p38分裂原激活蛋白激酶在小肠缺血再灌注损伤中的作用研究进展

欧阳军 李玺 张召辉

小肠缺血再灌注损伤(intestinal ischemia-reperfusion injury,IRI)作为一种常见的病理变化过程，临床多见于创伤、失血性休克、脓毒血症、肠系膜血管缺血性疾病及器官移植手术等病理状态下[1]，病理损伤机制较为复杂。目前对于IRI病理变化过程的细胞信号通路分子机制研究成为热点。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPKs)是细胞内重要的信号转导系统，在创伤、感染、失血再灌注导致的炎症反应发展过程中有重要作用，是引起器官损伤的关键因素[2]，其中p38分裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase,p38MAPK)信号通路因激活后可磷酸化不同的底物，在促炎细胞因子生成、细胞骨架重构、细胞凋亡等多方面都发挥着重要的作用，成为各个脏器IRI研究中的热点。本文就p38MAPK在IRI中的相关作用作一综述，以便为更好地防治IRI提供新思路。

一、MAPK信号通路组成

MAPK是广泛存在于动植物细胞中的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，通过将细胞外刺激信号转导至细胞及其核内，从而参与细胞的生长、发育、分化、应激、凋亡等一系列生理病理过程[3]。目前研究已确定出4条MAPK信号转导通路：细胞外信号调节蛋白激酶、c-Jun氨基末端激酶/应激活化蛋白途径、p38MAPK和细胞外信号调节蛋白激酶5/大丝裂素活化蛋白激酶1。在生物进化过程中，MAPK信号转导的三级激酶级联高度保守，经典级联反应包括3个蛋白激酶的序贯激活：MAPK激酶激酶→MAPK激酶→MAPK。不同的细胞外刺激活化不同的MAPK通路，作用于不同的底物，引起特定的细胞生物学反应，同时这几条通路也可产生相互协同或抑制作用。

二、p38MAPK信号通路概况

1．p38MAPK结构及亚型 哺乳动物p38MAPK的家族成员包括p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ和p38δ六个亚型。这些不同的亚型60%的氨基酸序列是相同的，且p38MAPK亚族所有成员都有“T-G-Y”三肽序列，但是不同的亚基也有各自不同的表型及底物特异性。p38α表达较广泛，在白细胞、肝、脾、骨髓、甲状腺及胎盘中都有较高的水平，p38β主要在脑和心脏中高表达；p38γ的表达主要在骨骼肌；p38δ的表达主要分布在肺、肾、肠及内分泌器官中。

2．p38MAPK的激活及生物学效应 研究证实，p38MAPK信号通路不仅可以被各种应激刺激(缺氧、紫外线、内毒素、热休克等)、脂多糖及革兰阳性细菌细胞壁成分所激活，也能够被多种细胞因子活化，如肿瘤坏死因子α(TNF-α)，白细胞介素1(IL-1)等。p38MAPK具有与其他3种MAPK亚族不同的三肽基结构，此结构是定位于p38MAPK分子中Ⅶ和Ⅷ结构域间的连接成分，由双磷酸化位点(T、Y)和中间氨基酸(X)构成。p38MAPK的活化需要三肽基结构中双磷酸化位点(T、Y)的双磷酸化。p38MAPK通过多级激酶的级联反应把细胞外信号向细胞内传递，通过逐级磷酸化最终引起p38MAPK活化：ASK1(属于MAPKKK成员)→MKK3/6(属于MAPKK成员)→p38MAPK。激活后p38MAPK由细胞质移位到细胞核，激活下游各种激酶及控制多种转录因子基因的表达活性，从而产生一系列的生物学效应，包括细胞周期的调控、细胞因子产生、细胞骨架识别、细胞凋亡等[4]。

3．p38MAPK信号通路阻断、灭活及相关抑制剂 p38MAPK信号通路的灭活与激活一样，均受到严格的调控，是由二元的特异性蛋白磷酸酶对MAPK家族活性环上关键的苏氨酸和酪氨酸残基去磷酸化致应激-激酶途径的钝化而实现的，而对于信号通路的研究多数通过特异性或非特异性阻断剂阻断相应的信号通路，检测信号转导通路相关因子的表达，从而研究相应信号通路的生物学作用。p38MAPK信号通路阻断剂种类繁多，根据化学结构不同主要可以分为2类，最常见的是吡啶咪唑芳基杂环类化合物，常用的有SB203580、SB220025、SB216995等。目前已经有部分抑制剂进入临床试验阶段。

三、p38MAPK与小肠缺血再灌注损伤

肠道作为外科应激反应的中心器官[5]以及最大的细菌库和淋巴库，在临床中缺血再灌注不仅会导致局部组织出现结构损伤、吸收功能下降，而且可使肠黏膜屏障功能受损，肠腔内细菌及内毒素移位，引起远处器官的结构及功能继发性损伤，致多器官功能障碍甚至多器官功能衰竭，小肠因此也被认为是严重应激过程中各脏器病理损伤的“发动机”。氧自由基损伤、细胞内钙超载、线粒体损伤、细胞因子的生成、凋亡基因的过度表达等缺血再灌注引起小肠损伤病理机制中很多有p38MAPK信号通路的参与。

1．p38MAPK与氧化应激 小肠在经历缺血、缺氧时，细胞内三磷酸腺苷转化为次黄嘌呤，而当恢复血供、氧供后，次黄嘌呤氧化为黄嘌呤，后者被黄嘌呤氧化酶氧化，产生大量氧自由基。正常情况下，机体能够通过抗氧化机制消除氧化应激带给机体的损伤，从而起到保护作用。但在二者失衡的状态下，氧化应激会因脂质过氧化，破坏肠黏膜细胞结构，并最终促使细胞凋亡，其中一条途径便有p38MAPK信号通路的参与。研究发现，过多的活性氧物质(ROS)释放氧化还原信号通路，激活下游信号分子，其中包括p38MAPK，并进一步影响转录因子活性，从而产生相应生物效应[6]。因而，通过缺血后处理、p38MAPK抑制剂SB203580等干预方式能够通过阻断p38MAPK表达、减少氧自由基的释放起到增加细胞存活率的作用[7]。

2．p38MAPK与炎症细胞因子 IRI能够诱导单核巨噬系统释放一系列的炎性细胞因子，激活p38MAPK信号通路，引起下游相应的信号启动并产生广泛的病理生理效应，通过“级联”程序调控细胞因子和应激引起的细胞反应来快速实现信号传递，造成炎症反应的“级联放大”，促使效应细胞分泌各种炎症细胞因子(TNF-α、IL-1、IL-4、IL-6、IL-8、IL-12等)。与此同时，细胞因子与相应受体结合又对p38MAPK形成正反馈效应，进一步增加炎症因子的表达。田野等[8]研究发现通过抑制p38MAPK信号转导通路的活化能够有效减少IL-1β、TNF-α等炎症细胞因子的释放，减轻组织损伤，说明p38MAPK信号通路的激活与炎症细胞因子的产生密切相关。

3．p38MAPK与肠黏膜屏障功能 肠道屏障由机械屏障、化学屏障、免疫屏障及生物屏障共同构成，其中以小肠机械屏障最为关键，而紧密连接又是其中最为重要的结构。紧密连接蛋白由occludin蛋白、claudin蛋白、zonula occludens蛋白(ZO-1)、连接黏附分子组成。这些蛋白表达量及组织分布的变化直接影响着肠黏膜屏障功能。炎症细胞因子是影响紧密连接蛋白表达的一个重要因素。Feng等[9]通过建立全胃肠外营养发现TNF-α能够通过影响TNFR1和TNFR2信号通路而降低肠黏膜上皮紧密连接蛋白的表达。同时，也有研究表明通过应用p38MAPK抑制剂，能够有效降低肠黏膜促炎因子产生，并进一步缓解肠黏膜屏障损伤[10]。因而，p38MAPK信号通路可能通过促进炎症细胞因子的释放，进而使得紧密连接蛋白表达减少而引起肠黏膜屏障损伤。

4．p38MAPK与细胞凋亡 细胞凋亡过程实际上是Caspase不可逆的有限水解底物的级联放大反应过程，目前研究发现细胞凋亡主要有两条途径：死亡受体/Fas途径和线粒体途径，其中Caspase-8介导死亡受体/Fas途径，Caspase-9介导线粒体途径，且均由Caspase活化而启动[11]。Caspase-8、Caspase-9下游分子为Caspase-3，是Caspase家族中最关键的效应蛋白酶，是发生凋亡的标志酶。在IRI中，激活的p38MAPK是凋亡程序启动因子，通过细胞信号核内转移，激活Caspase-3的活性，启动凋亡通路。但也有研究表明p38MAPK信号通路能够拮抗细胞的凋亡，起到相应保护作用，可能与p38多种亚型所表现出的不同效应有关，有待进一步研究。

5．p38MAPK与脏器缺血预处理、缺血后处理 缺血预处理(ischemic preconditioning,IPC)是在脏器、组织经历长时间缺血/再灌注前进行一次或多次短暂缺血/再灌注过程从而启动机体内源性保护机制，增强对IRI的耐受能力，IPC的保护作用已经在心、脑、肾、小肠等各器官得到证实[12-14]。与IPC不同，缺血后处理(ischemic postconditioning,IPO)是指在器官和组织再灌注前短暂、多次再灌注、阻断，是一种更合理、更有效的再灌注方法。研究发现[15-16]，IPC及IPO能够下调p38MAPK磷酸化水平，从而减轻炎症细胞聚集及细胞凋亡。然而，有些文献报道IPC、IPO对机体的保护机制可能是通过上调p-p38MAPK表达水平发挥作用的[17-19]。出现这些不同观点的原因，除了所用实验物种差异之外，与p38MAPK具体亚型不同有关。最近研究表明，p38α、p38β两种不同亚型在细胞凋亡中的作用相反，p38α主要起到促进细胞凋亡作用，而p38β则是抑制细胞凋亡，促进细胞增殖修复[20-21]。

四、展望

p38MAPK信号通路在细胞因子产生、细胞凋亡、转录调节及IRI中起重要作用，临床多种疾病的发病机制与p38MAPK信号通路有着密切联系。同时，由于在不同的刺激强度下及刺激后的不同时间点，p38MAPK的表达量及所发挥的作用也可以完全不同，因而，p38MAPK信号通路的复杂性也需要引起重视。目前，随着人口进入老龄化阶段，血栓性疾病的发生明显增高，再加上小肠、肝脏等脏器移植手术，小肠IRI不可避免，研究其发病机制并进一步提供相应的抗损伤策略很有必要。同小肠IRI一样，因门静脉的阻断和开放所造成的小肠组织的淤血再灌注损伤也成为近来研究的热点，并且研究发现肠道淤血较肠道缺血对于肠道的屏障损伤更为严重，损伤后恢复更为缓慢，但其具体相关机制还不清楚，尤其是信号通路方面的研究则更少。虽然参与这些机制的相关细胞因子间相互之间关系比较复杂，但进入细胞内的信号通路比较少，如能对其进行有效阻断和调节，即可实现对炎症因子表达的调控。相信，随着研究的深入，小肠缺血、淤血后再灌注损伤的信号通路机制及产生的生物效应将更加清楚，相关通路的效应剂或抑制剂也必将更广泛的应用于临床，从而减轻小肠缺血、淤血再灌注造成的机体损伤。

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