p38丝裂素活化激酶与脑缺血性损伤关系的研究进展

顾莹辉，刘宏顺，戴海琳，冯姗姗（综述），冯雪丹（审校）

（保定市第二医院神经内科，河北保定 071000）

丝裂素活化激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK）级联信号转导途径是将细胞外刺激信号转导至细胞核，介导细胞产生反应的细胞信息传递共同通路［1］。MAPK被激活后，可使核转录因子和其他蛋白激酶等多种底物磷酸化，调节相关基因的转录，参与细胞生长、发育、分裂及细胞间的功能同步等多种生理过程，并在细胞凋亡、恶性转化等病理过程中起重要作用。目前已发现至少4种类型的MAPK途径在不同的生物反应中发挥作用。其中，p38 MAPK不仅在炎症、应激反应中具有重要作用，还参与细胞存活、分化和发育的过程［1］。

1 p38 MAPK的生物学特性

p38 MAPK 是1993年 Lennmyr等［2］发现的1种由360个氨基酸组成的酪氨酸磷酸化蛋白激酶，与酿酒酵母促分裂原蛋白激酶系统有同源性。目前已克隆出6种p38 MAPK亚型，分别是 p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ，p38 MAPKα 和 p38 MAPKβ在人类普遍表达，p38 MAPKγ主要在肌肉中表达，p38 MAPKδ主要在腺组织中表达。各亚型有许多相似之处，但这些激酶的上游激酶、下游底物及对不同p38 MAPK抑制剂SB203580反应不尽相同。因此，不同p38 MAPK的异构体对同一刺激有不同反应，不同的p38 MAPK信号通路在不同细胞中介导不同生物效应。

目前认为p38信号通路模式为促炎因子，如肿瘤坏死因子 α、白细胞介素（interleukin，IL）1及缺血/再灌注、高渗环境、热损伤、过氧化氢等应激刺激均可通过某种中间环节，激活丝裂原活化蛋白激酶激酶5，转而激活丝裂原活化蛋白激酶激酶3/6，使p38“T环结构”Thr-Gly-Tyr上的Thr（酪氨酸）和Tyr（苏氨酸）双位点磷酸化，p38被激活。激活的p38可进入细胞核或转移到其他部位，进而激活转录因子2/6、肌细胞增强因子2、核转录因子β、生长阻滞和DNA损伤诱导153、ETS样蛋白1和突触相关蛋白1等［3，4］，上述许多转录因子调节参与细胞反应的细胞因子，如肿瘤坏死因子 α、IL-1、IL-6、IL-8、血管细胞黏附分子1、诱导型一氧化氮合酶等的基因表达［5］。除此之外，p38还能激活细胞内的细胞骨架蛋白和一些蛋白激酶（丝裂原活化蛋白激酶激活蛋白2/3、p38调节/激活蛋白激酶、MAP激酶相互作用蛋白激酶1/2、有丝分裂原和被激活的蛋白质激酶1/受体蛋白激酶、核糖体S6蛋白激酶B等）。一些被磷酸化的激酶能进一步磷酸化低分子热休克蛋白，从而介导细胞骨架重构，调控细胞的分化、凋亡及多种细胞反应。

2 p38 MAPK在脑缺血损伤中的表达

各种脑缺血动物模型均证实，p38 MAPK在脑缺血后早期被激活，缺血区的胶质细胞和神经元表达增加，并表现出时间相关性，提示信号通路在脑缺血神经元死亡过程中发挥重要的调控作用。Sugion等［6］在沙土鼠短暂前脑缺血模型中发现脑缺血后5 min海马CA1区的p38活性即升高，再灌注15 min达峰值，后逐渐减少至消失。CA3区激活的p38活性在再灌注15 min时也升高，峰值在6 h出现，后逐渐减少，在12 h仍可检测到，缺血前注射SB203580可减少CA3区细胞死亡。Piao等［7］用沙土鼠制备全脑短暂缺血动物模型，发现p38α和p38β在海马区表达增强，p38α活性在缺血后第2天达到高峰，此后其活性逐渐下降，而p38β活性表现为迟发性和渐进性升高，p38β在缺血后第2天开始升高，在第4天时达到高峰，为对照组的2．9倍，并且此后几天能持续保持相同水平。p38α主要在小胶质细胞中表达，p38β主要在星形胶质细胞中表达。

3 p38 MAPK在脑缺血损伤中的作用

3．1 炎性反应 在体内和体外，p38既可被多种促炎细胞因子活化，启动后续的细胞炎性反应，还参与介导其他胞外信号引起的炎性细胞因子或炎性产物的表达和释放［8］。促炎的p38路径在细胞受到应激的早期发挥保护作用，但其进一步活化就会致使炎性细胞因子持续高水平表达，最终导致组织细胞损伤和功能障碍。Lennmyr等［2］在脑缺血核心区的巨噬细胞中可发现活化的p38 MAPK，提示p38可能参与脑缺血损伤时的炎性反应。St-Denis等［9］用脂多糖刺激大鼠巨噬细胞后，巨噬细胞内p38 MAPK磷酸化，抑制这一步磷酸化可减轻甚至完全阻断巨噬细胞内肿瘤坏死因子α的产生，说明炎性反应中肿瘤坏死因子α的产生与p38 MAPK激活密切相关。

3．2 自由基损伤 脑缺血/再灌注后造成的缺氧/高氧现象可以触发中枢神经系统神经元的氧化应激级联反应。氧自由基引起的脂质过氧化可引起细胞成分脂质-蛋白质之间相互交联，损伤神经元功能，还可损伤血管内皮细胞，引起血栓形成。

MAPK的4个家族对活性氧簇非常敏感，体内体外试验均能证明活性氧可激活p38 MAPK通路，引起细胞脂质过氧化或调节细胞凋亡相关基因而诱导细胞调亡。自由基清除剂乙酰半胱氨酸能显著抑制MAPK信号通路［10］。还原型辅酶Ⅱ氧化酶抑制剂和过氧化氢酶的过表达可阻断AngⅡ参与的p38 MAPK磷酸化。

3．3 凋亡 缺血性脑损伤后大量神经元发生迟发性凋亡。p38 MAPK信号通路的激活可导致神经细胞凋亡。Walton等［11］在沙土鼠双侧颈动脉堵塞7 min全脑缺血模型中发现磷酸化激活的p38在观察的47 d内均表达出高水平，高峰出现在缺血后第4天，导致神经元在1周左右发生凋亡样细胞死亡。Maroney等［12］在沙土鼠脑缺血模型发现，p38 MAPK及其底物转录因子2、丝裂原活化蛋白激酶活化的蛋白2在脑缺血后持续数天活化，缺血后3～4 d酶活性最高，同时海马区锥状神经元同期缺损最多，抑制p38活性可以显著抑制这些神经元的凋亡现象。

脑缺血后恢复脑血流可加重缺血脑组织的死亡，这种再灌注损伤主要以凋亡为主。Legos等［13］和Schauer等［14］研究发现，p38 MAPK 的激活是再灌注损伤引起凋亡的重要信号转导通路之一。p38 MAPK位于胞质内，被激活后进一步活化下游的转录因子、丝裂原活化蛋白激酶活化的蛋白激酶2，3及caspase家族成员。磷酸化的转录因子与顺式作用元件相结合，引起大量与凋亡有关的基因表达，与细胞延迟性死亡关系密切［15］。MAPK信号途径激活后启动细胞凋亡的详细机制，尤其是转录水平对相关基因的调控仍未完全阐明。

4 p38 MAPK特异性抑制剂的神经保护作用

p38 MAPK的特异性抑制剂是一类吡啶异咪哒唑化合物，包括 SB203580、SB2021090、SB206718、SK＆F86002和VK-19911等。这些抑制剂与p38结合，其侧翼的氟苯环伸入结合口袋中，并与结合口袋中的10个疏水性氨基酸以范德华力作用，使p38 MAPK失去与三磷酸腺苷结合的能力而失去激酶活性。最近，新一代的p38选择性抑制剂SB239063被确切地描述。SB239063以40 nmol/L的50%抑制浓度抑制p38的α和β亚型。相对于其他激酶包括胞外信号调节激酶、氨基末端激酶1和蛋白激酶Cα来说，SB239063对p38的选择性比目前常用的p38选择性抑制剂 SB203580要高2000倍［16］。SB239063能较好地通过血脑屏障，而对脑血流量、血流动力学及体温无影响。近年来，合成可供口服的特异性p38 MAPK抑制剂，动物实验证明能有效地抑制p38 MAPK 活性，且有很好的生物利用度［17，18］。

Legos等［19］在大鼠大脑中动脉线栓模型前1 h及大鼠大脑中动脉线栓模型后6 h给予口服不同剂量的SB239063，24 h后观察梗死体积及神经元缺损情况，发现SB239063有显著的剂量依赖性神经保护作用，并可明显减少梗死体积和神经元的缺损。

p38 MAPK抑制剂的神经保护作用机制尚无定论，可能为:① 减轻炎性反应。SB239063能够显著地抑制炎性细胞因子（如IL-1和肿瘤坏死因子［14］）的产生，从而抑制这些因子对炎性细胞尤其是中性粒细胞的浸润、聚集、活化和脱颗粒的促进作用。目前认为，这种特异性抑制剂在转录和转录后两个水平上都发挥调节作用。②抑制细胞凋亡。通过抑制p38 MAPK通路可显著减少大鼠脑缺血后海马C1区的凋亡神经元［20］。p38 MAPK抑制剂SB203580可抑制清除神经生长因子导致的大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤分化细胞株细胞凋亡。③抑制性氨基酸的细胞毒作用。在体外培养的神经元中，有效浓度的SB239063对轻至中度的兴奋性氨基酸细胞毒作用具有保护效果。④ 减轻自由基损伤。SB203580可以阻断一氧化氮通过刺激Bax流入线粒体而导致神经元细胞死亡的过程。⑤减轻脑水肿。减少水通道蛋白4、水通道蛋白29的表达，减轻脑缺血后的脑水肿。⑥直接的神经保护作用。在培养的大鼠脑组织中，SB239063对缺氧、葡萄糖缺乏等类似缺血的情况表现出直接的神经保护作用。

但也有少数学者持不同意见，Lennmyr等［21］制备大鼠大脑中动脉缺血模型，术前右侧脑室内注射SB203580并用磁共振成像检测脑缺血性损伤体积和血脑屏障破坏情况，研究发现缺血后1 d，SB203580干预组梗死体积比对照组显著增大，血管钆漏出（提示血脑屏障破坏）比对照组显著增多。因此，认为SB203580可能加重脑缺血损伤和增加血管通透性［22］。

5 展望

缺血性脑损伤的病理生理机制错综复杂，针对其中某一种或几种进行干预，往往达不到预期目的。近几年研究发现细胞外信号数量众多，但进入细胞内的通路却为数较少。在其中关键的信号转导水平进行阻断和调控，有望成为特效或高效治疗的切入点。p38 MAPK信号通路在缺血后脑损伤的过程中发挥至关重要的作用，成为研究的靶点。p38 MAPK抑制剂的研究尚处于初级阶段，新一代抑制剂的临床效果及对人体正常生理功能有无影响等问题有赖于大量实验来证实。

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