丝裂原活化蛋白激酶MAPK信号通路与糖尿病心肌病关系的研究进展

王文聪 谢春毅

丝裂原活化蛋白激酶MAPK信号通路与糖尿病心肌病关系的研究进展

王文聪 谢春毅

糖尿病心肌病是导致糖尿病患者心血管疾病高发生率和高病死率的主要原因。由于糖尿病心肌病病因复杂，又具有独特的病理生理改变，故其确切的发病机制尚未完全阐明。目前研究认为，丝裂原活化蛋白激酶MAPK信号通路参与胰岛素抵抗、细胞应激、炎症、凋亡等代谢过程，是涉及了多级蛋白激酶的级联反应。本文总结了近年来关于MAPK信号通路与糖尿病心肌病的研究状况，旨在说明从阻断MAPK信号通路角度对糖尿病心肌病进行干预可以成为防治糖尿病心肌病的一个新途径。

糖尿病心肌病；丝裂原活化蛋白激酶；信号通路

糖尿病(diabetes mellitus,DM)是由遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染等各种原因引起的胰岛素分泌不足、胰岛素抵抗，并以高血糖、高血脂为特征的代谢紊乱综合征[1-2]。近年来，糖尿病的发病率逐年增高，其心血管并发症已经成为糖尿病患者死亡的主要原因。糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy,DC)是糖尿病的主要心脏并发症之一，其发病率高，发病机理复杂，涉及多种不同的细胞、分子因素等，且不依赖于高血压、冠状动脉疾病和其它已知心脏疾病，相比于高血压、冠心病等发生心衰的风险性更大[3-5]。糖尿病心肌病主要的病理表现为心肌肥大，心肌纤维化，心脏重量指数（心脏重量mg/体质量g）增加、细胞外基质沉积及局灶性心肌坏死。丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）是一组能被不同的细胞外刺激，如细胞因子、神经递质、激素、细胞应激及细胞黏附等激活的促分裂原活化蛋白激酶。MAPK信号通路是涉及了多级蛋白激酶的级联反应，MAPK有3种家族成员，包括细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）以及p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK）。本文将以MAPK信号通路与糖尿病心肌病的关系结合近年来的相关研究进展展开论述。

1 MAPK概述

MAPK通路的基本组成是一种从酵母到人类都保守的三级激酶模式，包括MAPK激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MKKK）、MAPK激酶（MAP kinase kinase，MKK）和MAPK，这三种激酶能依次激活，共同调节着细胞的生长、分化、对环境的应激适应、炎症反应等多种重要的细胞生理病理过程。MAPK主要包括3个亚族：ERK、JNK和p38 MAPK，涉及的信号通路分别由它们而得名，即ERK信号通路、JNK信号通路和p38 MAPK信号通路。

ERK信号通路能够被多种信号因子激活，活化的ERK通路最终导致ERK1和ERK2的活化，从而将信号从细胞膜表面受体转导至细胞核，故ERK的磷酸化可视为MAPK信号通路激活的标志。而ERK1和ERK2有许多共同的生理功能，所以它们通常称作ERK1/2或ERK[6]。转录因子Ets（E26 transformationspecific，Ets）是ERK1/2的下游信息因子，具有调控细胞周期、细胞迁移、细胞增殖和细胞凋亡等作用，它对于Ets-1（E26 transformation-specific sequence-1，Ets-1）的激活很重要。Wen-Ke Wang等[7]发现通过抑制Ets-1激活来抑制高迁移率族蛋白-1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)表达可预防高血糖引起的心肌细胞凋亡，而ERK1/2通路的激活可能是

Ets-1激活的必要途径。Lixia Bai等[8]研究发现ERK1/2通路可能与原癌基因的激活有关，用ERK1/2的抑制剂可通过调节原癌基因c-fos和c-Jun的表达抑制宫颈癌细胞的生长。

JNK通路是一条与细胞凋亡、炎症以及肿瘤等相关的信号转导通路。陈鹏等[9]发现心肌梗死后心力衰竭可诱导内质网应激反应，使磷酸化JNK的表达上调和心肌细胞的凋亡增多，说明在心肌梗死后心力衰竭的模型中，内质网应激反应通过JNK信号途径介导心肌细胞的凋亡。JNK通路也可被包括肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor，TNF）在内的细胞因子引起的凋亡途径所激活，从而参与心肌细胞凋亡。Song IS等[10]研究发现TOR信号通路调节类（TOR signaling pathway regulator-like，TIPRL）蛋白在肝细胞癌变中高表达，通过抑制促分裂原活化蛋白激酶激酶7（mitogen-ac-tivated protein kinase kinase 7，MKK 7）和JNK通路有助于抵抗TRAIL诱导的细胞凋亡，MKK 7作为JNK上游特异性激酶对于JNK活性和JNK信号通路的激活起到重要作用。

p38 MAPK是相对分子质量为38 kD的酪氨酸磷酸化蛋白激酶，p38 MAPK信号通路的激活是细胞内磷酸化级联反应的最后步骤，一系列细胞应激、炎症、凋亡等都与其相关。目前已知p38MAPK的6种同型异构体，分别是p38α1/α2、p38β1/ β2、p38γ和p38δ，其中p38α亚型为心脏中最主要的MAPK类型[11]。李学娟等[12]研究发现大黄素能阻止高糖使肾小球系膜细胞(glomerular mesangi-al cell，GMC)增殖所导致的肾脏纤维化，其可能是通过抑制GMC磷酸化p38丝裂原活化蛋白激酶(p-p38mitogen-activated protein kinase，p-p38MAPK)的表达来阻止p38 MAPK通路的激活来发挥作用。在有关DC导致心功能不全、氧化应激、纤维化、炎症和细胞凋亡相关信号通路的研究中，发现糖尿病小鼠的心肌组织中p38 MAPK显著增加，并且p38α亚型被显著激活，p38β亚型略有减少，对p38 MAPK信号通路的药理抑制能降低心脏炎症标志物的表达以及胶原蛋白含量[13-14]。

2 MAPK与DC

DC作为糖尿病并发症的特异性心肌病，由于其病因复杂，又具有独特的病理生理改变，故其确切的发病机制尚未完全阐明。有研究表明DC的主要病理机制有以下几条：氧化应激和炎症反应的异常，激活了的过氧化物和炎症因子途径损害了心脏的结构和功能，可能是多种因素间相互作用共同造成心脏损害；心肌微循环病变包括微血管病变、红细胞功能异常及微血栓形成等；心肌物质和能量代谢改变；心肌细胞钙代谢和膜电位异常主要包括钙超载及膜电位异常；糖尿病的心室重构主要包括心肌细胞坏死、心肌 细胞凋亡及心肌间质纤维化等。MAPK信号通路与上述DC的主要病理机制中的氧化应激、炎症反应及心肌细胞凋亡有着密不可分的关系。

2.1 MAPK与氧化应激 MAPK与上述DC的主要病理机制中的氧化应激有着密不可分的关系，氧化应激是导致心脏结构、功能异常的重要原因之一。吴承亮等[15]研究发现以p38 MAPK抑制剂预处理兔髓核细胞30 min后再造成氧化应激模型，相对于模型组能抑制部分衰老改变，说明p38 MAPK信号转导通路是介导氧化应激诱导兔髓核细胞衰老和凋亡过程的关键通路之一。林春喜等[16]发现用高浓度葡萄糖处理H9c2心肌细胞使细胞内活性氧水平增高，对心肌细胞具有明显的损伤作用，并能促进心肌细胞内磷酸化JNK的表达，JNK抑制剂SP 600125预处理30 min能阻断高浓度葡萄糖引起的细胞毒性并使细胞存活率升高、活性氧生成减少。王媛媛等[17]用H9c2细胞系模拟心肌细胞，通过H2O2损伤H9c2细胞，使用黄芪总皂苷中有效性最强的黄芪苷Ⅳ激活ERK1/2细胞信号通路抗H2O2诱导的H9c2细胞氧化损伤，从而提高损伤的H9c2细胞的存活率，并降低损伤状态下H9c2细胞丙二醛的含量，减少脂质过氧化损伤，发挥抗氧化保护作用。

2.2 MAPK与炎症反应 炎症因子在糖尿病引起的心肌纤维化过程中有重要作用，炎性细胞和炎性因子表达量和活性增强，促进静止状态的成纤维细胞增殖，且促进其转化为肌成纤维细胞，增加胶原沉积，导致心肌纤维化[18]。Yong Pan等[19]发现JNK信号通路在糖尿病心脏损伤中起着重要作用，应用JNK抑制剂（SP 600125）抑制JNK的磷酸化可激发C66对炎症和心肌细胞凋亡的保护作用，C66是一种具有降低高糖引起的炎症反应新的姜黄素衍生物。赵青等[20]发现p38 MAPK信号通路具有调控多种核转录因子的表达和生物活性的作用，还能够影响下游炎症介质的合成，参与炎症细胞的活化，某些单味中药及其提取物（如黄连素、大黄素）和一些中药复方（如益肾活血汤）可以通过调节p38 MAPK信号通路，从而影响肾组织内的炎症反应。许多动物实验显示肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）对心脏有明显的炎症损害，血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）可以通过激活磷脂酰肌醇信号通路来激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC），PKC活性升高可激活原癌基因c-fos、c-jun等的表达，形成激活蛋白复合物增多，从而刺激Ⅳ胶原、纤连蛋白及诱导转化生长因子β1（transforming growth factorβ1，TGF-β1）的转录，导致心肌纤维化、左心室肥大、左心室收缩及舒张功能减退[21]。陈明等[22]用无患子苷对自发性高血压大鼠的炎症反应进行干预研究，发现其通过对AngⅡ/p38 MAPK通路介导起到抗炎作用，从而对心肌肥厚起到一定的逆转作用。

2.3 MAPK与细胞凋亡 病理性心肌细胞凋亡存在于多种心血管疾病中，在DC发病过程中，高血糖能直接导致活体心肌细胞凋亡，而细胞凋亡的主要原因是其引起的心脏微小血管病变。李素芳等[23]用千金藤素诱导大鼠心肌细胞凋亡，并检测MAPK家族3个信号分子JNK、ERK和p38 MAPK的磷酸化水平，探究其在心肌细胞凋亡中的影响，结果显示ERK和p38 MAPK磷酸化水平增强，提示ERK和p38 MAPK参与了千金藤素致心肌细胞凋亡作用。QI Xiao-Dan等[24]发现高糖诱导的心肌细胞凋亡能够被肌肽抑制，为研究其作用机制，以高糖诱导的心肌细胞H9c2为模型，检测细胞凋亡率和JNK磷酸化水平，结果显示肌肽抑制了高糖激活的JNK磷酸化水平，其对心肌细胞凋亡的保护机制可能与抑制JNK信号通路激活有关。研究表明内质网应激反应可引起细胞凋亡，付明欢等[25]利用衣霉素致内质网应激，导致心肌细胞凋亡，并用脂联素来逆转内质网应激所致的细胞凋亡，通过p38 MAPK的特异性抑制剂SB 203580干预，后观察脂联素作用的变化，发现其通过p38 MAPK信号通路来发挥保护心肌细胞凋亡的作用。

3 结语

近几年，随着对MAPK信号通路以及糖尿病心肌病的发病机制研究的深入，两者的关系越来越密切。由于糖尿病心肌病复杂的发病机制一直是业界面临的重点和难题，如何对其进行早期防治，延缓心衰发展，降低糖尿病心肌病的死亡率，通过对MAPK通路的干预可能是一个的新的切入点。MAPK通路作为涉及了多级蛋白激酶的级联反应，参与了糖尿病心肌病最重要的氧化应激和炎症反应的病理过程，故可以将其作为分子治疗的一个靶点，通过寻找有效的MAPK通路抑制剂来更好的应用于疾病治疗。同时，除氧化应激和炎症反应外，糖尿病心肌病其他的发病机制是否有

MAPK通路的参与，有待更多研究来探察，找寻其中最高效的作用靶点从而应用于药物研发及临床治疗，将有重大意义。

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Diabetic cardiomyopathy is the main reason of the high incidence and highmortality lead to cardiovascular disease in diabetic patients. Due to the complexetiology of diabetic cardiomyopathy, but also its own pathophysiologicalchanges, its exact pathogenesis has not been fully elucidated. Current studies suggest that MAPK signaling pathways involved in insulin resistance, metabolic processes such as st ress, inf ammation, apoptosis cells. It is involved in the cascade multilevel protein kinase. This paper summarized the research status about the MAPK signaling pathways and diabetic cardiomyopathyin recent years, aiming to illustrate interfering diabetic cardiomyopathyfrom the perspective of blo cking the MAPK signaling pathway could become a new way of prevention and treatment of diabetic cardiomyopathy.

Diabetic cardiomyopathy; Mitogen-activated protein kinase; Signaling pathway

10.3969/j.issn.1009-4393.2016.14.003

上海 201203 上海中医药大学 （王文聪） 200082 上海市中西医结合医院（谢春毅）

谢春毅 E-mail：mxiecy@163.com