ERK和JNK信号转导通路与疾病关系的研究进展

刘 启（综述），赵志英（审校）

（包头医学院人体解剖学教研室，内蒙古包头 014060）

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路在信息从细胞外传递到细胞核内的过程中发挥重要作用，随着对细胞信号转导机制的不断深入研究，MAPK信号转导通路逐渐受到科研工作者高度重视。目前已确定有4条MAPK信号转导通路，即细胞外调节蛋白激酶（extra cellular regulated protein kinases，ERK）转导通路、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）/应激活化蛋白激酶转导通路、ERK5/大丝裂素活化蛋白激酶转导通路和p38 MAPK（p38 mitogen activated protein kinases，p38 MAPK）［1］。其中ERK 与 JNK 是MAPK 家族的重要成员，两者能应答多种胞外刺激，如应激刺激、分裂素、生长因子、肿瘤坏死因子等而参与调节增殖、运动、死亡及DNA损伤修复等多个细胞生命过程，ERK、JNK信号功能的失调与神经退行性疾病、慢性炎症、出生缺陷、癌症等多种疾病的发生直接相关。

1 JNK信号转导通路

JNK信号通路是MAPK中重要的通路之一，它主要位于胞质，包含双磷酸化功能区（由3种氨基酸 Thr、Pro和 Tyr组成）与c-Jun N端的活化区结合并使其第63、73位丝氨酸残基磷酸化，JNK的活化是通过氨基末端残基磷酸化实现的，如果被激活，胞质中的JNK将会移位到细胞核中。在脊椎动物JNK由JNK1、JNK2、JNK3所组成，分别由JNK1、JNK2、JNK3基因编码。JNK1和JNK2在组织中广泛表达，而JNK3仅在脑、心和睾丸中表达。JNK通路调节因子可归纳成三大类，即上游调节因子、下游调节因子和支架蛋白。上游调节因子中亚型多样性的MAPKKK（MAP kinase kinase kinases）有助于JNK通路特异性应答胞外刺激信号，MAPKK（MAP kinase kinases）作为受JNK转录调节的靶蛋白，可行使JNK通路下游调节因子的功能［2］。支架蛋白如 JIP-1（JNK-interacting protein 1）、JBD（JNK-binding domain），、β-arrestin及果蝇中的 POSH等能与特定的MAPKKK、MAPKK、JNK等相互作用，形成功能性复合体，从而在调控JNK通路上发挥重要作用［3］。同时上述三个层面的调控保证了JNK信号通路能有效且特异地传递应答胞外的多种刺激信号而参与调节多个细胞生命过程。

2 ERK信号转导通路及组成

ERK信号转导通路是由蛋白激酶C或Ras传递的信号触发，然后激活Raf进而启动包括丝裂原活化蛋白激酶激酶（MAP kinase kinase MEK）及ERK活化的级联反应。当外界刺激物与受体结合形成复合物后再与Ras-鸟苷二磷酸结合，促使三磷酸鸟苷取代Ras上的鸟苷二磷酸而活化Ras。活化的Ras作为衔接蛋白与Raf结合，将Raf从细胞质转移到细胞膜，Raf被 Raf激酶激活后，其 C端催化区域能与MEK结合，并使MEK催化区中Thr和Ser磷酸化，从而使MEK激活。MEK可使ERK的酶催化区域的TXY基序磷酸化而活化ERK整个信号通路下游的核心。激活的ERK停留在胞质中，促进细胞质靶蛋白磷酸化或调节其他蛋白激酶的活性，同时可使细胞骨架成分磷酸化，调节细胞形态及骨架的重分布;如果被激活的ERK进入细胞核，则会通过磷酸化转录因子，调控基因的表达，从而调节细胞由G1期向S期过渡，参与细胞增殖与分化的调控［4］，另外中枢神经系统的ERK信号通路还对脑内突触可塑性和学习记忆的形成起到重要作用。被激活的ERK在细胞质或细胞核中通过上调或下调核因子κB、蛋白激酶B、c-myc、细胞周期蛋白D1、p21、Bcl-2等蛋白的表达进而产生生物学效应［5］。

3 JNK信号通路在疾病中的作用

JNK在生理及疾病中有着非常重要的作用，JNK3的表达与神经元凋亡关系十分密，抑制JNK的活性可以抑制神经元的凋亡［6，7］，在动物模型中β淀粉样蛋白可明显诱导海马神经元凋亡，同时磷酸化JNK阳性细胞数明显增多，表明JNK信号转导通路参与了β淀粉样蛋白的神经毒性损伤作用，而且与海马神经元凋亡关系密切［8］。Jiang等［9］在对新生大鼠海马和皮质缺血/缺氧的研究中发现，二氮嗪预处理能抑制细胞核JNK的底物c-Jun蛋白的表达增加，二氮嗪能够抑制JNK的表达而减低缺氧复氧后大鼠海马神经元的凋亡。缺氧缺糖或复氧复糖模型能够很好地从整体水平反映脑缺血的许多病理生理特征。叶冬青等［10］研究发现，黄芪注射液可抑制缺氧缺糖/复氧复糖大鼠海马神经元凋亡相关基因JNK3 mRNA表达，从而抑制JNK3蛋白表达，降低了JNK3蛋白活性能够减低缺氧缺糖/复氧复糖引起的大鼠海马神经元凋亡，另外，发现缺氧缺糖/复氧复糖后120 h后JNK3的表达与正常组相比无显著性差异，原因可能是由于磷酸化的JNK3半衰期为48 h。以上说明JNK信号转导通路与神经退行性病变或其他神经系统相关疾病有着密切联系。最新研究认为，活性氧簇清除剂和一氧化氮合成酶抑制剂保护耳蜗免受声损伤的作用，是由于阻止了螺旋韧带成纤维细胞中JNK信号通路的激活以及下调了接合素26［11］，应用 JNK 抑制剂 CEP-1347进行干预，可以减轻噪声造成的听力损伤［12］。对于JNK与肿瘤的关系目前存在争议，有学者认为JNK能够促进肿瘤的形成，癌细胞过度表达P糖蛋白存在低水平的内源性JNK激活，在人工合成的二萜醌类化合物沙尔威辛下调P糖蛋白中c-Jun起到了关键作用［13］。但Winn等［14］对外非小细胞肺癌的体外研究发现，JNK激活能抑制肿瘤形成、维持上皮分化和抑制变异细胞生长。丁涛等［15］在研究食管癌变过程中发现JNK的表达呈增高趋势，但食管鳞状细胞癌中JNK/p-JNK的表达均随肿瘤分化程度降低而降低。低密度脂蛋白受体相关蛋白1能够抑制JNK信号转导途径促进癌细胞的浸润［16］。Yan 等［17］发现，组织 JNK1、JNK2和JNK3表达与肝癌细胞的多药耐药的程度呈负相关，JNK蛋白表达增加对肝癌细胞的浸润以及多药耐药可能存在抑制作用。

4 ERK信号通路在疾病中的作用

Trop2是细胞表面的糖蛋白，属于肿瘤相关钙信号转导蛋白基因家族，Cubas等［18］研究发现，在Panc02小鼠胰腺癌细胞中Trop2表达能够增加磷酸化ERK1/2的水平，进而增加细胞周期蛋白D1和E的水平，以及下调p27来影响细胞周期进程。丙戊酸钠可以调节多种癌症相关的进程，同时丙戊酸钠可以调节ERK的磷酸化水平［19］，推断这可能与其影响多种癌症相关的进程有关。Dong等［20］研究发现，人脑胶质瘤细胞U87MG中CD133过度表达能够促进ERK的磷酸化，说明CD133与激活MAPK/ERK信号转导途径有关。在肿瘤细胞浸润过程中，存在低密度脂蛋白受体相关蛋白1介导ERK信号转导通路的激活［16］。以上研究说明在肿瘤的发生以及浸润过程中ERK信号转导通路可能是其主要机制。大量临床研究报道ERK参与疼痛的产生，全麻药物有可能导致人健忘和记忆丧失，Kidambi等［21］研究认为，临床相关浓度的异丙酚诱导c-fos和下调Egr-1即刻早期基因的表达是通过MAPK/ERK通路实现的。帕金森病患者的黑质中磷酸化ERK的总量升高，磷酸化ERK的水平在阿尔茨海默病患者脑组织提取物中也升高［22］。在过度表达β-淀粉样蛋白的阿尔茨海默病动物模型海马中检测到慢性活化的ERK复合体，此外，ERK在细胞内的定位可能与神经变性有密切联系［23］。非典型抗精神病药物氯氮平对难治性精神分裂症效果比较显著，有研究认为持续给予一定剂量氯氮平能够促进小鼠前额叶皮层神经元中ERK的磷酸化，其机制可能与表皮生长因子受体介导有关［24］，因此，表皮生长因子及其受体与ERK之间的联系可能会成为今后治疗难治性精神分裂症的新靶点。在胰腺β细胞内表皮生长因子对存活素的调节是通过Raf-1/MEK/ERK途径，通过延长存活素蛋白的半衰期以及抑制泛素介导的蛋白酶体降解途径使存活素蛋白水平保持稳定［25］，这种机制对胰腺β-细胞功能的调节尤为重要。使用ERK通路抑制剂UO126作用于六亚甲基二乙酰胺诱导的小鼠白血病细胞结果发现，在细胞内的血红素和血红蛋白水平升高;而使用p38通路抑制剂SB202190作用于小鼠白血病细胞，结果为珠蛋白基因表达、血红素的合成和铁的吸收均减少，说明在六甲基烯二乙酰胺诱导珠蛋白基因表达和红细胞分化中ERK1/2和p38α/β激酶发挥拮抗作用［26］。热休克蛋白90能够激活PI3K/Akt和ERK1/2的信号途径，从而保护低氧及血清剥夺诱的大鼠间质干细胞凋亡［27］。MEK信号通路抑制剂PD98059能够抑制血管紧张素Ⅱ的表达，但这种作用不强，因此缺氧诱导血管紧张素Ⅱ的表达可能是由几种不同的途径活化引起的，ERK的途径是这些信号途径之一。多球壳菌素抑制ERK磷酸化上调肝脏载脂蛋白A-I表达［4］，表明多球壳菌素抗动脉粥样硬化的机制是通过这一途径实现的，这为冠心病的治疗及预防提供了新思路。

5 结语

JNK与ERK是MAPK家族中非常重要的两条信号转导通路，近些年研究非常深入，两者与细胞异常增殖和凋亡关系最为密切。由于疾病的发生发展是多因素参与的过程，而JNK与ERK两条信号转导通路在其中都起着关键作用。因此，以两者为分子治疗靶点，应用激活剂或抑制剂进行治疗能够获得很好的临床效果，尤其是在对抗肿瘤药物的开发和临床应用方面有着更广阔的前景。

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