P38MAPK信号通路在糖尿病肾脏病研究中的进展

马冬妹 张祥贵

遵义医科大学第五附属(珠海)医院肾内科 519100

一、糖尿病肾脏病(diabetic kidney disease，DKD)

1.糖尿病(diabetes，DM) 是一组常见的以葡萄糖和脂肪代谢紊乱、血浆葡萄糖水平增高为特征的代谢性内分泌疾病。据统计2015年世界DM患者为4.15亿，预测2040年可达6.42亿。近几十年来，我国DM患病率逐年上升，且呈现年轻化趋势，已经严重危害人们的身体健康[1-2]。DKD是指慢性高血糖所导致的肾脏损害，是DM最严重的微血管并发症之一，也是全球范围内导致慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)的首要病因[3]。随着我国DM患者的增多，DKD有望超过原发性肾小球肾炎成为导致终末期肾病(end stage renal disease，ESRD)的首要病因[4]。由于DKD一旦进入临床蛋白尿期，其病情往往不可逆转并迅速发展为ESRD，并常有多种合并症以及并发症，多预后不良以及治疗成本巨大，已经成为严重的公共卫生问题[5-6]。

2.DKD发病机制及治疗进展 DKD发病机制十分复杂，迄今尚未完全明确。目前普遍认为，DKD的发生和发展，与遗传因素(miRNA、DNA甲基化等)、代谢机制紊乱[多元醇通路、蛋白激酶C、晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)等]、血流动力学改变[肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin-system，RAS)激活]、炎症反应、氧化应激等诸多因素有关[7-10]。由于DKD发生机制复杂，其有效的治疗药物一直是国内外学者共同攻克的难题如盐皮质激素受体拮抗剂、转化生长因子(transforming growth factor，TGF)β抑制剂、AGEs受体拮抗剂、磷酸二酯酶抑制剂、5羟色胺2a 受体拮抗剂、干细胞等均处于临床研究阶段，尚无正式应用于临床[11]。因此，进一步研究DKD的发病机制，发现新的治疗靶点对促进DKD有效的诊断和治疗至关重要。p38MAPK信号通路是抗炎症药物干预肾组织炎症性损伤的“经典”途径[12]。谢先辉等[13]研究发现，1，25-(OH)2-VD3治疗组和胰岛素治疗组可能通过p38MAPK下调Ⅲ型胶原蛋白(Col3)和Ⅳ型胶原蛋白(Col4)表达，改善DKD肾组织纤维化。进一步研究P38MAPK信号通路在DKD发生、发展的作用机制，为研制DKD特异性药物提供了新的思路。

二、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)

1.MAPKs家族 MAPKs是一类广泛存在于哺乳动物细胞内且可被不同的细胞外刺激(细胞因子、神经递质、激素、细胞应激等)激活的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，是介导细胞外信号到细胞内信号的重要信号转导系统。几乎所有的真核细胞都有MAPK通路，主要由细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)、P38(包括p38α、p38β、p38γ和p38δ)、c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminalkinase，JNK，包括JNK1、JNK2和JNK3)[14]组成。它们共同调节细胞的基因表达、分裂、代谢、存活、凋亡和分化[15]。

2.P38MAPK信号通路 P38MAPK是由Brewster等[16]首次发现的，由360个氨基酸残基组成的相对分子质量为38 000的蛋白。目前发现，p38α、p38β普遍存在于各种组织中，p38γ主要存在肌肉组织及乳腺癌细胞中[17]，p38δ主要在肾脏、胰腺、肺中表达。P38MAPK信号转导激活途径是三级酶促级联反应[18]。P38MAPK可被多种应激刺激(H2O2、热休克、缺氧、紫外线、放射线等)、炎症因子[肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白细胞介素(interleukin，IL)-1、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)]及脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)和G+细菌的细胞壁成分激活，从而影响细胞的增殖、分化和细胞因子的合成[19]。P38MAPK通过调节转录因子[如核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)]或P38MAPK交互激酶1和P38MAPK激活蛋白酶2/3的产生来调节mRNA的稳定性及翻译来调节细胞因子表达，导致促炎症细胞因子产生增加[20-22]。P38MAPK也在细胞增殖方面发挥重要作用。Yin等[23]利用特异性抑制剂SB202190抑制p38 MAPK磷酸化，下调caspase-3和caspase-9表达，进一步调节细胞凋亡等生命活动。

三、P38MAPK介导DKD的相关机制

1.氧化应激增加活性氧类(reactive oxygen species，ROS)的产生 ROS是生物有氧代谢过程中的一种副产品(包括超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢等)。在DKD中，由于代谢紊乱、胰岛素信号受损和RAS系统激活，使得线粒体氧化磷酸化增加，进而促进大量ROS产生[24-25]。ROS过量可将四氢生物蝶呤氧化为非活性的代谢物，导致内皮细胞中NO的产生减少，导致内皮细胞功能障碍[26]，同时ROS过量累积还可以促进晚期蛋白氧化产物(advanced oxidation protein products，AOPPs)产生，进一步诱导炎症反应发生[27]。此外，ROS与肾小球系膜细胞的肥大和足细胞损伤密切相关，同样也是肾小管间质病理损伤的重要环节，具有影响肾小管的重吸收、分泌和间质纤维化的作用[28]。有研究发现，在培养的足细胞中使用AOPPs处理后，NADPH氧化酶复合物的主要亚单位Nox2和p47phox上调，而用抗氧化剂化合物(N-乙酰半胱氨酸D)预处理后可消除AOPPs介导的Wnt/β-连环蛋白激活，提示抑制ROS可有效减轻足细胞损伤以及减少蛋白尿产生[29]。Guo等[30]研究发现，使用ROS抑制剂Tempo以及P38MAPK抑制剂 SB203580可阻断高糖激活巨噬细胞分泌TNF-α触发的足细胞凋亡，阻断ROS-p38MAPK通路是限制足细胞凋亡和延缓糖尿病肾病进展的有效治疗选择。

2.炎症增加炎性介质的释放 DKD时大量的炎性细胞如巨噬细胞、T淋巴细胞、调节性T淋巴细胞等被活化并释放一系列的炎性介质，如IL-1、IL-6、TNF-α、干扰素γ(interferon-gamma-γ，IFN-γ)、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、细胞间黏附因子1(intercellular adhesion molecules-1，ICAM-1)、血管细胞黏附因子1(vascular cell adhesion factor-1，VCAM-1)、脂肪因子等[31]。DM中AGEs产生增多，通过糖基化终末产物受体(advanced glycosylation end product-specific receptor，RAGE)/NF-κB信号通路诱导巨噬细胞迁移并释放炎症因子TNF-α及IL-1β，进一步促进ICAM-1、VCAM-1的表达及增加肾小球内皮细胞通透性[32]。此外，高糖可以诱导内皮细胞中Nod样受体蛋白3(NOD-like receptor family，pyrin domain-containing protein 3，NLRP3)炎性小体活化，活化的NLRP3通过caspase1-GSDMD凋亡途径诱导肾小球内皮细胞凋亡，同时释放大量促炎因子如IL-1β、IL-18[33]。Jiang等[34]在实验中发现磷酸化的p38MAPK可以磷酸化热休克蛋白27(heat Shock Proteins，Hsp-27)，增加促炎细胞因子TNF-α和IL-6的表达，诱导炎性级联反应增加细胞损伤，证实了白果内酯(bilobalide)可以通过抑制p38MAPK磷酸化来抑制炎症介质的产生进而减少细胞的死亡。此外，张晓雪等[35]研究发现，在高糖刺激肾小球内皮细胞前加入p38 MAPK特异性抑制剂，可明显降低IL-6及TNF-α表达。

3.参与RAS系统 在DKD中，RAS系统被激活，血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，Ang Ⅱ)生成增加，其可通过改变肾脏血流动力学、诱导胰岛素抵抗、促进肾小球系膜细胞基质合成增加，最终导致肾脏细胞的肥大、毛细血管压增高、炎症、凋亡等[36-37]，其中血管紧张素转换酶-血管紧张素Ⅱ-AngⅡ1型受体(ACE-AngⅡ-AT1R)轴发挥关键作用，AngⅡ激活AT1受体，进一步通过血流动力学作用增加血管的张力升高血压，增加肾小球囊内压力，同时相对收缩肾小球出球小动脉，进一步增加肾小球内压力，进而加快肾脏病变进展。此外，AngⅡ可以通过激活MAPK磷酸化过程，增加促炎症介质、促纤维化介质的表达和释放如TGF-β、MCP-1、纤溶酶原激活物抑制剂1(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)等，导致肾小管间质成纤维细胞的增殖、分化以及大量单核细胞、巨噬细胞浸润，细胞外基质合成增多、降解减少，从而加速肾脏病变的发展[38]。Ang Ⅱ对足细胞也具有增加ERK1/2 和蛋白激酶B(protein kinase B，PKB或Akt)磷酸化以及细胞肥大作用，并且高糖刺激和Ang Ⅱ具有协同效应[39]。Limei等[40]研究发现，使用p38MAPK抑制剂SB203580可减弱ACE2表达的下调以及用骨化三醇孵育细胞可显著抑制p38 MAPK和ERK磷酸化，并在高糖刺激下有效减弱ACE上调和ACE2下调，证实骨化三醇可能通过p38 MAPK通路，发挥在DKD中的肾保护作用。

四、p38MAPK抑制剂的应用

首先被发现的p38MAPK抑制剂是吡啶咪唑类药物如SKF-86002、SB203580和SB202190，其原理是竞争性地结合在ATP结合位点上，使p38MAPK失去了与ATP结合的能力，导致p38MAPK失去激酶活性。除此以外，例如BIRB796等新型抑制剂能够通过重新改变p38MAPK激酶的构型从而起到抑制p38MAPK与ATP的结合[41]。Jung等[42]研究发现在DKD大鼠模型中使用p38MAPK抑制剂FR167653，能改善肾小球中纤维连接蛋白与胶原蛋白结合蛋白的比例和蛋白表达，起到对肾脏的保护作用。Kojonazarov[43]发现p38MAPK抑制剂PH797804可减少心脏成纤维细胞中TGF-β诱导的胶原蛋白生成，抑制心肌纤维化。但由于P38MAPK抑制剂具有非特异性、不良反应大，尚无安全应用于临床的案例。研究证实，多种单味中药及其提取物可直接或间接的抑制DKD模型鼠中p38MAPK的表达如大黄素可以抑制高糖诱导的纤维连接蛋白表达与P38MAPK活化[44]。雷公藤多苷、白藜芦醇等能够降低实验DKD大鼠肾组织TGF-β、P38MAPK的表达，减少24 h尿蛋白、血肌酐、血尿素氮[45-46]。中药具有整体治疗优势，但其具体调控机制、反馈机制如何进行以及其他信号通路可能存在的联系需要进一步研究。

五、小结与展望

p38MAPK是细胞信号通路的交汇点，对于调节细胞代谢、分化、增殖、凋亡等具有重要作用。在DKD中，p38MAPK可以被多种因子激活，发挥复杂多样的生物学效应，可以促进ROS的产生，增加炎性介质的释放，调节RAS系统，调节ACE及ACE2表达，影响肾小球系膜外基质的形成与降解来影响DKD的进程。因此，将抑制p38 MAPK信号通路作为治疗靶点有望成为未来的研究热点，现阶段发现在动物模型中p38 MAPK抑制剂能够有效抑制p38 MAPK信号通路，发挥延缓肾脏疾病进展作用。随着科学研究进展，新型p38 MAPK抑制剂有望安全应用于临床，同时中药以多成分、多靶点的作用特点在新药开发中可能发挥重要作用。

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