p38 MAPK通路在造血系統調節中的作用

李德冠，樊飛躍，孟愛民

(中國醫學科學院放射醫學研究所、天津市核醫學重點實驗室，天津 300192)

絲裂原活化激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)是哺乳細胞內廣泛存在的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是細胞重要的應激通路，在細胞生長、發育、分化、凋亡等許多生理過程中占據重要地位。目前為止，在人體中共發現至少11種亞型，并根據序列一致性分為6個亞族:(a)細胞外調節激酶(extracellular-regulatedkinase，ERK)，包括ERK 1、ERK2;(b)c-Jun N端蛋白激酶(JNK)，包括JNK1、JNK2、JNK3;(c)p38 MAPKs，包括 p38α、p38β、p38γ、p38δ; (d)ERK5;(e)ERK3;(f)ERK7［1－3］。在生物進化過程中，MAPK信號傳導的三級激酶級聯反應高度保守，三級成員按激活順序依次為MAPK激酶激酶(MAPKKK)、MAPK激酶(MAPKK)及MAPK。但MAPK在不同的動物、細胞中，表達各不相同。同一類細胞，接受不同刺激時也會激活不同的下游底物。p38 MAPK通路在造血系統受到外界刺激或者各種造血或者生長因子刺激下會激活，并在造血系統發育過程中占據重要地位［4－5］。近年研究發現p38 MAPK在造血干/祖細胞中同樣起一定作用，抑制該通路的激活對造血系統疾病如多發性骨髓瘤等有治療作用。p38 MAPK通路在造血系統中的作用過程如下:

1 p38 MAPK通路

p38 MAPK信號轉導通路是介導細胞反應的重要信號系統。Weinstein等［6］研究脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)刺激巨噬細胞后，發現一種分子質量約為38 ku的蛋白快速發生酪氨酸磷酸化。Han等［7］經過努力，于1994年分離和克隆出該蛋白，并命名為p38 MAPK。目前為止，共發現4種亞型，p38α、p38β、p38γ和p38δ。其中p38α和p38β普遍存在于多種生物，包括酵母和哺乳動物細胞，而p38γ主要存在于肌肉組織，p38δ則主要在腎和肺中表達。序列比對結果發現4種p38 4種亞型僅有大約60%的序列一致，說明具有不同功能。在造血系統中，p38 MAPK通路除了在紅細胞生成調節中起重要作用外，還參與了粒細胞形成過程中髓系祖細胞的分化與擴增的調節。

1.1 p38 MAPK通路的激活 p38 MAPK通路是一種應激反應通路，它可被不同的外部與細胞內刺激所激活，這些刺激包括滲透壓、熱休克、各種毒素、UV、輻射、活性氧、細胞因子、端粒缺失、DNA損傷等［8－9］。p38 MAPK的激活與級聯反應p38 MAPK的激酶反應信息傳遞為:細胞受到刺激后，通過某種中間環節使MAPKKK活化，其轉而激活MAPKK，后者通過雙位點磷酸化調控p38 MAPK的活性。

如同其它絲裂原活化激酶，p38 MAPK通路可被MAPK激酶類所激活，其中最主要的兩種為MKK3和MKK6。此外MKK4在一些細胞中對p38的激活也有一些輔助作用。p38 MAPK可被細胞外多種刺激激活，主要原因在于其上游MKK3可被多種刺激激活。研究發現，TAK1、ASK1/MAPKKK5、DLK/MUK/ZPK和MEKK4等均能激活MKK3。此外，Rho家族的Rac1和Cdc42等也能激活p38 MAPK上游通路。

1.2 p38 MAPK通路的底物 p38 MAPK通路激活后，其下游靶點也分布廣泛，有轉錄因子如p53、ATF1/2/6、MEF2A/ C、SAP1、STAT1、Gadd153、Max等，還有蛋白激酶 MSK1、MSK2、MNK1、MNK2、MK2、MK3和 MK5等［10－12］。p38 MAPK通路對其下游的激活，會引發細胞產生炎癥或免疫反應，或者導致細胞周期停滯、衰老、凋亡等。近年，Reinhardt等［13］發現除經典的ATM/Chk2及ATR/Chk1通路外，p38 MAPK/MK2復合體也是ATM/ATR下游因子，并與Chk1、Chk2平行作用于檢驗點。

2 p38 MAPK通路在造血系統中的作用

在造血系統中，p38 MAPK通路在多個發育過程中占據重要地位。Mudgett和Tamura發現p38α(-/-)缺陷型小鼠會在胚胎期E10.5－E12.5間死亡［14－15］。在造血細胞中，p38 MAPK通路可被各類細胞因子如造血因子EPO，骨髓抑制因子IFN-α、IFN-β、TGF-β和TNF-α等激活［4］。通過對紅細胞分化過程中p38 4種亞型的mRNA表達分析，發現p38α和p38γ mRNA在造血祖細胞早期及紅細胞晚期均表達，而p38δ mRNA僅在紅細胞分化后期有表達。與之相反的是p38β在造血祖細胞早期很少表達，在紅細胞晚期不表達［16－17］。這說明p38 MAPK通路參與紅細胞生成調節。抑制p38 MAPK通路能加強中性白細胞發育，但持續性激活p38 MAPK通路會徹底抑制中性白細胞分化。這說明p38 MAPK通路還參與了髓系祖細胞分化與擴增的調節［4］。

近年來隨著研究的深入，逐步發現p38 MAPK在造血干/祖細胞衰老和凋亡中具有重要作用。2003年，Hideshima等［18］研究發現抑制p38 MAPK通路可能治療多發性骨髓瘤。同年，Meng等［19］首次發現輻射和馬利蘭都會誘導小鼠HSC發生衰老，進一步研究表明輻射可能依賴于p53-p21途徑，而馬利蘭則可能繞過該途徑誘導HSC衰老。2006年，Ito等［20］利用Atm缺陷小鼠發現小鼠HSC功能下降是由于HSC中活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平升高。深入研究發現積聚的活性氧會導致造血干細胞過度增殖分化最終衰竭，其中p38 MAPK通路被激活。

Probin等［21］則發現馬利蘭誘導細胞衰老同樣依賴于活性氧激活p38 MAPK通路。隨后進一步研究發現，在活性氧誘導衰老的造血干細胞中，p38、p16、p19表達升高。對造血干細胞加入 BSO(Buthionine sulfoximine)、NAC(N-acetyl-L-cysteine)或者p38 MAPK抑制劑(SB203580)均能降低ROS誘導的p16和p19表達，并且使造血干細胞功能有所恢復。而Jang等［22］通過研究發現ROS較低的造血干細胞功能較強，并且p16基本未表達，p38表達較低。Efstratios等［23］則研究了p38 MAPK通路在骨髓異常增生綜合癥(myelodysplastic syndrome，MDS)細胞因子介導引起造血抑制中的作用，提示p38 MAPK通路可作為治療靶點。而有研究發現［24］抑制p38 MAPK通路過度激活可恢復MDS疾病中造血祖細胞的造血功能并能改變骨髓細胞微環境。這都充分說明p38 MAPK通路在造血干/祖細胞衰老和凋亡中占據重要地位。

3 結語

總之，p38 MAPK通路在造血系統中的作用已經進行了廣泛研究，其在造血系統的發育過程中占據重要地位已獲得確認［25］。但p38 MAPK通路在造血系統面對各種刺激因素后，尤其是在衰老過程中的具體調節機制仍未明確，p38 MAPK的特定作用底物有待進一步確認［26］。通過對 p38 MAPK通路在HSC分化、增殖，存活及衰老過程中的作用機制的研究，可能對臨床造血干細胞的應用以及造血系統疾病發病機制研究提供新的思路。

［1］ Avruch J.MAP kinase pathways:the first twenty years［J］.Biochim Biophys Acta，2007，1773(8):1150－60.

［2］ Dhanasekaran D N，Johnson G L.MAPKs:function，regulation，role in cancer and therapeutic targeting［J］.Oncogene，2007，26(22): 3097－9.

［3］ Dhillon A S，Hagan S，Rath O，Kolch W.MAP kinase signalling pathways in cancer［J］.Oncogene，2007，26(22):3279－90.

［4］ Geest C R，Coffer P J.MAPK signaling pathways in the regulation of hematopoiesis［J］.J Leukoc Biol，2009，86(2):237－50.

［5］ 李德冠，孟愛民.造血干細胞衰老機制研究［J］.中國藥理學通報，2008，24(6):701－4.

［5］ Li D G，Meng A M.The mechanism of hematopoietic stem cells senescene［J］.Chin Pharmacol Bull，2008，24(6):701－4.

［6］ Weinstein S L，Gold M R，DeFranco A L.Bacterial lipopolysaccharide stimulates protein tyrosine phosphorylation in macrophages［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1991，88(10):4148－52.

［7］ Han J，Lee J D，Bibbs L，Ulevitch R J.A MAP kinase targeted by endotoxin and hyperosmolarity in mammalian cells［J］.Science，1994，265(5173):808－11.

［8］ Johnson G L，Lapadat R.Mitogen-activated protein kinase pathways mediated by ERK，JNK，and p38 protein kinases［J］.Science，2002，298(5600):1911－2.

［9］ 孟曉明，黃 艷，李 俊.絲裂原活化蛋白激酶亞族p38信號轉到通路與慢性支氣管炎的關系［J］.中國藥理學通報，2008，24 (7):849－52.

［9］ Meng X M，Huang Y，Li J.The role of p38 MAPK transduction system in chronic bronchitis［J］.Chin Pharmacol Bull，2008，24(7): 849－52.

［10］Zarubin T，Han J.Activation and signaling of the p38 MAP kinase pathway［J］.Cell Res，2005，15(1):11－8.

［11］Navas T，Zhou L，Estes M，et al.Inhibition of p38alpha MAPK disrupts the pathological loop of proinflammatory factor production in the myelodysplastic syndrome bone marrow microenvironment［J］.Leuk Lymphoma，2008，49(10):1963－75.

［12］張玉軍，劉淑霞，劉青娟，等.p38/Fas/FasL在戊地昔布誘導食管癌裸鼠移植瘤細胞凋亡中的調控作用［J］.中國藥理學通報，2009，25(8):1081－5.

［12］Zhang Y J，Liu S X，Liu Q J，et al.Regulatory effect of p38 MAPK signal pathway on the apoptosis of human esophageal cancer cells induced by valdecoxib［J］.Chin Pharmacol Bull，2008，25(8): 1081－5

［13］Reinhardt H C，Aslanian A S，Lees J A，et al.p53-deficient cells rely on ATM-and ATR-mediated checkpoint signaling through the p38 MAPK/MK2 pathway for survival after DNA damage［J］.Cancer Cell，2007，11(2):175－89.

［14］Sabio G，Arthur J S，Kuma Y，et al.p38gamma regulates the localisation of SAP97 in the cytoskeleton by modulating its interaction with GKAP［J］.EMBO J，2005，24(6):1134－45.

［15］Krens S F，Spaink H P，Snaar-Jagalska B E.Functions of the MAPK family in vertebrate-development［J］.FEBS Lett，2006，580(21): 4984－90.

［16］Nagata Y，Moriguchi T，Nishida E，Todokoro K.Activation of p38 MAP kinase pathway by erythropoietin and interleukin-3［J］.Blood，1997，90(3):929－34.

［17］Uddin S，Ah-Kang J，Ulaszek J，et al.Differentiation stage-specific activation of p38 mitogen-activated protein kinase isoforms in primary human erythroid cells［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2004，101 (1):147－52.

［18］Hideshima T，Akiyama M，Hayashi T，et al.Targeting p38 MAPK inhibits multiple myeloma cell growth in the bone marrow milieu［J］.Blood，2003，101(2):703－5.

［19］Meng A，Wang Y，Van Zant G，et al.Ionizing radiation and busulfan induce premature senescence in murine bone marrow hematopoietic cells［J］.Cancer Res，2003，63(17):5414－9.

［20］Ito K，Hirao A，Arai F，et al.Reactiveoxygen species act through p38 MAPK to limit thelifespan of hematopoietic stem cells［J］.Nat Med，2006，12:446－51.

［21］Probin V，Wang Y，Zhou D H.Busulfan-induced senescence is dependent on ROS production upstream of the MAPK pathway［J］.Free Radic Biol Med，2007，42(12):1858－65.

［22］Jang Y Y，Sharkis S J.A low level of reactive oxygen species selects for primitive hematopoietic stem cells that may reside in the low-oxygenic niche［J］.Blood，2007，110(8):3056－63.

［23］Katsoulidis E，Li Y Z，Yoon P，et al.Role of the p38 mitogen-activated protein kinase pathway in cytokine-mediated hematopoietic suppression in myelodysplastic syndromes［J］.Cancer Res，2005，65 (19):9029－37.

［24］Navas T A，Mohindru M，Estes M，et al.Inhibition of overactivated p38 MAPK can restore hematopoiesis in myelodysplastic syndrome progenitors［J］.Blood，2006，108(13):4170－7.

［25］Geest C R，Coffer P J.MAPK signaling pathways in the regulation of hematopoiesis［J］.J Leukoc Biol，2009，86(2):237－50.

［26］Ferreiro I，Joaquin M，Islam A，et al.Whole genome analysis of p38 SAPK-mediated gene expression upon stress［J］BMC Genomics，2010，11:144.