P38MAPK在脑梗死和骨质疏松中表达的研究进展

P38MAPK在脑梗死和骨质疏松中表达的研究进展

欧回韩雨杉赵宏斌钱传云

(昆明医科大学第一附属医院急诊医学科 云南省骨代谢疾病研究中心 云南省急诊医学研究中心，云南昆明650032)

关键词〔〕丝裂原活化蛋白激酶；P38；脑梗死；骨质疏松

中图分类号〔〕R592〔文献标识码〕A〔

基金项目：国家自然科学基金资助项目(30860389，81160112)；云南省应用基础研究重点资助项目(2011FA033)；云南省中青年学术带头人后备人才项目(2010CZ014)

通讯作者：赵宏斌(1967-)，男，博士，主任医师，主要从事创伤外科及骨质疏松的临床和基础研究。

第一作者：欧回(1980-)，男，主任医师，主要从事重症及急诊医学的临床和基础研究。

1p38丝裂原活化蛋白激酶

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)是细胞内执行信号级联放大的一种蛋白质，可将信号从细胞表面传导进入细胞核内部的重要介质，参与细胞生长发育、分裂分化、凋亡等多个生理过程〔1〕。MAPKs信号转导通路包括4条：细胞外信号调节激酶(ERKI/2，或P42/44MAPK)；p38MAPK；c-Jun氨基末端激酶(JNK)及 ERK5。MAPK信号路径主要通过保守的三级酶促级联反应来传递细胞信号。研究发现ERKs、JNK/SAPK、ERK5/BMK和P38这四条转导通路之间存在较大的功能性差异。ERK路径的蛋白酶是主要的生长刺激调控者〔2〕。JNK主要通过生发中心激酶(GCK/NIK)激活MEKKI/2/3/4，进而激活MKK4/7。p38则主要通过激活蛋白激酶(PAK)来激活混合谱系激酶(TAK/ASK/ MLK)，继而激活MKK3/MKK6〔3〕，作用于细胞代谢过程。

P38MAPK是一种脂多糖(LPS)刺激的巨噬细胞中的酪氨酸磷酸化蛋白〔4〕，包括p38α、p38β、p38δ和p38γ等4种亚型。p38α是在组织内表达最为广泛的亚型，在白细胞、肝、骨髓、甲状腺、小脑中表达水平比较高，因此，p38α的生物学功能非常丰富〔5〕。p38β、p38γ及p38δ则分别表达于心脑、肌肉、垂体和表皮细胞〔6〕。在具体的作用底物方面，所有的P38亚族成员都有Thr-Gly-Tyr双位点磷酸化模块。Perry等〔7〕通过序列对比，发现P38亚族四个成员之间存在60%左右的相似性，这与其他的丝裂原活化蛋白激酶亚族相比有很大的差异。激活MAPK，需要苏氨酸(T)、酪氨酸(Y)双位点同时磷酸化，这两个邻近的磷酸化位点之间还存在一个氨基酸，形成三肽结构T-Xaa-Y〔8〕。p38的所有信号通路都具有“T-G-Y”双位点磷酸化区域，与上述两条通路不同。

P38MAPK参与了炎症细胞的生长、分化、死亡的具体过程〔9〕。研究显示，炎症刺激能够激活P38MARK，激活后的P38MAPK可以调节白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-12、肿瘤坏死因子(TNF)等〔10〕致炎因子的生成，从而影响生物体内致炎症因素和抗炎因素之间的平衡，决定炎症反应的进程〔11〕。同时P38MAPK对免疫系统细胞增殖、分化也有调控作用，这些机制都促进了炎症的发展〔12〕。炎症反应是人体防御系统的关键环节，炎症反应如果失控可能导致骨质疏松、动脉硬化、哮喘、自身免疫性疾病、心脏疾病、癌症、脓毒症等一系列严重疾病的发生。Thorp等〔13〕证明P38MARK抑制剂在阻断P38MARK信号通路后，能够显著减轻炎症反应。

2P38MAPK在脑梗死中的表达研究

脑梗死是由各种原因导致的局部脑组织区域血液供应障碍，使得脑组织缺血缺氧性病变或者坏死，最终出现临床上对应的神经功能性损伤。有研究发现，激活后的P38MAPK能够通过很多种的途径来实现对脑缺血后细胞死亡的调控，同时还可以直接通过炎症因子与一氧化氮参与到脑缺血损伤之中去〔14〕。Haddad等〔15〕的研究提出，P38MAPK能够通过两种途径来发挥其相关作用，第一种途径是其作为炎性细胞因子的上游调控者，用于传递促进发炎的信号；第二种途径则是P38MAPK能够将已显示在体外的可磷酸化的神经元纤维，造成神经元的进一步损伤〔16〕。研究发现，磷酸化P38MAPK的大量表达会加重脑缺血再灌注损伤，而减少磷酸化P38MAPK的大量表达则可显著减轻脑缺血再灌注造成的损伤〔17〕。脑缺血预处理改善缺血再灌注损伤引起的形态学变化和功能学改变与其减少缺血再灌注损伤后磷酸化P38MAPK含量有关〔18〕。Kevin等〔19〕的研究发现，激活的P38MAPK能够导致细胞flou 3/AM荧光强度显著增强，换而言之，其会导致细胞内部的钙离子浓度出现显著的增加。

作为P38MAPK激活路径的下游，细胞内钙含量上升乃至于超载最终会导致细胞损伤，抑制线粒体功能的发挥，最终导致细胞的凋亡。而且，细胞内钙上升与炎性介质和细胞因子的过度生成也存在着密切的联系，因此，P38MAPK最终导致炎性反应是一种必然的结果〔20〕。在脑梗死之后，在脑缺血核心区域的巨噬细胞细胞之中，可以明显的发现激活之后的P38MAPK，提示P38MAPK可能会直接参与到脑缺血损伤之后的炎性反应之中来〔21〕。

P38MAPK究竟通过何种途径致使神经元细胞出现损伤目前还没有定论，但是目前研究证实P38MAPK被磷酸化激活之后，能够进一步的激活其下游的许多种激酶以及转录因子，如蛋白激酶MAPKAPK2以及转录因子ATF-2，并且导致一系列的细胞内连锁反应，从而诱发部分的特定基因的表达，其中就包括了TNF-α以及IL-1β等，上述的基因表达产物确实可能在脑部缺血损伤的过程中造成神经细胞衰亡，并且还会直接参与到炎症反应的过程之中，造成脑梗死或者其他的脑部缺血性损伤病程的进一步发展。

3P38MAPK在骨质疏松中的表达研究

骨质疏松(OP)主要是由成骨细胞的骨形成降低，破骨细胞的骨吸收增加，导致骨的重建机制失衡〔22〕。在OP中，P38MAPK能够通过磷酸化成骨相关转录因子抗体来调控成骨细胞特异性基因的表达〔23〕。来源于骨髓的间充质干细胞具有较强的增殖和多向分化潜能，在不同的诱导条件下可分别向成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌细胞分化〔24〕，P38MAPK在这一过程中起着重要作用。p38MAPK可影响成骨细胞的分化、破骨细胞的生成、凋亡，对RANKL/ RANK/OPG具有调控作用〔25〕，是OP发病的重要信号途径。目前的研究结果发现，破骨细胞(OC)与OP有着非常密切的关系。然而，OC前提细胞分化成为成熟的OC，需要成骨细胞提供两个特殊的信号，同时这也是OC分化成熟的必须信号。其中一个信号是通过RANKL以及RANK进行传递的〔26〕，它用于表达OC的前体细胞、成熟OC以及软骨细胞。

Ozlem等〔27〕探讨了P38MAPK与骨代谢之间的关系，认为多种细胞因子，如肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体以及TNF相关受体、脂多糖与TGF-1都可以对P38MAPK信号通路进行直接激活或者间接激活，从而影响RANK、RANKL以及OPG系统，进而对OC分化及其功能进行调节。同时，其研究中提到转化生长因子(TGF)-1也是OC的重要调节因子。TGF-1能诱导P38MAPK磷酸化，经过信号级联放大系统活化凋亡途径，导致OC凋亡〔28〕。P38MAPK不参与成骨细胞增殖、分化的调控，与成骨细胞的凋亡也有关〔29〕。

综上所述，P38MAPK在OP中的表达，主要是作用于RANK、RANKL以及OPG系统〔30〕，从而起到调节骨细胞的分化以及凋亡等作用。然而，目前关于P38MAPK信号转导通路与OP之间确切关系的研究还刚刚兴起，多种因子对P38MAPK的激活以及P38MAPK对非P38MAPK转导通路的影响有待进一步的研究予以证实。

4P38MAPK在脑梗死与OP表达中的相关性

基于P38MAPK在脑梗死与OP中表达机制的研究可以发现，无论是在脑梗死中的表达上升还是在OP中表达的上升，可能都与TNF配体超家族及其受体有一定的关联性。比如，在脑梗死病症中，TNF能够激发P38MAPK，并诱导炎症反应的发生，从而推进脑梗死病程的发展。而在OP中，TNF细胞因子可以通过激活P38MAPK而发挥破骨作用〔31〕。Schwarz等〔32〕就对MAPK诱导破骨细胞分化的研究中提出，其可以刺激TNF的产生，而TNF又能够进一步激发P38MAPK，从而诱导破骨细胞的进一步分化。而实际上，TNF激活P38MAPK，也会作用于诱导脑梗死区域炎症的发展〔33〕。

随着医学的发展，脑梗死患者的死亡率明显下降，但后遗症多，其中可能会出现全身性的骨疾病，脑梗死患者腰椎中的骨矿物质的含量以每周0.9%的速度不断减少。而当骨矿物质的含量一直减至30%上下时，会形成一个骨矿物质含量的新的稳定状态，就是负钙平衡。P38MAPK可以对骨髓的间充质肝细胞的分化过程产生影响，使其更趋向于向成骨细胞分化。脑梗死患者的废用性OP是由于骨骼缺少机械性的刺激而导致破骨细胞的相对活跃，从而使骨消融。而P38MAPK为影响其成骨的信号之一，其通过调控RANKL/ RANK/OPG，对骨细胞的分化、破骨细胞的生成与凋亡均有影响。

另一方面，国外多项流行病学调查发现骨量与动脉粥样硬化性疾病相关。Schulz等〔34〕的前瞻性研究发现主动脉钙化程度与骨密度(BMD)呈负相关，临床研究中低BMD是一个很好的预测动脉粥样硬化的指标。近期的研究表明，在动脉管壁中存在一类细胞，一定条件下可以自发形成钙化灶，并表现出成骨细胞的特性，提示血管钙化可能是一种“另类”的骨化过程〔35〕。研究发现OPG/RANKL/RANK通路在OP与动脉粥样硬化发病机制中起重要作用，OPG基因敲除的小鼠不仅表现出骨量的严重丢失，还出现了严重的主动脉和肾动脉钙化，再转录入OPG基因后则可以预防动脉钙化病变的发生和骨量的丢失〔36〕。P38MAPK作为OPG/RANKL/RANK信号通路中的组成部分，对于动脉粥样硬化导致的心脑血管疾病而言，P38MAPK水平的变化也是有其重要的意义。因此脑梗死患者处于长期肢体固定或卧床状态时，可导致OP，心脑血管疾病发病率增加。此时如果通过调节P38MAPK的表达，使其一方面诱导间充质肝细胞更多分化为成骨细胞，另一方面促进成骨细胞在目标部位的分化，可能帮助患者患肢的成骨过程与破骨过程的平衡得以缓解或恢复，减少OP的形成，防止心脑血管动脉粥样硬化等的发生，减少脑梗死或再发梗死等疾病的出现，从而能够起到很好的预防与治疗作用，具有很高的临床价值。

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〔2014-07-10修回〕

(编辑李相军)