MAPK信号通路研究进展_陈建勇

2011年4月第1卷第8期MAPK信号通路研究进展陈建勇王聪王娟曹礼荣（湖北中医药高等专科学校，湖北荆州４３４０２０）［摘要］丝裂原活化蛋白激酶（M APK）信号通路是生物体内重要的信号转导系统之一，参与介导细胞生长、发育、分裂和分化等多种生理及病理过程。

在哺乳动物细胞中M APK亚族主要包括ERK1/2，JNK，p38和ERK5，其中ERK5近年来被发现对细胞的生存、增殖、调节血管生成有重要作用，这几条通路之间存在相互“对话”。

在传统的信号通路研究方法基础上，蛋白质组学的发展给信号通路研究开辟了一条新的道路。

［关键词］M APK；信号通路；ERK；蛋白质组学［中图分类号］R363［文献标识码］A［文章编号］2095-0616（2011）08-32-03细胞对环境变化的反应部分是由一系列胞内信号途径来诱导的，信号通路接替、放大并整合来自胞外刺激的信号，最终导致基因和生理的改变。

M APKs是众多信号蛋白的一种，其激活调控一系列细胞活动。

活化的丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-acti-vated protein kinase，M APK）通过磷酸化核转录因子、细胞骨架蛋白及酶类等参与细胞增殖、分化、转化及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤等多种疾病的发生密切相关。

１ＭＡＰＫ信号通路概述M APK是哺乳动物内广泛存在的一类丝/苏氨酸蛋白激酶，可以被一系列的细胞外信号或刺激所激活，如物理应激、炎性细胞因子、生长因子、细菌复合物等。

M APKs是一系列级联反应的成分，是多种胞外刺激的关键因素，能够调节基本的细胞过程。

M APK信号转导是以三级激酶级联的方式进行的，首先M AP-KKK受有丝分裂原刺激磷酸化而激活，在此基础上M APKKK转而磷酸化激活M APKK，最后由M APKK磷酸化M APK，使其活化进而转入核内。

M APK家族的信号通路主要包括细胞外信号调控的蛋白激酶（ERK）、c-Jun N端激酶（JNK）/应激激活的蛋白激酶（SAPK）、P38M APK以及ERK5/BM K1四条途径。

ERK、JNK、P38、ERK5/ BM K1可以由不同的刺激因素激活，形成不同的转导通路，激活各不相同的转录因子，介导不同的生物学效应，但这几条通路存在广泛的“cross talk”，从而导致通路间产生相互协同或抑制作用。

有研究证实F.ularensis LVS感染会影响细胞生长和存活，感染导致鼠巨噬细胞的凋亡需要ERK1/2M APK参与。

其中PIASxa 是决定转录因子ElK-1对ERK和P38M APK通路作出不同反应的重要调节子。

ERK1/2信号通路抑制剂PD98059和U0126也能阻断ERK5的活性。

有报道，V12H-Ras是一种H-Ras组成性活化形式，能够激活BM K1，且不是通过活化Raf1。

这些都表明，在肿瘤产生的某些细胞中，ERK1/2和BM K1通路间的对话可能是通过两条通路的上游信号分子，比如Raf1和H-Ras。

２ＭＡＰＫ信号通路主要途径２．１Ｒａｓ－Ｒａｆ－ＥＲＫ途径在细胞信号转导各通路中，Ras通路是迄今研究得比较清楚的一条通路，该通路参与了细胞生长、发育、增殖、分化等多种生理、病理过程。

生长因子与受体结合激活酪氨酸激酶，通过衔接蛋白将信号传递给Ras蛋白，Ras-GTP直接与Raf相结合，形成一个短暂的膜锚定信号。

活化的Raf通过磷酸化促分裂原激活的蛋白激酶的激酶（M EK）环上的丝氨酸残基而将其激活。

M EK再将促分裂原激活的蛋白激酶（ERK）激活，进而磷酸化许多与胞质和胞膜相连的底物。

ERK还可被快速地转运入细胞核去磷酸化和激活AP-1、ELK-1、SAP等涉及增殖反应的转录分子，促进细胞增殖[1]。

２．２ＪＮＫ途径c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）家族是1990年被发现的促M APK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。

以JNK为中心的信号通路可被细胞因子、生长因子、应激（如电离辐射、渗透压、热休克和氧化损伤）等多种因素激活，引起M AP3Ks活化，然后激活M AP2K异构体M KK4和M KK7，然后磷酸化JNK[2]。

大量实验提示JNK信号通路在细胞分化、细胞凋亡、应激反应以及多种疾病的发生与发展中起着至关重要的作用，因此JNK信号通路是正常与疾病状态时细胞的一个重要调节靶点。

JNK最初被发现是一种特异性磷酸化核内转录因子c-Jun 的激酶，并因此被命名为c-Jun氨基末端激酶，随后发现其他一些核内转录因子也是其下游底物，但一直对JNK的胞浆底物知之甚少。

近年来一些研究显示胞浆中的某些成分（如细胞骨架蛋白）可能也是其作用的底物。

活化的JNK可以和转录因子ATF2及c-Jun的氨基末端区域结合，使转录因子的活性区域发生磷酸化。

他们又以同二聚体或异二聚体的形式和许多基因启动子上的AP-1（activator protein-1）和AP-1样位点结合，提高AP-1的转录活性，促进基因的表达和蛋白质的合成。

许多研究证明JNK信号通路与细胞凋亡有密切关系。

在某些类型的细胞中，JNK和（或）p38的激活促进炎症、细胞凋亡。

基因敲除鼠的研究表明M APK磷酸酶（M KP）在JNK信号通路中起负性调节作用。

用反应性氧核素来抑制M KP活性可以延长JNK 的活化[3]。

事实上，M KP抑制可能在某些刺激之后足以让JNK激活。

对M KP5结构的发现为进一步研究磷酸化导致的JNK失活机制奠定了基础。

目前很多研究已经关注JNK在2型糖尿病中的作用，最近·综述·32CHINA MEDICINE AND PHARMACY2011年4月第1卷第8期有研究也确定了JNK在1型糖尿病中的作用。

有数据显示JNK 参与了bFGF介导的表面钙黏素的下调，表面钙黏素的缺失可能影响内皮细胞间的相互作用，可能还会促进血管生成[4]。

研究表明A.otitidis激活NF-kB、p38M APK、ERK1/2途径导致IL-8的生成。

对这些信号通路进一步的研究有助于我们理解A.otitidis 的免疫刺激作用和其诱导的炎症反应中重要的分子和细胞机制。

JNK可能有利于疾病治疗新方法的发展，需要进一步的研究来确定JNK在疾病发生发展中的分子机制。

２．３ｐ３８ＭＡＰＫ途径p38是由360个氨基酸残基组成的相对分子质量为38000的蛋白，与JNK同属SAPK。

p38M APK可以由细胞外的多种应激包括紫外线、放射线、热休克、促炎因子、特定抗原及其他应激反应活化，在凋亡、细胞因子产生、转录调节及细胞骨架识别中起重要作用。

p38M APK级联反应包括4种激酶：PAK（p21activated ki-nase，M APKKKK）、M LK（M APKKK、M KKK或M EKK）、M KK3/6/4（M APKK、M KK或M EK）、p38M APK（M APK），它们构成了一个连续的蛋白激酶反应链。

细胞外信号与受体特异性结合后，通过磷酸化PAK和M LK（主要为M LK3），促进M KK3/M KK6基因表达，并使其表达蛋白磷酸化，进而诱导p38M APK基因转录，提高其生物功能，活化的p38M APK通过上调某些转录因子基因的表达和生物活性，影响细胞的增殖、分化和细胞因子的合成[5]。

p38信号通路控制多种转录因子的基因表达活性，如激活作用转录因子、生长停滞及DNA损伤基因、核因子-KB、热休克转录因子等[6]，其中，有些转录因子是p38直接底物，而有些是p38间接底物。

p38 M APK可影响多种细胞因子的产生，用LPS刺激大鼠巨噬细胞后，可致巨噬细胞内p38M APK的磷酸化，抑制这一步磷酸化可减轻甚至完全阻断巨噬细胞内肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的产生，说明炎性反应中TNF-α的产生与p38M APK激活密切相关。

氧化应激通过激活p38信号转导通路上游daf-16来介导DAF-16的调节，使DAF-16进入胞核并且激活转录[7]。

有研究表明氯喹抑制了p38的活化，SB203580（p38抑制剂）抑制病毒复制，这都提示氯喹可以通过抑制p38的活化来抑制病毒复制[8]。

３ＥＲＫ５／ＢＭＫ１途径ERK5通路是一种非典型的M APK通路，也叫做大M APK 通路（Big M APK/BM K1），可以被各种刺激因素激活，包括一些有丝分裂原、EGF、NGF、VEGF、FGF2、BDNF、溶血磷脂酸、佛波酯和一些细胞应激，例如氧化、紫外照射和渗透压干扰。

ERK5与ERK1和ERK2存在着序列同源性，他有着与ERK1/2相似的苏氨酸、酪氨酸TEY磷酸模序。

ERK5分子量较大，约为100kda，还有一个大的羧基端和12环结构，羧基端包含有一个核定位信号（NLS）和脯氨酸富集区。

NLS有利于BM K1刺激后核定位，脯氨酸富集区则作为与带有SH3结合模序蛋白相互作用位点。

这些特点都将其与ERK1/2等其他M APK家族成员区分开来。

ERK5在M APK家族中是一个独特的激酶，它不仅通过磷酸化作用使底物活化，并且通过C端的物理性结合作用激活底物。

各种刺激因素激活M APKKK（M EKK3或M EKK2），依次激活M APKK（M KK5），然后激活ERK5，这就是ERK5通路的磷酸化级联反应。

同其他的M APK信号转导通路一样，ERK5对于细胞生存、增殖和分化起着极其重要的作用。

近年来通过敲除鼠BM K1的基因或者BM K1通路中的一些信号分子的研究揭示BM K1信号通路在血管生成、心脏发展、血管完整性维持中都有重要作用[9]。

BM K1在胚胎血管生成和在成年鼠体内维持血管形成也是必需的，但是突变胚胎和BM K1敲除的成年鼠在死亡前的较长时间仍然有血管网络存在，这又表明缺乏BM K1的内皮细胞可能还有血管相应潜能。

免疫荧光比较BM K1敲除鼠和对照组的血管系统，发现肿瘤相关血管内皮细胞中BM K1和磷酸化rpS6的出现有密切联系[10]。

同时也有研究表明，在肿瘤异种移植的鼠模型中可以看到，消除宿主BM K1基因可以抑制肿瘤血管发展，并且相应能阻断外源性肿瘤的生长，这些都显示，BM K1通路在肿瘤相关的血管生成中有主要作用[10]，可能是通过对内皮细胞rpS6磷酸化发挥作用。

BM K1信号通路通过调节癌基因信号，对于一些肿瘤失控性生长有重要作用，并且能够提高肿瘤细胞化疗效果。

前列腺癌的预后差和骨转移归因于BM K1活性上调[11]。

对化疗耐受的乳腺癌细胞中可以发现M EK5的过度表达。

Weldon等证实能够耐受凋亡的M CF-7细胞株中M EK5的mRNA水平比凋亡敏感的细胞株要多出20倍。

用BM K1的显性负相形式阻断凋亡耐受细胞中的BM K1通路，可以逆转化疗耐受并且能够增加治疗诱导的细胞死亡，这种现象表明BM K1信号通路能够传递抗凋亡信息是乳腺癌细胞产生化疗耐受。