p38MAPK在成骨细胞中的表达及其机制的研究进展

王 龙(综述)，刘长剑，汤 欣(审校)

(大连医科大学附属第一医院创伤骨科，辽宁 大连 116021)

p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase，p38MAPK)是由Han等用内毒素刺激哺乳动物细胞，从中分离纯化的酪氨酸磷酸蛋白酶,是细胞对外界信号，尤其是应力刺激产生应答的重要调节器,能够调节细胞增殖、分化、凋亡、附着和迁移等活动，还可对应激和代谢通道产生应答[1]。在骨髓间充质干细胞中，由软骨细胞因子激活后，在骨骼重建及修复过程中发挥重要作用，是骨形成的重要调节器[2]。p38MAPK有4种亚型，即p38MAPKα、p38MAPKβ、p38MAPKγ和p38MAPKδ。关于p38MAPK信号途径的生物化学研究已经有了很深入的讨论[3]。该文将主要讨论p38MAPK的生物学作用，在成骨细胞中的相关作用底物及调节机制。

1 p38MAPK在成骨细胞中的生物学特性

在p38MAPK的4个亚型中，只有p38MAPKα和p38MAPKβ对常用的抑制剂SB203580敏感，SB203580能够在体外抑制成骨细胞分化的早期阶段[4-5]。2012年，Thouverey等[6]证明了p38MAPKα在长骨矿化中的作用。为研究p38MAPKα和p38MAPKβ有重叠的或者不同的作用，将p38MAPKβ的编码序列导入p38MAPKα的部位，发现p38MAPKβ并不能对p38MAPKα的产生起作用[7]。

近期的研究发现，p38MAPK能够通过成骨细胞调节骨的形成，证明其在骨量调节中是中心信号传感器[8-9]。有研究证实，适当的应力刺激低能体外冲击波可通过激活p38MAPK促进成骨细胞增殖，Ⅰ型胶原蛋白表达，碱性磷酸酶增加[10]。Wang等[11]的研究显示，用应力刺激低能体外冲击波作用于体外培养的骨髓间充质干细胞，30 min后激活细胞内丝裂原活化蛋白激酶信号转导系统，3 h后促进骨髓间充质干细胞向骨原细胞分化，并诱导转化生长因子β1表达；2 d促进细胞增殖；6 d碱性磷酸酶表达增加，细胞内特异性核转录因子和Ⅰ型胶原蛋白的合成增加；12 d后骨钙蛋白的合成增加，最终骨小节诱导形成。此外，p38MAPK能够通过促进破骨细胞的分化来影响骨量，核转录因子激活蛋白1(amphipathic protein-1，AP-1)在这些作用中是关键的调节器[12]。p38MAPK在调节软骨细胞增殖过程中也起着关键作用，在关于软骨形成和软骨细胞分化的报道中，被证明起促进调节的作用，但其具体作用仍然存在争论。

2 p38MAPK的表达及其调节机制

2.1激活p38MAPK的上游激酶 p38MAPK通过丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen activated protein kinase kinases，MKK)激活，p38MAPK的亚型中存在双重磷酸化位点，主要通过MKK3和MKK6激活，两种MKK有80%的同源性，其中MKK6能够激活所有4个亚型，而MKK3能够激活除p38MAPKβ外的其他3个亚型[13]。因此可推断出，p38MAPK的上游激酶能够在不同程度上对其激活进行调节。p38MAPK的激活是由多种调节物进行调节的，并且通过上游调节物的不同结合共激活。在p38MAPK的活化过程中，有包含转化生长因子β激活蛋白激酶1结合蛋白在内的参与，其激活是通过其与TAB1相互作用从而使p38MAPKα自磷酸化实现的。需要注意的是，有研究发现，在骨髓间充质干细胞中，p38MAPK如果在早期激活能促进成骨细胞分化，如果在晚期激活则分化为其他的细胞[14-16]。

2.2p38的蛋白激酶作用物 激活的蛋白激酶(MAPK-activated protein kinase，MK)2是第一个被发现的p38MAPKα的作用物，MK2及与其关系紧密的家族成员MK3都能够激活多种作用物，如热激蛋白27、转录因子、酪氨酸羟化酶等。另一种p38MAPK的激酶作用物是MAPK信号整合激酶1，能够激活真核生物启示因子4e,从而诱导翻译的发生。p38MAPK调节/激活蛋白激酶是一类p38MAPKα或p38MAPKβ激活的激酶，与MK2有20%～30%的序列一致性，并且能够调节热激蛋白27[17]。p38MAPK可激活促细胞分裂和应激激活蛋白激酶1,也可通过p38MAPK组成成分OCA-S调节组蛋白2B促进剂S期活化[18]。

2.3由p38MAPK激活的转录因子 当细胞受到外界刺激时，p38MAPK能够对转录因子起到相关的调节作用[19]。转录因子具有多种作用，包括通过p38MAPK发生磷酸化及随后发生的激活作用。如激活转录因子1、转录因子2、转录因子6，生长组织以及DNA破坏可诱导基因,肌细胞增强因子2C、肌细胞增强因子2A等。作为一种重要的顺式作用元件，AP-1受到p38MAPK的影响是通过多种机制实现的。转录因子2能够与Jun家族转录因子形成异二聚体，从而直接与AP-1结合位点相结合[20]。另外一个机制与AP-1的组件c-fos有关，c-fos依赖于SRE，而SRE能够与三元复合因子结合。三元复合因子由Sap-1a组成，而Sap-1a是一种通过p38MAPK磷酸化的蛋白质。因此，p38MAPK能够间接地调节AP-1的活性。

2.4通过p38MAPK途径的基因调节 通过对MKK3、MKK6无活性和稳定性突变体及p38MAPK抑制剂SB203580的使用，证明很多基因都是通过p38MAPK途径调节的。这些基因包括细胞因子、转录因子及细胞表面受体。因此，p38MAPK能够在转录水平上调节基因的表达，转录后炎症性基因表达的调节也与该途径有关[21-22]。当蛋白合成被p38MAPK抑制剂抑制时，肿瘤坏死因子α和白细胞介素1β的信使RNA水平的稳定状态有较少甚至没有变化，这证明了p38MAPK在转录物转录中的作用。研究证实，当肿瘤坏死因子α的信使RNA稳定状态保持不变时，MK2敲除的小鼠表现出该蛋白合成受抑制[23]。

3 p38MAPK在成骨细胞中与其他途径之间的相互作用

3.1p38MAPK与ERK、JNK的相互作用 在MAPK家族中，除p38MAPK外，研究最多的种类为细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)和c-Jun N端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)。有研究发现，在转化生长因子β活化激酶1缺失的成骨细胞中，p38MAPK活性降低的同时伴随着JNK和ERK活性的增加[8]。同样，用MAPK激酶抑制剂U0126抑制ERK的活性，能够诱导p38MAPK的激活，而用p38MAPK抑制剂SB203580则能够诱导ERK的激活[24]。通过MKK6的活性突变体引起的p38MAPK的激活，或者通过MKK-1的活性突变体使ERK激活的同时，也引起了其他途径基本功能活动的减少。同样，交叉调节作用在其他系统中也有所研究，并认为是通过包括磷酸酶诱导在内的很多不同机制发生的[25]。

类似于ERK，p38MAPK途径在成骨细胞分化中发挥的作用，部分是通过核心结合蛋白因子2(runt-related transcription factor-2，RUNX2)的磷酸化实现的。磷酸化作用通过增加与转录辅激活物(cAMP-response elementbindingprotein，CREB)结合蛋白的结合来增加RUNX2的转录活性。因此，包括RUNX2、CREB的复杂组装依赖于MAPK的活化作用[26]。有研究证实，在骨量调节中RUNX2、CREB在功能上能够相互影响[27]。

尽管在成骨细胞中有未知的反馈机制导致p38MAPK、ERK和JNK之间起到相互拮抗的作用，但是下游的转录应答基本活动则能够在不同的MAPK途径之间起到相互协同的作用。ERK和p38MAPK都能够通过局部位点的磷酸化来调节RUNX2，进一步增加ERK和p38MAPK的活性从而起到协同作用。在这种情况下，与成骨细胞分化的后期相比，在分化早期，RUNX2相关条件的等位基因片段缺失可能会导致成骨细胞生长阶段这些途径的变化。

3.2p38MAPK与Wnt信号途径之间的作用 MAPK途径之间不仅能够进行交叉调节，还能够在多种平行的信号途径之间相互作用，其中Wnt信号途径与MAPK有紧密的联系。人类无法分泌Wnt途径硬骨素的抑制剂，从而导致在遗传障碍性硬化性骨化病中骨量呈渐进性增加。p38MAPK、ERK、JNK都能够使低密度脂蛋白受体相关蛋白6在细胞内磷酸化[28]。这种磷酸化作用能够交替促进所有Wnt/β联蛋白信号途径的活性，表明低密度脂蛋白受体相关蛋白6的磷酸化使MAPK生长因子调节的激活作用与Wnt信号途径的作用相耦合。因此，p38MAPK、JNK、ERK都能够与Wnt信号途径在多种位置相互作用，从而促进相关途径的活性。然而这些研究都没有在成骨细胞中进行，这对研究这些机制是如何影响骨生长是非常关键的。

4 结 语

p38MAPK可能是骨折治疗药物促进骨折愈合的潜在性靶点，在骨折手术后配合相关治疗，可促进骨折愈合并为评估预后提供临床参考价值。因此，对p38MAPK在成骨细胞的分化、增殖过程中的表达及作用机制更深入的认识是今后研究的目标，应在现有研究的基础上更进一步，为骨折愈合提供更加充分的理论依据。

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