李 凱，曹讓娟，朱志華＊

（吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院，1.麻醉科；2.手外科，吉林長春130033）

JNK信號通路的研究進展

李 凱1，曹讓娟2，朱志華1＊

（吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院，1.麻醉科；2.手外科，吉林長春130033）

c－Jun氨基末端轉(zhuǎn)移酶（JNK）是絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族的一員，通過轉(zhuǎn)錄和非轉(zhuǎn)錄依賴形式活化下游核轉(zhuǎn)錄因子［1，2］，主要介導(dǎo)應(yīng)激狀態(tài)下及器官發(fā)育期的細(xì)胞改變［3］，并成為炎癥、糖尿病、癌癥、神經(jīng)元退行性病變等臨床研究的靶點。

1 JNK 信號通路的組成

在研究紫外線輻射（UV）下細(xì)胞的一系列生物過程（紫外線反應(yīng)）時，人們發(fā)現(xiàn)了這種重要的蛋白激酶，其主要作用是調(diào)節(jié)c－Jun等活化蛋白（AP）的磷酸化［4］。通過“固相激酶分析技術(shù)”，人們分離出了分子量分別為46kD和56kD（即JNK1和JNK2）的JNK。與當(dāng)時被認(rèn)定為哺乳動物體內(nèi)唯一的MAPK（ERK）不同，二者是被細(xì)胞外信號所活化，而且對氨基酸親和力由大到小依次為絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸，分子克隆實驗將JNK1和JNK2歸為MAPK家族的新成員［5，6］。而后又發(fā)現(xiàn)了另一種僅在神經(jīng)元和心肌細(xì)胞內(nèi)特異表達(dá)的亞基＿JNK3［7］。這三種激酶也得到了Kyriakis證實，并命名為應(yīng)激活化蛋白激酶（SAPKs）［8］。

MAPK是一切真核細(xì)胞中的保守序列，并通過磷酸化級聯(lián)反應(yīng)發(fā)揮作用，每級磷酸化反應(yīng)均能夠改變下游底物酶促位點的構(gòu)象，增強ATP與底物的接觸［9］。MAPK被MAPK激酶（MKKs，MEKs，JNKKs，MAP2Ks）活化，后者被MKK激酶（MEKKs，MAPKKKs，MAP3KS）活化。JNK通路的兩個特異性的MAP2Ks就是MKK4和MKK7，MKK4更容易使JNK的第185位酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化，而MKK7更喜好第183位酪氨酸殘基［10］。

MKK4和MKK7的上游MAP3K的活化形式因細(xì)胞類型和刺激方式的不同而異。首個被發(fā)現(xiàn)的能夠活化JNK的MAP3K是MEKK1［11］。在后續(xù)的UV或遺傳毒性研究中發(fā)現(xiàn)了越來越多的MAP3K，他們都是通過自身過表達(dá)而激活JNK的，主要包括MEKK2和MEKK3，MEKK4，混合性家族激酶2、3（MLK2、MLK3），雙亮氨酸拉鏈激酶（DLK），腫瘤轉(zhuǎn)座子－2（Tpl－2），TGF－β活化激酶（TAK1），凋亡信號調(diào)節(jié)蛋白酶1、2（ASK1、ASK2），1001氨基酸激酶1、2（Tao1、Tao2）［12］。

作為JNK的下游底物，AP－1是一種與DNA相結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，由堿性拉鏈家族（bZIP）成員－Jun（c－Jun，Jun B和Jun D）、Fos、Maf和ATF亞基，通過亮氨酸拉鏈形成二聚體［13］。其包含了bZIP結(jié)構(gòu)域，堿性編碼區(qū)（識別位點），轉(zhuǎn)錄活化域，在各種應(yīng)激下，轉(zhuǎn)錄活化域發(fā)生磷酸化而活化，并結(jié)合增強子，調(diào)節(jié)真核細(xì)胞RNA聚合酶活性，控制一系列核基因的表達(dá)及轉(zhuǎn)錄。c－jun做為其主要的下游基因，活化后能夠調(diào)節(jié)其自身及其他基因的生成，導(dǎo)致其誘導(dǎo)生成的速度更快［5］。JunB和ATF也有JNK的識別以及磷酸化位點［14］。大量的JNK底物參與了細(xì)胞內(nèi)的眾多功能，其中包括凋亡、細(xì)胞骨架重組、轉(zhuǎn)錄活性、普遍蛋白化［15］。

2 JNK的活化結(jié)構(gòu)域與失活反應(yīng)

2.1 D結(jié)構(gòu)域

與激酶的催化位點以及磷酸化氨基酸的傳統(tǒng)觀念完全不同，固相激酶分析技術(shù)揭示了一種蛋白激酶功能的新觀點－對接性相互反應(yīng)。其不僅是識別JNK的特征性結(jié)構(gòu)，也有助于理解其Jun激酶的作用。通過對JNK和c－Jun研究發(fā)現(xiàn)，激酶的對接位點（也稱D結(jié)構(gòu)域）與催化核心是不同的［6］。JNK上c－Jun的對接位點在JNK活化中心－兩個磷酸化受體（S65，S75）的前方［6］。D結(jié)構(gòu)域是由堿性和疏水性殘基組成的，其高度保守的序列為（K／R）2－3－X1－6－f－X－f［9］。

2.2 JNK相互反應(yīng)蛋白（JIP）

JIP是組成JNK的多骨架蛋白中缺乏激酶活性的結(jié)構(gòu)域。JIP既能夠通過招募AKT－1等激酶級聯(lián)反應(yīng)成份以及上游因子發(fā)揮促進作用，又可以通過招募MKP7對該信號通路發(fā)揮抑制作用，參與各種細(xì)胞外信號的傳導(dǎo)［16］。

2.3 與JNK活化相關(guān)的分子構(gòu)象

近年來被分離出的JNK分子構(gòu)象，包括：β－抑制蛋白－2、CRK2、Filamin、IKAP、JIP1、JIP2、JIP3和JIP4。特異性的分子構(gòu)象是與不同的體外信號傳導(dǎo)相對應(yīng)的，并參與信號的放大［16］。

2.4 JNK的失活

JNK家族能夠發(fā)生MAP激酶磷酶家族（MKPs）介導(dǎo)下的失活反應(yīng)。MKP是酪氨酸蛋白激酶家族（PTP）的成員，有一個高活性半胱氨酸集團，能夠特異性與MAPK活化環(huán)中的磷酸酪氨酸和磷酸絲氨酸殘基相結(jié)合［17］，調(diào)節(jié)活性氧（ROS）或硫醇產(chǎn)物誘發(fā)的MAPK活性。亞砷酸鹽（As3＋）培養(yǎng)下，MKPs失活，JNK持續(xù)、劇烈活化，細(xì)胞程序性死亡［18］。有實驗證實，TNF－α反應(yīng)的結(jié)果就是由活化MKKs和抑制MKPs間的平衡所決定的。JNK的適度、暫時活化引起細(xì)胞增殖，而劇烈、持續(xù)活化引起死亡。NF－κB缺陷細(xì)胞本身缺少超氧化物歧化酶等抗氧化酶，加入外源性TNF－α后，大量ROS導(dǎo)致MKP家族（MKP1、3、5、7））氧化失活，JNK1持續(xù)活化引起細(xì)胞死亡［19］。

3 JNK對哺乳動物生理及病理過程的影響

已有的JNK相關(guān)底物及其功能的研究，以及分析酵母、蠕蟲、果蠅中JNK同源類似物，為理解其功能提供了必要基礎(chǔ)。哺乳動物體內(nèi)干擾JNK活化或敲除Jnk或上游基因，進一步揭示了其作用。

3.1 JNK與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)發(fā)育及病變

胚胎第7天，小鼠前腦和后腦神經(jīng)元內(nèi)均有JNK1、2的高表達(dá)區(qū)域，而在第11天才有JNK3表達(dá)［20］。Jnk1－／－／Jnk2－／－雙基因敲除鼠在胚胎第10.5天，后腦折疊區(qū)及其他腦內(nèi)區(qū)域Caspase活化增強，凋亡增多，導(dǎo)致神經(jīng)管閉合不全，大量胚胎在第11天死亡。Jnk1－／－鼠缺少背腹殼間緣前側(cè)軸突，而Jnk2－／－則沒有改變。其機制是JNK介導(dǎo)的磷酸化能夠穩(wěn)定微管相關(guān)蛋白（MAP1和MAP2），增強相互作用和多聚化，維持和增加軸突長度［20］。Jnk突變引起磷酸化障礙，神經(jīng)元微管及軸突進行性變短。而JNK1的蛋白磷酸化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于JNK2及JNK3。

紅藻氨酸引起海馬神經(jīng)元凋亡增加和癲癇發(fā)作，Jnk3－／－敲除鼠能夠抵抗這種作用，而Jnk1－／－、Jnk2－／－鼠卻不能抵抗。MPTP（四氫吡啶）能夠引起黑質(zhì)內(nèi)酪氨酸羥化酶神經(jīng)元數(shù)目減少并出現(xiàn)帕金森氏癥狀，Jnk3－／－鼠能抵抗其毒性作用［21］。頸動脈結(jié)扎所致腦缺氧模型中，JNK活性增加，Caspase激活增加。相比于野生型鼠，Jnk1－／－、Jnk2－／－、Jnk3－／－對缺血的耐受性很好［22］。上述研究說明，JNKs尤其是JNK3是神經(jīng)病變的重要調(diào)節(jié)因素，該過程依賴于Fas配體基因或AP－1基因［21］。

3.2 JNK對上皮層遷移的影響

哺乳動物的眼瞼形成，是在胚胎期第15.5天到16.5天，依賴JNK的過程。F－肌動蛋白（F－actin）的多聚化使得兩個上皮細(xì)胞薄層遷移、融合為一個器官［23］。MEKK1（MAP3Ks）在眼瞼生長緣高表達(dá)，而在融合過程中喪失催化活性。JNK通過樁蛋白（一種表面粘附蛋白）S178磷酸化而促進F－actin多聚化［23］?；蜣D(zhuǎn)導(dǎo)研究證實，此位點突變能夠抑制細(xì)胞遷移：Mekk1＋／DKD／Jnk1＋／－以及Mekk1DKD／DKD小鼠存在多聚化缺陷，表現(xiàn)為出生睜眼（EOB）型［24］。體外培養(yǎng)Mekk1DKD／DKD角蛋白細(xì)胞，在TGF－β（或激活素）誘導(dǎo)下，細(xì)胞增殖和F－actin多聚化都有缺陷。在野生型角蛋白細(xì)胞中，JNK抑制劑也能夠影響TGF－β（或激活素）誘導(dǎo)下的細(xì)胞增殖和F－actin多聚化。

4 JNK抑制劑的藥物研究

高通量篩選所確定的特異性JNK抑制劑在多種疾病的動物模型中也取得了可喜的治療作用，已有的文獻結(jié)論如下：（1）治療糖尿病的胰島素增敏劑。胰島素抵抗在發(fā)達(dá)國家發(fā)生率為25%，會引發(fā)Ⅱ型糖尿病其他嚴(yán)重代謝疾病。特異性的JNK抑制劑尤其是JNK1抑制劑能夠顯著改善小鼠的胰島素敏感性，并有減輕肥胖［25］的額外收益。（2）治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）。RA在人群發(fā)病率為3%。大鼠RA模型中，JNK1缺陷或者JNK的小分子抑制劑SP600125能夠通過抑制基質(zhì)破壞金屬蛋白酶（MMPs）的生成而阻止關(guān)節(jié)破壞，并且抑制TNF－α的生成，后者是重要促炎癥因子及RA病因［26］。（3）JNK2影響動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，JNK抑制劑通過干擾代謝和炎癥反應(yīng)紊亂，治療動脈粥樣硬化癥［27］。（4）JNK抑制劑在癌癥治療有重要作用。順鉑或其他DNA破壞劑能夠激活某些DNA修復(fù)基因，JNK抑制劑能夠抑制這種修復(fù)作用［28］。（5）神經(jīng)元處于急性或慢性應(yīng)激時，JNK通路激活并成為應(yīng)激性凋亡的主營調(diào)節(jié)因素。此結(jié)論已經(jīng)在諸多體外實驗中得到證實［29］，如神經(jīng)生長因子（NGF）剝奪，興奮性毒性應(yīng)激模型，抗CD3抗體損傷模型，高血糖所致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡模型。而在人類神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中，如阿爾茲海默癥、帕金森癥、惠廷頓癥，腦卒中，JNK通路的活化也發(fā)揮了重要作用。在動物模型中使用JNK抑制劑，能夠抑制神經(jīng)退行性病變和缺血性腦損傷所致的神經(jīng)凋亡，從而發(fā)揮保護作用［30］。

4 總結(jié)與展望

不斷深化的生物化學(xué)、基因?qū)W研究揭示了JNK在哺乳動物生理功能和病理調(diào)控中的作用及機制。已有的JNK抑制劑用于多種疾病模型的研究也預(yù)示了其用于臨床的曙光。進一步篩選亞基特異性JNK抑制劑，增強療效和特異性，降低不良反應(yīng)，是后續(xù)臨床實驗的研究方向，應(yīng)用前景較為樂觀。

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2015－01－05）

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