P38MAPK信號通路在糖尿病腎臟病研究中的進(jìn)展

馬冬妹 張祥貴

遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院腎內(nèi)科 519100

一、糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease，DKD)

1.糖尿病(diabetes，DM) 是一組常見的以葡萄糖和脂肪代謝紊亂、血漿葡萄糖水平增高為特征的代謝性內(nèi)分泌疾病。據(jù)統(tǒng)計2015年世界DM患者為4.15億，預(yù)測2040年可達(dá)6.42億。近幾十年來，我國DM患病率逐年上升，且呈現(xiàn)年輕化趨勢，已經(jīng)嚴(yán)重危害人們的身體健康[1-2]。DKD是指慢性高血糖所導(dǎo)致的腎臟損害，是DM最嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，也是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的首要病因[3]。隨著我國DM患者的增多，DKD有望超過原發(fā)性腎小球腎炎成為導(dǎo)致終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)的首要病因[4]。由于DKD一旦進(jìn)入臨床蛋白尿期，其病情往往不可逆轉(zhuǎn)并迅速發(fā)展為ESRD，并常有多種合并癥以及并發(fā)癥，多預(yù)后不良以及治療成本巨大，已經(jīng)成為嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題[5-6]。

2.DKD發(fā)病機(jī)制及治療進(jìn)展 DKD發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，迄今尚未完全明確。目前普遍認(rèn)為，DKD的發(fā)生和發(fā)展，與遺傳因素(miRNA、DNA甲基化等)、代謝機(jī)制紊亂[多元醇通路、蛋白激酶C、晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)等]、血流動力學(xué)改變[腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin-system，RAS)激活]、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等諸多因素有關(guān)[7-10]。由于DKD發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，其有效的治療藥物一直是國內(nèi)外學(xué)者共同攻克的難題如鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)β抑制劑、AGEs受體拮抗劑、磷酸二酯酶抑制劑、5羥色胺2a 受體拮抗劑、干細(xì)胞等均處于臨床研究階段，尚無正式應(yīng)用于臨床[11]。因此，進(jìn)一步研究DKD的發(fā)病機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新的治療靶點對促進(jìn)DKD有效的診斷和治療至關(guān)重要。p38MAPK信號通路是抗炎癥藥物干預(yù)腎組織炎癥性損傷的“經(jīng)典”途徑[12]。謝先輝等[13]研究發(fā)現(xiàn)，1，25-(OH)2-VD3治療組和胰島素治療組可能通過p38MAPK下調(diào)Ⅲ型膠原蛋白(Col3)和Ⅳ型膠原蛋白(Col4)表達(dá)，改善DKD腎組織纖維化。進(jìn)一步研究P38MAPK信號通路在DKD發(fā)生、發(fā)展的作用機(jī)制，為研制DKD特異性藥物提供了新的思路。

二、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)

1.MAPKs家族 MAPKs是一類廣泛存在于哺乳動物細(xì)胞內(nèi)且可被不同的細(xì)胞外刺激(細(xì)胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細(xì)胞應(yīng)激等)激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，是介導(dǎo)細(xì)胞外信號到細(xì)胞內(nèi)信號的重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。幾乎所有的真核細(xì)胞都有MAPK通路，主要由細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)、P38(包括p38α、p38β、p38γ和p38δ)、c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminalkinase，JNK，包括JNK1、JNK2和JNK3)[14]組成。它們共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的基因表達(dá)、分裂、代謝、存活、凋亡和分化[15]。

2.P38MAPK信號通路 P38MAPK是由Brewster等[16]首次發(fā)現(xiàn)的，由360個氨基酸殘基組成的相對分子質(zhì)量為38 000的蛋白。目前發(fā)現(xiàn)，p38α、p38β普遍存在于各種組織中，p38γ主要存在肌肉組織及乳腺癌細(xì)胞中[17]，p38δ主要在腎臟、胰腺、肺中表達(dá)。P38MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活途徑是三級酶促級聯(lián)反應(yīng)[18]。P38MAPK可被多種應(yīng)激刺激(H2O2、熱休克、缺氧、紫外線、放射線等)、炎癥因子[腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)]及脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)和G+細(xì)菌的細(xì)胞壁成分激活，從而影響細(xì)胞的增殖、分化和細(xì)胞因子的合成[19]。P38MAPK通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子[如核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)]或P38MAPK交互激酶1和P38MAPK激活蛋白酶2/3的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性及翻譯來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)，導(dǎo)致促炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生增加[20-22]。P38MAPK也在細(xì)胞增殖方面發(fā)揮重要作用。Yin等[23]利用特異性抑制劑SB202190抑制p38 MAPK磷酸化，下調(diào)caspase-3和caspase-9表達(dá)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡等生命活動。

三、P38MAPK介導(dǎo)DKD的相關(guān)機(jī)制

1.氧化應(yīng)激增加活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生 ROS是生物有氧代謝過程中的一種副產(chǎn)品(包括超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫等)。在DKD中，由于代謝紊亂、胰島素信號受損和RAS系統(tǒng)激活，使得線粒體氧化磷酸化增加，進(jìn)而促進(jìn)大量ROS產(chǎn)生[24-25]。ROS過量可將四氫生物蝶呤氧化為非活性的代謝物，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中NO的產(chǎn)生減少，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[26]，同時ROS過量累積還可以促進(jìn)晚期蛋白氧化產(chǎn)物(advanced oxidation protein products，AOPPs)產(chǎn)生，進(jìn)一步誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)發(fā)生[27]。此外，ROS與腎小球系膜細(xì)胞的肥大和足細(xì)胞損傷密切相關(guān)，同樣也是腎小管間質(zhì)病理損傷的重要環(huán)節(jié)，具有影響腎小管的重吸收、分泌和間質(zhì)纖維化的作用[28]。有研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)的足細(xì)胞中使用AOPPs處理后，NADPH氧化酶復(fù)合物的主要亞單位Nox2和p47phox上調(diào)，而用抗氧化劑化合物(N-乙酰半胱氨酸D)預(yù)處理后可消除AOPPs介導(dǎo)的Wnt/β-連環(huán)蛋白激活，提示抑制ROS可有效減輕足細(xì)胞損傷以及減少蛋白尿產(chǎn)生[29]。Guo等[30]研究發(fā)現(xiàn)，使用ROS抑制劑Tempo以及P38MAPK抑制劑 SB203580可阻斷高糖激活巨噬細(xì)胞分泌TNF-α觸發(fā)的足細(xì)胞凋亡，阻斷ROS-p38MAPK通路是限制足細(xì)胞凋亡和延緩糖尿病腎病進(jìn)展的有效治療選擇。

2.炎癥增加炎性介質(zhì)的釋放 DKD時大量的炎性細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞等被活化并釋放一系列的炎性介質(zhì)，如IL-1、IL-6、TNF-α、干擾素γ(interferon-gamma-γ，IFN-γ)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、細(xì)胞間黏附因子1(intercellular adhesion molecules-1，ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附因子1(vascular cell adhesion factor-1，VCAM-1)、脂肪因子等[31]。DM中AGEs產(chǎn)生增多，通過糖基化終末產(chǎn)物受體(advanced glycosylation end product-specific receptor，RAGE)/NF-κB信號通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞遷移并釋放炎癥因子TNF-α及IL-1β，進(jìn)一步促進(jìn)ICAM-1、VCAM-1的表達(dá)及增加腎小球內(nèi)皮細(xì)胞通透性[32]。此外，高糖可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞中Nod樣受體蛋白3(NOD-like receptor family，pyrin domain-containing protein 3，NLRP3)炎性小體活化，活化的NLRP3通過caspase1-GSDMD凋亡途徑誘導(dǎo)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，同時釋放大量促炎因子如IL-1β、IL-18[33]。Jiang等[34]在實驗中發(fā)現(xiàn)磷酸化的p38MAPK可以磷酸化熱休克蛋白27(heat Shock Proteins，Hsp-27)，增加促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-6的表達(dá)，誘導(dǎo)炎性級聯(lián)反應(yīng)增加細(xì)胞損傷，證實了白果內(nèi)酯(bilobalide)可以通過抑制p38MAPK磷酸化來抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生進(jìn)而減少細(xì)胞的死亡。此外，張曉雪等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在高糖刺激腎小球內(nèi)皮細(xì)胞前加入p38 MAPK特異性抑制劑，可明顯降低IL-6及TNF-α表達(dá)。

3.參與RAS系統(tǒng) 在DKD中，RAS系統(tǒng)被激活，血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，Ang Ⅱ)生成增加，其可通過改變腎臟血流動力學(xué)、誘導(dǎo)胰島素抵抗、促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞基質(zhì)合成增加，最終導(dǎo)致腎臟細(xì)胞的肥大、毛細(xì)血管壓增高、炎癥、凋亡等[36-37]，其中血管緊張素轉(zhuǎn)換酶-血管緊張素Ⅱ-AngⅡ1型受體(ACE-AngⅡ-AT1R)軸發(fā)揮關(guān)鍵作用，AngⅡ激活A(yù)T1受體，進(jìn)一步通過血流動力學(xué)作用增加血管的張力升高血壓，增加腎小球囊內(nèi)壓力，同時相對收縮腎小球出球小動脈，進(jìn)一步增加腎小球內(nèi)壓力，進(jìn)而加快腎臟病變進(jìn)展。此外，AngⅡ可以通過激活MAPK磷酸化過程，增加促炎癥介質(zhì)、促纖維化介質(zhì)的表達(dá)和釋放如TGF-β、MCP-1、纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)等，導(dǎo)致腎小管間質(zhì)成纖維細(xì)胞的增殖、分化以及大量單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞浸潤，細(xì)胞外基質(zhì)合成增多、降解減少，從而加速腎臟病變的發(fā)展[38]。Ang Ⅱ?qū)ψ慵?xì)胞也具有增加ERK1/2 和蛋白激酶B(protein kinase B，PKB或Akt)磷酸化以及細(xì)胞肥大作用，并且高糖刺激和Ang Ⅱ具有協(xié)同效應(yīng)[39]。Limei等[40]研究發(fā)現(xiàn)，使用p38MAPK抑制劑SB203580可減弱ACE2表達(dá)的下調(diào)以及用骨化三醇孵育細(xì)胞可顯著抑制p38 MAPK和ERK磷酸化，并在高糖刺激下有效減弱ACE上調(diào)和ACE2下調(diào)，證實骨化三醇可能通過p38 MAPK通路，發(fā)揮在DKD中的腎保護(hù)作用。

四、p38MAPK抑制劑的應(yīng)用

首先被發(fā)現(xiàn)的p38MAPK抑制劑是吡啶咪唑類藥物如SKF-86002、SB203580和SB202190，其原理是競爭性地結(jié)合在ATP結(jié)合位點上，使p38MAPK失去了與ATP結(jié)合的能力，導(dǎo)致p38MAPK失去激酶活性。除此以外，例如BIRB796等新型抑制劑能夠通過重新改變p38MAPK激酶的構(gòu)型從而起到抑制p38MAPK與ATP的結(jié)合[41]。Jung等[42]研究發(fā)現(xiàn)在DKD大鼠模型中使用p38MAPK抑制劑FR167653，能改善腎小球中纖維連接蛋白與膠原蛋白結(jié)合蛋白的比例和蛋白表達(dá)，起到對腎臟的保護(hù)作用。Kojonazarov[43]發(fā)現(xiàn)p38MAPK抑制劑PH797804可減少心臟成纖維細(xì)胞中TGF-β誘導(dǎo)的膠原蛋白生成，抑制心肌纖維化。但由于P38MAPK抑制劑具有非特異性、不良反應(yīng)大，尚無安全應(yīng)用于臨床的案例。研究證實，多種單味中藥及其提取物可直接或間接的抑制DKD模型鼠中p38MAPK的表達(dá)如大黃素可以抑制高糖誘導(dǎo)的纖維連接蛋白表達(dá)與P38MAPK活化[44]。雷公藤多苷、白藜蘆醇等能夠降低實驗DKD大鼠腎組織TGF-β、P38MAPK的表達(dá)，減少24 h尿蛋白、血肌酐、血尿素氮[45-46]。中藥具有整體治療優(yōu)勢，但其具體調(diào)控機(jī)制、反饋機(jī)制如何進(jìn)行以及其他信號通路可能存在的聯(lián)系需要進(jìn)一步研究。

五、小結(jié)與展望

p38MAPK是細(xì)胞信號通路的交匯點，對于調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝、分化、增殖、凋亡等具有重要作用。在DKD中，p38MAPK可以被多種因子激活，發(fā)揮復(fù)雜多樣的生物學(xué)效應(yīng)，可以促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，增加炎性介質(zhì)的釋放，調(diào)節(jié)RAS系統(tǒng)，調(diào)節(jié)ACE及ACE2表達(dá)，影響腎小球系膜外基質(zhì)的形成與降解來影響DKD的進(jìn)程。因此，將抑制p38 MAPK信號通路作為治療靶點有望成為未來的研究熱點，現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)在動物模型中p38 MAPK抑制劑能夠有效抑制p38 MAPK信號通路，發(fā)揮延緩腎臟疾病進(jìn)展作用。隨著科學(xué)研究進(jìn)展，新型p38 MAPK抑制劑有望安全應(yīng)用于臨床，同時中藥以多成分、多靶點的作用特點在新藥開發(fā)中可能發(fā)揮重要作用。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突