MAPK信号通路在自然流产中机制研究进展

2020-01-20马铭艳杨美霞韩晓敏

中国计划生育学杂志 2020年9期

马铭艳杨美霞韩晓敏宋芳

包头医学院生殖医学研究所(014040)

自然流产指妊娠<28周，胎儿体重<1kg，非人为原因造成的流产。生殖道和染色体异常、母体内分泌紊乱、感染性因素等都能导致自然流产。此外，自然流产的发生也可能与母胎界面免疫微环境失衡，滋养细胞失去其生物学效应，蜕膜细胞功能失调等有关。研究表明丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通过参与胚泡着床、滋养细胞增殖侵袭、免疫调节、细胞凋亡等导致病理妊娠的发生。因此，本文就MAPK信号通路异常导致自然流产有关研究进行综述，为临床上防治自然流产提供理论参考。

1 概述

MAPK信号通路参与调控真核生物基因的表达，可受生长因子，炎症因子等各种刺激激活，通过细胞间信号分子相互作用，将“MAPKKK-MAPKK-MAPK”依次激活，把细胞外的信号从胞膜表面传到胞核，调控不同的生理病理反应。哺乳动物主要有4种MAPK：细胞外信号调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)、p38丝裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)、c-Jun-N-末端蛋白激酶(JNK)、细胞外信号调节蛋白激酶5(ERK5)，是目前研究较多的4条MAPK信号通路，面对不同的刺激产生能不同的效应，与众多疾病的发生发展密切相关。

1.1 ERK1/2

第一个被发现的经典MAPK信号通路：ERK通路。ERK包括ERK1～8，发挥主要作用的是具有高度同源性的ERK1和ERK2[1]，位于1号染色体。当细胞受到外界刺激后，Ras-Raf-MEK-ERK依次被激活，Ras蛋白接受各种细胞外刺激，是第一个能调节细胞增殖和逆转录病毒增长的蛋白质[2]。例如，IL-2和IL-2R都会影响Ras的活化，若IL-2浓度异常或IL-2Rβ链中传递信号的基因被敲除，Ras就不会被激活，该信号就无法向下传递。MEK磷酸化ERK1/2的特定基序，并使其进入胞核，作用于转录因子Elk-1等下游靶点，调控基因表达和细胞周期。U0126和PD98059是MEK1/2的抑制剂。前者按照非竞争性的方法抑制激活或未激活的MEK1/2，以此来阻止MEK1/2对ERK1/2的活化；后者只抑制未被激活的MEK1/2而防止Raf对MEK1/2的磷酸化，阻断ERK1/2通路[3]。

1.2 P38MAPK

P38有P38α/β/γ/δ 4个亚族，在全身不同的组织器官表达，P38α、P38β有高度同源性，且转录水平较高，促进炎症反应和细胞凋亡。P38信号通路也是通过逐级磷酸化完成，当细胞被炎性因子和应激等激活后，依次磷酸化MAPKKK-MKK4/6-P38，活化的P38与蛋白激酶-1 (AP-1)，肌细胞增强因子2C(MEF2C)，活化转录因子-2(ATF-2)等结合促进转录。P38可通过活化MEF2C增加AP-1蛋白中c-jun的转录，也可通过激活ATF-2调控TNF-α等炎性因子的表达[4]。P38有两种抑制剂：SB203580和SB202190。前者是最早被报道的，已普遍用于许多疾病的治疗研究，能穿过细胞膜，通过与ATP特定的结合位点结合使P38失去催化功能，此外，它还能抑制蛋白激酶B的磷酸化，抑制炎性因子诱导的信号传导，具有抗缺氧、减轻炎性反应等作用；后者则通过与ATP竞争抑制P38的活性[5]。

1.3 JNK

JNK在真核生物中分为JNK1-3，JNK1/2分布在机体的全部组织器官，JNK3主要在脑组织表达。细胞在各种应激刺激下，MEKK1-MKK4/7-JNK依次被磷酸化，诱导细胞凋亡。MKK 4使JNK上的Tyr185位点磷酸化，共同激活JNK和P38，MKK7则使JNK上的Thr183位点磷酸化，激活JNK[6]。JNK被活化后，作用于下游ATF-2，AP-1，c-Myc和抗凋亡蛋白 (Bcl-2家族)等靶点。正是因为JNK能磷酸化AP-1蛋白上的c-jun，所以被称为c-jun-N端激酶。SP600125与ATP共同竞争JNK上的相关位点来特异性抑制JNK的磷酸化[7]。

1.4 ERK5

ERK5通路是非典型MAPK信号通路，由于ERK5长度比家族其它成员都长，又叫大MAPK1(BMK1)通路，也是发现相对较晚的一条通路。在脑组织，胸腺和脾中含量较多，在肿瘤的发展转移过程中起重要作用。该通路可被有丝分裂原和细胞应激激活，依次磷酸化MEKK2/3-MEK5-ERK5。ERK5蛋白由N端和C端构成，C端含核定位信号和脯氨酸聚集区，N端将转录因子磷酸化来调节转录，N端磷酸化后，C端直接转录[8]。正是由于C端独特的结构和功能，使ERK5在MAPK家族中特殊的存在。ERK5被磷酸化后进入胞核，作用于下游AP-1，MEF2，c-Myc，NF-κB等调节转录。在高葡萄糖状态下，ERK1/2抑制剂能抑制ERK5的活性[9]。此外，BIX02189和BIX02188也可遏制MEK5的催化功能区，阻断MEK5对ERK5磷酸化过程，并且还可作用于ERK5下游的MEF2C，两个方面共同阻断ERK5通路[10]。

2 MAPK信号通路参与自然流产的作用机制

胚胎发育需要通过滋养细胞激活母胎界面的免疫系统[11]，具有可塑性和异质性[12]的蜕膜巨噬细胞(DM)作为母胎界面第二大类免疫细胞，在调控滋养细胞增殖侵袭、子宫动脉重建、免疫调节等方面有不可替代作用。DM分泌血管内皮生长因子(VEGF)，基质金属蛋白酶(MMPs)等，参与子宫动脉重建，给胚胎发育供给营养物质[13]。此外，根据表型和功能，DM可分为M1型和M2型，M1型诱导Th1型细胞免疫，不利于胚泡着床，胚胎发育；胎盘形成后，M2型高表达抗炎因子和CD209，诱导Th2型体液免疫维持妊娠，Th1/Th2失衡会打破母胎界面免疫微环境，引发自然流产[14]。研究发现，ERK1/2和P38促进CD4+ T淋巴细胞分化为Th2型，而JNK1则抑制其分化为Th2型，JNK2和P38促进CD4+T淋巴细胞分化为Th1型[15-18]。若MAPK信号通路异常，会减弱滋养细胞的侵袭力，刺激TNF-α增多，过表达的TNF-α可促使滋养细胞凋亡，刺激前列腺素E2(PGE2)释放，兴奋子宫平滑肌，引发流产[19]。此外，MAPK下游靶蛋白AP-1中的c-Jun和JunB定向缺失，会使胚胎早期死亡[20-21]。

2.1 ERK1/2信号通路与自然流产

根据目前研究表明，在妊娠初期磷酸化ERK高表达，推测ERK与滋养细胞的侵袭有关[22]。黄莉萍等[23]对绒毛组织的研究发现，H2O2能抑制ERK活性，阻碍绒毛外滋养细胞向子宫蜕膜深处入侵，使绒毛膜发育不良或子宫动脉重塑障碍，导致胚胎缺乏营养，最终发生流产等不良妊娠。正常妊娠期间，细胞外基质(ECM)的水解有助于滋养细胞成功向子宫蜕膜入侵，纤溶酶原激活因子与其受体结合可使ECM水解，此外，MMP-9和MMP-2也能促进ECM的水解。适量的环孢素A(CsA)通过ERK1/2促进滋养细胞MMP-2/9的分泌和转录，使滋养细胞发挥生物学效应；CsA也能使胚泡定位黏附时所需的整合素αvβ3表达增强；还能使蜕膜免疫细胞分泌IL-10，使母胎界面产生免疫耐受[24]。李晓倩[25]研究发现，双酚A能依次与母体蜕膜基质细胞的膜受体和核受体结合，使ERK1/2活化，继而抑制IL-8的表达，抑制滋养细胞向蜕膜入侵。但若蜕膜细胞中IL-8过表达，会引起白细胞趋化作用，引发炎症反应，损伤胎儿和胎盘组织，发生流产；也能促进凝血酶的产生，导致胎盘血管血栓形成，影响绒毛发育，引发流产。殷艳等[26]利用ERK激动剂表皮生长因子(EGF)和抑制剂U0126干预ICP患者胎盘滋养细胞ERK的表达，结果显示，EGF上调、U0126下调ERK的表达，且加入EGF的滋养细胞的凋亡率明显高于加入U0126，说明ERK的磷酸化使得EGF促进滋养细胞凋亡。

2.2 P38MAPK信号通路与自然流产

P38能够维持妊娠并促进分娩，但其不恰当的激活会导致不良妊娠结局[27]。研究发现，P38参与胚泡植入前的分化发育。Yoko等[28]发现磷酸化的P38主要位于蜕膜组织，通过调节COX-2的表达参与子宫内膜蜕膜化；此外，磷酸化的P38也能通过调节人胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBP)参与子宫内膜蜕膜化。陶跃平等[29]通过对绒毛外滋养细胞的研究发现，胎盘生长因子(PLGF)在妊娠早期激活了滋养细胞P38信号通路，导致滋养细胞的增殖分化，但其抑制剂逆转了PLGF对滋养细胞的侵袭作用。童晓嵋[30]利用P38抑制剂和ERK抑制剂对人绒毛膜癌滋养细胞系JAR细胞的研究发现，过表达的S100P通过P38促进滋养细胞增殖。李会俭[31]研究发现，抑制滋养细胞中人类白细胞抗原(HLA-G)的表达会影响其生物效应，但加入P38抑制剂后，滋养细胞侵袭力提升，证明HLA-G是通过激活P38来降低滋养细胞的侵袭力。

2.3 JNK信号通路与自然流产

JNK主要促进胚胎发育过程中的细胞凋亡。抗Fas激活抗体通过激活JNK来诱导子宫上皮细胞凋亡，促进滋养细胞的侵袭。利用RNA干扰技术敲除小鼠JNK1/2基因，会使小鼠囊胚形成异常，在囊胚形成过程中，细胞凋亡过程普遍存在，是一种交互式和动态生物学过程[32]，有助于清除囊胚中多余的细胞，维持滋养层细胞与内细胞群的比例，促进器官的形成，在胚胎发育方面有重大意义。因此，推测当细胞凋亡超过一定限度时，会影响胚泡植入，导致早期流产等。活化的JNK和P38使Bax移至线粒体，细胞色素c进入胞质，经过一系列反应使Caspase-9活化，引起细胞凋亡。然而，在敲除JNK1/2基因的鼠胚大脑中发现该区细胞的凋亡增强，导致神经管闭合缺陷，影响大脑发育[33]。说明JNK能抑制凋亡，但抑制机制需深入研究。

2.4 ERK5信号通路与自然流产

ERK5信号通路有助于早期胚胎发育，并与人类疾病密切相关，ERK5的异常激活能通过促进NF-κB的活化使肿瘤细胞增殖侵袭等[34]。ERK5能诱导胸腺T细胞分化成熟[35]。敲除胚胎期大鼠ERK5基因，发现它们是因为血管发育障碍致死，说明ERK5参与胚胎初期血管形成，若ERK5异常可能出现死胎现象[36]。敲除胚胎期小鼠ERK5基因，小鼠神经元分化异常，说明ERK5能促进胚胎神经元的正常分化发育[37]。以上研究均证明，在胚胎发育进程中，ERK5确实起到关键的作用，但根据目前国内外文献，尚未发现ERK5信号通路与自然流产是否有关，然而根据ERK1/2在自然流产中已发挥作用，可以推测，ERK5与自然流产可能也有关系，需要进一步深入研究。