细胞外信号调节激酶在紫杉醇诱发神经痛中的作用机制

李蕊　王秀丽



·综述与讲座·

细胞外信号调节激酶在紫杉醇诱发神经痛中的作用机制

李蕊王秀丽

【摘要】细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulate kinase,ERK)是一类丝/苏氨酸蛋白激酶，介导多种信号的胞内转导。糖尿病、神经损伤、化疗药物等引发的神经痛及炎性痛的发生发展都与ERK的磷酸化增加有关，继而认为紫杉醇诱发神经痛的发生发展也与ERK活化密切相关。这一新的发现为临床治疗紫杉醇诱发神经痛提供了新的思路和研究方向。本文主要从ERK的基本特性、紫杉醇诱发神经痛的可能机制及ERK参与其形成的可能机制以及影响ERK发挥作用的因素等方面进行了综述。

【关键词】细胞外信号调节激酶；紫杉醇；神经痛

细胞外信号调节激酶(extracellular signal- regulate kinase,ERK)是小胶质细胞丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)家族中的一员,介导多种信号的胞内转导。ERK在各种疼痛中均发挥着重要作用，近年来ERK在神经痛中的作用机制日益受到关注，尤其是在紫杉醇诱发神经痛中的作用成为研究热点。紫杉醇作为一线抗癌药物，对各种恶性肿瘤均有显著疗效，已广泛用于肿瘤患者的临床治疗，但其在使用过程中表现出一种呈剂量依赖的神经毒性，即紫杉醇所诱发的外周神经病理性疼痛[1]，由于对目前临床上所使用的镇痛药均不敏感，故临床上仍缺乏有效的治疗手段。根据研究提示，ERK可能在紫杉醇诱发神经痛中发挥重要作用。本文旨在对ERK在紫杉醇诱发神经痛中的作用机制及其研究进展做一综述。

1ERK信号传导通路

1.1ERK基本特性ERK是由Boulton等[2]于20世纪90年代初期分离鉴定的一类丝/苏氨酸蛋白激酶，是传递丝裂原信号的信号转导蛋白。正常情况下ERK位于胞浆，被激活后转位进入细胞核，调节转录因子活性，产生细胞效应。经人工克隆和序列测定分析已知：ERK家族有5个亚族，包括ERK1～ERK5。ERK1和ERK2途径在ERK家族中表达最为广泛，ERK1/ERK2是两个高度同源的亚族,相对分子量分别为44 kD和42 kD,具有丝氨酸(Ser)和酪氨酸(Tyr)双重磷酸化能力。ERK5于1995年由 Zhou等[3]首次克隆，分子量为120 kD,也被称为大丝裂原活化蛋白激酶 1(big MAP kinase1,BMK1),其N末端包含有蛋白激酶区,与ERK1/2有很高的同源性，而C末端具有独特的羧基末端结构域，具有转录活性功能，这有别于其他MAPK家族成员。

1.2ERK信号传导通路的激活MAPK家族主要包括3个并行的亚家族：ERK，p38MAPKS和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)。越来越多的证据表明，这3个MAPK通路通过不同的分子和细胞机制参与组织和神经损伤后痛敏形成[4]。神经损伤后，脊髓胶质细胞(小胶质细胞和星形胶质细胞)中的ERK、p38MAPKS和JNK通过不同的途径被激活，导致促炎/早期痛觉的合成调节，从而提高和延长痛觉。

MAPK/ERK信号转导通路被认为是多种刺激由细胞外向细胞内传导的交汇点。细胞因子、生长因子、神经递质、细胞应激等多种外源性刺激可通过Ca2+、AC/cAMP/PKA、N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体、G蛋白偶联受体等机制激活MAPK/ERK通路[5]。ERK5通路是一种非典型的MAPK通路，可被细胞应激如氧化作用和高渗透压等刺激激活。

MAPK家族的信号转导都是以三级激酶级联的方式进行的，即上游激活蛋白→MAPK激酶的激酶(MAPKKK)→MAPK激酶(MAPKK)→MAPK。ERK1/2和ERK5信号转导通路的相应级联激活顺序分别为:Ras-Raf-MEK-ERK途径和MEKK2/3-MEK5-ERK5。MAPK/ERK信号通路都有丝氨酸-谷氨酸-酪氨酸(Thr-Glu-Tyr)活化基序，具有丝氨酸和酪氨酸双重磷酸化能力。

2紫杉醇诱发神经痛的可能机制

2.1紫杉醇的药理特性及作用机制紫杉醇是一种复杂的二萜类化合物，紫杉烷衍生物是由四元杂环丁烷环组成，其C-13侧链上为酯结构，紫杉醇的二萜类化合物是其抗肿瘤的主要活性成分[6]。紫杉醇能催化微管蛋白迅速合成微管，并和微管结合到一起使其更加稳定。紫杉醇药物发挥其抗肿瘤作用是通过微管稳定来阻碍细胞有丝分裂，发挥细胞毒性作用，导致细胞凋亡[6]。紫杉醇是否能对肿瘤细胞发挥作用取决于细胞膜上是否存在磷酸化的135-KD糖蛋白。对于非敏感的细胞，紫杉醇可被135-KD膜蛋白泵出胞外。

然而研究发现：肿瘤细胞能对紫杉醇产生耐药性，这是通过激活MEK/ERK信号通路实现的[7]。活化的ERK能够诱导癌细胞增殖，抑制MEK/ERK信号通路能提高紫杉醇对肺癌细胞的细胞毒性作用。大黄酸(rhein lysinate，RHL)可通过激活 MEK/ERK信号通路，诱导细胞凋亡。RHL可通过降低ERK的磷酸化水平及提高caspase3和PARP裂解水平来增强紫杉醇在肺癌治疗中的抗肿瘤活性。目前的研究结果显示，RHL和紫杉醇在某些肺癌细胞株的治疗有协同作用，这种协同作用可能与下调ERK活化水平有关[7]。

2.2紫杉醇诱发神经痛的可能机制紫杉醇在临床上用于抗肿瘤治疗有显著疗效，但它在使用过程中会产生剂量依赖性的外周感觉神经病变的不良反应，尤其是痛觉神经的外周病变 。研究发现：在大鼠模型，高剂量注射紫杉醇(单次注射剂量>12.5 mg/kg)可使周围感觉神经轴突变性，能够杀死其在背根神经节中的细胞体，而低于这个剂量时观察不到这种现象[8]。并且，有些患者也可能会发生这种现象。这表明，紫杉醇诱发的神经毒性可能涉及至少2个病理机制：(1)紫杉醇剂量较低(4次累计剂量<32 mg/kg)时引起终端乔木变性(terminal arbor degeneration,TAD)；(2)当紫杉醇剂量增加(单次剂量12.5～80 mg/kg)时，导致外周神经的轴突变性和ATF-3(activating transcription factor-3)上调；可能还有第三个机制，当剂量更高时，能杀死神经细胞体。但是，紫杉醇诱发神经痛与周围神经轴索变性无关，只要TAD病变，就足以产生神经疼痛。

国内有研究显示：紫杉醇通过激活脊髓星形胶质细胞中的NF-κB(nuclear transcription factor-κB)，诱发大鼠神经痛[9]。背根神经节中卫星细胞衍生的L-丝氨酸减少对促进紫杉醇诱导的致痛性外周神经病变有重要作用[10]。卫星细胞衍生的L-丝氨酸供应减少可能引起感觉异常，这种异常是通过外周感觉神经元的结构和(或)形态变化产生的。而应用L-丝氨酸可以使这种结构和(或)形态变化恢复。目前人们普遍认为体内神经免疫调节参与了糖尿病和紫杉醇引起的神经病变，中枢神经免疫激活包括介导中枢与外周神经和血液系统之间的细胞激活，其中以小胶质细胞和星形胶质细胞研究最为广泛。研究表明：糖尿病神经痛发生的细胞学及分子生物学机制是细胞凋亡引起的MAPKs通路的激活，紫杉醇诱发神经痛的机制可能与其相似[11]。

2.3ERK在紫杉醇诱发神经痛中的作用神经和脊髓损伤后，脊髓中小胶质细胞和星型胶质细胞中ERK磷酸化增加，活化的ERK对胶质细胞胞内信号转导引起的炎症和早期痛觉介质的产生是必不可少的，提示:ERK在神经损伤引起的神经痛的产生和维持中发挥重要作用[4]。

研究表明：在大鼠糖尿病神经病变形成过程中，脊髓P38MAPK、ERK和JNK的磷酸化均增加[12]。另外，大鼠腹腔注射链脲佐菌素(STZ)诱导糖尿病神经痛28 d后，机械缩足阈值减低，脊髓背角磷酸化ERK显著增加，而鞘内注射ERK抑制剂U0126，可明显降低糖尿病大鼠的缩足反射阈值[12]，提示：在糖尿病神经痛的产生和维持中脊髓ERK的活化发挥重要作用。介于ERK在糖尿病神经痛中的调节机制，且紫杉醇诱发神经痛与糖尿病神经痛可能有相似的分子生物学机制，认为ERK在紫杉醇诱发神经痛的调节机制中也发挥着重要作用。

研究发现：脊髓背角神经酰胺和1-磷酸鞘氨(sphingosine 1-phosphate，S1P)与紫杉醇诱导神经痛的发展和维持密切相关[13]，其参与神经痛的过程如下：激活氧化还原依赖的NF-κB和ERK，增加促炎性细胞因子和神经兴奋细胞因子(TNF-α、IL-1)释放。在另外一个研究中发现：紫杉醇诱导的神经疼痛的发展依赖于NADPH氧化酶活化引起脊髓过氧亚硝基阴离子产生增加，然后激活一系列氧化还原依赖的信号转导途径，如核因子κB、ERK和P38，最终导致胶质细胞相关的促炎性细胞因子的释放，并且紫杉醇诱导神经痛模型中发现腰椎脊髓中NF-κB信号通路增强，促进NF-κB p65的核转位以及MAPKs ERK1/2磷酸化增加[14]。提示，ERK在紫杉醇诱发神经痛中有重要作用。

3影响ERK发挥作用的因素

3.1ERK与GABAB受体γ-氨基丁酸(GABA)是中枢神经系统中一种重要的抑制性神经递质。作为重要的G蛋白偶联受体，GABAB受体激动剂的镇痛作用已得到肯定，国外的临床报道显示：巴氯芬(GABAB受体激动剂)对紫杉醇诱发神经痛有较好的临床效果[1],提示GABAB受体可能在紫杉醇诱发神经痛中发挥着重要作用。ERK通路的活化与G蛋白偶联受体密切相关，给予巴氯芬后发现体外培养的小脑神经元中ERK依赖的CREB的磷酸化增加[15]，另一研究发现GABAB受体可通过调控腺苷酸环化酶的活性影响cAMP的水平，调节下游通路P-CREB和P-ERK的表达，GABAB受体的激活与CREB的磷酸化调节及P-ERK表达密切相关[16]。提示GABAB受体在紫杉醇诱发神经痛中的作用可能是通过调节ERK的活性变化发挥作用的。

3.2ERK与NF-κBNF-κB作为一个转录因子蛋白家族，广泛存在于各种真核细胞中，参与细胞增殖和凋亡过程。在研究中曾提出：TPA(12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetate)对Fas诱导Jurkat T细胞凋亡的抑制作用依赖ERK和NF-κB的激活和共同作用，而ERK和NF-κB的抗凋亡作用是通过影响线粒体膜破坏实现的[17]。研究发现：神经损伤后，ERK和NF-κB活化增加，应用PD98059阻断ERK后发现NF-κB活化减少。提示，ERK和NF-κB可能在紫杉醇诱发神经痛中共同发挥作用[18]。

3.3ERK与AP-1激活蛋白AP-1(activator protein-1)是一种核转录因子。它通过调节基因的表达来应对多种刺激，包括细胞因子、生长因子、压力、细菌和病毒感染；控制细胞分化，增殖和凋亡。研究表明：AP-1在引起细胞死亡中有重要作用，显性负突变体c-Jun诱导细胞凋亡及c-Fos的作用与p53依赖的细胞凋亡途径相关[19,20]。MAPK信号转导途径可以通过增加AP-1成分的丰富性和刺激他们的活性直接影响AP-1的活性[21]。

MAPK的激活促使转录因子如NF-κB、AP-1等活化转移入核，进而使一氧化氮(NO)、环氧化酶2(COX-2)、内皮素 1(ET-1)、黏附分子等蛋白相关基因的表达增加，加重炎性反应，对糖尿病神经病理性痛(DNP)的形成和发展至关重要，而活化的ERK还能通过磷酸化相关蛋白、关键受体、离子通道等非转录途径来提高神经元兴奋性，产生痛觉过敏[22,23]。 研究表明：正常大鼠背根神经节和脊髓背角中p-ERK1/2和AP-1表达极少，在链脲佐菌素(streptozotocin，STZ)诱导的DNP模型中，大鼠背根神经节和脊髓背角p-ERK1/2及AP-1表达上调，大鼠的痛觉过敏[24]。上述研究均提示p-ERK1/2和AP-1在DNP的发生、发展过程中有重要作用，继而猜想它们可能也参与了在紫杉醇诱发神经痛的发生发展过程。

3.4ERK与TNF-α肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)由炎性细胞产生，神经系统也可产生。TNF-α有两个受体：Ⅰ型(TNFR1)和Ⅱ型(TNFR2)，TNF-α的功能大多是通过TNFR1发挥作用的。

已有研究发现：神经损伤后DRG和脊髓背角神经中TNF-α和TNFR1表达上调。TNF-α参与神经病变和炎症等病理状态引起的痛觉过敏。研究发现：ERK刺激TNF-α诱导TRPV1(transient receptor potential V1)受体表达增加,DRG神经元表达TRPV1受体显著增加，对肿瘤坏死因子引起的早期痛觉效应，特别是热痛觉过敏有重要作用[25]。

紫杉醇作为抗肿瘤药物被广泛应用于临床，然而，其诱发的神经痛对目前所使用的镇痛药均不敏感，因此探寻其发病机制并寻找有效的治疗方法有重要的临床意义。

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(收稿日期：2015-10-15)

【中图分类号】R 994.11

【文献标识码】A

【文章编号】1002-7386(2016)07-1078-04

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.07.041 10.3969/j.issn.1002-7386.2016.07.041

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