MAPK通路与脑缺血再灌注损伤发生、发展及治疗关系的研究进展

刘玉梅，谢露

(广西医科大学，南宁530021)

MAPK通路与脑缺血再灌注损伤发生、发展及治疗关系的研究进展

刘玉梅，谢露

(广西医科大学，南宁530021)

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)属于丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶。MAPK通路是所有真核细胞共有的信号通路，主要包括细胞外调节蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)，分别介导三条并行的MAPKs信号通路。MAPK通路参与脑缺血再灌注损伤(CIRI)的发生、发展过程，但确切作用机制尚不完全清楚。目前对于CIRI治疗药物的研究有限，大多数药物还处在试验阶段，只有少部分投入临床使用。经由MAPK通路发挥脑保护作用的药物研究具有非常广阔的应用前景，有望为CIRI患者带来福音。

脑缺血再灌注损伤；丝裂原活化蛋白激酶；细胞外调节蛋白激酶；c-Jun氨基末端激酶；p38丝裂原活化蛋白激酶

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)属于丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶。MAPK家族主要包括细胞外调节蛋白激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)，分别介导三条并行的MAPK信号通路，通过调节细胞内相关基因转录，参与细胞增殖、分化、癌变、转移、凋亡等生理过程，介导生长发育、炎症反应等生命活动[1]。脑缺血再灌注损伤(CIRI)是指脑缺血后一定时间内恢复血液供应，大脑功能不但没有恢复，还出现更加严重的脑功能障碍。导致CIRI发生的机制比较复杂，目前已明确的机制主要为自由基过度形成、兴奋性氨基酸毒性作用、细胞内钙离子超载、炎症反应等因素单独或联合作用引起神经细胞凋亡和坏死，最终导致神经功能破坏[2]。研究发现，ERK1/2、p38MAPK、JNK等均参与调节CIRI的发生、发展过程[3]。本研究就MAPK通路与CIRI发生、发展及治疗的关系作一综述。

1 MAPK通路与CIRI发生、发展的关系

1.1 ERK通路与CIRI ERK通路是一条高度保守的信号转导通路，主要包括ERK1～ERK5五个亚族，目前明确ERK1、ERK2(即ERK1/2)主要参与细胞增殖和分化等活动；对ERK3、ERK4和ERK5的研究刚刚起步，其具体作用及作用机制尚未明确。ERK1/2可被多种刺激激活，如缺血、神经递质、氧化应激等。目前，对于ERK1/2在CIRI中作用的研究结果存在争议，一些研究表明ERK的激活在CIRI中具有保护作用[4]，另一些研究却显示其激活会产生神经毒性[5]。

1.1.1 ERK1/2在CIRI中的脑保护作用 研究发现，脑缺血再灌注Wistar大鼠脑组织p-ERK表达明显降低；随着p-ERK表达增加，脑细胞凋亡率逐渐降低，但ERK表达无明显变化[6]。Dai等[7]采用双侧颈总动脉闭塞的方法构建CIRI大鼠模型，结果显示模型组海马区p-ERK表达明显减少，经脑保护药物处理后，p-ERK表达显著提高，且脑细胞活性显著改善，证实p-ERK具有脑保护作用。此外，对体外构建的神经细胞缺糖缺氧再复氧(OGD/R)模型给予ERK抑制剂UO126处理后，神经细胞功能明显抑制，反向证明了激活ERK1/2可以发挥神经保护作用[8]。

1.1.2 ERK1/2在CIRI中的脑损害作用 本课题组前期研究采用经食道电刺激诱发心室颤动建立心跳骤停(CA)/心肺复苏(CPR)大鼠模型，结果显示模型组脑组织活性氧(ROS)和丙二醛(MAD)表达显著高于假手术组，SOD活性显著低于假手术组；于大鼠自主循环恢复后静脉注射ERK抑制剂PD98059，可降低ROS和MAD表达、提高SOD活性、提高CPR后大鼠生存率、延长生存时间[9]。有关ERK1/2抑制剂在局灶性脑缺血中作用的研究结果显示，ERK1/2抑制剂具有脑保护作用，ERK1/2通路参与短暂性脑缺血引起的脑损伤[10]。Chen等[11]将神经细胞放在含镉的环境中培养4 h，结果发现镉可以引起ERK1/2通路迅速激活，并且诱导细胞凋亡；ERK抑制剂UO126可以部分抑制细胞凋亡；提示镉引起神经细胞凋亡的部分原因是激活ERK1/2通路。

1.2 p38MAPK通路与CIRI p38MAPK是由应激信号诱导的应激激酶，与CIRI引起的神经细胞损伤联系密切。同ERK1/2类似，p38MAPK在CIRI中也具有双重作用。

1.2.1 p38MAPK在CIRI中的脑损害作用 1998年Karin等[12]首次使用双侧颈动脉结扎法构建全脑CIRI模型，模型组于缺血3～4天在海马区小胶质细胞内发现p-p38MAPK及其底物ATF2、MAPKAP2显著升高，且此时海马区锥状神经元的凋亡率升高，说明激活p38MAPK通路与海马区神经元凋亡有关。Sugino等[13]研究MAPK与海马区迟发型神经元凋亡的关系，于缺血前30 min在右侧脑室内注入p38MAPK抑制剂SB203580，结果发现SB203580可抑制p38MAPK表达，减少其底物ATF2形成，同时减少缺血引起的细胞凋亡，表明抑制p38MAPK可发挥抗凋亡作用。此外，在培养的大鼠神经细胞中亦发现，SB203580对缺氧缺糖神经细胞也表现出直接的保护作用。

1.2.2 p38MAPK在CIRI中的脑保护作用 本课题组前期通过CA建立CIRI模型，证明p38MAPK阻断剂SKF86002可引起CA后脑损伤，促进脑细胞凋亡，激活p38MAPK通路则具有抗脑细胞凋亡的作用[14]。Guan等[15]报道，p38MAPK阻滞剂SB203580可减弱脑缺血预处理(IPC)对大鼠CA1区神经元的保护作用；未给予p38MAPK阻滞剂的大鼠p-p38MAPK表达明显增多，IPC的脑保护作用显著提高；提示IPC诱导的脑缺血耐受作用是通过激活p38MAPK实现的。目前对于p38MAPK通路在CIR中的脑保护作用的研究并不多，需要更多的后续研究来证实上述研究结果。

1.3 JNK通路与CIRI JNK又称为应激活化蛋白激酶(SAPK)，主要参与调节细胞周期、分化、增殖、凋亡和氧化应激反应等。有研究显示，JNK通路抑制剂SP600125能通过抑制线粒体易位、细胞色素C释放以及凋亡蛋白Caspase-9、Caspase-3激活而减轻CIRI引起的细胞损伤[16]。在 OGD/R细胞模型中分别单独加入ERK、JNK、p38MAPK抑制剂，结果显示抑制ERK和JNK可显著抑制神经细胞凋亡，而抑制p38MAPK则对细胞凋亡无明显作用，提示JNK与促进细胞凋亡有关[11]。Zhen等[17]通过构建大鼠CIRI模型，发现假手术组JNK表达很低，而经过缺血2 h、再灌注22 h后大脑皮质和海马区JNK表达急剧上升。抑制p-JNK和p-p38MAPK表达可改善CIR大鼠的神经行为功能，降低脑组织的梗死面积[3]。以上结果均说明JNK信号通路可促进CIRI引起的脑损伤，且其促损伤机制可能与促进细胞色素C释放、增加凋亡蛋白表达有关。JNK抑制剂则可发挥抗炎和抗凋亡等作用，可能成为治疗CIRI的一剂良药。

2 MAPK通路与抗CIRI药物的关系

2.1 通过ERK通路发挥CIRI后脑保护作用的药物 Xu等[18]发现，雷帕霉素可抑制镉诱导的ERK1/2激活以及Caspase-3在细胞中的表达，减弱脑细胞损伤，从而发挥神经细胞保护作用。本课题组前期研究发现，绿茶多酚与ERK抑制剂单独作用可对抗CIRI引起的细胞凋亡，但作用比较微弱；同时加入绿茶多酚与ERK抑制剂可显著减轻神经功能损伤；证明绿茶多酚与ERK抑制剂在脑保护作用中具有协同作用[9]。此外，丹酚酸B[19]、冠脉通片[20]及乌索酸[21]等药物均被证实在CIRI中的脑保护作用与抑制ERK通路有关；姜黄素[22]、黄芩苷[7]及神经生长因子[8]等则是通过抑制p-p38MAPK及p-JNK表达，促进p-ERK表达，从而发挥CIRI后脑保护作用。

2.2 通过p38MAPK通路发挥CIRI后脑保护作用的药物 阿魏酸钠(SF)是阿魏酸的钠盐，是传统活血化瘀中药当归和川芎共有的有效单体成分，具有抗自由基及脂质过氧化损伤等作用[23]。已证实SF可以通过减少自由基释放和钙离子超载等对CIRI起到保护作用。为了进一步研究SF对CIRI的保护机制，在缺血再灌注组加入p38MAPK抑制剂SB203580和不同浓度SF，结果显示随着SF浓度增加p38MAPK表达逐渐降低、细胞凋亡逐渐减少，证明SF通过抑制p38MAPK磷酸化，从而阻断信号从细胞外传递到细胞内，发挥抑制神经元凋亡的作用[24]。Collino等[25]证明，过氧化物酶激活受体γ(PPAR-γ)激动剂罗格列酮和吡格列酮可以明显降低由CIRI引起的p-p38MAPK水平升高，进而发挥抗炎、抗氧化作用，减轻CIRI引起的脑组织损伤。此外，化浊解毒活血通络方、长托宁、甘草素和千金藤素等[26,27]药物在CIRI中均被证明通过抑制p38MAPK通路发挥抗凋亡和抗氧化作用。

2.3 通过JNK通路发挥CIR后脑保护作用的药物 Lv等[28]分别于兔蛛网膜下腔出血后6、24、48 h腹腔注射丙酮酸乙酯，结果显示丙酮酸乙酯处理组于出血后24、72 h大脑皮层和海马区TNF-α、p-JNK和Bax表达均明显降低，提示EP可能通过减少TNF-α表达、抑制JNK信号通路发挥神经保护作用。最新的一项关于新型双NO供体肟(IQ-1S)和JNK抑制剂对小鼠CIRI保护作用的研究发现，IQ-1S不仅可作为NO的供体发挥脑保护作用，还可作为JNK抑制剂，通过降低脑神经功能评分、减少脑梗死面积对CIRI早期发挥保护作用[29]。此外，迷迭香酸也被证实可保护CIRI后海马CA1区神经元损伤，下调JNK磷酸化和Caspase-3表达可能是其作用机制[30]。

3 小结

MAPK家族在CIRI的发生、发展过程中发挥重要的调节作用，JNK、p38MAPK和ERK1/2三个不同的激酶通路发挥的作用虽然不尽相同，但可以相互影响，通路之间既有相互合作作用，又有相互拮抗作用。由于CIRI具有较高的病死率和致残率，而目前对于相关治疗药物的研究非常有限，并且大多数药物还处在试验阶段，只有少部分投入临床使用。因此，经由MAPK通路脑保护药物的研究具有非常广阔的前景，有望为CIRI患者带来福音。

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国家自然科学基金资助项目(81660312)；广西自然科学基金资助项目(2015GXNSFAA139148)。

谢露(E-mail: xielu8282@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.48.035

R743

A

1002-266X(2017)48-0100-04

2017-05-16)