ERK信号转导通路与类风湿关节炎*

王建竹, 孔祥英, 林 娜

(中国中医科学院中药研究所， 北京 100700)

ERK信号转导通路与类风湿关节炎*

王建竹, 孔祥英, 林 娜△

(中国中医科学院中药研究所， 北京 100700)

细胞外信号调节激酶类; 关节炎，类风湿

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)信号转导通路是细胞外信号引起细胞核内反应的重要通路，而细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)通路是MAPKs家族中的重要成员，其异常活化与类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)关节破坏的病理过程密切相关。

1 ERK信号转导通路的活化与生理功能

MAPKs家族是一类高度保守的苏氨酸/酪氨酸蛋白激酶，可通过严格的3级酶促级联反应(MAPKKK→MAPKK→MAPK)激活，进而调节特定基因的表达。ERK是MAPKs家族中的一员，可被炎症因子、丝裂原、生长因子等激活，对细胞的生长、增殖、分化、存活等发挥重要作用[1，2]。

研究证实，受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体和某些细胞因子受体均可激活ERK信号转导通路。多数信号因子对ERK的活化都始于对Ras的激活，活化的Ras可进一步与丝/苏氨酸蛋白激酶Raf的氨基端结合并使其激活。Raf可磷酸化激活MEK1/MEK2，进而高度选择性活化ERK1和ERK2(即p44 MAPK和p42 MAPK)。G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors，GPCRs)也可通过一系列复杂的级联反应影响ERK活化。此外某些细胞因子受体可通过激活JAK、磷酸化Shc进而激活ERK。而负反馈调节则是保证MAPKs不持续活化的重要机制，MAPKs可以至少诱导产生3种不同的蛋白磷酸酶以抑制MAPK活化，分别为二元特异性磷酸酶、苏氨酸磷酸酶和酪氨酸磷酸酶[3-5]。

活化的ERK可作用于多种底物，如p90核糖体蛋白S6激酶(90 kD ribosomal protein S6 kinase, p90 RSK) 、磷脂酶A2和微管相关蛋白等。作用底物的多样化，决定了ERK功能的多样性。有研究表明T细胞被RA相关抗原激活后的增殖有赖于ERK的活化，ERK的特异性抑制剂PD98059可抑制由血清、佛波酯或生长因子导致的细胞增殖，也能抑制耳肿胀模型小鼠和实验性骨关节炎模型兔的炎症反应。除介导细胞增殖和炎症反应外，ERK1/2信号通路还参与调控细胞的存活，活化的MEK1和MEK2等位基因可促进细胞存活，而其基因突变则抑制细胞存活。

2 ERK通路在RA关节破坏中的生物学效应

滑膜组织炎性增生、关节软骨和骨进行性破坏是RA关节破坏的病理环节，ERK通路可能参与并部分介导了上述病理过程。

2.1ERK信号通路与RA滑膜炎症 滑膜组织炎性浸润、滑膜细胞异常增殖和血管翳形成是RA滑膜病变的重要特征。免疫组织化学分析结果显示ERK在RA滑膜组织的T淋巴细胞、成纤维样细胞和巨噬细胞中明显活化[6]，这一事实提示ERK参与RA受累滑膜组织病理信号的转导。

细胞增殖或凋亡及多种细胞因子的转录和合成等一系列生物效应是由病理信号的级联转导介导的。研究表明ERK通路活化促进T细胞的增殖及多种细胞因子的分泌，进而引起单核细胞和巨噬细胞的聚集和活化[7,8]。RA滑膜组织中活化的单核细胞和巨噬细胞可进一步分泌肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、IL(interleukin，IL)-1β和IL-6等多种炎症细胞因子，进而诱导滑膜组织产生IL-8、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)和黏附分子等多种生物小分子，促进RA成纤维样滑膜细胞过度增殖和凋亡异常。

促炎细胞因子诱导的滑膜增生，是成纤维样滑膜细胞增殖和凋亡失衡的结果。巨噬细胞游走抑制因子(macrophage migration inhibitory factor，MIF) 是表达于RA成纤维样滑膜细胞及巨噬细胞的促炎细胞因子。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)被认为是一种促RA成纤维滑膜细胞凋亡的因子。研究发现MIF和TRAIL都可通过ERK活化促进滑膜细胞增殖[9]。血清淀粉样蛋白A(serum amyloid A，SAA)是一种重要的急性期反应蛋白，可以调节炎症细胞反应。研究表明RA患者滑膜细胞、滑液及血清中SAA水平明显升高，且其含量与RA活动性呈明显正相关。Lee等[11]研究证实SAA与其受体FPRL1结合能显著刺激RA成纤维样滑膜细胞增殖并抑制其凋亡，同时他们还发现SAA的这种作用与诱导ERK和Akt活化，进而引起下游细胞周期蛋白D1和Bcl-2水平升高密切相关。血管生成素1(angiopoietin 1，Ang-1)及特异性酪氨酸激酶受体(Tie-2 )在RA滑膜组织中大量表达[10]，且介导RA血管翳形成和关节结构破坏。研究表明，Ang-1/Tie-2能促进RA滑膜细胞增殖并抑制其凋亡，其机制与提高ERK活性相关[12]。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) 是一种重要的细胞存活因子，在RA滑液及滑膜细胞中呈高表达状态。VEGF165与其受体NP-1特异性结合也可活化ERK和丝氨酸/苏氨酸激酶Akt，提高Bcl-2水平，抑制滑膜细胞的凋亡[13]。

异常增殖的RA细胞过表达基质降解酶如MMP-1、MMP-3等[14]，水解周围组织，破坏关节结构，同时也利于表皮细胞的迁移和毛细管的形成[15]，为新生血管的形成提供了条件。另外MMP-2、MMP-9及膜型MMPs对血管发生也具有重要作用[16]。MMPs的表达受多种因素的调控。Pap等[17]研究发现c-Raf-1和c-Myc显性负突变的滑膜细胞，ERK及c-Jun磷酸化水平显著下降，MMP-1、MMP-3转录水平降低。同时还有研究发现环氧化酶-2衍生的前列腺素E可通过抑制ERK而下调滑膜成纤维细胞MMP-1表达[18]。整体动物实验中抑制c-Raf-1和c-Myc可明显减少RA成纤维样滑膜细胞对SCID鼠模型软骨的降解[17]。其中c-Raf-1是ERK的上游分子，而c-Myc、c-Jun则是ERK信号通路下游的转录因子，据此可推测ERK活化介导RA成纤维样滑膜细胞MMPs表达的调节。此外Han等[19]研究证实抑制ERK活化，可下调IL-1诱导的RA成纤维样滑膜细胞AP-1活化和MMP-1的产生，由此推测ERK介导的MMP合成与AP-1活化关系密切。

可见，RA滑膜成纤维样细胞ERK的异常活化可促进滑膜细胞炎症反应，并参与滑膜细胞过度增殖及凋亡抑制，同时可增加基质降解酶的产生，在关节破坏方面发挥重要作用。

2.2ERK信号通路与RA软骨破坏 软骨破坏是RA关节损伤的一个重要病理环节。过度增生的炎性滑膜组织侵袭是引起关节软骨破坏的关键因素。研究表明，在SCID鼠软骨侵蚀实验中，异常增殖的成纤维样滑膜细胞分泌基质降解酶如MMPs等，引起细胞周围结构破坏是滑膜侵袭软骨的前提。而ERK通路参与介导了滑膜细胞MMPs的表达，那么在RA软骨细胞中ERK途径是否发挥同样的作用呢？

MMP-1和MMP-13是介导软骨破坏的主要MMPs。研究表明基质细胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1，SDF-1)与软骨细胞表面特异性受体CXCR4结合可诱导软骨细胞MMP-1的表达[20]，同时提高RA软骨细胞培养上清液及胞浆中MMP-13蛋白和基因表达水平，而当软骨细胞与ERK特异性抑制剂共孵育或在ERK显性负突变的软骨细胞中，SDF-1均不能升高MMP-13的基因转录水平[21]。可见ERK通路参与SDF-1诱导的软骨细胞MMP-1和MMP-13的合成。此外，Liacini 等[22]研究发现TNF-α也可通过活化软骨细胞ERK通路，诱导MMP-13的表达。

综上，ERK通路介导了RA软骨细胞MMPs的表达，在RA软骨破坏过程中发挥重要作用。

2.3ERK信号通路与RA骨破坏 X射线研究显示骨侵蚀在RA早期阶段就出现了，呈进行性加重，导致严重的关节畸形，最终影响关节活动。病理观察发现RA患者骨侵蚀区域及胶原诱导性关节炎(collagen-induced arthritis，CIA)大鼠骨破坏部位均可见大量的破骨细胞，推测凡促进破骨细胞分化、增加破骨细胞活性及趋化性的因素都可加速RA骨破坏。

研究发现RA患者异常增殖的滑膜与骨交界面上可见大量破骨细胞，并出现骨侵蚀，类似现象也发生在RA动物模型CIA大鼠破坏的关节中。研究发现RA滑膜组织在1,25(OH)2D3和M-CSF存在条件下体外培养3周，可诱导出破骨细胞，在相似的培养条件下，外周血单核细胞和RA滑膜细胞共培养可促进单核细胞向破骨细胞分化[23，24]。由此推测，异常增殖的滑膜细胞与破骨细胞分化相关，那么RA成纤维样滑膜细胞是通过什么信号通路介导破骨细胞分化呢？研究发现ERK特异性抑制剂PD98059能剂量依赖性抑制滑膜细胞RANKL表达，进而抑制破骨细胞生成。Lee等[25]研究也发现U0126通过抑制ERK通路，可以减少与滑膜细胞共培育的单核细胞向破骨细胞分化，ERK活性突变体能通过活化Ras/ERK通路，延长破骨细胞存活时间。同时发现ERK活化可以增加破骨细胞趋化性[26]。

综上，ERK信号转导通路可参与破骨细胞的分化、存活及趋化性的调节，在RA关节骨破坏过程发挥重要作用。

3 ERK信号通路与RA相关其它信号转导通路的关系

胞内各信号通路之间相互影响，形成复杂的调控网络。研究表明，MAPKs家族的其它成员如c-Jun氨基端激酶(c-Jun NH2-terminal kinases，JNK)、P38、G蛋白偶联受体通路及核因子-κB(nuclear factor，NF-κB)通路等均参与RA病理信号的转导，且均与ERK信号通路存在交互作用。

TNF-α、IL-1β可同时活化RA滑膜组织ERK、JNK和P38等3条MAPKs信号转导通路，Toh等[27]研究发现JNK特异性抑制剂，而非ERK或P38抑制剂能降低丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶(MAPK phosphatase 1，MKP-1)的表达，进而降低ERK和P38的磷酸化水平。NF-κB可调控TNF-α、IL-6等细胞因子的转录和表达。有报道表明ERK特异性抑制剂PD98059能抑制RA病人滑膜细胞NF-κB活性亚基P65核转位[28]，从而抑制多种炎症细胞因子如TNF-α、IL-1等的转录。G蛋白偶联受体通路是细胞外信号引起细胞核内反应的通道之一，其中GS、Gi蛋白介导的信号转导通路异常是引起滑膜细胞功能异常的重要机制之一。有研究表明，ERK特异性抑制剂U0126能抑制体外培养的CIA大鼠滑膜细胞rIL-1α诱导引起的Gi蛋白表达水平的升高。

综上，ERK通路与MAPKs家族的其它成员、G蛋白偶联受体通路及TRAF/NIK/IκBK/NF-κB通路等在RA病理信号的转导过程中存在交互作用，共同构成了一个复杂的信号转导调控网络，促使RA病情不断发展恶化。

4 小结

ERK参与RA关节破坏多个病理环节的信号转导，与RA病理状态的维持和病情进展密切相关。深入研究ERK信号转导通路在RA关节破坏中的作用，有助于从分子水平深入探讨RA的发病机制和研制新型药物。Ohori等[29]研究发现ERK抑制剂FR180204能显著抑制CIA大鼠临床关节炎积分，逆转疾病引起的体重下降，降低大鼠抗Ⅱ型胶原抗体的产生，抑制Ⅱ型胶原诱导产生的迟发型超敏反应。另有研究者观察到给CIA大鼠灌服MEK抑制剂PD184352阻滞ERK活化，能产生与FR180204相似的改善关节病变的疗效[30]。动物实验的结果令人振奋，ERK可能成为治疗RA的新靶点，而其抑制剂有望成为缓解RA症状，甚至阻断病情进展的新型药物[31]。虽然当前ERK抑制剂的安全性还没有得到充分的论证，还要做更多更深入的研究，但尝试研制可经口服的、具有临床应用潜质的ERK抑制剂是非常有必要，也是颇具广阔前景的。

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ERKsignalingpathwayinrheumatoidarthritis

WANG Jian-zhu, KONG Xiang-ying, LIN Na

(InstituteofChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700,China.E-mail:linna888@163.com)

The excessive activation of extracellular signal-regulated kinase(ERK) signaling pathway, which is a significant feature of rheumatoid arthritic(RA) arthropathy, plays an important role in the process of synoviocyte dysfunction and destruction of cartilage and bone. Understanding the pathomechanism of ERK signaling in RA provides a new target for developing new drug and therapeutic strategy. This review summarizes the current knowledge of the activation, regulation and function of ERK pathway, and also analyzes the role of this signaling transduction in the destruction of joints and the pathogenesis of RA.

Extracellular signal-regulated kinases; Arthritis, rheumatoid

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2011.02-037

1000-4718(2011)02-0398-05

2010-05-11

2010-08-25

北京市自然科学基金资助项目(No.7062051);国家自然科学基金资助项目(No.30672647);国家科技重大专项课题-重大新药创制基金资助项目(No.2009ZX09301-005-007；No.2009ZX09502-019)

△通讯作者 Tel: 010-64011692; E-mail: linna888@163.com