细胞外信号调节激酶1/2信号通路与神经细胞凋亡研究

唐 敏综述，张智博审校

（1.南华大学研究生学院，湖南衡阳421001；2.长沙市第一医院神经内科，湖南410005）

细胞外信号调节激酶1/2信号通路与神经细胞凋亡研究

唐 敏1，2综述，张智博2审校

（1.南华大学研究生学院，湖南衡阳421001；2.长沙市第一医院神经内科，湖南410005）

丝裂原活化蛋白激酶3； 神经元/细胞学； 细胞凋亡； ERK1/2通路； 信号通路； 神经细胞； 综述

丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是三级酶联反应途径，由MAPK激酶激酶（MKKK）、MAPK激酶（MKK）、MAPK组成一条连续的激活途径。其中细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）是MAPKs信号通路中一条经典且重要的途径[1]。在5个ERK家族成员中，ERK1与ERK2的作用较其他要更广泛，对二者的研究也更充分。ERK1/2广泛参与神经细胞凋亡的病理过程，目前，ERK1/2研究已经成为神经细胞凋亡领域中的热点，主要涉及神经变性疾病、脑缺血后神经细胞凋亡等。本文将对ERK1/2在神经细胞凋亡中的作用机制作一综述。

1 ERK1 /2 的组成及生物作用

ERK1/2由三磷酸鸟苷（GTP）介导的Ras-Raf-MEKERK级联通路最下游，参与细胞生长、发育、分化及凋亡等生理、病理过程，是重要的细胞周期相关蛋白激酶途径[2]，也是MAPKs中的重要成员。ERK1/2是丝裂原信号转导蛋白，许多细胞因子均能够激活ERK1/2信号通路。ERK1与ERK2二者之间同源性达90%，相似性集中在结构域，具备相似的底物、细胞定位和激活动力学。ERK1/2信号通路与中枢神经系统发育和分化有关，主要是因为ERK依赖的细胞周期蛋白D1和P27的调节异常，致使细胞周期延长和椎体神经元数量分布的改变。ERK1/2不仅参加大脑的生长且与小脑颗粒前体细胞分化密切相关。此外有研究表明，酪氨酸磷酸酶（STEP）缺失在致使ERK磷酸化的同时可以提高经验诱导的神经可塑性和记忆力，由此推出ERK1/2和记忆力密切相关[3]，不仅如此，ERK1/2与生物钟机制的众多方面有关，如胃泌素释放肽的神经元、视交叉上核内光感信号的传输以及视交叉上核内神经元的节律[4]等。ERK1/2的活化和表达与肿瘤的发生关系密切，其可引起肿瘤细胞恶性增殖导致病程进展，在许多癌症（如口腔癌[5]、黑色素瘤[6]、乳腺癌[7]等）中都可以发现ERK1/2的过度激活。在恶性黑色素瘤中，有60%的患者出现BRaf基因突变[8]，同时发现MEK1/2和ERK1/2也存在较高水平的表达，这表明在肿瘤发生机制中，ERK1/2通路的激活起到了不可取代的作用。

2 ERK1 /2 的激活与调控

ERK1/2静息时位于胞浆内，ERK1/2磷酸化后才具备活性。ERK1/2主要通过Thr-183和Tyr-185位点上的去磷酸化来激活，ERK1/2去磷酸化的调节是复杂且多水平的。ERK1/2信号通路功能的发挥是由Raf家族、MEK1/2、ERK1/2信号模块来实现。致使神经细胞发生凋亡的信号从细胞膜表面至核的传导，ERK1/2的活化起到不可替代的作用。一般情况下，该信号模块的活化是起始于GTPase-大鼠肉瘤病毒（Ras）对Raf家族（c-Raf-1、A-Raf和B-Raf）的调节，但最近较多研究表明，Ras激酶并不是唯一的Raf调控，蛋白激酶C（PKC）也可以使c-Raf磷酸化，混合性谱系激酶（MLK3）也可以在Thr198和Ser601位点活化B-Raf，以上两条通路均能够通过三级酶联反应激活ERK1/2[9-10]。研究表明，生长因子可介导在Ras附近形成高浓度Sos，Sos可与小分子GTP结合型蛋白Ras相结合，导致Ras与鸟苷二磷酸（GDP）解离，从而激活Ras，最终特异性激活ERK1/2[11]。ERK1/2活化后形成二聚体转位于核内同时调节160余种蛋白的活性[12]，如 c-Myc、STATs、Jun、Fos、ATF2、Max和Ets家族转录因子（Elk-1）等，这些转录因子发生磷酸化再调节其相对应的靶基因转录，使蛋白表达或活性发生改变，最终能够调节细胞功能及代谢，参与细胞生长分化、基因表达、有丝分裂、细胞运动、新陈代谢、细胞生存凋亡、胚胎形成等一系列活动的调节[13-14]。

近期有实验研究证实，ERK1/2通过转录非依赖机制调控生存蛋白时最先激活P90rskl，活化的P90rskl继而磷酸化促凋亡蛋白Bad，而Bad磷酸化后丧失抑制B细胞淋巴瘤-2（Bcl-2）或Bcl-xl的抗凋亡作用，从而抑制细胞的凋亡[15]。ERK1/2的活化不但能够上调Bcl-2等抗凋亡蛋白的表达情况，还能够诱导其活化[16-17]，抑制Ctyc的释放，维持线粒体的功能，抑制凋亡的发生[18-19]。

3 ERK1 /2 与神经细胞凋亡

ERK1/2参与神经元的凋亡有两条途径。一是死亡受体介导的外源性细胞凋亡途径，具体是在肿瘤坏死因子和Fas的参与下，先活化半胱氨酸蛋白酶-8（caspase-8），然后caspase-3表达增加，神经细胞凋亡产生。与此相对的另一条是内源性途径，实验显示，当ERK1/2活化时Bax表达增强，胞浆里出现p53堆积，而使用其抑制剂U0126后二者均减少[20]，但是未涉及该caspase-3的表达。Nowak[21]发现使用抑制剂U0126后，caspase-3的表达下降，对Cytc的释放无影响。实验说明ERK1/2是直接调控caspase-3。

ERK1/2与神经细胞凋亡的关系已是老生常谈，以下将具体从帕金森病（PD）、脑缺血性疾病、脑创伤性疾病三方面来分开阐述其中的关系。

多巴胺（DA）能神经元细胞大量变性凋亡丢失是震颤麻痹即PD的主要病理改变。PD的发病非单一因素造成，DA能神经元变性死亡与神经元细胞凋亡机制密切相关。随着炎症介质环氧化酶（COX-2）和脂质激素前列腺素E2（PGE2）的表达增多，DA能神经元也丢失增多。炎症在PD病理生理中的作用已被大量实验证实。炎症激活过程中ERK1/2信号通路起调控作用[22]，那ERK1/2通路是否与PD有关系呢？在PD动物模型中发现，ERK1/2的p-ERK1/2表达比COX-2的表达明显要早，且二者呈正相关。用ERK1/2抑制剂U0126干预后，在PD中降低的酪氨酸羟化酶蛋白表达增加。由此可见，PD可促进ERK1/2激活，p-ERK1/2增高同时上调COX-2和PGE2。而ERK1/2的特异性抑制剂U0126通过阻断ERK1/2通路，减少凋亡，达到一定的PD治疗作用。

大脑缺氧缺血后，由于钙离子超载致脑损伤，包括谷氨酸依赖性途径和酸敏离子通道两条途径。细胞外液中谷氨酸浓度增高从而发生兴奋性神经毒性，进而诱导神经细胞损伤。脑缺血损伤后神经ERK1/2与JNK、p38通路的动态平衡决定了细胞是存活还是死亡。ERK1/2通路激活能够起到抗谷氨酸的作用，并且可以抑制神经元细胞的凋亡。脑缺血后，酸敏感离子通道受细胞外pH值降低影响而激活，导致神经毒性损伤。有实验表明，离体缺血-酸中毒后再灌注能显著激活ERK1/2通路，ERK1/2通路的激活与抑制可以影响神经元损伤后的存活状态。ERK1/2在脑缺血性细胞凋亡过程中扮演着不可忽视的角色[23]。已有研究表明，在脑缺血再灌注损伤中，ERK1/2和Akt激活起到了重要的神经保护机制，其机制是抑制神经元凋亡、降低氧自由基的生成以及抑制炎性反应等[24-25]。在实验中，路文婷等[26]观察到caspase-3和p-ERK1/2蛋白于脑创伤后3 h时表达明显上调，到6 h时不再有变化，24 h后有所下移但仍显著高于对照组。同时可见caspase-3呈阳性与TUNEL阳性的细胞（即原位DNA断裂检测凋亡）有很大程度的重叠。这个实验研究表明，ERK磷酸化后可能通过调控下游即早基因c-fos表达，组成转录因子AP-1，继而调控下游凋亡相关基因从而激活caspase-3，引起细胞凋亡[27]。这也表明了脑缺血性细胞凋亡与ERK1/2有关。

大脑受到创伤后，胞浆中出现大量的ERK1/2，这随后在Mori等[28]运用控制性皮质冲击伤模型的研究中得到了证实。此研究还发现，自由落体运动造成的脑创伤中，ERK1/2不是大量聚集于胞浆而是细胞核。不管是胞浆还是胞核，ERK1/2穿梭蛋白活化后，很大可能是通过破坏信号平衡介导细胞。使用ERK1/2的抑制剂后可见其产生了改善受损神经细胞功能的作用，这也进一步证实了二者有着密切的关系。

4 结 语

神经细胞凋亡与多种神经系统疾病相关，是这些疾病的基本病理过程，其重要性也逐渐被大家所认知。神经细胞凋亡看得见的不良后果是生活质量降低，以至于找到降低神经细胞凋亡的方法将成为将来的研究方向。由此可见，ERK1/2通路的重要性早已得到肯定。但其机制具体过程尚不清楚。深入研究ERK1/2的作用机制，也就搬上了国内外实验的舞台，期待不久后有关研究可以为临床治疗找到新的方向。

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2014-12-18）

唐敏（1988-），女，湖南长沙人，硕士研究生，主要从事脑血管病研究；E-mail：806023255@qq.com。

张智博（E-mail：zzb@aliyun.com）。