間神經(jīng)元，使區(qū)分相似氣味的嗅覺行為受損［8］。這都說明ERK5參與調(diào)解成年嗅球神經(jīng)形成，是調(diào)節(jié)嗅覺行為的新信號通路。Satako等通過敲除ERK5基因?qū)е路侵拮蛤茴^部結(jié)構(gòu)減少和神經(jīng)元分化的抑制，強制性激活ERK5可引起神經(jīng)元的分化，表明ERK5通路在神經(jīng)元分化中起重要作用［9］。Changsu等通過實驗發(fā)現(xiàn)黃體酮是通過依賴ERK5通路的黃體酮膜受體增加了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）從神經(jīng)膠質(zhì)中釋放，從而對細胞起到保護作用［10］。

3 ERK5與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

3.1 ERK5與腦血栓形成

動脈硬化性血栓形成是腦梗死的常見類型，近年來發(fā)現(xiàn)ERK5在腦血栓形成的多個環(huán)節(jié)中起作用。

3.1.1 ERK5與腦血管動脈硬化 動脈粥樣硬化是腦血栓形成的根本原因，硬化斑塊常在渦流處發(fā)生，保護區(qū)域位于平流處，可保護內(nèi)皮細胞免于細胞凋亡和炎癥。Jae等發(fā)現(xiàn)ERK5以依賴于hsc70（相關(guān)蛋白泛素連接酶）C端的方式激活，調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞完整性并保護它免于細胞凋亡與血管功能障礙［11］。

3.1.2 ERK5與細胞毒性作用 目前已明確一系列導(dǎo)致神經(jīng)細胞損傷的分子生物學(xué)機制，如興奮性氨基酸細胞毒性作用。Dai等發(fā)現(xiàn)缺血后黃芩提取物通過激活抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ－氨基丁酸能信號與ERK，對神經(jīng)系統(tǒng)起保護作用［12］。

3.1.3 ERK5與再灌注損傷 腦梗死患者閉塞的血管再通后（溶栓或自發(fā)再通），部分神經(jīng)功能缺失反而加重，可見缺血引起的腦損傷亦可發(fā)生在灌注恢復(fù)期，這種現(xiàn)象稱為再灌注損傷。Wang等發(fā)現(xiàn)鼠海馬缺血再灌注后ERK5在CA3／DG區(qū)的表達強烈被激活，隨后通過N受體的激活從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細胞核；再灌注后3 d使用抑制劑N－乙酰半胱氨酸（缺血后ERK5活性的劑量依賴性抑制劑），不僅使ERK5的蛋白表達降低了，也使CA3／DG區(qū)的神經(jīng)元大量死亡，ERK5是否在缺血引起的CA3／DG區(qū)神經(jīng)元細胞損害中起神經(jīng)保護作用，有待研究［13］。

3.1.4 ERK5與氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激反應(yīng)被認為是腦缺血和再灌注的重要調(diào)節(jié)者之一。氧化應(yīng)激引起腦血管事件的原因部分為細胞內(nèi)信號分子的變化，包括MAPK激酶。據(jù)報道ERK5對氧分壓敏感，Suzaki檢測了PC12細胞中H2O2對ERK5的激活，發(fā)現(xiàn)缺血后ERK5迅速并明顯被H2O2激活，呈濃度依賴性，激活被ERK5抑制劑PD98059和U0126抑制后細胞死亡數(shù)明顯增多，ERK5對缺血缺氧后細胞起保護作用［14］。

3.1.5 ERK5與細胞凋亡及神經(jīng)保護 Qi等通過檢測缺血預(yù)處理后海馬CA1區(qū)的ERK5的活性和核轉(zhuǎn)運的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)ERK5在鼠海馬CA1區(qū)不會立即被激活，其活性在缺血后3 h和3 d時有兩個高峰，后恢復(fù)至基線水平［15］。肌細胞增強結(jié)合因子2C（MEF2C）是腦缺血預(yù)處理后海馬CA1區(qū)p38激酶和ERK5共同的底物，Wang等通過免疫沉淀方法研究顯示在再灌注后3 d ERK5和MEF2C相互作用明顯增加，這種增加被ERK5反義寡核苷酸抑制后海馬CA1區(qū)細胞凋亡數(shù)增加［16］，這提示潛在的缺血耐受機制，表明ERK5－MEF2C通路在抗細胞凋亡與缺血預(yù)處理后的神經(jīng)保護中起重要作用。

3.2 ERK5與癡呆

眾所周知阿爾茨海默病是一種以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。畢勝等通過蛋白質(zhì)印跡分析得出，AD組與帕金森癡呆患者組及老年人組比較，ERK蛋白質(zhì)印跡最深，表明其在AD發(fā)生中發(fā)揮重要作用［17］。

3.2.1 ERK5與海馬 海馬萎縮是AD的特征之一，海馬CA1區(qū)與整個海馬體積變化對AD的敏感性和特異性不同，前者對發(fā)現(xiàn)AD更加準確［18］，ERK5激活后選擇性表達于海馬CA1區(qū)，Yung等［19］報道ERK5蛋白激酶特異性表達于成年大鼠腦神經(jīng)起源區(qū)域，記憶的建立需要ERK5激酶及正在發(fā)育的海馬神經(jīng)是否可通過檢測ERK5的表達水平來發(fā)現(xiàn)癡呆前階段有待于進一步研究。近年來研究表明阿爾茨海默病的發(fā)病與糖代謝異常有關(guān)，如胰島素信號通路異常等，而胰島素受體在海馬區(qū)高表達［20］，ERK5激酶亦高表達于海馬，ERK5信號通路在調(diào)節(jié)胰島素的表達中起正性作用，因此激活ERK5信號通路調(diào)節(jié)胰島素表達可否作為治療神經(jīng)退行性疾病的一種方法。

3.2.2 ERK5與學(xué)習(xí)記憶能力的改善 研究表明ERK5一個決定性的作用是調(diào)節(jié)區(qū)分圖案的神經(jīng)形成，一種依賴于齒狀回空間學(xué)習(xí)和記憶的形式［21］。Li等發(fā)現(xiàn)腦卒中后30 d海馬長程增強效應(yīng)減少，這種損害被γ－氨基丁酸受體抑制，同時ERK5的活性也降低，說明腦卒中后記憶和學(xué)習(xí)能力進行性下降與海馬區(qū)長程增強效應(yīng)減少、γ－氨基丁酸能神經(jīng)傳遞的提升和ERK5活性的抑制有關(guān)［22］。侯德仁等通過免疫組織化學(xué)染色檢測大鼠腦組織ERK的表達水平，結(jié)果與對照組比較，模型組大鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降，其皮層ERK表達減少，與模型組比較，丁苯酞組大鼠皮層ERK表達增多［23］。表明丁苯酞改善阿爾茨海默病大鼠學(xué)習(xí)記憶能力可能與其增加ERK的表達有關(guān)。

3.3 ERK5與神經(jīng)痛

神經(jīng)痛通常在周圍神經(jīng)受損后發(fā)生，目前治療方法有限，給患者帶來痛苦。研究發(fā)現(xiàn)MAPK在神經(jīng)痛方面起重要作用。正常情況下p－ERK免疫反應(yīng)在周圍神經(jīng)呈節(jié)段樣分布，神經(jīng)被剪斷5 h后該分布消失，至24 h重新出現(xiàn)，3 d后恢復(fù)正常，這是神經(jīng)損傷造成的急性反應(yīng)變化［24］。神經(jīng)受損增加了背根神經(jīng)節(jié)p－ERK5活性，ERK5激活后引起痛覺過敏。CX3CL在神經(jīng)元細胞核與膠質(zhì)細胞之間傳遞痛覺信號，Lu等發(fā)現(xiàn)CX3CL是通過ERK5通路調(diào)節(jié)神經(jīng)損傷引起的痛覺過敏［25］。肖純等研究發(fā)現(xiàn)使用反義寡核苷酸后ERK5表達受抑制，而p－CREB表達上調(diào)，證明ERK5是通過激活轉(zhuǎn)錄因子CREB參與的神經(jīng)源性疼痛［26］。敲除ERK5可抑制神經(jīng)損傷引起的疼痛并減少小神經(jīng)膠質(zhì)細胞的活性。

4 結(jié)束語

神經(jīng)系統(tǒng)疾病如缺血性腦卒中、癡呆、神經(jīng)痛等是世界范圍內(nèi)常見疾病，雖治療方法層出不窮，但尚缺乏有效治療藥物，尋找新的治療靶點仍是我們不斷前進的方向。ERK5通路是近年來人們新發(fā)現(xiàn)的細胞外信號傳導(dǎo)通路，對它與多種疾病的研究也逐漸增多，但在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的探索尚有限，值得繼續(xù)深入研究，以利于指導(dǎo)對疾病的認識及診療，為患者解除病痛。

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