MAPK信号通路在血管性痴呆中研究进展

陈欣悦 边文超 赵晴 许卓

(吉林大学中日联谊医院 1南湖神经内科，吉林 长春 130000；2麻醉科；3康复医学科)

血管性痴呆(VD) 是指由脑血管疾病(如缺血性脑卒中、出血性脑卒中、急、慢性低氧性脑血管疾病等)引起的认知功能障碍综合征，主要表现有记忆、认知障碍，抑郁、焦虑、迷失方向情绪障碍及解决问题、思考、推理、计划和执行任务等执行功能障碍，而执行功能缺损程度严重大于记忆功能障碍〔1〕。目前，VD被认为是继阿尔茨海默病(AD)之后造成老年人痴呆的第二大常见原因〔2〕。与AD不同的是，VD是唯一可进行预防的痴呆类型，血管性因素的可控性使得若早期对VD患者进行干预及治疗，可有效延缓疾病发展，控制和改善病情。国际上对于VD发病机制的认知尚不完全清楚，其涉及多种分子和遗传机制，近年来,国内外学者从信号通路角度对VD的发病机制进行了深入探讨，其中丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联信号通路在VD发病机制中占重要地位。本文将从不同方面深入分析MAPK级联信号通路与VD的内在机制，以期为VD的防治提供新思路，从而提高患者生存质量。

1 MAPK信号通路的结构基础

MAPK是一组进化保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，MAPK级联信号通路可调控多种细胞生物学过程，是调节细胞增殖、分化、细胞凋亡等基本过程的中心信号通路。MAPK由360个氨基酸构成，分子量为41 360 Da。MAPK信号通路是一个级联磷酸化过程，基本组成主要包括3级激酶模式：MAPK激酶激酶(MAPKKK),MAPK激酶(MAPKK)和MAPK。该通路可通过细胞因子、生长因子、神经递质、激素等外源性刺激信号被激活后参与细胞增殖、分化、凋亡等多种生理过程。根据MAPK活性环内的苏氨酸-X-酪氨酸(Thr-X-Tyr)序列的不同,MAPK通路可分为细胞外信号调节激酶(ERK),c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38MAPK等亚族〔3〕。它们可以由不同的细胞外刺激激活，并介导不同的生物学效应：JNK和p38MAPK通路主要与细胞的应激和凋亡有关,而研究最深入的MAPK信号通路ERK/MAPK与细胞增殖和分化密切相关，在细胞信号转导网络中发挥关键作用〔4～7〕。

2 MAPK在VD发生发展中的作用

2.1促进炎症反应 炎症反应与VD发生密切相关，脑血管疾病可打破促炎与抗炎之间的平衡〔8〕。当慢性低灌注及血栓栓塞发生后，白细胞介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子(TNF)-α等炎症因子的聚集，引发一系列病理生理过程，促进神经元凋亡继而导致脑损伤〔9,10〕；此外，炎症反应还可通过级联反应，进一步破坏血脑屏障，导致继发性损伤和功能障碍，造成对脑内稳态的破坏，加重神经系统损害〔11〕。而这种脑损伤后炎症级联反应的增加可以加重认知功能损伤〔12〕。在认知障碍患者血清中高表达IL-1β、IL-6、TNF-α等炎症因子，表明炎症因素对认知功能下降起到一定推动作用。研究表明IL-12可预测脑卒中后认知功能下降〔13〕，而IL-8与患者认知状态密切相关〔14〕。

当脑卒中发生时,ERKI/2信号通路被激活后,能够增强炎症因子的激活，引起脑组织炎性反应的发生〔15〕，增加血脑屏障破坏，导致脑损伤。抑制ERK信号通路的过度激活可以调节神经炎症，从而减少神经元损伤及认知障碍〔16〕。

核因子(NF)-κB为经典的炎性反应通路，NF-κB是p38MAPK的下游分子，因此p38MAPK信号通路可调节NF-κB介导炎症反应，从而介导炎症损伤〔17,18〕。研究发现VD大鼠中p38MAPK蛋白的磷酸化水平明显升高〔16〕，促炎细胞因子高表达，诱导炎症级联反应，引起神经元损伤。动物实验发现，抑制p38MAPK信号通路可以下调炎症因子从而减少海马神经元凋亡，促进神经元恢复，从而显著提高VD大鼠学习记忆能力及减少记忆缺陷〔19〕。JNK是调节炎症因子转录的关键因子，可以通过与NF-κB信号通路产生交互而发挥调控炎症的作用。JNK还可促进IL-1β产生，进而促进炎症反应过程。综上，抑制p38或ERK、JNK信号通路可减少炎症产生，从而改善神经元损伤及学习和记忆能力。

2.2调控海马神经元突触可塑性 突触是神经系统信息传递和功能活动的枢纽，而突触可塑性是指突触的形态结构和功能上的可变动性及可修饰性〔20〕。突触可塑性是学习记忆的神经学基础,它与神经系统的发育、神经系统损伤后的修复及学习记忆等相关〔21〕,也是近几年神经科学研究的热点之一。神经元突触可塑性可以由长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)来典型表现，两者均参与了学习记忆活动。VD所表现的学习记忆损伤与突触功能的改变密切相关，通过VD大鼠发现,与正常对照组相比,VD组LTP增长,突触可塑性改变〔22〕。LTP是神经突触可塑性的生物学基础，而N-甲基-D-天冬氨酸 (NMDA) 受体是中枢神经系统中重要的兴奋性谷氨酸受体之一，参与突触可塑性的形成，LTP依赖于NMDA谷氨酸受体的激活〔23〕。NMDA受体的活化是诱发LTP的关键环节。

研究证明,MAPK级联信号通路在NMDA受体激活中发挥了重要作用〔24〕，与ERK信号通路促进炎症反应导致神经元损伤不同的是，一部分学者认为，ERK可以通过调控海马神经元突触可塑性进而起到神经保护作用。研究表明，ERK 可以通过控制LTP 所需的转录和蛋白质翻译来促进LTP 诱导〔25〕及通过磷酸化钾通道增加细胞兴奋性〔26〕，最终导致NMDA受体的活化,并将这种去极化作用传导到神经元其他突触部位,从而易化LTP诱发。此外，LTD与即时空间工作记忆的形成有关，有研究证明，激活ERK通路可恢复受损的LTD来改善认知障碍大鼠的学习记忆能力〔27〕。以上可表明ERK信号通路可参与多种形式的突触可塑性和学习记忆过程。

与ERK可以易化海马LTP不同的是，p38MAPK的活化可通过介导炎性因子实现对海马突触可塑性的损伤。有研究发现TNF-α可以抑制海马LTP,但是在加入p38MAPK抑制剂后TNF-α对LTP的抑制削弱〔28〕。此外，p38MAPK可抑制LTP，研究发现，认知障碍小鼠的海马中p38MAPK蛋白的磷酸化水平升高，CA1区LTP和海马突触可塑性均下降〔29〕。通过抑制p38MAPK信号通路激活可以实现大鼠认知功能的改善〔30〕。

JNK参与了炎性因子对海马LTP的抑制，其对LTP主要起到负性调节作用，研究中发现脂多糖 (LPS) 对大鼠海马LTP具有抑制作用,这种影响与JNK的激活有关〔31〕，LPS可以增加大鼠海马IL-1β浓度,使JNK磷酸化对大鼠海马LTP起抑制作用。JNK磷酸化也可参与较高Aβ浓度诱导的作用，导致LTD阻断从而参与突触可塑性的调节〔32〕。

由此可见，激活ERK、抑制p38MAPK、JNK信号通路可正向调节LTP，调控海马神经元突触可塑性，从而改善神经元损伤及学习和记忆能力。

2.3调节海马神经元凋亡 海马是学习记忆的关键位置，而CA1区为海马的主要功能区，且神经细胞凋亡的程度与认知障碍呈正比，所以该区神经细胞凋亡直接影响认知功能。细胞凋亡拥有复杂的调控机制，由多因素诱导调控，凋亡诱导或凋亡抑制分子相互作用，是机体重要的稳态调节机制。而其中半胱氨酸天冬酶家族(包括caspase-1、2和3)与B细胞淋巴瘤(Bcl)-2基因家族是近年来有关研究热点之一，二者均在细胞凋亡系统中处于核心地位。Bcl-2作为关键的凋亡调控蛋白，可抑制细胞凋亡,参与细胞增殖与凋亡动态平衡的调控，其表达减少会引起大量神经细胞凋亡，且有研究表明，Bcl-2对缺血后海马神经元细胞有保护作用〔33〕。caspase-3则在caspase家族中起核心作用，是执行细胞凋亡重要标志蛋白及灵敏因子〔34〕。

JNK信号通路是介导细胞凋亡的主要信号通路，caspase蛋白是JNK信号通路关键下游因子，其可通过诱导JNK磷酸化导致细胞凋亡。脑缺血时，JNK信号通路中的MAPKK被激活，从而引起JNK的磷酸化，促凋亡相关蛋白的表达增加，诱导海马神经元凋亡。在VD小鼠中，caspase-3蛋白表达显著升高，而通过调控JNK信号通路，可抑制VD小鼠中caspase-3的产生，从而改善小鼠认知能力〔35〕。通过抑制JNK表达还可以促进下游抗凋亡蛋白Bcl-2释放，从而改善认知障碍〔36〕。研究表明，降低VD模型大鼠海马CA1区JNK蛋白表达,可提高大鼠学习能力〔37〕。

抑制p38MAPK信号通路，可通过促进细胞活性、细胞周期进程和海马神经元端粒酶活性，从而抑制海马神经元凋亡〔38〕。在VD中，通过对p38MAPK信号通路的抑制发挥海马神经元凋亡和空间学习记忆障碍的保护作用可能部分是由于Bcl-2上调抑制了caspase-3凋亡通路。VD大鼠在应用p38MAPK抑制剂后可通过上调Bcl-2表达，下调Caspase-3表达，从而减少细胞凋亡发生，改善大鼠的学习记忆能力〔39〕。

此外，ERK信号通路严重影响大鼠脑梗死后神经细胞凋亡，应用ERK1/2抑制剂也可使脑缺血大鼠海马中Bcl-2蛋白表达降低，Caspase-3表达增加，从而加速海马CA1区神经元凋亡〔40〕。ERK1/2的活化还可抑制细胞色素C的释放，对线粒体起到保护作用，进而抑制细胞凋亡的发生。

因此，激活ERK，抑制JNK、p38MAPK信号通路可抑制海马神经元凋亡，改善学习及记忆能力。

综上，MAPK信号通路可通过促进炎症反应、调控海马神经元突触可塑性、调节海马神经元凋亡等方面在VD发挥功能性作用。这三个方面以相互依赖、相互交叉的方式激活MAPK通路。而MAPK信号通路也通过复杂多样的通路机制在VD中维持动态平衡作用。MAPK信号转导通路是真核细胞中关键信号通路之一，近年来，对于MAPK信号通路靶向药物的研究不断发展与深入，很多药物均被证实有确切的疗效，但由于价格昂贵、不良反应大等问题，临床上尚无理想的防治药物。中药复方由于具有多途径、多靶点的作用特点，对VD的预防和治疗有一定的优势，未来可以从中医药角度对MAPK信号通路的进一步研究，从而为VD实验研究与临床治疗提供新思路。