MAPK信号通路与肺纤维化研究进展

唐姣 综述，何振华审校

（南华大学附属第二医院呼吸内科，湖南衡阳421000）

MAPK信号通路与肺纤维化研究进展

唐姣 综述，何振华△审校

（南华大学附属第二医院呼吸内科，湖南衡阳421000）

肺纤维化；蛋白激酶类；信号传导；综述

目前，肺纤维化的发病机制不明确且缺少有效治疗方法，通常是许多慢性肺部疾病的最终表现。其病理特点主要是肺成纤维细胞（fibroblast，FB）不断增生和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）过度沉积，最后造成肺组织结构的破坏，最终导致慢性呼吸衰竭［1-2］。肺纤维化的发病过程与不同细胞因子及信号通路密切相关，其中丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路的表达与之关系甚密。MAPK是生物体内传递信号的关键途径之一，能调控多种炎症介质、细胞因子的表达，在FB增生和ECM沉积中具有关键作用。很多研究表明，阻断这条信号通路可抑制ECM、降低FB增殖和活化速度，进而延缓或逆转肺纤维化过程。本文根据研究现状，就MAPK信号通路及其与肺纤维化的关系作一综述。

1　MAPK信号通路

MAPK信号通路是目前发现的一类最主要的生长信号调节蛋白，是细胞质和细胞核联系的枢纽，使细胞对外界环境变化给予应答，在细胞生长、分化、发育及神经功能、免疫应答等生理过程中具有重要调节作用。哺乳动物中MAPK家族主要分为三大类，即细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinases，JNK）和p38MAPK。MAPK的激活途径很保守［3］，特异性刺激因素激活下游MAPK激酶激酶（MAPK kinase kinases，MAP3Ks），活化的MAP3Ks磷酸化丝氨酸（Ser）和苏氨酸（Thr）而激活MAPK激酶（MAPK kinases，MAP2Ks），活化的MAP2Ks磷酸化Thr和Tyr双位点最大激活MAPK。每个MAPKK（又名MEK）激活的MAPK信号不同，MEK1、MEK2激活ERK1/2，MEK3、MEK6激活p38 MAPK，而MEK4则能同时激活JNK和p38 MAPK，从而保证MAPK正常活化，产生特定生理效应。

然而每条级联信号的特异性传导取决于上游激酶与下游底物之间的独特作用，不同亚族底物特异性不同，且可被不同外界刺激调节。ERK信号通路的激活原主要为不同生长因子和细胞因子［4］，在细胞生长、增殖及分化等过程中发挥作用；而JNK和p38 MAPK则通常被一些炎性细胞因子或外界压力所活化，主要调控细胞因子的表达和编程性细胞死亡。

2　MAPK信号通路的转位入核

活化后的MAPK信号移位入核，各自发挥相应生理效应。关于如何转位入核方面对ERK信号通路有较多研究，也提出了很多机制［5-6］。活化前的MAPK停留于细胞质，细胞核中也有一定的分布，可被表皮生长因子、血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）等激活，再进入细胞核内激活目的基因。在MEK磷酸化作用下ERK信号从MEK中解离出来，并快速转位至细胞核。且ERK被酪蛋白激酶2结合于核转运蛋白Imp7的核易位信号磷酸化后其进入细胞核内则变得容易［5-7］。核孔复合体（包括Nup50、Nup153、Nup214）的组成成分就是ERK的底物，表明ERK可直接调节核孔渗透性和潜在调节入核转运［8］。含经典核定位序列的核蛋白可辅助ERK、JNK转位入核。胆绿素还原酶是ERK的一种核转运体［9］，但也有报道，JNK的核积累可因其与核转录因子c-Jun相互作用而得到增强，但是不是c-Jun直接将JNK带入到细胞核或仅因为JNK信号的定位点就在细胞核内，目前尚不清楚［10］。

同源二聚体的形成对MAPK信号通路的移位入核具有重要生理功能。有研究表明，磷酸化的ERK2和磷酸化或未磷酸化的ERK2可结合为同源二聚体，然后进行转位入核，且只发生磷酸化但没有二聚体化的ERK2突变体不能入核。同样p38MAPK亚族之间也能形成同源二聚体，而如何影响定位尚不清楚。JNK亚型——JNK2α2同源二聚体介导的核转位已有报道，但确切机制仍有待于阐明。此外Mxi2是p38α的剪接变体，结合于ERK和核孔蛋白上［11］，可在生长信号刺激下促进ERK转位入核，一旦进入核内，Mxi2能防止活化后ERK去磷酸化，从而增强ERK在细胞核内的作用［12］。

3　MAPK信号通路对肺纤维化的影响

3.1p38MAPK信号通路p38 MAPK是于1993年由Brewster等首先发现的，目前已报道存在6个异构体，分别为p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ，肺内主要为p38δ，p38MAPK信号通路作为MAPK家族中重要的一员，静息状态主要散在分布于细胞质，在受到低氧、紫外线等因素刺激后可发生磷酸化，并转移至细胞核内，通过调节转录因子活性及细胞因子的合成对炎性反应的调控和创面愈合具有关键性作用［13］。p38MAPK激活后可促进肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-8（interleukin-8，IL-8）、IL-1b、IL-6等多种促炎性细胞因子的表达和释放，使炎性反应调控失衡，导致级联“瀑布”反应［14-15］。p38MAPK信号通路在被这些炎性细胞因子活化的同时也可影响多种细胞因子的产生，如p38MAPK激活后可促进单核巨噬细胞产生TNF-α、IL-1等炎性细胞因子，还可活化很多炎症细胞，如中性粒细胞的炎性聚集很大程度上依赖p38MAPK的激活，而应用p38MAPK抑制剂能显著抑制中性粒细胞趋化性黏附和超氧化物的产生，减轻炎性反应。一方面炎性细胞因子（IL-1β、TNF-α）可通过诱导巨噬细胞活化，进而促进组织细胞凋亡，激活p38MAPK信号通路而发挥作用；另一方面p38MAPK磷酸化促进核因子-κB活化并转位入核，进而刺激TNF-α等炎性细胞因子大量合成［16］。有研究表明，玻璃纤维能诱导原代肺泡巨噬细胞内MAPK信号通路中的ERK，导致p38MAPK磷酸化，而p38MAPK可激活转录因子——c-Jun，从而导致其与TNF-α基因启动子位点结合调控TNF-α基因表达。表明p38MAPK参与了炎性细胞因子对肺纤维化的调控。

3.2ERK信号通路目前在MAPK信号通路中研究较清楚的一条是ERK信号通路包括5个亚族，其中ERK1、ERK2是2个主要成员，主要分布于细胞质中，接受NGF、Ras、Raf、MEK顺序激活而转入细胞核，对转录因子磷酸化而调节转录活性。在肺纤维化的人或动物模型中活化的ERK1/2信号蛋白表达上调，加入其抑制剂后明显减弱肺纤维化程度，说明该信号通路参与了肺纤维化过程。

3.2.1ERK信号通路对FB增殖、凋亡及胶原增生的影响ERK1/2信号通路的激活与很多致纤维化因子及激酶有关，如转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、FB生长因子、PDGF、基质金属蛋白酶等。采用免疫沉淀激酶分析及Western blotting证实，TGF-β诱导人FB碱性成纤维生长因子（bas-is fibroblast growth factor，bFGF）的蛋白表达和释放，进而诱导ERK磷酸化，而该作用可被ERK信号通路的非特异性抑制因子——PD98059显著抑制。TGF-β1可增加NIH3T3 FB中ERK1的活性，同时增加GTP与Ras的结合，显性失活的ERK1可减弱TGF-β1刺激的纤溶酶原激活物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）和Ⅰ型胶原增强子的作用。表明ERK1参与了TGF-β1对PAI-1和Ⅰ型胶原增强子的上调作用并刺激ECM的沉积。另外有研究表明，PAI-1可通过激活钙、ERK、蛋白激酶B信号通路等抑制FB凋亡［17］。表明ERK信号通路在FB增殖、凋亡及Ⅰ型胶原增生方面具有重要作用，若限制该信号通路活性可抑制FB增殖并减少ECM的生成。

3.2.2ERK信号通路对血管新生的影响刺激血管生长因子和抑制血管生长因子的精妙平衡可调控血管新生，一旦这种平衡被外界因素打破则导致血管新生［18］。有研究发现，在特发性肺纤维化患者中存在广泛血管新生，且ERK信号通路参与了肺血管新生。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）高表达时可强烈激活ERK1/2，导致血管发生形态学变化。内皮抑素是已知最强的血管生成抑制剂，Wan等［19］研究表明，内皮抑素可阻断VEGF/Flk-1信号和减少ERK1/2磷酸化，给予血管内皮抑素治疗可减少VEGF的表达和诱导ERK1/2脱磷酸化，导致新形成血管收缩［20］。

3.3JNK信号通路在研究紫外线辐射下细胞的一系列生物过程（紫外线反应）时发现了JNK这种重要的蛋白激酶，其主要作用是调节c-Jun等活化蛋白磷酸化；通过转录和非转录依赖形式活化下游核转录因子，主要介导应激状态下及器官发育期细胞改变，且在炎症、癌症、纤维化等研究领域成为热点。JNK信号通路参与了神经细胞、干细胞、肿瘤细胞凋亡的发生。最近有研究进一步发现，在特发性肺纤维化细胞凋亡中JNK信号通路与细胞凋亡关系密切［21］。JNK信号通路可促进细胞凋亡，导致肺纤维化，其促进凋亡的可能机制：（1）通过上调p53、Bax、Fasl、TNF等促凋亡蛋白的表达，促进细胞凋亡；（2）作用于线粒体，促使细胞色素C释放入细胞质并与半胱天冬酶-9（caspase-9）结合，最终激活caspase-3，从而激活caspase-3级联反应，与凋亡底物结合引起细胞凋亡。曹凤菊等［22］研究表明，在博来霉素诱导的肺间质纤维化模型中p-JNK、caspase-3表达增强，而给予JNK信号通路特异性抑制剂后表达减少，肺纤维化程度减轻，说明JNK信号通路参与了肺纤维化过程，且发挥了促细胞凋亡作用。

4　展望

目前，肺纤维化发病机制尚不明确，涉及多因子、多信号通路相互作用，MAPK信号通路是重要的信号通路之一，其主要通过调节炎性反应、促进细胞凋亡、参与血管新生等多种途径在肺纤维化发病方面具有关键作用，且不同MAPK级联信号通路又扮演了不同角色，功能独立，但却有所交汇，无疑这条信号通路在肺纤维化方面发挥着重要作用。JNK信号通路主要通过介导细胞凋亡，对肺纤维化过程进行调控；而ERK和p38MAPK信号通路的活化参与了多种炎性细胞因子和致病因素导致的肺纤维化过程。随着MAPK信号通路3条主要途径在肺纤维化中研究的不断深入，进一步确定其在肺纤维化发生、发展过程中的作用及其分子机制对寻求新的抗肺纤维化药物具有重大意义。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.12.022

A

1009-5519（2016）12-1841-04

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（2016-01-18）