ERK信號轉導通路與類風濕關節炎*

王建竹, 孔祥英, 林 娜

(中國中醫科學院中藥研究所， 北京 100700)

ERK信號轉導通路與類風濕關節炎*

王建竹, 孔祥英, 林 娜△

(中國中醫科學院中藥研究所， 北京 100700)

細胞外信號調節激酶類; 關節炎，類風濕

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)信號轉導通路是細胞外信號引起細胞核內反應的重要通路，而細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)通路是MAPKs家族中的重要成員，其異常活化與類風濕關節炎(rheumatoid arthritis，RA)關節破壞的病理過程密切相關。

1 ERK信號轉導通路的活化與生理功能

MAPKs家族是一類高度保守的蘇氨酸/酪氨酸蛋白激酶，可通過嚴格的3級酶促級聯反應(MAPKKK→MAPKK→MAPK)激活，進而調節特定基因的表達。ERK是MAPKs家族中的一員，可被炎癥因子、絲裂原、生長因子等激活，對細胞的生長、增殖、分化、存活等發揮重要作用[1，2]。

研究證實，受體酪氨酸激酶、G蛋白偶聯受體和某些細胞因子受體均可激活ERK信號轉導通路。多數信號因子對ERK的活化都始于對Ras的激活，活化的Ras可進一步與絲/蘇氨酸蛋白激酶Raf的氨基端結合并使其激活。Raf可磷酸化激活MEK1/MEK2，進而高度選擇性活化ERK1和ERK2(即p44 MAPK和p42 MAPK)。G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)也可通過一系列復雜的級聯反應影響ERK活化。此外某些細胞因子受體可通過激活JAK、磷酸化Shc進而激活ERK。而負反饋調節則是保證MAPKs不持續活化的重要機制，MAPKs可以至少誘導產生3種不同的蛋白磷酸酶以抑制MAPK活化，分別為二元特異性磷酸酶、蘇氨酸磷酸酶和酪氨酸磷酸酶[3-5]。

活化的ERK可作用于多種底物，如p90核糖體蛋白S6激酶(90 kD ribosomal protein S6 kinase, p90 RSK) 、磷脂酶A2和微管相關蛋白等。作用底物的多樣化，決定了ERK功能的多樣性。有研究表明T細胞被RA相關抗原激活后的增殖有賴于ERK的活化，ERK的特異性抑制劑PD98059可抑制由血清、佛波酯或生長因子導致的細胞增殖，也能抑制耳腫脹模型小鼠和實驗性骨關節炎模型兔的炎癥反應。除介導細胞增殖和炎癥反應外，ERK1/2信號通路還參與調控細胞的存活，活化的MEK1和MEK2等位基因可促進細胞存活，而其基因突變則抑制細胞存活。

2 ERK通路在RA關節破壞中的生物學效應

滑膜組織炎性增生、關節軟骨和骨進行性破壞是RA關節破壞的病理環節，ERK通路可能參與并部分介導了上述病理過程。

2.1ERK信號通路與RA滑膜炎癥 滑膜組織炎性浸潤、滑膜細胞異常增殖和血管翳形成是RA滑膜病變的重要特征。免疫組織化學分析結果顯示ERK在RA滑膜組織的T淋巴細胞、成纖維樣細胞和巨噬細胞中明顯活化[6]，這一事實提示ERK參與RA受累滑膜組織病理信號的轉導。

細胞增殖或凋亡及多種細胞因子的轉錄和合成等一系列生物效應是由病理信號的級聯轉導介導的。研究表明ERK通路活化促進T細胞的增殖及多種細胞因子的分泌，進而引起單核細胞和巨噬細胞的聚集和活化[7,8]。RA滑膜組織中活化的單核細胞和巨噬細胞可進一步分泌腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、IL(interleukin，IL)-1β和IL-6等多種炎癥細胞因子，進而誘導滑膜組織產生IL-8、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)和黏附分子等多種生物小分子，促進RA成纖維樣滑膜細胞過度增殖和凋亡異常。

促炎細胞因子誘導的滑膜增生，是成纖維樣滑膜細胞增殖和凋亡失衡的結果。巨噬細胞游走抑制因子(macrophage migration inhibitory factor，MIF) 是表達于RA成纖維樣滑膜細胞及巨噬細胞的促炎細胞因子。腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)被認為是一種促RA成纖維滑膜細胞凋亡的因子。研究發現MIF和TRAIL都可通過ERK活化促進滑膜細胞增殖[9]。血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A，SAA)是一種重要的急性期反應蛋白，可以調節炎癥細胞反應。研究表明RA患者滑膜細胞、滑液及血清中SAA水平明顯升高，且其含量與RA活動性呈明顯正相關。Lee等[11]研究證實SAA與其受體FPRL1結合能顯著刺激RA成纖維樣滑膜細胞增殖并抑制其凋亡，同時他們還發現SAA的這種作用與誘導ERK和Akt活化，進而引起下游細胞周期蛋白D1和Bcl-2水平升高密切相關。血管生成素1(angiopoietin 1，Ang-1)及特異性酪氨酸激酶受體(Tie-2 )在RA滑膜組織中大量表達[10]，且介導RA血管翳形成和關節結構破壞。研究表明，Ang-1/Tie-2能促進RA滑膜細胞增殖并抑制其凋亡，其機制與提高ERK活性相關[12]。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) 是一種重要的細胞存活因子，在RA滑液及滑膜細胞中呈高表達狀態。VEGF165與其受體NP-1特異性結合也可活化ERK和絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt，提高Bcl-2水平，抑制滑膜細胞的凋亡[13]。

異常增殖的RA細胞過表達基質降解酶如MMP-1、MMP-3等[14]，水解周圍組織，破壞關節結構，同時也利于表皮細胞的遷移和毛細管的形成[15]，為新生血管的形成提供了條件。另外MMP-2、MMP-9及膜型MMPs對血管發生也具有重要作用[16]。MMPs的表達受多種因素的調控。Pap等[17]研究發現c-Raf-1和c-Myc顯性負突變的滑膜細胞，ERK及c-Jun磷酸化水平顯著下降，MMP-1、MMP-3轉錄水平降低。同時還有研究發現環氧化酶-2衍生的前列腺素E可通過抑制ERK而下調滑膜成纖維細胞MMP-1表達[18]。整體動物實驗中抑制c-Raf-1和c-Myc可明顯減少RA成纖維樣滑膜細胞對SCID鼠模型軟骨的降解[17]。其中c-Raf-1是ERK的上游分子，而c-Myc、c-Jun則是ERK信號通路下游的轉錄因子，據此可推測ERK活化介導RA成纖維樣滑膜細胞MMPs表達的調節。此外Han等[19]研究證實抑制ERK活化，可下調IL-1誘導的RA成纖維樣滑膜細胞AP-1活化和MMP-1的產生，由此推測ERK介導的MMP合成與AP-1活化關系密切。

可見，RA滑膜成纖維樣細胞ERK的異常活化可促進滑膜細胞炎癥反應，并參與滑膜細胞過度增殖及凋亡抑制，同時可增加基質降解酶的產生，在關節破壞方面發揮重要作用。

2.2ERK信號通路與RA軟骨破壞 軟骨破壞是RA關節損傷的一個重要病理環節。過度增生的炎性滑膜組織侵襲是引起關節軟骨破壞的關鍵因素。研究表明，在SCID鼠軟骨侵蝕實驗中，異常增殖的成纖維樣滑膜細胞分泌基質降解酶如MMPs等，引起細胞周圍結構破壞是滑膜侵襲軟骨的前提。而ERK通路參與介導了滑膜細胞MMPs的表達，那么在RA軟骨細胞中ERK途徑是否發揮同樣的作用呢？

MMP-1和MMP-13是介導軟骨破壞的主要MMPs。研究表明基質細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1，SDF-1)與軟骨細胞表面特異性受體CXCR4結合可誘導軟骨細胞MMP-1的表達[20]，同時提高RA軟骨細胞培養上清液及胞漿中MMP-13蛋白和基因表達水平，而當軟骨細胞與ERK特異性抑制劑共孵育或在ERK顯性負突變的軟骨細胞中，SDF-1均不能升高MMP-13的基因轉錄水平[21]。可見ERK通路參與SDF-1誘導的軟骨細胞MMP-1和MMP-13的合成。此外，Liacini 等[22]研究發現TNF-α也可通過活化軟骨細胞ERK通路，誘導MMP-13的表達。

綜上，ERK通路介導了RA軟骨細胞MMPs的表達，在RA軟骨破壞過程中發揮重要作用。

2.3ERK信號通路與RA骨破壞 X射線研究顯示骨侵蝕在RA早期階段就出現了，呈進行性加重，導致嚴重的關節畸形，最終影響關節活動。病理觀察發現RA患者骨侵蝕區域及膠原誘導性關節炎(collagen-induced arthritis，CIA)大鼠骨破壞部位均可見大量的破骨細胞，推測凡促進破骨細胞分化、增加破骨細胞活性及趨化性的因素都可加速RA骨破壞。

研究發現RA患者異常增殖的滑膜與骨交界面上可見大量破骨細胞，并出現骨侵蝕，類似現象也發生在RA動物模型CIA大鼠破壞的關節中。研究發現RA滑膜組織在1,25(OH)2D3和M-CSF存在條件下體外培養3周，可誘導出破骨細胞，在相似的培養條件下，外周血單核細胞和RA滑膜細胞共培養可促進單核細胞向破骨細胞分化[23，24]。由此推測，異常增殖的滑膜細胞與破骨細胞分化相關，那么RA成纖維樣滑膜細胞是通過什么信號通路介導破骨細胞分化呢？研究發現ERK特異性抑制劑PD98059能劑量依賴性抑制滑膜細胞RANKL表達，進而抑制破骨細胞生成。Lee等[25]研究也發現U0126通過抑制ERK通路，可以減少與滑膜細胞共培育的單核細胞向破骨細胞分化，ERK活性突變體能通過活化Ras/ERK通路，延長破骨細胞存活時間。同時發現ERK活化可以增加破骨細胞趨化性[26]。

綜上，ERK信號轉導通路可參與破骨細胞的分化、存活及趨化性的調節，在RA關節骨破壞過程發揮重要作用。

3 ERK信號通路與RA相關其它信號轉導通路的關系

胞內各信號通路之間相互影響，形成復雜的調控網絡。研究表明，MAPKs家族的其它成員如c-Jun氨基端激酶(c-Jun NH2-terminal kinases，JNK)、P38、G蛋白偶聯受體通路及核因子-κB(nuclear factor，NF-κB)通路等均參與RA病理信號的轉導，且均與ERK信號通路存在交互作用。

TNF-α、IL-1β可同時活化RA滑膜組織ERK、JNK和P38等3條MAPKs信號轉導通路，Toh等[27]研究發現JNK特異性抑制劑，而非ERK或P38抑制劑能降低絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶(MAPK phosphatase 1，MKP-1)的表達，進而降低ERK和P38的磷酸化水平。NF-κB可調控TNF-α、IL-6等細胞因子的轉錄和表達。有報道表明ERK特異性抑制劑PD98059能抑制RA病人滑膜細胞NF-κB活性亞基P65核轉位[28]，從而抑制多種炎癥細胞因子如TNF-α、IL-1等的轉錄。G蛋白偶聯受體通路是細胞外信號引起細胞核內反應的通道之一，其中GS、Gi蛋白介導的信號轉導通路異常是引起滑膜細胞功能異常的重要機制之一。有研究表明，ERK特異性抑制劑U0126能抑制體外培養的CIA大鼠滑膜細胞rIL-1α誘導引起的Gi蛋白表達水平的升高。

綜上，ERK通路與MAPKs家族的其它成員、G蛋白偶聯受體通路及TRAF/NIK/IκBK/NF-κB通路等在RA病理信號的轉導過程中存在交互作用，共同構成了一個復雜的信號轉導調控網絡，促使RA病情不斷發展惡化。

4 小結

ERK參與RA關節破壞多個病理環節的信號轉導，與RA病理狀態的維持和病情進展密切相關。深入研究ERK信號轉導通路在RA關節破壞中的作用，有助于從分子水平深入探討RA的發病機制和研制新型藥物。Ohori等[29]研究發現ERK抑制劑FR180204能顯著抑制CIA大鼠臨床關節炎積分，逆轉疾病引起的體重下降，降低大鼠抗Ⅱ型膠原抗體的產生，抑制Ⅱ型膠原誘導產生的遲發型超敏反應。另有研究者觀察到給CIA大鼠灌服MEK抑制劑PD184352阻滯ERK活化，能產生與FR180204相似的改善關節病變的療效[30]。動物實驗的結果令人振奮，ERK可能成為治療RA的新靶點，而其抑制劑有望成為緩解RA癥狀，甚至阻斷病情進展的新型藥物[31]。雖然當前ERK抑制劑的安全性還沒有得到充分的論證，還要做更多更深入的研究，但嘗試研制可經口服的、具有臨床應用潛質的ERK抑制劑是非常有必要，也是頗具廣闊前景的。

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ERKsignalingpathwayinrheumatoidarthritis

WANG Jian-zhu, KONG Xiang-ying, LIN Na

(InstituteofChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700,China.E-mail:linna888@163.com)

The excessive activation of extracellular signal-regulated kinase(ERK) signaling pathway, which is a significant feature of rheumatoid arthritic(RA) arthropathy, plays an important role in the process of synoviocyte dysfunction and destruction of cartilage and bone. Understanding the pathomechanism of ERK signaling in RA provides a new target for developing new drug and therapeutic strategy. This review summarizes the current knowledge of the activation, regulation and function of ERK pathway, and also analyzes the role of this signaling transduction in the destruction of joints and the pathogenesis of RA.

Extracellular signal-regulated kinases; Arthritis, rheumatoid

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2011.02-037

1000-4718(2011)02-0398-05

2010-05-11

2010-08-25

北京市自然科學基金資助項目(No.7062051);國家自然科學基金資助項目(No.30672647);國家科技重大專項課題-重大新藥創制基金資助項目(No.2009ZX09301-005-007；No.2009ZX09502-019)

△通訊作者 Tel: 010-64011692; E-mail: linna888@163.com