JNK信号通路与眼部疾病关系的研究进展

王彦夫 张天资

作者单位：028000 内蒙古通辽，内蒙古民族大学（王彦夫、张天资）；内蒙古民族大学附属医院 内蒙古民族大学临床医学院眼科（张天资）

c-Jun氨基末端激酶（JNK）属于应激活化蛋白激酶的一类，与多种动物疾病有关。JNK很容易受到应激因素影响，如在细胞因子、紫外线、生长因子等胞外刺激发生后[1]，其通路上的酪氨酸残基和苏氨酸残基发生双重磷酸化，调控转录等细胞活动。因此细胞凋亡和JNK内蛋白表达有着直接的联系，临床中可以通过控制细胞应激反应时胞内JNK蛋白表达来预防疾病。JNK信号通路能够影响人眼部的不同部分，引发各种各样的致病机制，如眼角膜上皮细胞损伤、青光眼、视网膜缺血、干眼等疾病[2]，由此可见，JNK信号通路为眼部疾病的预防与治疗提供新的靶点及策略。

1 JNK的结构与功能

JNK家族属于可以分裂活化蛋白激酶超家族的蛋白质类型的一种，类型上属促分裂活化蛋白激酶家族，于1991年首次被Sturgil发现[3]，它可以与c-Jun氨基末端活性区域相结合，从而导致丝氨酸-73以及丝氨酸-63出现双磷化反应，这也是JNK名字的由来。通过大量研究证实JNK信号通路可以直接影响细胞生长、分化及凋亡。如细胞因子的刺激[4]（如肿瘤坏死因子-α、生长因子、白细胞介素-1等）和环境的应激（如渗透压应激、紫外线应激等）等都会激活细胞内的JNK信号通路，导致细胞凋亡的发生。

细胞信号传递机制当中，丝裂原活化蛋白主要负责调节多种生物学效应，其中包括正常新陈代谢、细胞生长、增殖、分裂、凋亡等[5]，并把细胞内部出现的生化效应转导至外部。MAPK包含一组三级磷酸化激酶，即MEK、MKKK和MKKKs[6]激活并磷酸化MEKs，MEKs再激活并磷酸化MAPKs。研究表明，哺乳动物每个细胞内至少包括4条MAPK 信号通路[7]，分别是：①ERK1/ERK2；②应激活化蛋白激酶 /c-Jun 氨基末端激酶；③p38 分裂原活化蛋白激酶； ④ big MAP kinase 1（BMK1） 也称为 ERK5。通常情况下，JNK和SAPK外部应激产生转导信号主要出现在哺乳动物中，JNK由三种蛋白激酶组成，分别是JNK1，JNK2和JNK3，这三种基因编码虽然都参与组织细胞，但其表达组织有所不同，JNK3主要在心脏、脑及睾丸[8]等组织表达，另外两种表达范围广泛，可以参与各个组织细胞。

2 JNK信号通路的激活因素

2.1 JNK信号通路的细胞外活化因素 激活JNK信号通路的主要因子包括白细胞介素-1、生长因子以及肿瘤坏死因子-α等细胞因子。除此之外，热休克、电离辐射以及渗透压等细胞外刺激也能激活JNK信号通路。JNKK1或JNKK2介导JNK上Thr183和Tyr185磷酸化，使JNK完全活化[9]。

2.2 JNK信号通路的细胞内激活物 在具体的试验当中，MAPK信号的传导环节涵盖了3个相连的酶促反应，分别是MAPKKKs-MAPKKs-MAPKs，MKK7和MKK4，是主要的上游应激酶。MKK7[10]蛋白激酶在细胞因子的作用下被激活，相比之下MKK4的激活方式略有不同，它依赖于环境应急激活。JNK进入到细胞核后分别激活各自的转录因子以及非转录因子（如Bcl-2、Bcl-xl、Bim、BAD），经过磷酸化加强了转录物质的功能，对基因表达的整个流程展开调整[11]，产生一系列生物学效应，是细胞生长、增殖乃至凋亡的整个过程。MKK4和MKK7[12]对脯氨酸、苏氨酸以及酪氨酸进行双重磷酸化后JNK信号通路即被激活，随后可以激活下游细胞因子[13]（Bcl-2、c-Jun、ATF-2、Smad4 等），进而调控细胞转录过程。

3 JNK信号通路介导细胞自噬

细胞自噬是指通过溶酶体途径进一步降低细胞质内受损的蛋白质及细胞器，进而保证细胞的基本活动正常进行[14]。JNK信号通路经过调整Beclin-1与磷酸化的Bcl-2家族蛋白结合来介导细胞自噬。主要包括以下两种方式：一为JNK-1推动Bcl-2/Bcl-XL磷酸化过程的完成，导致Beclin-1自Beclin-1-Bcl-2/Bcl-XL复合体内脱离，其中Beclin-1是自噬过程中的一个基础调整因子；其二为经过Bcl-2/Bcl-XL磷酸化进而达成影响与Beclin-1结合的效果。

4 JNK信号通路促进细胞凋亡

JNK凋亡信号通路不仅有上游因子的调节，同时还可以作用到下游来调控细胞凋亡[15，16]。研究证实，JNK信号通路促进细胞凋亡的途径有两种[17]：其一为提升凋亡因子的含量。被激活的JNK信号通路加强了转录物质AP-1的效果，促进促凋亡蛋白FasL、p53、Bax 、TNF 等的表达；其二为对线粒体产生影响，被激活的JNK 信号通路经过调节线粒体产生和发出细胞色素C，JNK之后和caspase-9/Apaf-1 联合激发caspase-3，活性被激发的caspase-3再和凋亡因子联合，进而引发细胞凋亡过程的发生。

5 JNK 信号通路参与内质网的应激

内质网应激与多种眼科疾病有关[18]。内质网应激可以维持细胞内稳态平衡，是细胞的一种保护机制。但持续或者过度的应激有可能引发细胞凋亡。现在已找到三个内质网应激引发细胞凋亡过程的方式，分别是JNK途径、CHOP途径以及caspase-12途径。内质网应激过程中[19]，JNK首先出现磷酸化现象，进而诱导Bax蛋白的表达并加快细胞凋亡速度。

6 JNK信号通路与眼部疾病

6.1 JNK信号通路与角膜疾病

6.1.1 JNK信号通路有效控制角膜基质层瘢痕的形成JNK信号通路可以在角膜基质受损修复过程中有效的抑制瘢痕的形成。Shi等[20]通过TGF-β1角膜基质纤维细胞端粒酶分析得出，TGF-β1激发了THSF内的MAPK信号通路，引入JNK抑制剂之后TGF-β1引发产生的结缔组织生长因子的数量显著降低，不仅如此，胶原蛋白1的数量也有显著降低。在关于JNK信号通路抑制瘢痕形成的研究中，选择数只角膜创伤的大鼠，在部分小鼠眼结膜下注射JNK抑制剂，数日后切下角膜创伤部位切片，对比其CTGF的表达，结果发现注射JNK抑制剂的小鼠其CTGF表达明显低于未注射JNK抑制剂的小鼠，表明JNK信号通路抑制剂能够经过限制CTGF的产生从而防止在角膜创口痊愈过程中瘢痕的产生。

6.1.2 JNK信号通路抑制角膜上皮细胞增殖Terai等[21]以角膜上皮细胞中无TGF-β受体2的变异大鼠为实验材料，构建了角膜上皮清创模型，深入的分析JNK信号通路在角膜上皮创伤痊愈过程中发挥的影响。实验结果表明，角膜创伤的愈合速度和时间与TGF-β之间有着直接的关系，相比正常通路，TGF-β被抑制的情况下其角膜创伤愈合时间较晚。与此同时P38MAPK激酶也相应的延长，表明TGF-β和P38MAPK激酶两种物质之间也许有着一定的关联。转录活化因子通过被压力活化酶激活来进一步减少细胞因子的刺激。除此之外，分析证明了P38MAPK激酶延迟，并不会对ATF-2产生干扰，其磷酸化过程也不会中止，但细胞增殖被限制在角膜创伤处前段区域，表明JNK信号通路能起到抑制细胞增殖的作用。

6.2 JNK信号通路与晶状体疾病JNK信号通路调节细胞自噬维持晶状体清晰度。Li等[22]在实验中发现不同组织中JNK蛋白含量有所不同，其中晶状体上皮细胞的JNK蛋白含量较为丰富，这意味着上皮层将是晶状体的重要应激部位。晶状体中醛糖还原酶的过度表达可以刺激JNK信号通路的活化，对诱导细胞凋亡有着积极的作用。同时应注意的是，醛糖还原酶会对晶状体的透明度带来一定的影响[23]。JNK信号可以通过调节细胞核的自噬来保证晶状体清晰度及正常功能[24]。

6.3 JNK信号通路与糖尿病性视网膜病变

6.3.1 JNK信号通路可以引起节细胞层的神经退化性病变 研究证实，JNK信号通路的引发和人体内环境密切相关，举例来说，血糖含量过高可能诱导JNK信号通路，让介导神经细胞凋亡速度变快，引起糖尿病神经退化。实验过程中[25]，将一般大鼠与糖尿病大鼠的视网膜区别开来，之后放置到不同的血清游离培养基中使其生长，观察分析并得出结论。为了便于研究，对大鼠视网膜进行了分组，此次研究中以N组和HG组为例，HG 组中又分成了牛磺酸熊脱氧胆酸、神经营养因子-4组与空白试验组。培养基中培养1周时间后，发现视网膜节细胞层中N组JNK活化水平较低，HG组和DM组的JN活化K水平较高，但再生轴索低于N组。除此之外，研究还发现含有TUDCA以及NT-4的实验组JNK活化水平较高，与之对应的再生轴索较低。这一现象证明NT-4能够有效抑制JNK信号通路活化，起到保护神经的作用，同时高糖环境下视网膜神经细胞凋亡与JNK信号通路密切相关。在糖尿病患者体内[26]，JNK信号通路与其他因子共同作用时会产生诱导节细胞神经退化病变的现象。

6.3.2JNK信号通路与视网膜神经节细胞凋亡 Giovanni等[27]通过检测实验小鼠眼球内的JNK2在不同时期mRNA的表达变化以及视网膜细胞凋亡情况和细胞形态学改变，分析糖尿病小鼠视网膜病变中JNK2通路的作用。结果证实，早期糖尿病视网膜病变中JNK的表达与凋亡细胞呈正相关，JNK2则是早期视网膜病变的重要因素之一，具有促进视网膜神经节细胞凋亡的作用。

6.4 JNK信号通路与干眼JNK信号通路抑制剂有效减少IL-6促炎细胞分泌。干眼是一种常见的眼部疾病，多发于中老年人群，临床常见的症状是眼部不适以及视物模糊。泪液分泌缺少是导致干眼形成的最直接原因。干眼患者的眼球表面和泪液中许多炎症因子的含量显著提升，其中IL-6促炎细胞在人体免疫系统中有着非常关键的影响和功能。Chao等[28]在高渗透压状况下模仿干眼的基本环境培育人的角膜上皮细胞，结论表明IL-6的含量显著提升。同时细胞裂液中的JNK和磷酸化的P38MAPK含量也有不同程度的升高。这一结果证实，JNK和P38MAPK抑制剂可以有效减少高渗条件下IL-6的分泌。

6.5 JNK信号通路与青光眼JNK信号通路在慢性高眼压的环境下具有保护细胞的作用。高眼压刺激会激活JNK信号通路，继而加快RGC细胞凋亡。He等[29]在实验中给小鼠制造高眼压的环境，结果发现小鼠体内RGC凋亡显著增加，同时JNK3的蛋白表达量也有了显著增加。这也证实了高眼压和JNK3蛋白表达之间有着紧密联系。在慢性高眼压的环境中，热休克蛋白 72（heat shock protein 72，HSP72）[30]也能起到保护细胞的作用。

7 展望

综上所述，细胞外刺激与细胞内因素可通过激活JNK 信号转导通路来诱导细胞凋亡。研究证明，与眼部疾病相关细胞的凋亡途径与JNK信号通路的激活有着密切的联系，JNK信号通路在细胞水平上对人眼相关疾病的影响非常大。深入掌握其影响人体的机理，可以为眼部损伤与疾病的预防和治疗提供新的思路与参考。