JNK信号通路的研究进展

李 凯，曹让娟，朱志华＊

（吉林大学中日联谊医院，1.麻醉科；2.手外科，吉林长春130033）

JNK信号通路的研究进展

李 凯1，曹让娟2，朱志华1＊

（吉林大学中日联谊医院，1.麻醉科；2.手外科，吉林长春130033）

c－Jun氨基末端转移酶（JNK）是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族的一员，通过转录和非转录依赖形式活化下游核转录因子［1，2］，主要介导应激状态下及器官发育期的细胞改变［3］，并成为炎症、糖尿病、癌症、神经元退行性病变等临床研究的靶点。

1 JNK 信号通路的组成

在研究紫外线辐射（UV）下细胞的一系列生物过程（紫外线反应）时，人们发现了这种重要的蛋白激酶，其主要作用是调节c－Jun等活化蛋白（AP）的磷酸化［4］。通过“固相激酶分析技术”，人们分离出了分子量分别为46kD和56kD（即JNK1和JNK2）的JNK。与当时被认定为哺乳动物体内唯一的MAPK（ERK）不同，二者是被细胞外信号所活化，而且对氨基酸亲和力由大到小依次为丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸，分子克隆实验将JNK1和JNK2归为MAPK家族的新成员［5，6］。而后又发现了另一种仅在神经元和心肌细胞内特异表达的亚基＿JNK3［7］。这三种激酶也得到了Kyriakis证实，并命名为应激活化蛋白激酶（SAPKs）［8］。

MAPK是一切真核细胞中的保守序列，并通过磷酸化级联反应发挥作用，每级磷酸化反应均能够改变下游底物酶促位点的构象，增强ATP与底物的接触［9］。MAPK被MAPK激酶（MKKs，MEKs，JNKKs，MAP2Ks）活化，后者被MKK激酶（MEKKs，MAPKKKs，MAP3KS）活化。JNK通路的两个特异性的MAP2Ks就是MKK4和MKK7，MKK4更容易使JNK的第185位酪氨酸残基发生磷酸化，而MKK7更喜好第183位酪氨酸残基［10］。

MKK4和MKK7的上游MAP3K的活化形式因细胞类型和刺激方式的不同而异。首个被发现的能够活化JNK的MAP3K是MEKK1［11］。在后续的UV或遗传毒性研究中发现了越来越多的MAP3K，他们都是通过自身过表达而激活JNK的，主要包括MEKK2和MEKK3，MEKK4，混合性家族激酶2、3（MLK2、MLK3），双亮氨酸拉链激酶（DLK），肿瘤转座子－2（Tpl－2），TGF－β活化激酶（TAK1），凋亡信号调节蛋白酶1、2（ASK1、ASK2），1001氨基酸激酶1、2（Tao1、Tao2）［12］。

作为JNK的下游底物，AP－1是一种与DNA相结合的转录因子，由碱性拉链家族（bZIP）成员－Jun（c－Jun，Jun B和Jun D）、Fos、Maf和ATF亚基，通过亮氨酸拉链形成二聚体［13］。其包含了bZIP结构域，碱性编码区（识别位点），转录活化域，在各种应激下，转录活化域发生磷酸化而活化，并结合增强子，调节真核细胞RNA聚合酶活性，控制一系列核基因的表达及转录。c－jun做为其主要的下游基因，活化后能够调节其自身及其他基因的生成，导致其诱导生成的速度更快［5］。JunB和ATF也有JNK的识别以及磷酸化位点［14］。大量的JNK底物参与了细胞内的众多功能，其中包括凋亡、细胞骨架重组、转录活性、普遍蛋白化［15］。

2 JNK的活化结构域与失活反应

2.1 D结构域

与激酶的催化位点以及磷酸化氨基酸的传统观念完全不同，固相激酶分析技术揭示了一种蛋白激酶功能的新观点－对接性相互反应。其不仅是识别JNK的特征性结构，也有助于理解其Jun激酶的作用。通过对JNK和c－Jun研究发现，激酶的对接位点（也称D结构域）与催化核心是不同的［6］。JNK上c－Jun的对接位点在JNK活化中心－两个磷酸化受体（S65，S75）的前方［6］。D结构域是由碱性和疏水性残基组成的，其高度保守的序列为（K／R）2－3－X1－6－f－X－f［9］。

2.2 JNK相互反应蛋白（JIP）

JIP是组成JNK的多骨架蛋白中缺乏激酶活性的结构域。JIP既能够通过招募AKT－1等激酶级联反应成份以及上游因子发挥促进作用，又可以通过招募MKP7对该信号通路发挥抑制作用，参与各种细胞外信号的传导［16］。

2.3 与JNK活化相关的分子构象

近年来被分离出的JNK分子构象，包括：β－抑制蛋白－2、CRK2、Filamin、IKAP、JIP1、JIP2、JIP3和JIP4。特异性的分子构象是与不同的体外信号传导相对应的，并参与信号的放大［16］。

2.4 JNK的失活

JNK家族能够发生MAP激酶磷酶家族（MKPs）介导下的失活反应。MKP是酪氨酸蛋白激酶家族（PTP）的成员，有一个高活性半胱氨酸集团，能够特异性与MAPK活化环中的磷酸酪氨酸和磷酸丝氨酸残基相结合［17］，调节活性氧（ROS）或硫醇产物诱发的MAPK活性。亚砷酸盐（As3＋）培养下，MKPs失活，JNK持续、剧烈活化，细胞程序性死亡［18］。有实验证实，TNF－α反应的结果就是由活化MKKs和抑制MKPs间的平衡所决定的。JNK的适度、暂时活化引起细胞增殖，而剧烈、持续活化引起死亡。NF－κB缺陷细胞本身缺少超氧化物歧化酶等抗氧化酶，加入外源性TNF－α后，大量ROS导致MKP家族（MKP1、3、5、7））氧化失活，JNK1持续活化引起细胞死亡［19］。

3 JNK对哺乳动物生理及病理过程的影响

已有的JNK相关底物及其功能的研究，以及分析酵母、蠕虫、果蝇中JNK同源类似物，为理解其功能提供了必要基础。哺乳动物体内干扰JNK活化或敲除Jnk或上游基因，进一步揭示了其作用。

3.1 JNK与神经元结构发育及病变

胚胎第7天，小鼠前脑和后脑神经元内均有JNK1、2的高表达区域，而在第11天才有JNK3表达［20］。Jnk1－／－／Jnk2－／－双基因敲除鼠在胚胎第10.5天，后脑折叠区及其他脑内区域Caspase活化增强，凋亡增多，导致神经管闭合不全，大量胚胎在第11天死亡。Jnk1－／－鼠缺少背腹壳间缘前侧轴突，而Jnk2－／－则没有改变。其机制是JNK介导的磷酸化能够稳定微管相关蛋白（MAP1和MAP2），增强相互作用和多聚化，维持和增加轴突长度［20］。Jnk突变引起磷酸化障碍，神经元微管及轴突进行性变短。而JNK1的蛋白磷酸化效率远远高于JNK2及JNK3。

红藻氨酸引起海马神经元凋亡增加和癫痫发作，Jnk3－／－敲除鼠能够抵抗这种作用，而Jnk1－／－、Jnk2－／－鼠却不能抵抗。MPTP（四氢吡啶）能够引起黑质内酪氨酸羟化酶神经元数目减少并出现帕金森氏症状，Jnk3－／－鼠能抵抗其毒性作用［21］。颈动脉结扎所致脑缺氧模型中，JNK活性增加，Caspase激活增加。相比于野生型鼠，Jnk1－／－、Jnk2－／－、Jnk3－／－对缺血的耐受性很好［22］。上述研究说明，JNKs尤其是JNK3是神经病变的重要调节因素，该过程依赖于Fas配体基因或AP－1基因［21］。

3.2 JNK对上皮层迁移的影响

哺乳动物的眼睑形成，是在胚胎期第15.5天到16.5天，依赖JNK的过程。F－肌动蛋白（F－actin）的多聚化使得两个上皮细胞薄层迁移、融合为一个器官［23］。MEKK1（MAP3Ks）在眼睑生长缘高表达，而在融合过程中丧失催化活性。JNK通过桩蛋白（一种表面粘附蛋白）S178磷酸化而促进F－actin多聚化［23］。基因转导研究证实，此位点突变能够抑制细胞迁移：Mekk1＋／DKD／Jnk1＋／－以及Mekk1DKD／DKD小鼠存在多聚化缺陷，表现为出生睁眼（EOB）型［24］。体外培养Mekk1DKD／DKD角蛋白细胞，在TGF－β（或激活素）诱导下，细胞增殖和F－actin多聚化都有缺陷。在野生型角蛋白细胞中，JNK抑制剂也能够影响TGF－β（或激活素）诱导下的细胞增殖和F－actin多聚化。

4 JNK抑制剂的药物研究

高通量筛选所确定的特异性JNK抑制剂在多种疾病的动物模型中也取得了可喜的治疗作用，已有的文献结论如下：（1）治疗糖尿病的胰岛素增敏剂。胰岛素抵抗在发达国家发生率为25%，会引发Ⅱ型糖尿病其他严重代谢疾病。特异性的JNK抑制剂尤其是JNK1抑制剂能够显著改善小鼠的胰岛素敏感性，并有减轻肥胖［25］的额外收益。（2）治疗类风湿性关节炎（RA）。RA在人群发病率为3%。大鼠RA模型中，JNK1缺陷或者JNK的小分子抑制剂SP600125能够通过抑制基质破坏金属蛋白酶（MMPs）的生成而阻止关节破坏，并且抑制TNF－α的生成，后者是重要促炎症因子及RA病因［26］。（3）JNK2影响动脉粥样硬化的发生和发展，JNK抑制剂通过干扰代谢和炎症反应紊乱，治疗动脉粥样硬化症［27］。（4）JNK抑制剂在癌症治疗有重要作用。顺铂或其他DNA破坏剂能够激活某些DNA修复基因，JNK抑制剂能够抑制这种修复作用［28］。（5）神经元处于急性或慢性应激时，JNK通路激活并成为应激性凋亡的主营调节因素。此结论已经在诸多体外实验中得到证实［29］，如神经生长因子（NGF）剥夺，兴奋性毒性应激模型，抗CD3抗体损伤模型，高血糖所致内皮细胞凋亡模型。而在人类神经系统退行性疾病中，如阿尔兹海默症、帕金森症、惠廷顿症，脑卒中，JNK通路的活化也发挥了重要作用。在动物模型中使用JNK抑制剂，能够抑制神经退行性病变和缺血性脑损伤所致的神经凋亡，从而发挥保护作用［30］。

4 总结与展望

不断深化的生物化学、基因学研究揭示了JNK在哺乳动物生理功能和病理调控中的作用及机制。已有的JNK抑制剂用于多种疾病模型的研究也预示了其用于临床的曙光。进一步筛选亚基特异性JNK抑制剂，增强疗效和特异性，降低不良反应，是后续临床实验的研究方向，应用前景较为乐观。

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2015－01－05）

1007－4287（2015）09－1596－03

＊通讯作者