p38MAPK信号传导通路及其抑制剂的研究现状

◇小专论◇
通讯作者:朱立新,女,教授,硕士生导师,研究方向:肝癌破裂的机制,
E 2mail:LX 2Zhu@
p38M APK 信号传导通路及其抑制剂的研究现状
张频捷,朱立新,耿小平
(安徽医科大学第一附属医院器官移植中心,安徽合肥　230022)
摘要:丝裂原活化蛋白激酶(m it ogen -activated p r otein kinases,MAPKs )级联反应是细胞内重要的信号传导系统之一,p38MAPK
信号传导通路是MAPK 通路的分支之一,它通过转录因子磷酸化而改变基因的表达水平,参与多种胞内信息传递过程,能对广泛的细胞外刺激发生反应,介导细胞生长、发育、分化及死亡全过程。

近年研究发现,p38MAPK 在许多疾病的发病过程中具有重要作用,其抑制剂也在相关疾病的动物模型和临床试验中获得令人可喜的成果。

关键词:丝裂原活化蛋白激酶;p38;抑制剂
p38m itogen acti vated protei n ki n ase pathway and its i n hibitor
ZHANG Pin 2jie,ZHU L i 2xin,GENG Xiao 2p ing
(D epart m ent of General Surgery,The F irst A ffiliated Hospital of A hhui M edical U niversity,Hefei 230022,China )
Abstract:The cascade reacti on of m it ogen 2activated p r otein kinases (MAPKs )is one of the vital intracellular signal transducti on sys 2te m s,p38being a me mber ofMAPKs .It can change the level of gene exp ressi on thr ough phos phorylati on of transcri p ti on fact or and is in 2volved in intracellular inf or mati on transfer .It can res pond t o wide extracellular sti m ulus and mediate gr owth,devel opment,differentiati on and death of cells .The recent researches indicate that p38MAPK p lays a maj oy r ole in the devel opment of many diseases and its inhibit or achieves encouraging results in ani m al model of related diseases and clinical trial .Key words:m it ogen 2activated p r otein kinases;p38;inhibit or
丝裂原活化蛋白激酶(m it ogen 2activated p r oteinkinases,
MAPKs )是细胞内重要的信号传递者,参与了多种生理过程的调节。

目前在哺乳动物体内共鉴定出4个MAPK 亚家族,包括:C 2Jun N 末端激酶/应激活化蛋白激酶(c 2Jun N 2ter m inal kinases/stress activated p r otein kinases,JNKs/S APKs )、细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal regulated kinases,ERKs ),ERK5/大丝裂素活化蛋白激酶1(big MAP kinase 1,B M K1),以及p38MAPK 。

他们之间的氨基酸序列同源性大于40%。

其中p38信号途径是MAPK 家族中的重要组成部分,p38MAPK 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。

p38MAPK 在凋亡、细胞因子产生、转录调节及缺血再灌注损伤中起重要作用,其抑制剂也在相关疾病的动物模型和临床试验中获得令人可喜的成果,现对其目前的研究进展作一综述。

1　p38M APK 的分子结构
1.1　p38M APK 亚型与分布　p38于1993年由B re wster 等[1]发现,由360个氨基酸残基组成的相对分子质量为38×103的蛋白,与JNK 同属S APK 。

Han 等[2]
用高渗和内毒素刺激小鼠肝脏细胞,首次从小鼠肝脏c DNA 文库中筛选出编码p38MAPK 的基因,证明p38是由360个氨基酸构成的,分子质量约为38k Da 的蛋白质。

Han 等随后又发现了三种新的
p38亚型,分别是:p38β、p38γ与p38δ。

在蛋白质一级结构
上,他们与最早发现的p38α分别具有73%、63%和62%的序列同源性[3]。

此外,p38
α和p38β各有两种剪接方式,因此整个p38MAPK 亚族共有6种亚型。

p38
α的异构体被称作Exi p,与其他MAPK 相比,缺少一个可与上游激酶和下游底物
相互作用的普通停泊功能区(common docking domain );p38
β的异构体称为p38
β2,比p38β缺少8个氨基酸。

在MAPK 家族中的6种异构体亚型中,p38
α与p38β分布广泛,几乎可以在所有的组织细胞中得到表达;p38
β2主要在脑;p38γ主要在骨骼肌;p38δ的表达主要在肺、肾、肠、唾液腺的表皮细胞及睾丸、卵巢、肾上腺和垂体。

研究发现,p38α、p38β在未受刺激的单核细胞中,主要散在分布于胞质中,胞核区也有一定
分布,受脂多糖(LPS )刺激后移位于细胞核,通过磷酸化激活各种转录因子调控相关基因的表达;p38
γ位于胞质中,在LPS 刺激后无移位现象,这提示p38
γ有可能作用于胞质中的其他酶类如MAPK 激活的蛋白激酶;p38
δ在静息细胞中主要分布于胞质中,受LPS 刺激后移位于胞膜区。

这6种p38亚型在LPS 刺激后移位表现的不同可能与它们在组织和细胞中分布的特异性及作用途径有关。

分子结构特征MAPK 的激活,有赖于苏氨酸(threonine,
T )和酪氨酸(tyr osine,Y )双位点的同时磷酸化。

这两个位点被一个氨基酸隔开,构成T 2Xaa 2Y 的三肽模块。

不同的
MAPK 亚族,Xaa 对应的氨基酸有所不同。

在p38中,Xaa 代
表甘氨酸残基,形成T 2G 2Y 模块。

三肽模块位于蛋白激酶第Ⅶ和第Ⅷ结构域之间的“T 环结构(T 2l oop )”内,这一结构也被称作“L12环状结构(Loop 212structure )”。

T 环位于分子表面并临近激活位点,因其部分残基形成唇状结构,因此也被形象地称作“磷酸化唇”或“激活唇”,是决定激酶活性的关键区域[2,3]。

不同的MAPK,T 环的长度有所不同。

ERK 的最长,
p38的最短,仅含19个氨基酸。

T 环长度在控制激酶自主磷
酸化过程中具有重要的作用,并且可以影响激酶的底物特异性[2]。

虽然磷酸化环状结构可以和丝裂原活化蛋白激酶激
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酶(MAPKK)发生作用,但却是p38的其他区域决定了MAP2 KK作用的特异性,这些区域可能包括了p38的氨基末端部分[3]。

1.2　p38M APK的信号调节
1.2.1　p38MAPK上游信号的调节　MAPK信号转导途径的激活途径相似,都是保守的三级酶促级联反应:MAPK激酶激酶(MAPKKK)—MAPK激酶(MAPKK)—MAPK,激活后都能作用于转录因子,调节特定的基因表达。

p38MAPK的信号转导途径亦是磷酸化级联反应:MEKKs/T AK—MKK6/ MKK3—p38MAPK,其中p38MAPK通路的关键酶包括:MAP2 KKK类的MTK1,MLK2,MLK3,DLK,ASK1,T AK1等;及MAP2 KK类的M KK3、MKK4、MKK6,其中MKK3与MKK6是公认的p38上游激酶,他们能直接磷酸化酪氨酸、丝氨酸/苏氨酸残基激活p38[4,5]。

MKK3只能对p38α、p38β、p38γ进行磷酸化,而M KK6还可以磷酸化p38β。

目前认为MKK4能通过直接磷酸化丝氨酸/苏氨酸残基激活p38MAPK,但在哺乳动物体内MKK4/p38通路是否具有作用仍需进一步验证[6]。

其他如RHO家族的GTP结合蛋白Rac和Cdc42,也可以通过一组称为P AKs(P212activated kinases)的丝氨酸/苏氨酸激酶来发挥激活p38的作用。

1.2.2　p38MAPK的下游效应　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2κB、热休克转录因子等[7],其中有些转录因子是p38直接底物,而有些是p38间接底物。

p38 MAPK可影响多种细胞因子的产生,p38MAPK的激活不仅能促进单核巨噬细胞产生T NF2α、白细胞介素(I L)21、I L24、I L2 6、I L28、I L212等炎性因子外,还可使抑炎因子I L210的产生明显增加,实验证明,I L210参与的免疫抑制反应是由p38途径介导的。

p38还可介导中性粒细胞的活化,用粒-巨噬细胞集落刺激因子、T NF2α处理中性粒细胞后可致p38MAPK的激活,粒-巨噬细胞集落刺激因子和T NF2α可明显增强中性粒细胞的呼吸爆发作用。

p38通路增加细胞内一氧化氮(NO)的产生,使细胞内诱导型一氧化氮合酶(i N OS)的浓度增加。

NO诱导中性粒细胞凋亡也需要p38途径的参与,另外,p38通路还参与细胞骨架蛋白的合成。

2　p38M APK的生物学功能
2.1　调控细胞凋亡　细胞凋亡是在特定时空中发生的、受机体严密调控的细胞“自杀”现象。

p38MAPK在凋亡过程中的作用具有刺激物和底物依赖性,在调控细胞生长中具有正性和负性双重作用,在某些细胞株中可促进细胞的凋亡,而在另一些细胞株中则可促进细胞增生及分化。

诱导凋亡的因素如紫外线、高渗环境、细胞因子、细菌成分和生理应激等能启动细胞内的一系列反应,最终导致双位点特异激酶MEK/MKK 磷酸化邻近的酪氨酸与苏氨酸,激活p38MAPK通路,之后移位于相应的转录因子,启动基因转录。

目前认为,p38MAPK 在细胞凋亡中通过(1)增强c2myc表达;(2)磷酸化p53;(3)参与Fas/Fasl介导的凋亡;(4)激活c2jun和c2f os;(5)诱导Bax转位;(6)增强T NF2α表达等多种途径诱导凋亡。

但也有研究表明,p38MAPK信号通路也通过抑制前凋亡信号的产生,参与介导细胞存活信号通路而抑制细胞凋亡。

p38MAPK 促进凋亡或抑制凋亡可能与p38MAPK激活的性质有关,如短期p38的激活可引起造血肿瘤细胞SKT6分化,而长时间的激活则可促进其凋亡;在T NF2α处理的中性粒细胞中,早期p38的激活可延迟凋亡,而晚期p38的激活可加速凋亡。

2.2　与恶性肿瘤的关系　Lee[8]在研究胃癌细胞系NUGC23和M K N228时发现,在肝细胞生长因子(HGF)的刺激下,会出现尿激酶型纤溶酶原激活物(u2P A)的表达上调,起到促进肿瘤细胞侵袭、迁移的作用。

ERK上游激酶MEK21的抑制剂P D98059可以抑制HGF诱导的细胞增殖,减少u2P A的分泌,而p38抑制剂S B203580则可以通过提高ERK的磷酸化水平起到促进肿瘤发展的作用,提示这两种胃癌细胞系的转移过程可能主要接受ERK通路的调控,而p38可以通过灭活ERK 发挥抑制肿瘤细胞转移的作用。

另有多项研究表明,p38MAPK通路同时参与肝癌的侵袭与转移。

H sieh等[9]研究了MAPK通路的活化在蛋白激酶Cα(PKCα)介导的人类肝癌细胞株(HCC)转移和侵袭中的作用。

结果发现PKCα低表达的细胞株siPKCα2SK其细胞增殖能力、侵袭性均降低,且伴有p38MAPK磷酸化水平降低,此外经p38MAPK抑制剂S B203580处理后的细胞株SK2Hep2 1的侵袭及转移能力也降低。

表明p38MAPK在PKCα介导的肝癌细胞侵袭性形成起重要作用。

毛华等[10]研究发现:血管内皮细胞生长因子(VEGF)可通过p38MAPK信号传导通路诱导肝癌细胞转移,阻断p38MAPK信号传导通路可以抑制VEGF诱导肝癌细胞转移。

徐正府等[11]研究发现p38 MAPK在肝癌组织中的表达明显高于癌旁组织,p38MAPK在肝癌的生长过程中发挥了重要作用,可能参与了癌细胞的侵袭和转移机制。

2.3　炎性反应　机体发生炎症反应时,血液中的白细胞从血管中游出浸润到炎症局部需要经过附壁、粘着、游出和趋化作用等阶段,均与p38MAPK的激活紧密相关。

p38MAPK的激活不仅能促进单核巨噬细胞产生T NF2α、I L21、I L24、I L26、I L2 8、I L212等炎性因子,还可介导中性粒细胞的活化,中性粒细胞炎性聚集很大程度上依赖p38的激活,用G M2CSF、T NF2α处理中性粒细胞后可致p38MAPK的激活,G M2CGF和T NF2α可明显增强中性粒细胞的呼吸爆发作用。

另外,中性粒细胞的化学趋化作用也同样需要p38途径的参与,这可能同MAP2 K AP2使HSP27磷酸化有关,中性粒细胞到达炎症区后,p38可继续起作用,如通过NADPH氧化酶产生活性氧、I gG、补体等。

应用p38MAPK抑制剂能够显著抑制中性粒细胞趋化性和超氧化物产生,减轻炎症反应[12]。

大量体外实验和体内实验证明,急性胰腺炎时p38 MAPK活性明显升高,同时伴随多种细胞因子基因表达的上调和血清水平的增高。

应用p38MAPK抑制剂进行干预能明显减少白细胞浸润,抑制细胞因子产生,降低血淀粉酶水平,减轻胰腺和肺脏的损伤,并且能够提高实验动物的生存率。

同时,相关动物实验证实p38MAPK抑制剂能够显著减轻S AP相关的肺功能、肝功能损伤,减少肝细胞凋亡[13]。

2.4　缺血/再灌注损伤　缺血/再灌注损伤一直是备受医学界关注的问题,是目前医学研究的热点之一。

心、脑、肝、肾等是发生缺血/再灌注损伤的极为常见的重要器官,人们对这些器官损伤的发生机理进行了大量研究,积累了较为丰富的资料。

许多研究证实,细胞因子通过多种途径参与组织缺血/再灌注损伤。

细胞因子的产生与p38MAPK途径密切相关。

再灌注所产生的氧化物可使p38MAPK得以激活,进而使得
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细胞因子产生增多。

李荣山等[14]的大鼠实验发现,p38
MAPK 特异性阻滞剂S B203580可显著减少肾缺血再灌注损伤诱导的p38MAPK 通路的激活,进而减少肾小管上皮细胞凋亡的发生。

日本Gun ma 大学医学院[15,16]的多项动物实验发现,在冷保存液(UW 液、Celsi or 液)中加入p38MAPK 特异性阻滞剂(FR167653)能减轻心、肺、肝移植中的缺血再灌注
损伤。

王雨等[17,18]
的动物实验提示:缺血再灌注期间,p38信号转导途径的激活与离体肝损伤密切相关,p38MAPK 可能
是在转录水平对T NF 2
α和I C AM l 的生成发挥调节作用,进而导致离体肝脏缺血再灌注损伤。

在冷保存液中加入抑制剂S B202190后,离体肝再灌注期间p38MAPK 活性受到显著性抑制,而且能够使离体肝于缺血再灌注期间损伤程度明显降低。

3　p38M APK 抑制剂的发展
基于p38MAPK 所具有的重要的生物学功能,其抑制剂的研究也得到了迅速的发展,10余年已有上百种抑制剂被报道[19]。

这些人工合成的p38MAPK 抑制剂在化学结构上可以分为两类,一类是吡啶咪唑芳基杂环类化合物,有近20个系列,其中以S B203580的应用最为广泛,其他化合物都是在S B203580分子结构基础上替换、添加不同的基团来改造咪唑核的修饰基团和咪唑核本身,以期解决原有化合物的毒性和选择性问题。

第二类化合物包括N,N ’—双芳基脲、N,N —双芳基脲、苯甲酮、吡唑酮、吲哚酰胺、二酰胺、喹唑酮、双嘧啶、吡啶氨喹唑琳等九小类。

这类化合物在化学拓扑学上涉及范围广泛,能高效抑制p38MAPK,对其他激酶有很好的选择性。

此外,还发现一些天然产物(如大黄素、川芎内酯等)对p38MAPK 也有着不同程度的抑制作用。

这些p38MAPK 抑制剂主要是通过自接或间接竞争性结合p38的ATP 结合位点发挥抑制作用,部分已进入临床药物实验。

4　展望
p38MAPK 在临床多种疾病的发病机制中有重要作用,如调控肿瘤细胞的生长、炎症反应,缺血/再灌注损伤等,目前已有许多研究用p38MAPK 的抑制剂干预治疗相关疾病,已经取得了可喜的成果。

相信随着研究的深入,p38MAPK 信号转导通路及其抑制剂的生物效应将更加清楚、明了,会取得更加广泛的临床应用前景。

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