MAPK信号转导在糖尿病肾病免疫机制中作用的研究进展

刘 晔综述 赵林双审校

MAPK信号转导在糖尿病肾病免疫机制中作用的研究进展

刘 晔1综述 赵林双2审校

本文2010—10—20收到，2011—02—18修回，2011—03—02接受

越来越多的研究结果表明2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus，T2DM）的发生与自身免疫机制有关，糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy，DN）发病的免疫机制研究已成为T2DM研究的重点课题之一。丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen Activated Protein Kinase，MAPK）家族作为免疫家族中的一员，是DN不同信号通路的交汇点，在其信号转导中扮演重要角色。本文就其目前研究进展综述如下。

1 MAPK的组成和调节

1.1 MAPK的组成

MAPK是联系细胞膜受体与细胞内重要调节靶目标的重要传递者。在真核细胞中，已鉴定出四条MAPK信号转导通路：即细胞外信号调节蛋白激酶 （Extracellular Signal-regulated Protein Kinase，ERK）通路、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal Kinase，JNK）／应 激 激 活 的 蛋 白 激 酶（Stress Activated Protein Kinase，SAPK）通路、p38 MAPK通路、ERK5／大丝裂素活化蛋白激酶-1（Big MAP Kinase-1，BMK-1）。它们被不同的细胞外信号激活，产生不同的效应［2］。MAPK被活化后可磷酸化核转录因子和其它蛋白激酶等多种底物，调节相关基因的转录，进而参与细胞生长、发育、分裂及细胞间的功能同步等多种生理过程，并在细胞恶性转化等病理过程中起重要作用［3，4］。

1.2 MAPK活性的调节

MAPK信号转导通路多级激酶的级联反应包括顺序激活的三个关键激酶：即MAPK激酶的激酶（Mitogen Activa-ted Protein Kinase Kinase Kinase，MAPKKK）→MAPK激酶（Mitogen Activated Protein Kinase Kinase，MAPKK）→MAPK。MAPKKK对 MAPKK的苏氨酸（Threonine，T）、酪氨酸（Tyrosine，Y）进行双位点磷酸化活化。这两个磷酸化位点中间被一氨基酸隔开，构成三肽基TXY。不同的MAPK亚族成员，其双磷酸化位点之间的X残基不同。MAPKK又通过双位点磷酸化激活MAPK。每一种MAP—KK可被至少一种MAPKKK激活，每一种MAPK又可被不同的MAPKK激活，使MAPK级联反应构成一个复杂的调节网络［5］。

以MAPK为核心的信号转导是一个底物磷酸化级联反应，受到蛋白激酶磷酸化与去磷酸化调节，磷酸化使其活化，而去磷酸化使其失活。调节MAPK磷酸化的主要是丝裂原蛋白激酶磷酸酶（Mitogen Activated Protein Kinase Phos-phatase，MKPs）。MKPs在静息状态的细胞中是不表达的，只有在受到如氧化应激、丝裂原、紫外照射等的刺激下才被诱导，并且在转录水平上受到多种因素的调节，以不同方式、不同程序诱导 MKPs的表达［6］。且现已证实，涉及信号转导的细胞膜受体中最大的家族—G蛋白偶联受体（G-pro-tein-coupled-receptor，GPCR）与 MAPK信号转导高度相关，且介导一系列免疫反应，导致组织损伤。正是这种表达而产生不同的病理效应，因此成为研究疾病发生发展所要关注的重点。

2 MAPK信号转导通路与DN的关系

2.1 高糖环境诱导DN与MAPK信号转导通路

DM是一种发病机制复杂的内分泌系统疾病。目前对其并发症DN的研究主要集中于高糖环境对DN信号转导途径的影响，如可经蛋白质非酶糖化、多元醇通路激活、二酰基甘油（Diacyl Glycerol，DAG）—蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）通路以及氧化应激等环节导致DN等并发症的发生，并且这些病理环节都可致MAPK激活，进而磷酸化转录因子，调节基因的表达，参与并发症的发生［6～8］。但是有研究发现，有些多年血糖未控制在良好水平的DM患者未患DN，而某些初发的DM患者已经出现DN的临床症状，表明DN发病机制十分复杂，仅用血液动力学障碍、高血糖等解释尚难定论。最近研究发现自身免疫机制参与DN的发生。

2.2 MAPK信号转导相关通路在DN中的作用

目前，DN致病机制研究中有关 MAPK信号转导等的作用已有报道，尤其备受关注的是p38MAPK和JNK信号转导通路。而对ERK通路的研究甚少。DN机制在p38MAPK信号转导通路方面主要集中于研究p38MAPK及其下游转录因子，如环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（c AMP Response Element-Bingding protein，CREB）、转录活化因子-1（Activating Transcription Factor-1，ATF-1）、转录活化因子-2（Activating Transcription Factor-2，ATF-2）、转录激活因子ETS样蛋白-1（ETS-like-1，ELK-1）等的表达及其与肾小球肥大、细胞外基质积聚的关系，以及由p38MAPK 通 过 调 节 转 化 生 长 因 子—β1（Transforming Growth Factor-βl，TGF-βl）、基质金属蛋白酶活性及葡萄糖转运体的表达等多种途径影响纤维连接蛋白、Ⅳ型胶原的生成而影响DN进程等［9，10］。而JNK信号转导通路方面主要研究JNK-c-Jun信号转导通路经血管紧张素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngⅡ）诱导的肾小球系膜细胞（Glomerular Mesangial Cell，GMC）对增殖细胞周期的调控、与 TGF-βl的信号转导途径的关系及其介导TGF—βl诱导系膜细胞过度分泌纤维结合蛋白（Fibronectin，FN），从而诱发 DN 等［11，12］。

高糖培养GMC，与正常浓度葡萄糖培养时相比，MAPK（包括ERK和p38MAPK）的磷酸化和活性显著升高［13］。但高糖培养GMC中未见JNK激活的报道，如Kang等［14］研究指出短期（48h）高糖（40m M）作用不能引起原代培养GMC中JNK的磷酸化和活化。提示p38MAPK与ERK可能与DN的发生与发展有关，而JNK与其无关。另有研究发现在高血糖状态下，DAG合成增加，导致细胞内DAG含量升高，进而激活PKC，影响MAPK通路。用PKC抑制剂Cal-phostin C或下调PKC活性都能抑制高糖所引起的ERK活性升高［15］，但是用PKC抑制剂GF109203X不能阻止高糖所引起的p38 MAPK活性升高［16］。提示高糖时ERK通路可能以PKC依赖方式激活，而p38MAPK则以PKC非依赖方式激活。因此，p38MAPK虽可介导DN的发病与肾基质的积聚，但因其是PKC非依赖方式激活而与GPCR介导的DN无关。而ERK通路因其可能以PKC依赖方式激活而与GPCR介导的DN高度相关。DN病人肾活检免疫组化结果表明，糖化白蛋白（Glycated Albumin，GA）在正常葡萄糖浓度时即可提高肾小管细胞（Renal Tubular Cells，RTC）ERK活性和血管平滑肌细胞ERK和p38MAPK活性，因此成为进一步探讨DN发病机制的研究热点。

3 GPCR与MAPK通路的关联效应

GPCR包括AT1、α1、β1、M2受体等，是涉及信号转导的细胞膜受体中最大的家族，它们介导的信号不仅涉及视觉调控，而且参与肾脏功能和调节免疫应答［17］。Gouwy等［18］研究发现，当受体受到反复刺激后通过内化机制产生自身抗体而具有病理激动剂样活性，通过相应受体引起病理效应，导致自身免疫反应，引起相应组织损伤。且这些GPCR自身抗体可模拟正常的生理信号如AngⅡ、肾上腺素等，激动相应GPCR，发挥与其相似的作用。

G蛋白由α、β、γ三个亚基组成，GPCR与配体（激动剂）结合后，Gα转为与三磷酸鸟苷（Guanosine Triphosphate，GTP）结合的活化形式，并与Gβ、Gγ解离。GαGTP通过Gq蛋白，激活磷脂酶 C（Phospholipase C，PLC），产生双信使DAG 和三 磷 酸 肌醇 （Inositol 1，4，5-Triphosphate，IP3）。DAG可激活PKC，而MAPK信号转导通路中的ERK通路可能以PKC依赖方式激活，因而提示GPCR可能与ERK信号转导通路高度相关，即GPCR→PLC→DAG→PKC→MAPKKK→MAPKK→MAPK→转录因子→细胞增殖、分化。

贺红焰等［19］报道ERK／c-Fos通路参与 Ang1～Ang7抑制AngⅡ诱导的大鼠GMC的增殖。但尚未发现在DN中GPCR与ERK的相关研究报道。因此，免疫机制在DN与GPCR介导的ERK信号转导通路中的作用值得进一步探讨。

4 GPCR介导DN的MAPK通路研究方法

DN的病理特点是肾小球的肥大和以系膜区为主的细胞外基质的积聚，GMC作为DN致病因子作用的主要靶细胞，其分泌FN常常被用来作为基质积聚程度的一个指标［20］。MAPK 中的 ERK 可以磷酸化激活 ELK-1，ELK-1继而增加c-fos的表达，提高转录激活蛋白（AP-1）与DNA的结合能力［21，22］。可用同位素示踪法测定 MAPK活性，用酶联免疫吸附试验（Enzyme-linked Immunosorbent Assay，ELISA）法测定实验动物血清中FN的含量，用免疫细胞化学方法检测c-fos的表达。上述方法中检测到GMC的ERK活性提高，血清中FN及c-fos的含量增加，表明GPCR介导的ERK信号转导通路与DN的发生发展过程具有重要临床意义。

5 小结

MAPK作为信号通路上的一个重要成分，可将刺激信息传递到细胞核内，进而调节细胞内的各种生物活动。且与以PKC依赖方式激活的ERK通路高度相关，继而介导DN等DM并发症。随着对MAPK家族与DM并发症关系的进一步深入研究，特别是GPCR介导的DN与ERK信号转导通路的相关研究，后者将有可能成为预防与治疗DN的一个新的靶点，并且意义重大。

本文作者简介：

刘 晔（1986～），女，汉族，硕士研究生，主要从事糖尿病血管并发症等的研究

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