MEK/ERK通路参与溃疡性结肠炎发病机制的研究进展*

张明雨 贾育新 杨梦莹 何兰兰 康永强

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种局限于结肠黏膜和黏膜下层的慢性非特异性炎性肠病，典型症状为直肠出血、频繁排便、黏液排出、乏力和下腹痛等，或有身体不适、食欲不振、脸色苍白、肌肉无力、呕吐、体重减轻和发烧等全身症状，病情容易反复，给患者的生活、工作带来严重不良影响，还会增加其患结直肠癌的风险[1]。临床上使用的糖皮质激素、氨基水杨酸类制剂、免疫抑制剂、生物制剂等容易使患者产生不良反应和感染[2]，也存在部分药物价格过高和无法停药的问题[3]。虽然有干细胞移植、粪菌移植等新兴治疗方式[4-5]，但这些方法还需要更多的研究和临床试验来验证。近年来，UC 的发病率在全球范围内呈逐渐上升趋势，为寻找更适合的治疗药物，对信号通路及其相关蛋白与UC 发病机制的研究越来越深入。目前研究发现，JAK/STAT 信号通路通过调节免疫平衡参与UC 的发病[6]，TLR4/NF-κB 信号通路是参与炎-癌转化的重要通路[7]。MEK/ERK 信号通路是经典丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）信号转导通路[8]，通过MAPKs 序贯激活过程，将细胞外刺激信号传至细胞内，参与调控细胞增殖、分化、凋亡、炎症反应等多种生理病理过程，与UC 的发病机制有密切联系。因此，研究MEK/ERK 通路在UC 发病过程中的作用为抗UC 药物的研发带来创新性思路，提供理论性依据。

1 UC发病机制

UC 发病机制尚未明确，目前认为遗传因素、环境因素、肠道菌群紊乱、肠道机械屏障破坏、免疫损伤等均能导致UC 出现。在遗传和环境因素的共同影响下肠道菌群失衡，肠道机械屏障和免疫屏障功能同时受损，上皮通透性增加，炎性因子过度产生，体内免疫平衡被打破，激发或加重肠黏膜局部炎症反应，最终导致溃疡形成。

1.1 遗传因素 遗传因素在UC 的发病过程中具有重要意义，是重要发病原因。现代研究表明，对于亚洲人群来说，肿瘤坏死因子α-308 可能是UC特定种族人群的风险因素[9]。除此之外，还鉴定出23 个风险基因座与特异性相关，如人类白细胞抗原Ⅱ类基因DR2、DR9。王家丰等[10]用二代测序技术发现chr13-31127905（T/C）位点突变基因携带者更易患UC。林道泼等[11]通过实验表明Tim-3 rs10515746 基因突变可以降低患UC 风险。表观遗传学修饰调控相关基因表达，通过DNA 甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA 介导的基因沉默等方式影响UC 患者的结肠黏膜免疫和防御[12]。UC 在亲属间发病的风险高达8%～15%，患者一级亲属发病率为一般人口的30～100 倍，同卵双胞胎的一致率为10%～15%。

1.2 环境因素 流行病学和实验研究表明，饮食习惯、心理压力等环境因素可通过对宿主的直接影响或通过调节肠道微生物群的组成或功能间接影响遗传易感人群，使正常肠道菌群的耐受性下降，菌群种类减少[13]。文献[14]研究显示，不同的饮食习惯在降低或增加UC 发病风险中起着重要作用。西方饮食中大多是红肉、精制糖和n-6 脂肪酸，膳食纤维含量低。高糖饮食促进机体失调，随后释放革兰阴性菌的一种成分脂多糖（LPS），并增加肠道通透性，从而激活免疫反应和产生促炎细胞因子。Andersen 等[15]研究显示，n-6 脂肪酸亚麻酸是UC发病的危险因素。相反，多水果蔬菜和少糖低脂的地中海饮食或农村饮食可降低UC 的发病风险。

心理压力被认为是约40%UC 患者的潜在触发因素。有大量证据将心理压力以及与压力相关的免疫功能反应受损与疾病增加联系起来。郅杰超等[16]通过分析压力困扰量表发现UC 患者存在心理应激并影响其睡眠质量。焦虑和抑郁可能通过改变5-HT 等神经递质的分泌，影响脑－肠轴功能，促进IL-6、IL-8、IL-2 等细胞因子的分泌，减少结肠黏蛋白和增加肠的通透性参与UC 的发病[17]。

1.3 肠道菌群紊乱 人体胃肠道中正常情况下有大量处于微生态动态均衡状态的微生物群，它们对人体的健康起着至关重要的作用。双歧杆菌属、乳酸菌属和类杆菌属是有益菌，它们能够与肠黏膜结合形成生物屏障阻止病原微生物的入侵和增殖，以维持肠道内生态平衡，保证肠道正常生理功能。肠道正常菌群的种类、数量和比例发生异常变化而逐渐失衡时会导致免疫反应失调及代谢紊乱造成肠道组织损伤[18]。当肠道菌群失衡、机体免疫功能降低时，有益菌数量明显减少，肠杆菌属、肠球菌属大量增殖，造成肠道黏膜屏障损伤、通透性增加、肠道功能性障碍。一些细菌在特定条件下可产生促炎因子，共同诱导肠腔内的炎症环境，间接激活NF-κB 信号通路，导致炎症细胞及免疫活性细胞凋亡减少，使炎症反应延长。刘原等[19]发现活跃期UC 患者肠管内菌群数量与结构失衡，优势细菌数目减少，机体免疫反应出现，肠管黏膜屏障功能减弱，抗炎因子水平降低，炎症反应加重。

1.4 肠道机械屏障破坏 肠道机械屏障由完整的上皮细胞和之间的紧密连接构成，对保持肠上皮细胞极性，维护肠道功能和环境稳定具有重要作用。细胞紧密连接被破坏，微生物从管腔进入固有层，引发炎症反应，导致炎性细胞因子过度产生。肠道因长期处于非可控性炎症状态加剧了肠黏膜损伤。文献[20]研究表明，UC 小鼠肠道中升高的活性消化蛋白酶可以破坏肠道组织结构并增加肠道通透性，这为肠道病原体或微生物群毒素侵入人体提供了有利条件。卫江鹏等[21]研究发现，UC 患者肠道黏膜中紧密连接蛋白1 和咬合蛋白表达减少造成肠道机械屏障完整性被破坏，从而导致肠上皮通透性增加，肠道菌群移位、内毒素入血。

1.5 免疫损伤 UC 的固有免疫反应特点是存在明显的巨噬细胞、中性粒细胞。李琪佳等[22]对UC 患者黏膜活检标本分析得出巨噬细胞在UC 活动期数量明显增多。肠黏膜溃疡部位巨噬细胞受病原菌刺激，产生许多细胞因子吞噬外来抗原，促进T 淋巴细胞的游走，改变了巨噬细胞、中性粒细胞的活性，造成了肠黏膜损伤。先天免疫系统的改变、效应性T 细胞的激活、B 细胞和抗体的增加以及促炎因子的产生都在UC 的发病机制中起主要作用。当炎症反应出现，Th17/Treg 细胞因子的动态平衡状态被打破，不能继续维持机体的细胞免疫和体液免疫功能，从而参与相关疾病的发生发展过程[23]。由转录因子RORγt 介导，分化成熟后的Th17 分泌具有促炎活性的IL-17，引起肠黏膜内炎症反应的放大激活。战晶玉等[24]研究发现可以通过调控Treg/Th17 免疫平衡从而改善UC 肠道炎症。

2 MEK/ERK信号通路

2.1 MEK/ERK 信号通路的组成 细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular signal-regulated protein kinase，ERK）是一类具有丝氨酸和酪氨酸双重磷酸化能力的蛋白激酶，被上游特异性信号分子激活后呈活化状态，活化的ERK1/2 进入细胞核内，进而活化一系列转录因子，并通过水解细胞外基质来促进细胞增殖、分化和侵袭[25]。ERK 是结肠上皮细胞死亡反应的重要调节因子，在UC 中对上皮细胞凋亡的抑制和细胞保护有特殊作用[26]。MEK 即丝裂原活化蛋白质激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK），是丝裂原活化蛋白激酶的一种，主要包括和MEK1 和MEK2 两种，是高度特异的双特异性激酶，可磷酸化丝氨酸/苏氨酸残基和酪氨酸残基，在Ras 和Raf 的下游被激活，进入细胞核调节各种转录因子，诱导某些基因表达，进而引起细胞增殖[27]。

2.2 MEK/ERK 信号通路的激活 MAPK 信号通路转导方式为胞外-胞内信息传递进而引起蛋白质磷酸化级联反应，而MAPK 将信号进一步移至核内活化其他下游靶基因，并激活相关转录因子，从而发挥生物学作用。细胞表面的生长因子受体可以募集生长因子受体结合蛋白2（growth factor receptorbound protein 2，GRB2）和鸟苷酸交换因子SOS 复合物，促使Ras 蛋白结合的GDP 释放，形成Ras-GTP 复合体，使Ras 具有磷酸化活性[28]。GTP 结合型Ras 被激活后将Raf 募集于细胞膜，使其从自抑制状态释放，引发蛋白质磷酸化级联反应。Raf 磷酸化MEK 结构域中两个保守的丝氨酸残基，进而激活MEK。MEK1/2 双特异性激酶可以催化ERK1和ERK2 在苏氨酸和酪氨酸残基上的磷酸化。激活的ERK1/2 进入细胞核内形成二聚体并转运到核膜，催化下游底物特别是转录因子的磷酸化，与细胞核和细胞质中的多种底物反应，产生增殖、分化、凋亡等多重细胞过程。

3 MEK/ERK信号通路与UC发病机制

基于MEK/ERK 信号通路参与调控细胞增殖、分化、凋亡、炎症等过程，其在UC 发病发展过程中起重要作用。李楠等[29]证明调控MEK/ERK 通路可以通过其对细胞生长繁殖作用增加上皮细胞数量，保护大鼠结肠上皮，促进结肠黏膜修复，从而达到治疗UC 模型大鼠的目的。陈龙开等[30]通过实验证明MEK/ERK 信号通路可以通过调控上皮细胞紧密连接的通透性对肠黏膜通透性产生调控来治疗UC。朱向东等[31]研究证明激活MEK/ERK 信号通路可以对UC 大鼠受损肠道进行自我修复。刘玉晖等[32]对UC 小鼠参使用苓白术散后发现小鼠结肠组织ERK/p38 表达水平明显增强，说明可以通过ERK/p38 MAPK 信号通路治疗UC。李姿慧等[33]研究也表明了ERK/p38 MAPK 信号通路的激活被抑制后，可以调控水通道蛋白（AQP）的表达水平，改善机体水液代谢功能，用于治疗UC。Zhu 等[34]发现通过调节MEK/ERK 信号通路显著抑制HT-29 细胞的凋亡是UC 新疗法的有效机制。Shi 等[35]发现通过减少MEK/ERK 信号的激活部分抑制UC 患者肠上皮细胞中促炎因子的表达。

4 小结

UC 因其难治愈、易反复的特点成为全球难治病之一，且现有治疗药物都存在一定的副作用，局限性较大。MEK/ERK 信号通路是经典MAPK 信号转导通路，通过调控细胞增殖、分化、凋亡、炎性等多种生理病理活动参与UC 发病和发展。目前研究MEK/ERK 信号通路与UC 关系的相关文献较多，对于其上游蛋白Ras 和Raf 与UC 相关性研究内容还鲜少涉猎。Ras 蛋白为三磷酸鸟苷（GTP）/二磷酸鸟苷（GDP）结合蛋白，与GDP 结合时为失活型，与GTP 结合后具有磷酸化活性，可招募下游靶蛋白，激活信号传导途径，起分子开关的作用。激活的Ras 介导细胞浸润，导致结肠组织损伤，在免疫和炎症方面有重要作用[36]。Raf 是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，可以破坏MAP 激酶途径。Ras 和Raf 可以激活MEK/ERK 信号通路，可能成为潜在的治疗靶点，是否参与UC 发病机制仍需进一步研究证实，但为UC 治疗及抗UC 新药研发提供新思路。