ERK5激酶及其与神经系统发生发展及疾病的关系

陈 岩（综述） 朱雨岚（审校）

丝裂原活化蛋白激酶 （mitogen－activated protein kinase，MAPK）是丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶的一个家族，可将细胞外刺激传递至细胞内，对生长因子和不同形式的压力作出应答，是真核细胞中主要的激酶传导通路［1］。MAPKs调节细胞许多功能，包括细胞增殖、分化、新陈代谢和凋亡。在MAPK通路中信号通过三层连续的激酶传递，MAPKKK，MAPKK和MAPK，后两种激酶激活需双重磷酸化［2］。在哺乳类动物中MAPK分为四个亚型，细胞外信号调节激酶1／2（extracellular signal－regula－ted kinase，ERK1／2）、c－Jun氨基末端激酶 （c－Jun N－terminal kinase，JNK）、p38丝裂原活 化 蛋 白 激 酶 （p38 mitogen－activated protein kinase，p38MAPK）和细胞外信号调节激酶5（extracellular－regulated kinase 5，ERK5）。近年ERK5已成为研究热点，是多种疾病尤其癌症新的治疗靶点，它在细胞增殖、存活及血管生成中起关键的作用，在神经系统发生发展及疾病的研究也逐步深入。

1 ERK5的性质与特点

ERK5长度是其他MAPKs的2倍（人体ERK5含有816个氨基酸），因此也被称为大丝裂原活化激酶1（big MAP kinase 1，BMK1）。与其他 MAPKs不同的是，ERK5有独一无二的包含转录激活区的C羧基端尾［1］。ERK5能通过磷酸化转录因子激活转录，其本身作为转录辅激活物［1］。MAPK家族有不同的表面蛋白，使它们绑定不同的激活剂和底物［3］。促蛋白激酶激酶5（MEK5）是ERK5的特异激活剂，在活化循环中通过TEY的双重磷酸化激活ERK5，而MEK5中PB1区主要调节ERK5的活性［3］。当生长因子、氧化或高渗透压大范围变化时ERK5被激活。Tatiana等［1］发现ERK5与热休克蛋白90－细胞分裂循环37（Hsp90－Cdc37）相伴存在于静息细胞中，ERK5的核转运需要把Hsp90从ERK5－Cdc37复合体中分离出来，Cdc37过表达同样可引起Hsp90的分离而激活转录。由于Cdc37与ERK5共同促进细胞增殖，癌细胞中Cdc37的过表达可能是ERK5调节肿瘤增殖的新机制。Djung等使用BIX02188分别对ERK5和ERK1／2磷酸化进行干预，浓度为9u M时开始对ERK5起抑制作用，且其抑制作用呈浓度依赖性，而对ERK1／2的抑制不明显，表明BIX02188是ERK5的特异性抑制剂［4］。ERK5激酶在调控神经元存活、分化及心血管系统发生发展中起决定性作用［5］。

2 ERK5在神经系统发生发展中的作用

ERK5在神经形成、神经元分化与脑细胞保护中均起重要作用。神经元的存活依赖于转录因子中的基本螺旋结构（b HLH）的短暂反应，它包括神经元素1（N1）、神经元素2（N2）和Ascl1（Mash1神经母细胞特异性转移因子抗体）。Paige等通过实验研究发现N1的转录和神经形成均需内源性ERK5的激活，阻断ERK5可抑制N1诱发的神经形成［6］。Tan等报道条件性损伤ERK5区可导致成年鼠嗅觉受损，又通过实验敲除成年鼠神经干细胞的ERK5sh RNA，发现培养基中的神经生成减少；相反增加上游激活激酶MEK5的表达，则刺激了神经生成［7］。Junhui等靶向性敲除鼠生长中的神经干细胞的ERK5激酶发现嗅球中γ－氨基丁酸神经元的数量减少，损伤了γ－氨基丁酸中间神经元，使区分相似气味的嗅觉行为受损［8］。这都说明ERK5参与调解成年嗅球神经形成，是调节嗅觉行为的新信号通路。Satako等通过敲除ERK5基因导致非洲爪蟾蜍头部结构减少和神经元分化的抑制，强制性激活ERK5可引起神经元的分化，表明ERK5通路在神经元分化中起重要作用［9］。Changsu等通过实验发现黄体酮是通过依赖ERK5通路的黄体酮膜受体增加了脑源性神经营养因子（BDNF）从神经胶质中释放，从而对细胞起到保护作用［10］。

3 ERK5与神经系统疾病

3.1 ERK5与脑血栓形成

动脉硬化性血栓形成是脑梗死的常见类型，近年来发现ERK5在脑血栓形成的多个环节中起作用。

3.1.1 ERK5与脑血管动脉硬化 动脉粥样硬化是脑血栓形成的根本原因，硬化斑块常在涡流处发生，保护区域位于平流处，可保护内皮细胞免于细胞凋亡和炎症。Jae等发现ERK5以依赖于hsc70（相关蛋白泛素连接酶）C端的方式激活，调节内皮细胞完整性并保护它免于细胞凋亡与血管功能障碍［11］。

3.1.2 ERK5与细胞毒性作用 目前已明确一系列导致神经细胞损伤的分子生物学机制，如兴奋性氨基酸细胞毒性作用。Dai等发现缺血后黄芩提取物通过激活抑制性神经递质γ－氨基丁酸能信号与ERK，对神经系统起保护作用［12］。

3.1.3 ERK5与再灌注损伤 脑梗死患者闭塞的血管再通后（溶栓或自发再通），部分神经功能缺失反而加重，可见缺血引起的脑损伤亦可发生在灌注恢复期，这种现象称为再灌注损伤。Wang等发现鼠海马缺血再灌注后ERK5在CA3／DG区的表达强烈被激活，随后通过N受体的激活从细胞质转移至细胞核；再灌注后3 d使用抑制剂N－乙酰半胱氨酸（缺血后ERK5活性的剂量依赖性抑制剂），不仅使ERK5的蛋白表达降低了，也使CA3／DG区的神经元大量死亡，ERK5是否在缺血引起的CA3／DG区神经元细胞损害中起神经保护作用，有待研究［13］。

3.1.4 ERK5与氧化应激 氧化应激反应被认为是脑缺血和再灌注的重要调节者之一。氧化应激引起脑血管事件的原因部分为细胞内信号分子的变化，包括MAPK激酶。据报道ERK5对氧分压敏感，Suzaki检测了PC12细胞中H2O2对ERK5的激活，发现缺血后ERK5迅速并明显被H2O2激活，呈浓度依赖性，激活被ERK5抑制剂PD98059和U0126抑制后细胞死亡数明显增多，ERK5对缺血缺氧后细胞起保护作用［14］。

3.1.5 ERK5与细胞凋亡及神经保护 Qi等通过检测缺血预处理后海马CA1区的ERK5的活性和核转运的效应，发现ERK5在鼠海马CA1区不会立即被激活，其活性在缺血后3 h和3 d时有两个高峰，后恢复至基线水平［15］。肌细胞增强结合因子2C（MEF2C）是脑缺血预处理后海马CA1区p38激酶和ERK5共同的底物，Wang等通过免疫沉淀方法研究显示在再灌注后3 d ERK5和MEF2C相互作用明显增加，这种增加被ERK5反义寡核苷酸抑制后海马CA1区细胞凋亡数增加［16］，这提示潜在的缺血耐受机制，表明ERK5－MEF2C通路在抗细胞凋亡与缺血预处理后的神经保护中起重要作用。

3.2 ERK5与痴呆

众所周知阿尔茨海默病是一种以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经系统退行性疾病。毕胜等通过蛋白质印迹分析得出，AD组与帕金森痴呆患者组及老年人组比较，ERK蛋白质印迹最深，表明其在AD发生中发挥重要作用［17］。

3.2.1 ERK5与海马 海马萎缩是AD的特征之一，海马CA1区与整个海马体积变化对AD的敏感性和特异性不同，前者对发现AD更加准确［18］，ERK5激活后选择性表达于海马CA1区，Yung等［19］报道ERK5蛋白激酶特异性表达于成年大鼠脑神经起源区域，记忆的建立需要ERK5激酶及正在发育的海马神经是否可通过检测ERK5的表达水平来发现痴呆前阶段有待于进一步研究。近年来研究表明阿尔茨海默病的发病与糖代谢异常有关，如胰岛素信号通路异常等，而胰岛素受体在海马区高表达［20］，ERK5激酶亦高表达于海马，ERK5信号通路在调节胰岛素的表达中起正性作用，因此激活ERK5信号通路调节胰岛素表达可否作为治疗神经退行性疾病的一种方法。

3.2.2 ERK5与学习记忆能力的改善 研究表明ERK5一个决定性的作用是调节区分图案的神经形成，一种依赖于齿状回空间学习和记忆的形式［21］。Li等发现脑卒中后30 d海马长程增强效应减少，这种损害被γ－氨基丁酸受体抑制，同时ERK5的活性也降低，说明脑卒中后记忆和学习能力进行性下降与海马区长程增强效应减少、γ－氨基丁酸能神经传递的提升和ERK5活性的抑制有关［22］。侯德仁等通过免疫组织化学染色检测大鼠脑组织ERK的表达水平，结果与对照组比较，模型组大鼠学习记忆能力下降，其皮层ERK表达减少，与模型组比较，丁苯酞组大鼠皮层ERK表达增多［23］。表明丁苯酞改善阿尔茨海默病大鼠学习记忆能力可能与其增加ERK的表达有关。

3.3 ERK5与神经痛

神经痛通常在周围神经受损后发生，目前治疗方法有限，给患者带来痛苦。研究发现MAPK在神经痛方面起重要作用。正常情况下p－ERK免疫反应在周围神经呈节段样分布，神经被剪断5 h后该分布消失，至24 h重新出现，3 d后恢复正常，这是神经损伤造成的急性反应变化［24］。神经受损增加了背根神经节p－ERK5活性，ERK5激活后引起痛觉过敏。CX3CL在神经元细胞核与胶质细胞之间传递痛觉信号，Lu等发现CX3CL是通过ERK5通路调节神经损伤引起的痛觉过敏［25］。肖纯等研究发现使用反义寡核苷酸后ERK5表达受抑制，而p－CREB表达上调，证明ERK5是通过激活转录因子CREB参与的神经源性疼痛［26］。敲除ERK5可抑制神经损伤引起的疼痛并减少小神经胶质细胞的活性。

4 结束语

神经系统疾病如缺血性脑卒中、痴呆、神经痛等是世界范围内常见疾病，虽治疗方法层出不穷，但尚缺乏有效治疗药物，寻找新的治疗靶点仍是我们不断前进的方向。ERK5通路是近年来人们新发现的细胞外信号传导通路，对它与多种疾病的研究也逐渐增多，但在神经系统疾病中的探索尚有限，值得继续深入研究，以利于指导对疾病的认识及诊疗，为患者解除病痛。

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