cAMP-PKA信號通路與腰椎間盤退變的研究進展

姜夢雅，黃國付

目前認為，腰椎間盤退變的發(fā)生機制有蛋白多糖的減少，髓核含水量的下降，炎性介質(zhì)，椎間盤營養(yǎng)供應(yīng)減少等。從分子生物學的角度來講，在椎間盤的退變中多種信號通路發(fā)揮著一定的作用，如環(huán)磷酸腺苷-蛋白激酶 A(Cyclic Adenosine monophosphate- protein kinase A，cAMP-PKA)信號通路、Wnt/β-catenin 信號通路、NF-κB 信號通路[1]、MAPK通路等[2]?，F(xiàn)就cAMP-PKA信號通路在腰椎間盤退變中的作用機制作一綜述。

1 cAMP-PKA的構(gòu)成與功能

cAMP是細胞內(nèi)重要的第二信使之一，分布較廣，存在于多種體液和生物細胞中[3]，并對細胞的分化、生長、代謝、凋亡等過程產(chǎn)生影響[4]。cAMP主要通過激活PKA發(fā)揮生物效應(yīng)，但PKA并不是cAMP惟一靶分子，cAMP的生物學效應(yīng)可通過Epac(cAMP直接活化的交換蛋白)單獨參與或與PKA協(xié)同完成[4]。

2 cAMP-PKA信號通路與椎間盤退變的關(guān)系

2.1 椎間盤退變的過程 椎間盤的退變首先從髓核開始，髓核內(nèi)的Ⅱ型膠原逐漸向Ⅰ型膠原轉(zhuǎn)變，而髓核細胞也由類軟骨細胞向類成纖維細胞轉(zhuǎn)化，椎間盤變硬，纖維環(huán)更易破裂而致髓核突出。在椎間盤退變的早期可出現(xiàn)蛋白多糖的減少，這是椎間盤退變的主要原因。另外，炎性介質(zhì)也是導致椎間盤退變的重要因素之一[5]。內(nèi)層纖維環(huán)和髓核的營養(yǎng)來自于軟骨終板處血管營養(yǎng)物質(zhì)的彌散。隨著纖維環(huán)和軟骨終板的斷裂，微血管網(wǎng)也會隨之長入[6]。軟骨終板的鈣化可能也是引起椎間盤退變的關(guān)鍵因素，因為它會導致椎間盤的營養(yǎng)供應(yīng)減少[7]。椎間盤退變時，一些炎性因子的水平會增加，例如白介素(Interleukin，IL-1β、IL-6)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor，TNF-α)、磷脂酶A2、一氧化氮等，同時基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)、轉(zhuǎn)化生長因子-β( transforming growth factor-β，TGF-β)、聚集蛋白聚糖酶等的含量也會發(fā)生相應(yīng)的變化[8-10]。

2.2 調(diào)控cAMP-PKA信號通路對椎間盤的影響 杜偉等[11]發(fā)現(xiàn)IL-1、IL-6、TNF-a和MMP3均與椎間盤退變密切相關(guān)，且它們的表達水平與椎間盤退變呈正相關(guān)。炎性細胞因子與椎間盤退變的作用是相互的。除此之外，不同炎癥因子之間也存在著相互促進、相互誘導的關(guān)系[12]，如TNF-α可誘導包括 IL-6、IL-8在內(nèi)的多種炎癥因子的表達[13]。研究表明，通過活化炎細胞內(nèi)的cAMP通路可以減少TNF-α、IL-12等促炎因子的釋放，從而抑制炎細胞的活化[14]。cAMP-PKA信號通路還可以通過多種途徑調(diào)控細胞骨架的纖維排列，如肌球蛋白輕鏈途徑、Ras同源基因家族成員A途徑、內(nèi)收蛋白途徑、微管相關(guān)蛋白途徑等[15]。cAMP-PKA信號通路對椎間盤的作用一方面體現(xiàn)在細胞增殖與凋亡方面。細胞骨架是由微管、微絲和中間絲纖維構(gòu)成的存在于真核細胞中的一種纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[16]，與細胞的發(fā)育、凋亡、黏附、遷移、分裂、信號傳遞等多種細胞改變相關(guān)[15，17]。cAMP-PKA參與了細胞的凋亡、增殖等過程[16]。而椎間盤退變的過程與細胞的增殖、凋亡有密切關(guān)系。曾順福等[18]指出細胞凋亡是椎間盤退變的重要因素，而由此導致的髓核細胞數(shù)量的減少則是椎間盤退變的直接原因。cAMP-PKA信號通路對椎間盤的作用另一方面體現(xiàn)在cAMP-PKA信號通路的活化可以減少促炎因子的釋放，延緩椎間盤的退變。劉健等[19]發(fā)現(xiàn)PKA激動劑6-Bnz-cAMP可以明顯抑制促炎細胞因子TNF-α和IL-1β的釋放，促進抗炎細胞因子IL-10的分泌。李姣等[20]發(fā)現(xiàn)不同濃度的環(huán)磷腺苷注射液，細胞因子的水平均低于對照組，提示環(huán)磷腺苷可以抑制TNF-α、IL-6細胞因子的表達，從而減輕炎癥反應(yīng)。高維娟等[21]發(fā)現(xiàn)膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)可以通過CCK受體來活化cAMP-PKA信號通路，從而抑制NF-κB活性，以發(fā)揮抗炎作用[21-22]。核轉(zhuǎn)錄因子-kB ( nuclear factor-kappa B，NF-kB)廣泛存在于真核細胞內(nèi)，是一個可誘導的多向性轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控與細胞分化、增殖、活化、炎性反應(yīng)、免疫等相關(guān)的多種基因的表達[23]。通過抑制NF-κB信號通路的激活可以延緩椎間盤退變[24-26]。cAMP-PKA信號通路的激活可以抑制NF-κB的表達，因此可以減緩椎間盤的退變。也有人認為，隨著cAMP-PKA信號通路的激活，NF-κB的表達也會增加。因為NF-κB是PKA的下游蛋白質(zhì)，PKA可以通過磷酸化對其進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)控相應(yīng)的生物學效應(yīng)[27]。總而言之，NF-κB的表達與cAMP-PKA信號通路有一定的相關(guān)性，臨床上可以通過調(diào)節(jié)cAMP-PKA信號通路的活性來調(diào)節(jié)NF-κB的活化，從而調(diào)節(jié)椎間盤的相關(guān)炎性細胞因子及細胞凋亡因子的釋放，來調(diào)控椎間盤的退變進度。許多疾病的發(fā)生與cAMP有一定的關(guān)系，并且在一些疾病的治療過程中，可以通過調(diào)節(jié)cAMP的含量來達到治療或緩解的作用，如癲癇、心絞痛、心肌炎、呼吸系統(tǒng)疾病等[28]。因此臨床上一些藥物或治療手段可以通過調(diào)控cAMP的含量來發(fā)揮作用，例如針刺可通過調(diào)節(jié) cAMP、cGMP 水平來治療腦卒中偏癱痙攣狀態(tài)[29]。Chen WH等[30]發(fā)現(xiàn)：年輕組和年老組髓核中的降鈣素受體無顯著性差異，但是在降鈣素誘導軟骨形成的過程中，年輕組髓核中cAMP的含量明顯升高，而經(jīng)過降鈣素治療后，老年人髓核中cAMP的含量顯著減少。研究表明，環(huán)磷酸腺苷可通過一種依賴于PKA活性和轉(zhuǎn)錄調(diào)控的線粒體信號通路促進WT S49細胞凋亡。cAMP/ PKA調(diào)節(jié)S49細胞的促凋亡和抗凋亡基因。多個基因和通路通過增加細胞內(nèi)cAMP水平和PKA的活性促進細胞內(nèi)促凋亡和抗凋亡基因的表達[31]。然而，cAMP與PKA的含量并不一定會保持一致，房紅蕓等[32]的研究發(fā)現(xiàn)cAMP濃度的適量升高可以激活PKA，但當cAMP過量增加時，PKA的活性反而降低，進而使cAMP-PKA信號通路受到影響。腺苷酸環(huán)化酶激動劑Forskolin可以使細胞內(nèi)cAMP的含量增加，并可上調(diào)人羊膜上皮細胞AQP8 mRNA及AQP8蛋白的表達，提示cAMP的含量增加可能與AQP8蛋白的表達相關(guān)，可能是通過cAMP-PKA信號轉(zhuǎn)導途徑發(fā)揮作用[33]。

3 小結(jié)

cAMP作為細胞內(nèi)的信號分子，通過作用于功能蛋白質(zhì)、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)等多種細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，將細胞外的信息傳遞到細胞內(nèi)，并引起相應(yīng)的生物效應(yīng)[33]。cAMP-PKA信號通路可以通過調(diào)節(jié)細胞的增殖、凋亡，調(diào)節(jié)NF-κB的活性，調(diào)節(jié)炎性細胞因子的水平來達到抑制椎間盤的炎癥反應(yīng)的作用，減緩椎間盤退變。對cAMP-PKA信號通路的研究有助于闡明腰椎間盤退變的分子生物學機制，臨床上也可以通過測定和調(diào)節(jié)cAMP、PKA的濃度來尋找某些疾病的診斷和治療依據(jù)[34]，為預(yù)防和治療腰椎間盤退變提供新的依據(jù)和方式方法。

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