p38 MAPK及其在糖尿病肾病中的作用研究进展

梁泽智(综述)，祝胜郎(审校)

(1.深圳市南山区人民医院肾内科，广东深圳518052;2.广州医科大学，广州510089)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病的主要微血管并发症，也是引起终末期肾病和糖尿病患者死亡的常见原因之一。DN的发病机制十分复杂，近年来，人们对p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activited protein kinases，p38 MAPK)的认识不断深入，其在DN中的作用也逐渐被重视。p38 MAPK是MAPKs家族的重要成员，对于调节细胞代谢、分化、增殖、凋亡等具有重要作用。现就p38 MAPK信号通路及其在DN中的作用进行综述。

1 MAPKs

1.1 MAPKs家族 MAPKs属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是介导细胞外信号到细胞内的重要信号转导系统。几乎所有的真核细胞都有MAPK通路，它们共同调节细胞的基因表达、分裂、代谢、存活、凋亡和分化［1］。MAPKs超家族主要由细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)、c-Jun N端激酶/应激激活的蛋白激酶、p38 MAPK以及ERK5/大丝裂原活化蛋白激酶组成。该家族中每一种酶都有其亚型或同种型，它们可以被不同的因素激活，从而发挥各自的生物作用。

1.2 p38 MAPK信号通路 p38 MAPK于1993年由Brewster等［2］首次发现，是MAPKs超家族的一个成员，主要由360个氨基酸残基组成。1994 年，Han 等［3］首次从小鼠肝脏cDNA文库中筛选出编码p38 MAPK的基因，并证实了它的相对分子质量约为38 000。p38包括4个亚型:p38α、p38β、p38γ 和p38δ。它们的氨基酸序列有60%的相似性，但是表达方式不同［4］。4种p38由不同的基因编码，因此它们拥有组织表达特异性:p38α广泛表达于几乎所有的细胞和组织;p38β主要分布在大脑;p38γ主要分布在骨骼肌;p38δ则主要分布在内分泌腺［5］。组织表达的特异性和结构的差异性导致它们对底物具有选择性，体内外实验证明，p38α、p38β分别可以被 SB203580和SB202190复合物选择性抑制，然而p38γ和p38δ丝毫不受上述药物的影响［6］。

1.3 p38 MAPK的结构 大部分的MAPKs都有T-X-Y模块，T-X-Y模块高度保守，位于分子表面并靠近激活位点的“T环结构”(T-loop)上，它是一个三肽基，其中T代表苏氨酸，Y代表酪氨酸，X代表不同的氨基酸。不同MAPKs的T-X-Y模块的区别主要在于X部位的氨基酸，而X不同决定了其所对应的T环长度不同。p38 MAPK的X代表的是甘氨酸残基，因此其模块为T-G-Y。研究发现，MAPKs的激活需要T-X-Y上双位点的同时磷酸化［7］。

1.4 p38 MAPK的上游信号调节及下游底物 与其他MAPKs相同，p38 MAPK信号转导的激活途径也是保守的三级酶促级联反应:MAPK激酶激酶活化后，催化靶向的MAPK激酶活化环内的两个丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化;随后，被活化的MAPK激酶催化靶向的MAPK活化环内保守的T-X-Y模块的苏氨酸和酪氨酸残基同时磷酸化，最后MAPKs对其特征性底物进行磷酸化［8］，产生特定生物效应。p38激酶是p38 MAPK的上游激酶，主要包括p38 MAPK激酶3、4和6。

p38 MAPK的底物多种多样，主要存在于细胞的胞质和胞核。胞质的底物可以被p38 MAPK直接活化，包括磷脂酶A2、Na+/H+交换子1、细胞周期素D1、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物、Bcl-2家族蛋白、生长因子受体和角蛋白［9］;p38 MAPK经典的胞核底物包括活化转录因子1、2和6，SRF辅助蛋白1，CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白，p53，肌细胞增强因子2C和肌细胞增强因子2A［10］。

1.5 p38 MAPK通路的激活及其功能 许多不同的细胞外刺激和因素可以使p38 MAPK通路激活，包括氧化应激、紫外线辐射、肿瘤坏死因子α、转化生长因子、晶体渗透压等［11］;p38 MAPK还可以被鸟嘌呤核苷酸结合蛋白受体和Rho家族的鸟苷三磷酸酶酶Rac及细胞分裂周期蛋白42活化［12］。

p38 MAPK的活化在控制调节免疫、炎症反应和细胞增殖中具有十分重要的作用［13］。p38 MAPK的主要功能之一是促进促炎细胞因子产生，它通过调节转录因子(如核因子κB)［14］或p38 MAPK交互激酶1和p38 MAPK激活蛋白激酶2/3的产生来调节mRNA的稳定性及翻译来调节细胞因子的表达［15］。p38 MAPK也在细胞增殖和生存方面发挥重要作用。实验证明，在G1/S和G2/M转变期间，p38α可以通过多种机制(包括下调周期素和上调细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物)负性调节细胞周期的进展［16］。p38 MAPK还可以通过转录和转录后机制影响死亡受体、生存途径以及促凋亡和抗凋亡的Bcl-2家族蛋白介导细胞的凋亡。

2 DN的发病机制

DN是糖尿病最常见的微血管并发症之一，也是全球内引起终末期肾病的最主要原因［17］，其病理机制十分复杂，主要包括糖脂代谢异常、晚期糖基化终产物、多元醇通路的激活、氧化应激、炎性介质、细胞因子、血流动力学的改变、细胞内多条信号通路的激活等［18］。

Rane等［19］实验研究表明，DN存在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶信号通路的激活。邢玲玲［20］研究发现，高糖可以激活足细胞内磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶信号通路，使磷酸化蛋白激酶表达上调，同时足细胞标记蛋白、肾病蛋白表达减弱，结蛋白、α平滑肌肌动蛋白表达增强，也提示磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶通路在DN中的激活并通过介导足细胞表型改变引起足细胞损伤。

研究发现，高糖下雷帕霉素靶蛋白被激活，在肾脏系膜细胞、炎性细胞的增殖以及细胞因子、细胞外基质的过度合成过程中起关键作用［21］。Yang等［22］在链脲佐菌素诱导的DN动物模型中，应用雷帕霉素靶蛋白抑制剂——雷帕霉素能够显著改善肾脏肥大、肾小球基膜增厚以及细胞外基质积累，并有效减缓蛋白尿，提示雷帕霉素靶蛋白信号通路的过度激活与DN的发生、发展密切相关。

Toyoda等［23］对 DN患者及正常对照组肾小球中 p38 MAPK激酶1、丝裂原活化蛋白激酶激酶2、ERK1、ERK2及转化生长因子β1等基因进行检测，结果发现DN患者肾小球各基因的表达均明显高于正常对照组，磷酸化的p38 MAPK激酶及p-ERK信号的强度与基因的表达一致，说明在DN时ERK信号通路处于活化状态。

Adhikary等［24］报道，在糖尿病患者肾脏细胞中 p-p38 MAPK表达比正常人明显升高，证实了p38MAPK通路在DN时明显被激活。

3 p38 MAPK在DN中作用

3.1 促进细胞增殖和细胞外基质的合成 DN的早期肾脏病理主要表现为细胞数目增多和肾脏体积增大。王丽晖等［25］实验证实，高糖刺激可使p38 MAPK蛋白发生核转移，p-p38 MAPK、磷酸化的腺苷酸反应元件结合蛋白1的表达明显上调，转化生长因子β1和纤维连接蛋白的mRNA表达增强，层粘连蛋白和Ⅳ型胶原水平增加，说明p38 MAPK信号途径的激活参与了高糖诱导的肾小球系膜细胞细胞外基质的合成和分泌。

3.2 增加活性氧类(reactive oxygen species，ROS)的产生ROS是一种重要的信号分子，它在炎症紊乱的发生中具有重要作用［26］，其家族包括超氧阴离子(O2－)、羟自由基(OH－)、过氧化氢等。DN中的高糖环境导致氧化应激增加、ROS产生及抗氧化失衡，Osman等［27］研究发现，使用 p38 MAPK的特异阻断剂SB239063可以减少ROS的产生，在糖尿病大鼠的血管平滑肌中发挥抗氧化作用，说明p38 MAPK的激活可以增加ROS的产生，促进DN的发展。

3.3 促进骨桥蛋白(osteopontin，OPN)形成 OPN是一种大的磷酸化糖蛋白黏附因子，它在患DN的人和小鼠中表达上调，并促进DN的发生、发展。Kato等［28］发现，p38 MAPK及ERK通路的活化可以上调OPN的表达。Zuo等［29］研究发现，无论是体内还是体外实验，OPN在DN中表达均增加且p38 MAPK明显活化，而给予阿托伐他汀处理后，p38 MAPK活化被抑制，同时OPN表达减少，因此认为高糖诱导的OPN高表达是通过p38 MAPK通路实现的。

3.4 促进肾损伤因子1(kidney injury molecule-1，KIM-1)的脱落 KIM-1是肾近曲小管分泌的跨膜蛋白，正常条件下在尿液中无法测出，Moresco等［30］发现在缺血及肾毒性诱导的急性肾损伤中KIM-1在尿液中大量出现并稳定存在。Nielsen等［31］的研究证实，KIM-1的水平可以预测DN的发生。Zhang等［32］也发现，p38 MAPK的活化会促进KIM-1的裂解和脱落，使用p38 MAPK的特异阻断剂SB202190可以抑制这一过程，因此认为p38 MAPK可以调节KIM-1的裂解和脱落。

3.5 调节血管紧张素酶基因的表达及活化肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS) 血管紧张素酶是RAS的重要组成成分，RAS的活化在DN的发生中极为重要［33］。DN中高糖环境可以促使系统和肾脏局部的RAS活化，最终导致肾脏细胞的肥大、毛细血管压增高、炎症、凋亡等［34］。Hasegawa等［35］发现，DN中p38 MAPK明显被活化并通过调节血管紧张素酶的基因表达活化RAS。Pan等［36］发现，使用姜黄素类似物C66可以抑制高糖下的p38 MAPK活化，从而下调血管紧张素酶的基因表达，降低RAS的活性，达到保护肾脏的目的。

3.6 调节炎性细胞和炎性介质的释放 近年来的研究认为炎症是DN发生的主要机制，并把DN的发生看作是一个炎症过程［37］。DN时大量的炎性细胞，如巨噬细胞、T淋巴细胞、调节T淋巴细胞等被活化并释放一系列的炎性介质，如白细胞介素1、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α、干扰素γ、单核细胞趋化蛋白1、细胞间黏附因子1、血管细胞黏附因子1、脂肪因子等，最终导致肾脏的纤维化［38］。p38 MAPK是调节炎症的重要通路，研究发现［39］抑制p38α和p38β可以明显减少DN的蛋白尿和炎症反应。Tzeng等［40］用乙醇提取的金银花可以抑制p38 MAPK的活化从而减轻巨噬细胞、T细胞的浸润和炎性介质的释放，最终延缓链脲佐菌素诱导的DN的发生、发展，因此认为抑制p38 MAPK通路活化是治疗DN的重要靶点。

4 结语

p38 MAPK是细胞信号通路的交汇点，对于调节细胞代谢、分化、增殖、凋亡等具有重要作用。在DN中，p38 MAPK可以被多种因子激活，发挥复杂多样的生物学效应，可以促进细胞增殖和细胞外基质的合成，增加ROS的产生，促进OPN形成，促进KIM-1的裂解和脱落，调节血管紧张素酶基因的表达活化RAS系统，调节炎性细胞和炎性介质的释放等多种途径，影响肾小球系膜外基质的形成与降解来影响DN的进程。因此，p38 MAPK在DN中的作用值得深入研究，其有可能成为DN治疗的新靶点。

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