JNK信号通路在细胞凋亡与自噬中作用的研究进展*

曹丽婷，马宝慧

(1.内蒙古科技大学包头医学院,内蒙古 包头 014040；2.内蒙古科技大学包头医学院基础医学与法医学院生理教研室)

促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)是与细胞生长关系最密切的一类蛋白激酶。目前已知多种MAPK信号转导途径，包括经典的细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)途径、c-Jun氨基端激酶(c-Jun NH2-terminal kinase，JNK)途径和p38MAPK途径等，其中JNK途径在胞外信号通过胞质传递到核中起关键作用[1]。近年来，大量研究表明JNK信号通路参与了多种细胞的凋亡与自噬[2-3]。细胞程序性死亡按死亡机制可分为半胱天冬酶依赖和非半胱天冬酶依赖两大类，前者即典型的凋亡。细胞凋亡与自噬间存在较多的交叉和一定的调节机制，但具体机制尚未完全明确[4]。探讨JNK信号通路在凋亡和自噬之间的关系，可为后续疾病的防治提供一定的理论依据。

1 JNK信号途径

1.1JNK概述 JNK是MAPK超家族成员之一，属于进化上保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶[5-6]。JNK起初由于可以调控细胞内外不同的应激反应，被称为应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK)，后因在磷酸化及转录因子c-Jun活化中的作用，改称为JNK[7]。在哺乳动物中，JNK由MAPK8(jnk1)、MAPK9(jnk2)、MAPK10(jnk3)三种基因编码，并通过选择性剪切形成分子量在46～55 kDa的10种不同产物。JNK1亚和JNK2亚型在各组织器官中均有广泛的表达；而JNK3主要在脑和神经中表达，在心脏和睾丸等有少量表达[8]。虽然有文献表明，JNKs同源性高，与上游启动子和下游作用底物结合能力相同或类似；但同时有文献显示，JNK底物的特异性是不同的[9]，如c-Jun优先与JNK1结合并被其磷酸化[10]。细胞通过特定底物选择介导JNK活化产生不同作用，但不同的底物仍有待鉴定[11]。

1.2JNK途径的作用机制 导致JNK信号通路激活的因素有很多，如氧化应激、电或辐射应激、损伤、细胞生长因子[12-13]。研究表明，JNK信号通路在细胞自噬[14-15]、细胞凋亡[16]以及多种人类疾病的发生与发展[17]中起着至关重要的作用，因此JNK信号通路的激活致细胞凋亡与自噬在多种疾病的发病机制中有着十分重要的作用。

目前，已在哺乳动物细胞中鉴定了14种MAPK激酶激酶(MAP kinase kinase kinase，MKKK/MEKK)，其中具有活化JNK功能的包括MEKK(1-4)、转化生长因子-β激活激酶1(transforming growth factor-β-activated kinase 1,TAK1)和凋亡信号调节激酶(apoptosis signal regulated kinase ,ASK)等。JNK途径的上游激酶是MAPK激酶(MAP kinase kinase，MKK)中的MKK4和MKK7，其不同转录由上游不同的MAP3K激活。内外界刺激导致MAP3K(MKKK)被激活，导致MAP2K(MKK)磷酸化，进而磷酸化并活化MAPK。激活的MAPK/JNK参与了许多生理和病理过程，如癌症、损伤、神经炎症、成骨等[18-19]。Garrington等[20]研究发现，MEKK2是受体信号所必需的，不是细胞应激反应所必需的；同时，除MEKK2外，MEKK1也会接受Fas诱导产生应激反应，使蛋白水解激活和细胞内再分布[21]。

激活后的JNK在不同的组织中发挥着不同的作用，可在细胞质中发挥作用，也可从细胞质到细胞核重新定位。JNK核蛋白底物主要是转录因子和细胞激素受体，它们直接影响基因表达[22]。JNK对底物具有双重识别机制，在识别底物并将其磷酸化的过程中，还可以提高其稳定性，从而促进目的基因表达，并且绝大多数JNK通路并不单独完成转导，而是与p38、ERK等通路互相协作[22]。目前大多数底物研究都是针对c-Jun，JNK接受上游信号被激活后，使c-Jun N端第63和73位的丝氨酸残基磷酸化，进而激活c-Jun增强其转录活性。

JNK信号通路的激活受多因素调控，且与MAPK级联反应有着密不可分的联系，其底物的活化与多条信号通路有交互作用，可能与凋亡和自噬有着一定的联系，但其中具体作用机制仍需进一步探究。

2 JNK途径在细胞凋亡与自噬中的调节

细胞死亡是一个非常复杂的过程，对维持个体的正常生长发育及生命活动是必需的。按照Clarke分为Ⅰ型(凋亡)、Ⅱ型(自噬)、Ⅲ型(坏死样)。细胞凋亡是细胞对生理或病理刺激信号产生的一种由多基因控制的主动的细胞程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)。细胞自噬是细胞对自身受损的蛋白或细胞器进行降解并循环利用[23]。凋亡与自噬之间存在着复杂的交互调控，二者能被多种应激刺激共同激活、共享多个调节分子，甚至互相协调转化等，并且随着研究的深入，其可能作用机制正逐步被揭示。

2.1JNK在细胞凋亡中的作用 细胞凋亡以染色质浓缩和核分裂(固缩)、质膜起泡和细胞收缩为特征，分为死亡受体途径、线粒体途径和内质网途径。有研究发现线粒体在细胞凋亡中起到关键作用，刺激通过改变线粒体外膜的通透化(MOMP)促使细胞色素C等释放，同时JNK等也对MOMP的活性有作用[23]，两者之间存在正相关关系。

越来越多研究结果显示，JNK介导的信号通路通过直接和间接途径发挥凋亡作用[24]。激活的JNK可直接使核内c-Jun等转录因子活性增强，并合成复合物AP-1，进一步上调凋亡蛋白的表达；激活的JNK还可以通过间接活化Bcl-2家族或促使线粒体上的细胞色素C释放，激活caspase的凋亡。有研究发现，JNK可诱导多种细胞凋亡，但仍有研究说明在内质网应激反应中存在两个功能不同的JNK信号传导阶段——促进细胞生存的早期阶段和促进细胞死亡的晚期阶段。在几种应激反应中，被激活的双相JNK对细胞生存力具有相反作用，其短暂激活是抗凋亡的。实验中JNK在哺乳动物紫外线质子辐射早期普遍被激活，这种立即的JNK激活是抗凋亡的，而持续的JNK激活会导致细胞死亡。

JNK信号通路的激活可诱导细胞凋亡，细胞凋亡与多种疾病的发病机制相关。通过探讨JNK信号通路与细胞凋亡之间的联系，并找到其中关键的基因变化规律，将为许多疾病的防治提供一定的理论基础。

2.2JNK在细胞自噬中的作用 细胞自噬根据细胞内底物运送到溶酶体腔方式的不同分为三种主要形式，即巨自噬、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)。细胞通过吞噬自身细胞质蛋白或受损的细胞器或大分子物质，使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物，以实现细胞的某些需求。

细胞自噬分为依赖哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)与不依赖mTOR的两种通路，依赖mTOR的自噬相关信号通路主要有磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase，AKT)-mTOR信号通路、MAPK信号通路和AMP依赖的蛋白激酶(adenosine 5‘-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)信号通路等；不依赖mTOR介导的如Beclin1通路、Ⅰ型PI3K通路等。

JNK参与自噬不同通路的调节，自噬激活后由级联反应传递并激活JNK，其一激活的JNK导致激活c-Jun/c-Fos，增强其Beclin1的转录活性；其二使Bcl-2磷酸化使Bcl-2与Beclin1分离，并构成与Beclin1相关的PI3K三型复合物，调节自噬；其三还诱导FoxOs核定位，并增加其调节其他“核心”ATG基因转录的活性。细胞自噬与人类多种疾病密切相关，但自噬研究目前仍处于初级阶段，自噬分子之间错综复杂，并与凋亡等存在互相交互作用，随着研究的持续深入通过对自噬相关信号通路的研究，可以为临床提供靶点治疗的新思路。

3 细胞凋亡与细胞自噬的关系

虽然已初步发现细胞凋亡和自噬之间的相互作用现，但具体机制尚未清晰。当细胞受到一定刺激但还未能引发凋亡或细胞产生凋亡但凋亡受到某种抑制时，细胞多发生自噬。JNK信号通路在多种组织器官损伤中起关键作用，且细胞凋亡与自噬是多种疾病治疗中的关键点。细胞凋亡与自噬之间有着一定的交互作用。

3.1凋亡与自噬呈协作关系 细胞自噬诱导细胞凋亡。研究显示，ERN1-MAPK8通路参与了由CoPs诱导的自噬的激活，同时自噬介导铜离子诱导体外成骨细胞凋亡的上调，自噬参与了体外和体内成骨细胞凋亡的上调[25]。同样有研究表明，在JNK/c-Jun信号通路中，内质网应激被激活，乳腺癌细胞存活率降低，进而诱导乳腺癌细胞自噬并促进细胞凋亡[26]。在研究甲酸钠通过感光细胞的JNK信号通路诱导自噬和凋亡中发现，细胞凋亡部分是通过触发JNK途径实现的，并且在造成细胞损伤的过程中观察到自噬水平增加，甲酸钠诱导的自噬可能在促进661W细胞线粒体功能障碍，甚至凋亡中起重要作用。

3.2凋亡与自噬呈拮抗关系

3.2.1抑制自噬可促进细胞凋亡 在二甲双胍通过活性氧/JNK信号通路诱导人骨肉瘤(OS)细胞周期停滞、凋亡和自噬的研究结果中表明，二甲双胍通过激活活性氧(ROS)依赖性JNK/c-Jun信号通路诱导两种类型的PCD。此外，自噬抑制剂之一CQ抑制自噬，增强了二甲双胍诱导的细胞凋亡，表明二甲双胍诱导的自噬在OS细胞中起保护作用[27]。

3.2.2激活自噬抑制凋亡 有研究发现，在活性氧通过激活JNK诱导骨髓间充质干细胞自噬以对抗细胞凋亡中，增加自噬可以减少细胞凋亡、延长骨髓间充质干细胞的存活时间[28]。在细胞凋亡和细胞自噬的过程中，JNK都是调节的关键点，并且JNK通过与其他调节因子相互作用，进而发挥作用使凋亡与自噬相联系。

4 总结与展望

随着研究的不断深化，JNK信号通路的分子机制、作用原理逐步清晰，但其在细胞自噬与细胞凋亡中的相互作用关系仍有待继续探讨。已有的研究预示了其用于临床的曙光，但具体应用机制仍有待研究，应用前景较为乐观。