MAPK信號轉導在糖尿病腎病免疫機制中作用的研究進展

劉 曄綜述 趙林雙審校

MAPK信號轉導在糖尿病腎病免疫機制中作用的研究進展

劉 曄1綜述 趙林雙2審校

本文2010—10—20收到，2011—02—18修回，2011—03—02接受

越來越多的研究結果表明2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus，T2DM）的發生與自身免疫機制有關，糖尿病腎病（Diabetic Nephropathy，DN）發病的免疫機制研究已成為T2DM研究的重點課題之一。絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen Activated Protein Kinase，MAPK）家族作為免疫家族中的一員，是DN不同信號通路的交匯點，在其信號轉導中扮演重要角色。本文就其目前研究進展綜述如下。

1 MAPK的組成和調節

1.1 MAPK的組成

MAPK是聯系細胞膜受體與細胞內重要調節靶目標的重要傳遞者。在真核細胞中，已鑒定出四條MAPK信號轉導通路：即細胞外信號調節蛋白激酶 （Extracellular Signal-regulated Protein Kinase，ERK）通路、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal Kinase，JNK）／應 激 激 活 的 蛋 白 激 酶（Stress Activated Protein Kinase，SAPK）通路、p38 MAPK通路、ERK5／大絲裂素活化蛋白激酶-1（Big MAP Kinase-1，BMK-1）。它們被不同的細胞外信號激活，產生不同的效應［2］。MAPK被活化后可磷酸化核轉錄因子和其它蛋白激酶等多種底物，調節相關基因的轉錄，進而參與細胞生長、發育、分裂及細胞間的功能同步等多種生理過程，并在細胞惡性轉化等病理過程中起重要作用［3，4］。

1.2 MAPK活性的調節

MAPK信號轉導通路多級激酶的級聯反應包括順序激活的三個關鍵激酶：即MAPK激酶的激酶（Mitogen Activa-ted Protein Kinase Kinase Kinase，MAPKKK）→MAPK激酶（Mitogen Activated Protein Kinase Kinase，MAPKK）→MAPK。MAPKKK對 MAPKK的蘇氨酸（Threonine，T）、酪氨酸（Tyrosine，Y）進行雙位點磷酸化活化。這兩個磷酸化位點中間被一氨基酸隔開，構成三肽基TXY。不同的MAPK亞族成員，其雙磷酸化位點之間的X殘基不同。MAPKK又通過雙位點磷酸化激活MAPK。每一種MAP—KK可被至少一種MAPKKK激活，每一種MAPK又可被不同的MAPKK激活，使MAPK級聯反應構成一個復雜的調節網絡［5］。

以MAPK為核心的信號轉導是一個底物磷酸化級聯反應，受到蛋白激酶磷酸化與去磷酸化調節，磷酸化使其活化，而去磷酸化使其失活。調節MAPK磷酸化的主要是絲裂原蛋白激酶磷酸酶（Mitogen Activated Protein Kinase Phos-phatase，MKPs）。MKPs在靜息狀態的細胞中是不表達的，只有在受到如氧化應激、絲裂原、紫外照射等的刺激下才被誘導，并且在轉錄水平上受到多種因素的調節，以不同方式、不同程序誘導 MKPs的表達［6］。且現已證實，涉及信號轉導的細胞膜受體中最大的家族—G蛋白偶聯受體（G-pro-tein-coupled-receptor，GPCR）與 MAPK信號轉導高度相關，且介導一系列免疫反應，導致組織損傷。正是這種表達而產生不同的病理效應，因此成為研究疾病發生發展所要關注的重點。

2 MAPK信號轉導通路與DN的關系

2.1 高糖環境誘導DN與MAPK信號轉導通路

DM是一種發病機制復雜的內分泌系統疾病。目前對其并發癥DN的研究主要集中于高糖環境對DN信號轉導途徑的影響，如可經蛋白質非酶糖化、多元醇通路激活、二酰基甘油（Diacyl Glycerol，DAG）—蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）通路以及氧化應激等環節導致DN等并發癥的發生，并且這些病理環節都可致MAPK激活，進而磷酸化轉錄因子，調節基因的表達，參與并發癥的發生［6～8］。但是有研究發現，有些多年血糖未控制在良好水平的DM患者未患DN，而某些初發的DM患者已經出現DN的臨床癥狀，表明DN發病機制十分復雜，僅用血液動力學障礙、高血糖等解釋尚難定論。最近研究發現自身免疫機制參與DN的發生。

2.2 MAPK信號轉導相關通路在DN中的作用

目前，DN致病機制研究中有關 MAPK信號轉導等的作用已有報道，尤其備受關注的是p38MAPK和JNK信號轉導通路。而對ERK通路的研究甚少。DN機制在p38MAPK信號轉導通路方面主要集中于研究p38MAPK及其下游轉錄因子，如環磷酸腺苷反應元件結合蛋白（c AMP Response Element-Bingding protein，CREB）、轉錄活化因子-1（Activating Transcription Factor-1，ATF-1）、轉錄活化因子-2（Activating Transcription Factor-2，ATF-2）、轉錄激活因子ETS樣蛋白-1（ETS-like-1，ELK-1）等的表達及其與腎小球肥大、細胞外基質積聚的關系，以及由p38MAPK 通 過 調 節 轉 化 生 長 因 子—β1（Transforming Growth Factor-βl，TGF-βl）、基質金屬蛋白酶活性及葡萄糖轉運體的表達等多種途徑影響纖維連接蛋白、Ⅳ型膠原的生成而影響DN進程等［9，10］。而JNK信號轉導通路方面主要研究JNK-c-Jun信號轉導通路經血管緊張素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngⅡ）誘導的腎小球系膜細胞（Glomerular Mesangial Cell，GMC）對增殖細胞周期的調控、與 TGF-βl的信號轉導途徑的關系及其介導TGF—βl誘導系膜細胞過度分泌纖維結合蛋白（Fibronectin，FN），從而誘發 DN 等［11，12］。

高糖培養GMC，與正常濃度葡萄糖培養時相比，MAPK（包括ERK和p38MAPK）的磷酸化和活性顯著升高［13］。但高糖培養GMC中未見JNK激活的報道，如Kang等［14］研究指出短期（48h）高糖（40m M）作用不能引起原代培養GMC中JNK的磷酸化和活化。提示p38MAPK與ERK可能與DN的發生與發展有關，而JNK與其無關。另有研究發現在高血糖狀態下，DAG合成增加，導致細胞內DAG含量升高，進而激活PKC，影響MAPK通路。用PKC抑制劑Cal-phostin C或下調PKC活性都能抑制高糖所引起的ERK活性升高［15］，但是用PKC抑制劑GF109203X不能阻止高糖所引起的p38 MAPK活性升高［16］。提示高糖時ERK通路可能以PKC依賴方式激活，而p38MAPK則以PKC非依賴方式激活。因此，p38MAPK雖可介導DN的發病與腎基質的積聚，但因其是PKC非依賴方式激活而與GPCR介導的DN無關。而ERK通路因其可能以PKC依賴方式激活而與GPCR介導的DN高度相關。DN病人腎活檢免疫組化結果表明，糖化白蛋白（Glycated Albumin，GA）在正常葡萄糖濃度時即可提高腎小管細胞（Renal Tubular Cells，RTC）ERK活性和血管平滑肌細胞ERK和p38MAPK活性，因此成為進一步探討DN發病機制的研究熱點。

3 GPCR與MAPK通路的關聯效應

GPCR包括AT1、α1、β1、M2受體等，是涉及信號轉導的細胞膜受體中最大的家族，它們介導的信號不僅涉及視覺調控，而且參與腎臟功能和調節免疫應答［17］。Gouwy等［18］研究發現，當受體受到反復刺激后通過內化機制產生自身抗體而具有病理激動劑樣活性，通過相應受體引起病理效應，導致自身免疫反應，引起相應組織損傷。且這些GPCR自身抗體可模擬正常的生理信號如AngⅡ、腎上腺素等，激動相應GPCR，發揮與其相似的作用。

G蛋白由α、β、γ三個亞基組成，GPCR與配體（激動劑）結合后，Gα轉為與三磷酸鳥苷（Guanosine Triphosphate，GTP）結合的活化形式，并與Gβ、Gγ解離。GαGTP通過Gq蛋白，激活磷脂酶 C（Phospholipase C，PLC），產生雙信使DAG 和三 磷 酸 肌醇 （Inositol 1，4，5-Triphosphate，IP3）。DAG可激活PKC，而MAPK信號轉導通路中的ERK通路可能以PKC依賴方式激活，因而提示GPCR可能與ERK信號轉導通路高度相關，即GPCR→PLC→DAG→PKC→MAPKKK→MAPKK→MAPK→轉錄因子→細胞增殖、分化。

賀紅焰等［19］報道ERK／c-Fos通路參與 Ang1～Ang7抑制AngⅡ誘導的大鼠GMC的增殖。但尚未發現在DN中GPCR與ERK的相關研究報道。因此，免疫機制在DN與GPCR介導的ERK信號轉導通路中的作用值得進一步探討。

4 GPCR介導DN的MAPK通路研究方法

DN的病理特點是腎小球的肥大和以系膜區為主的細胞外基質的積聚，GMC作為DN致病因子作用的主要靶細胞，其分泌FN常常被用來作為基質積聚程度的一個指標［20］。MAPK 中的 ERK 可以磷酸化激活 ELK-1，ELK-1繼而增加c-fos的表達，提高轉錄激活蛋白（AP-1）與DNA的結合能力［21，22］。可用同位素示蹤法測定 MAPK活性，用酶聯免疫吸附試驗（Enzyme-linked Immunosorbent Assay，ELISA）法測定實驗動物血清中FN的含量，用免疫細胞化學方法檢測c-fos的表達。上述方法中檢測到GMC的ERK活性提高，血清中FN及c-fos的含量增加，表明GPCR介導的ERK信號轉導通路與DN的發生發展過程具有重要臨床意義。

5 小結

MAPK作為信號通路上的一個重要成分，可將刺激信息傳遞到細胞核內，進而調節細胞內的各種生物活動。且與以PKC依賴方式激活的ERK通路高度相關，繼而介導DN等DM并發癥。隨著對MAPK家族與DM并發癥關系的進一步深入研究，特別是GPCR介導的DN與ERK信號轉導通路的相關研究，后者將有可能成為預防與治療DN的一個新的靶點，并且意義重大。

本文作者簡介：

劉 曄（1986～），女，漢族，碩士研究生，主要從事糖尿病血管并發癥等的研究

1 Chang L，Karin M.Mammalian MAP kinase signaling cascades.Nature，2001，410（6 824）：37～40.

2 Jiang Y，Chen CH，Li ZJ，et al.Characterization of the structure and function of a new mitogen-activated protein kinase（p38β）.J boil Chem，1996，271（30）：17 920～17 926.

3 姜 勇，韓家淮.p38MAPK信號傳導通路.生命科學，1999，11（3）：102～106.

4 姜 勇，龔小衛.MAPK信號轉導通路對炎癥反應的調控.生理學報，2000，52（4）：267～271.

5 Lazou A，Sugden PH，Clerks A.Activation of mitogen activated protein kinase（p38-MAPK，SAPKS／JNKS and ERKS）by the G-protein-coupled receptor agonist phenylephrine in the perfused rat heart.Biochem J，1998，332（Pt2）：459～465.

6 Tomlinson DR.Mitogen-activated protein kinases as glucose transduc-ers for diatetic complications.Diabetologia，1999，42（11）：1 271～1 281.

7 Seger R，Krebs EG.The MAPK signaling casecade.FASEB J，1995，9（9）：726～735.

8 Kyriakis JM，banerjee P，Niklokaki E，et al.The stress-activated protein kinase subfamily of c-jun kinases.Nature，1994，369（6 476）：156～160.

9 段惠軍，王麗暉，史永紅，等.糖尿病大鼠腎臟組織中磷酸化p38絲裂原活化蛋白激酶的表達特征及意義.中國中西醫結合急救雜志，2004，11（6）：372～376.

10 譚正懷，陳偉峰.國外醫學內分泌學分冊，2004，24（2）：102～104.

11 張愛華，黃松明，丁桂霞，等.JNK-c-Jun／AP-1信號通路介導血管緊張素Ⅱ誘導的腎小球系膜細胞增殖.南京醫科大學學報（自然科學版），2004，24（1）：4～8.

12 白 濤.TGF-β1介導腎小管上皮細胞凋亡分子機制研究探討.現代泌尿外科雜志，2010，15（3），238～240.

13 Kang SW，Adler SG，Lapage J，et al.p38 MAPK and MAPK ki-nase 3／6 mRNA and activities are increased in early diabetic glo-meruli.Kidney International，2001，60（2）：543～552.

14 Myoung J，Wu XY，Hao LY，et al.Effect of high glucose on stress-activated protein kinase activity in mesangial cells and dia-betic glomeruli.Kidney Internation，1999，55（6）：2 203～2 214.

15 Velarde V，Jenkins AJ，Christopher J，et al.Activation of MAPK by modified low-density lipoproteins in vascular smooth muscle cells.J Appl Physiol，2001，91（3）：1 412～1 420.

16 Wilmer WA，Dixon CL，Hebert C.Chronic exposure of human mesangial cells to high glucose environments activates the p38 MAPK pathway.Kidney Internation，2001，60（3）：858～871.

17 Bansal G，Divietro J，Kuehn HS，et al.RGS13 controls GPCR-evoked responses of human mast cell.Immmunol，2008，181：7 882～7 890.

18 Gouwy M ，Struyf S，Verbeke H，etal.CC chemokine ligand2 synergize with the nonchemokine G protein-coupled receptor lig—and f MLP in monocyte chemotaxis，and it cooperates with the TLR ligand LPS via induction of CXCL8.Leukoc Biol，2009，86（3）：671～680.

19 賀紅焰，沈 寧，劉 建，等.ERK／c-Fos通路在 Ang-（1-7）抑制Ang—Ⅱ誘導大鼠腎系膜細胞株增殖中的作用.中國病理生理雜志，2008，24（1）：124～127.

20 Takeshi I，Masakazu H，Shiro M，et al.Stretch-induced overpro-duction of fibronectin in mesagial cells is mediated by the activa-tion of mitogen activated protein kinase.Diabetes，1999，48（3）：595～601.

21 Feliers D，Duraisamy S，Faulkner JL，et al.Activation of renal signaling pathways in db／db mice with type 2 diabetes.Kidney Internation，2001，60（2）：495～504.

22 Myoung J，Wu XY，Hao LY，et al.Effect of high glucose on stress-activated protein kinase activity in mesangial cells and diabetic glo-meruli.Kidney Internation，1999，55（6）：2 203～2 214.

R587.2 Q257

A

1005—1740（2011）02—0071—03

1南方醫科大學，郵政編碼 廣州510510；2廣州軍區武漢總醫院內分泌科； 通訊作者：趙林雙，E-mail：zls7111＠ya-hoo.com.cn

book=2011,ebook=115