p38 MAPK信号通路对缺血性脑卒中作用的研究进展

张奎明，崔应麟，葛鸾蝶，侯露阳，马瑞红

(1.河南中医药大学第二临床医学院，郑州 450046；2.河南省中医院脑病科，郑州 450002)

缺血性脑卒中是血栓或血块堵塞脑部的供血动脉，使脑组织血供减少，神经细胞发生缺氧坏死，引发的脑部病变[1-2]，是脑卒中的主要组成类型[3-4]。脑缺血发生后，脑组织缺少必要的氧和能量，导致神经元代谢紊乱，无法维持离子平衡和细胞稳态，从而使神经细胞凋亡形成梗死灶和缺血半暗带。缺血半暗带再灌注能恢复缺血区域氧和能量供应，亦会触发细胞凋亡和炎症机制，进一步损害神经细胞、内皮细胞及胶质细胞，加剧缺血半暗带损伤[5-6]。而p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路与炎症所介导的缺血性损伤密切相关，抑制p38 MAPK信号通路，能抑制神经元凋亡和炎症反应，保护受损脑组织，改善神经损伤[7]。近年来，关于p38 MAPK在脑缺血中的研究逐渐增多，现从炎症反应、神经元凋亡、脑组织水肿、再灌注损伤等角度出发，就p38 MAPK信号通路对缺血性脑卒中作用的研究进展予以综述，以期为缺血性脑卒中的实验研究与临床治疗提供参考。

1 缺血性脑卒中的病理机制

缺血性脑卒中起病后，脑组织所需的氧和葡萄糖匮乏，ATP合成不足，导致细胞离子失衡，胶质细胞与神经细胞去极化，Ca2+通道被激活，电位差形成，Ca2+大量流入细胞，激活花生四烯酸与蛋白水解酶，从而促进神经元中活性氧类的形成。细胞膜去极化后，神经兴奋性递质谷氨酸加速释放，其水平超过细胞生理功能所需阈值，且在细胞外逐渐蓄积，产生氨基酸毒性，促使细胞内钙超载，损伤神经元。同时，神经元质膜上Na+，K+-ATP酶被破坏，离子稳态失衡，形成离子浓度差，细胞渗透压改变，导致脑水肿。此外，缺血和缺氧降低脑组织的pH值，酸中毒进一步触发神经细胞凋亡机制[8]。自由基可介导线粒体损伤，线粒体反应性肿胀，通透性增加，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)被激活，从而水解胶原蛋白与层粘连蛋白的基底层，破坏血脑屏障(blood brain barrier，BBB)[9]。内皮通透性屏障的破坏，引起BBB渗透性增加、促炎基因表达、炎症因子释放及内皮细胞表面黏附分子(如E-选择素、P-选择素与细胞间黏附分子)的表达，从而过度激活内皮细胞，使其成为血栓和炎症前的病理状态[10-11]。白细胞对脑组织的浸润由免疫球蛋白、整合素和选择素介导，中性粒细胞在渗透性脑缺血期间，最早表现出白细胞亚型的上调，此时细胞富集并开始释放炎症介质(如MMP和诱导型一氧化氮合酶)，加剧脑部血流障碍，促使BBB损伤，且与梗死面积的扩大密切相关[12-13]。星形胶质细胞和小胶质细胞通过相关分子介导炎症反应，对缺血性脑损伤做出应激反应；此时，血源性巨噬细胞募集到缺血性脑组织并由小胶质细胞主导分化为作用相反的两种亚型。此外，星形胶质细胞反应性增生和增殖是对神经元损伤的主要反应，其可通过表达炎症因子，加重神经损伤，亦可通过增生形成胶质瘢痕，隔离梗死灶，防止脑组织损伤区域的扩大，同时它还能分泌神经营养因子，调控缺血后神经元的活性[14-15]。由缺血性损伤所激活的小胶质细胞可在梗死核心和缺血半暗带分化不同的促炎和抗炎表型，即M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞[16]。前者可分泌大量的细胞介质(活性氧类、蛋白酶与细胞因子)，触发炎症机制、产生促炎效应[17]。后者具有抗炎表型，可分泌转化生长因子-β、白细胞介素-10等，吞噬细胞碎片或受损神经元，分泌多种神经营养因子[18]。M2极化相关的靶向药物可促使M1型小胶质细胞转化为M2型小胶质细胞[19]。炎症在缺血性脑卒中的进展中发挥重要作用，炎症反应具有两面性，既能加重脑卒中急性期的继发性脑损伤，也能促进脑卒中后期脑组织的修复。

2 p38 MAPK信号通路概述

p38 MAPK是一类分化上保守的丝氨酸/苏氨酸MAPK，是联系细胞外信号和细胞内生化反应的纽带，参与细胞的多种反应机制。哺乳动物p38 MAPK家族由四个成员(p38α、p38β、p38γ和p38δ)组成，它们由不同的基因编码组成，协调调控基因表达、有丝分裂、代谢活动、细胞凋亡和分化。p38的分布具有明显的组织差异性，p38α和p38β广泛存在于哺乳动物的组织和细胞中；p38γ主要表达于骨骼肌；p38δ主要在胰腺、肾脏、睾丸和小肠中发挥作用[20]。在神经退行性病变动物模型中，p38α和p38β被激活，细胞生理特性被改变，导致神经毒性产生，其中p38α主要在小胶质细胞表达，p38β主要作用于星形胶质细胞[21]。非磷酸化状态的p38无活性，当神经细胞被各种应激因素或炎症因子刺激时，如氧化应激、紫外线、缺血、缺氧、渗透压、白细胞介素-1与肿瘤坏死因子-α、基因损伤等，应激信号或促分裂原激活MAPK激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MEKK)(MEKK1～4)，MEKK1～4可以磷酸化MAPK激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MKK)3、MKK4、MKK6[22]，其中MKK4对p38具有一定的抑制作用，而MKK3及MKK6是激活p38的主要蛋白激酶，p38 MAPK活化可以结合多种反应底物，包括细胞质中的促凋亡蛋白、Tau蛋白、胞质型磷脂酶A2及细胞核内的p53抑癌基因、转录因子(ETS1、ELK1、MEF2、ATF)[23]，诱导细胞分化与凋亡、炎症反应、细胞周期停滞、细胞因子产生以及RNA的调控剪接等；此外，p38 MAPK磷酸化引发的下游活动具有组织细胞特异性，磷酸化的p38通过调节转录因子，调控特异性细胞因子的表达，产生促炎效应，或在信使RNA水平上，调控其下游蛋白激酶(MAPK激活的蛋白激酶2/3和MAPK相互作用激酶1)的翻译表达，从而促进炎症因子释放。随着研究的深入发现，p38 MAPK与大脑、间脑、小脑和脑干的病理生理过程联系紧密，它既能参与机体对各种脑部疾病的防御和保护，又能通过氧化应激、活化炎症因子及触发炎症反应等方式，成为各种脑病的致病媒介。

3 p38 MAPK在缺血性脑卒中的作用

3.1调控炎症反应 炎症在缺血性脑卒中的各个阶段发挥重要作用，是修复受损脑组织以保护中枢神经系统的生理反应[24]。有研究证明，在脑组织受损区域可以观察到大量炎症因子和细胞浸润[25]。这些因子的过度表达会导致继发性脑损伤，而p38 MAPK信号通路是炎症级联反应的重要途径，p38 MAPK介入巨噬细胞与吞噬中性粒细胞的功能反应，包括颗粒胞吐、趋化、黏附和凋亡[26-27]。缺血性脑卒中发生后，脑组织细胞、血源性炎症细胞均会参与炎症反应，其中中性粒细胞最早参与缺血脑组织浸润，1～3 d达到高峰，随后迅速减少，中性粒细胞浸润可释放诱导型一氧化氮合酶和MMP促炎介质，导致脑部炎症和损伤。胶质细胞也可在缺血性脑卒中发生后数分钟内转化成巨噬细胞，产生炎症介质与细胞毒性因子，加重神经细胞损伤。研究表明，小胶质细胞以p38 MAPK信号通路为介导，激活核因子κB p65，促进细胞炎症因子的表达[28-29]。

研究显示，高盐饮食能通过p38 MAPK信号通路调控醛糖还原酶的表达，促进促炎性M1型小胶质细胞的极化，从而加剧缺血性脑卒中的发展[30]。脂多糖促使p38 MAPK信号通路磷酸化，从而抑制小胶质细胞中UNC-51样激酶1活性，破坏其与自噬复合体中自噬相关蛋白13的相互作用，降低通量及自噬水平，诱导炎症活动的进行。组织蛋白酶C通过激活黏着斑激酶上游调节因子，使p38 MAPK信号通路在巨噬细胞中激活，促进巨噬细胞进入M1活化状态，产生促炎效应[31]。在缺血性脑损伤的急性阶段，p38 MAPK信号通路诱导神经毒性，而在亚急性阶段，该通路在神经保护性抗凋亡效应中抑制炎症反应[32-34]。由于p38 MAPK对炎症的特殊调控作用，p38 MAPK成为抗感染治疗药物开发的潜在靶点，引起国内外学者的广泛关注。

3.2诱导神经元凋亡 神经细胞凋亡是缺血性脑卒中的主要病理反应，其凋亡具有自发性，是受基因调控的程序性死亡。脑缺血初期，缺血半暗带的主要病理表现为神经元受损，损伤区域存在大量可修复的神经元，但随着脑缺血时间的延长，p38 MAPK信号通路通过干预细胞凋亡机制，调控神经细胞靶向基因的表达，加速受损神经元凋亡的进程，使脑缺血初期的半暗带区域逐渐成为脑梗死的扩大灶，加重脑损伤。与损伤相关的神经元，通常被认为是高度分化的细胞，在重新激活细胞周期时发生凋亡，p38 MAPK信号通路激活胱天蛋白酶(caspase)3，调控细胞的生命周期，促进细胞衰老、凋亡[35]。Pan等[36]发现，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-126表达能减少心肺复苏大鼠海马神经细胞凋亡，经miR-126模拟注射后，p38 MAPK表达下调，胞外信号调节激酶1/2表达上调，而抑制p38 MAPK信号通路的结果与表达miR-126的结果一致，说明p38 MAPK诱导神经细胞的凋亡。活化的p38 MAPK主要通过改变促凋亡相关蛋白(caspase-9)、凋亡调节因子(Bcl-2/Bcl-2相关X蛋白与caspase-3)的表达，使神经元凋亡[37-38]；亦有研究表明，p38 MAPK活化能促进线粒体失活、细胞凋亡，其介导神经细胞凋亡的机制主要由凋亡诱导因子(Bcl-2相关X蛋白)和凋亡抑制因子(Bcl-2)调控[39]。p38 MAPK抑制剂SB203508能减少变应性鼻炎小鼠的嗅觉神经元凋亡，从而改善小鼠打喷嚏、鼻瘙痒等变应性鼻炎症状，提高小鼠的嗅觉灵敏度[40]。另有研究发现，经过氯胺酮处理的细胞，p38 MAPK、Bcl-2相关X蛋白与caspase-3的表达水平显著下降，p38 MAPK信号通路被抑制，细胞活性、细胞周期进程和海马神经元端粒酶活性显著提高，从而抑制海马神经元凋亡[41]。p38 MAPK通过调控细胞基因的表达在能量转化、生命周期等方面，多层次干预凋亡的进程，但其对细胞凋亡的确切作用仍有待进一步研究。

3.3促进脑组织水肿 脑水肿是缺血性脑卒中的常见并发症，恶性脑水肿是临床危急重症。脑水肿可分为血管源性水肿和细胞毒性水肿。血管源性水肿的特点为BBB破坏引起的液体外渗，在细胞外积聚进入脑实质；细胞毒性水肿的特征为缺血后脑组织的能量合成异常，导致细胞膜上Na+，K+-ATP泵功能下降，Na+自膜内向膜外的转运功能减退，引发细胞坏死或局部缺血组织中水和Na+聚集，液体外渗，其不破坏BBB(离子水肿)，但会使颅内压升高，阻碍血流与脑脊液的循环，随着时间的延长，进一步加重神经细胞肿胀、坏死、脑组织缺血等继发性损害，最终引起BBB功能障碍，造成恶性循环。水通道蛋白4作为一种微型膜覆盖蛋白，其功能为水分子跨膜运输的通道，主要参与血管源性水肿。对局灶性大鼠脑缺血再灌注模型的研究显示，p38 MAPK磷酸化，增强胞质型磷脂酶A2与水通道蛋白4的活性，BBB通透性增加，水分子转运加速，从而加重脑组织水肿，进一步损伤BBB，形成脑水肿[42-43]。有研究发现，阿托伐他汀能抑制脑部梗死区域磷酸化p38 MAPK的过表达，从而抑制水通道蛋白4相关信使RNA转录，缓解脑部水肿[44]。此外，脂多糖能通过p38 MAPK信号通路，促进MMP过度分泌，而p38 MAPK抑制剂Ⅷ可显著降低脂多糖诱导的MMP-9蛋白活性，从而保护BBB，减轻脑部水肿[45]。

3.4诱发再灌注损伤 缺血再灌注损伤是指缺血脑组织血供恢复后，脑细胞的受损程度不仅没有改善，神经元缺血性损伤反而进一步加重，能对脑组织造成不可逆损害。脑组织缺血后，脑细胞中的ATP水平降低，再灌注后，环腺苷酸水平迅速升高，同时环鸟苷酸水平进一步降低。在此过程中，大脑发生脂质过氧化作用，且大脑组织富含磷脂，环腺苷酸的增加可以激活磷脂酶，降解磷脂，其主要降解产物为硬脂酸与花生四烯酸。胞质型磷脂酶A2调节花生四烯酸，引发氧化应激、脑缺血、脑组织水肿、BBB破坏。Nito等[46]对短暂脑缺血小鼠模型再灌注的研究发现，p38 MAPK水平在缺血后6 h开始升高，24 h达到峰值，72 h内水平显著升高，其中磷酸化p38 MAPK水平亦明显升高，同时发现该蛋白能促进肝细胞凋亡、BBB破坏。Guan等[47]发现，p38 MAPK介导细胞因子和应激刺激，诱导细胞凋亡并抑制磷酸化p38 MAPK和下游转录激活因子-2的表达，进一步限制脑损伤，促进缺血组织的恢复。脑缺血再灌注后，p38 MAPK主要参与脑组织的再损伤，减少相关信号转导因子的表达，有利于脑组织损伤的修复。

4 小 结

p38 MAPK可通过多种途径参与缺血性脑卒中的病理反应，并发挥多重作用。关于p38 MAPK在缺血性脑损伤中的作用机制尚未完全明确，有待进一步研究证实。但p38 MAPK水平在缺血性脑卒中后明显升高，对脑组织造成损伤，其抑制剂已被证实在脑缺血急性期能保护脑组织免受损伤。目前，对超早期缺血性脑卒中的临床治疗包括血管内介入和静脉溶栓，但这些治疗手段具有较高的技术与时间要求，且出血、手术风险和麻醉意外的可能性更高。近年来，对MAPK信号通路靶向药物的研究逐步深入，一些药物虽被证实具有确切疗效，但临床应用仍存在不良反应大、生产成本高等问题，而中医注重整体观念，理法方药相统一，对缺血性脑卒中的治疗与愈后发挥重要作用，应用前景广泛。未来从中医药角度对MAPK信号通路的进一步研究，将对临床采用相应的治疗策略和药物保护受损脑组织产生指导作用，从而为缺血性脑卒中的实验研究与临床治疗提供新思路。