p38MAPK在糖尿病腎臟疾病中的作用研究進展

沈霞蔚,鄧德明,孫愛萍 (長江大學醫學院,湖北荊州434023)

糖尿病腎臟疾病 (diabetic kidney disease,DKD)是糖尿病最常見的微血管并發癥之一,在歐美目前是導致終末期腎臟疾病的首要原因。近30年研究顯示,我國糖尿病患病率呈逐漸上升趨勢,目前患病率高達10%,由此發展而來的DKD發生比例也將顯著提高。在糖尿病狀態下,由于糖代謝紊亂、腎臟血流動力學改變和許多細胞因子的作用,腎臟細胞內信號轉導通路發生改變。其中p38MAPK信號轉導通路的激活,在一定程度上導致和加速了糖尿病腎臟疾病的發生發展。現將p38MAPK(p38 mitogen-activated protein kinase)家族成員及其信號通路與糖尿病腎臟疾病關系方面的文獻綜述如下。

1 p38MAPK家族成員簡介

Han等[1]首先從小鼠肝臟cDNA中分離出編碼p38MAPK的基因,并克隆出p38MAPK分子,發現其為由360個氨基酸構成的38KD蛋白,故被稱為p38MAPK。現已克隆出6種p38MAPK異構體亞型, 分別為:p38α1MAPK,p38α2MAPK p38β1MAPK,p38β2MAPK,p38γ MAPK 和 p38δ MAPK, 其中α、β亞型分布于各種組織細胞中,γ亞型分布在骨骼機中,δ亞型主要分布于腺體中。在各種刺激作用下,如休克、紫外線、滲透壓及各種細胞因子等,p38MAPK的蘇氨酸及酪氨酸殘基發生雙磷酸化,被激活后p38MAPK由細胞漿進入細胞核而發揮效應。張斌等[2]研究發現p38α,p38β,p38γ和p38δ在未受刺激的單核細胞中,主要散在分布于胞漿中,而在脂多糖 (lipopoly sac-charide,LPS)刺激后,p38α和p38β則進入細胞核,可能作用于相應的轉錄因子,調控某些炎癥相關基因的表達;p38γ則無移位現象,提示p38γ也有可能作用于胞漿中的其他酶類,如MAPKAPK2/3和PRA等;而p38δ受LPS刺激后移位于胞膜區。

2 p38MAPK信號通路簡介

MAPK是位于真核細胞漿信號轉導通路終末位置的一組絲/蘇氨酸蛋白質激酶,包括細胞外信號調節激酶 (extracellular signal-regulated kinase,ERK),c-Jun氨基端激酶 (JNK)和p38MAPK及ERK5/大絲裂原活化蛋白激酶1等幾個成員。它是細胞將信號從細胞膜傳遞到核的主要通路,被激活后一方面可在胞漿磷酸化激活其他蛋白酶,另一方面可進入細胞核調節轉錄因子的活性,從而調節細胞的分化、基因表達及程序化死亡。

p38MAPK信號轉導通路是一條重要的信號通路,目前已發現其與糖尿病腎臟疾病的發生發展密切相關。它采用高度保守的三級激酶級聯傳遞信號:細胞受到外刺激后激活MKKK(MAP kinase kinase kinase),使其磷酸化,轉而激活 MKK(MAP kinase kinase),然后通過雙位點磷酸化成為P-p38MAPK(磷酸化的p38)而激活p38MAPK信號轉導通路,參與應激條件下細胞的凋亡、免疫調節、細胞轉分化及炎癥反應過程[2-3]。

3 P-p38(磷酸化的p38)MAPK在腎臟組織的分布

Sakai等[4]用免疫組化檢測發現P-ERK和P-p38MAPK在正常人和糖尿病患者腎臟系膜細胞內皮細胞、足細胞和小管上皮細胞和腎臟間質浸潤的單核細胞上均有表達。在糖尿病患者中,P-p38 MAPK陽性細胞數與腎小球受損程度不相關,但是位于腎小管間質P-p38 MAPK陽性細胞數與腎小管損傷呈正比,提示p38 MAPK的磷酸化水平在人類DKD的腎小球和小管間質損傷的過程中發揮一定作用。

4 p38MAPK與糖尿病腎臟疾病

高血糖是引起DKD的最主要原因。中度高血糖可通過蛋白激酶C(PKC)δ亞型途徑激活p38MAPK,極高濃度的葡萄糖還可通過高滲作用而不依賴于PKC途徑活化p38MAPK[5],該激活作用與p38MAPK總蛋白量的變化無關,也與滲透壓及PKC的活化無關,可能是由活性氧簇生成增加所致。短期或者長期高糖刺激可以使體外培養的系膜細胞的p38MAPK活化,參與系膜細胞分泌纖維連接蛋白 (FN),但不會激活系膜細胞中JNK,可以被p38MAPK的阻斷劑SB202190阻斷,而一些生長因子如內皮素-1(endothelin-1,ET-1)、血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)和血小板源生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)則能加速p38 MAPK的活化。另有研究指出,用抗氧化劑L-NAC/DDI能抑制高糖時p38MAPK的激活[6],故高血糖時p38MAPK活性升高可能并非僅僅有高血糖的直接作用,有可能長期高血糖產生的間接作用如氧化應激也參與了p38MAPK的活化。

p38MAPK及活化后的p38MAPK通過如下幾個方面對糖尿病腎臟疾病的發生發展產生影響。

4.1 p38MAPK與TGFβ1及其它細胞因子

DKD發病中涉及復雜的細胞因子網絡的相互作用,轉化生長因子 (TGF-β)是其中的核心因子。其中TGF-β1是一種多功能的細胞介質,它除了促使腎臟細胞肥大及系膜細胞合成細胞外基質 (ECM)增加外,還可抑制基質降解酶的合成而減少ECM的降解。故其與腎功能不全,腎系膜基質增生和間質纖維化密切相關。p38MAPK與TGF-β1存在明顯的相互作用,TGF-β1通過增強p38MAPK的活性而發揮其生物活性;p38MAPK通過調節TGF-β1的轉錄與合成而影響著DKD的進程。高糖誘導TGF-β基因表達是通過調節兩個相鄰AP-1結合位點引起蛋白激酶C(PKC)及p38MAPK升高所致[7]。Gruden等證實,牽張刺激可誘導人系膜細胞通過PKC依賴模式激活p38MAPK,后者獨立地誘導TGF-β和纖維蛋白的表達;系膜細胞分泌的TGF-β1又可通過TGF-β1Ι型受體迅速引起p38MAPK的磷酸化以及前膠原Ι的表達[8]。此外,血小板源性生長因子 (PDGF)、TNF-α等細胞因子及一些血管活性物質如內皮素-1、血管緊張素也參與 p38MAPK的活化[9]。活化后的p38MAPK使調節纖維連接蛋白轉錄因子CREB(cAMP-response element binding protein)表達增多,從而導致ECM合成增多及糖尿病患者腎小球的肥大。

4.2 p38MAPK與轉錄因子AP-1和CREB

轉錄因子如CREB、轉錄活化因子1(activating factor-1,ATF-1)、ATF-2和AP-1等的絲氨酸和蘇氨酸位點發生磷酸化而被活化。其中轉錄因子AP-1激活后,不僅可以增強纖維連接蛋白基因的轉錄活性,直接誘導FN的產生;而且AP-1的DNA結合能力升高可增強TGF-β1的基因表達,然后通過TGF-β1的作用促進DKD的發生。CREB作為真核生物組成型的核轉錄因子,與AP-1屬同一家族,其上133位的絲氨酸可被多種蛋白激酶激活,如蛋白激酶A(proteinkinase A,PKA)、鈣調蛋白、p38 MAPK等。體外實驗證明,腎臟系膜細胞在高糖環境下培養3d,激活p38蛋白激酶,使CREB磷酸化,加入血管緊張素Ⅱ后,可以使非PKC依賴的p38 MAPK活性增強,CREB磷酸化增強[10]。p38蛋白激酶一旦被激活,可以活化 CREB等轉錄因子,從而調節目的基因的表達[11]。此外,磷酸化的CREB可與結合在含有CRE位點基因的啟動子上cAMP反應元件調控蛋白或激活轉錄因子形成異聚體或同聚體,然后調控這些基因的表達。FN的啟動子在—170bp含有CRE,所以激活后的CREB可以結合在這個CRE上,導致FNmRNA表達增強[12]。以上說明,p38MAPK與TGF-β1及轉錄因子之間存在復雜的網絡交聯,共同參與了DKD的發生和發展。

4.3 p38MAPK與葡萄糖轉運體蛋白 (GLUTs)

持續的細胞內葡萄糖濃度升高是導致糖尿病腎臟疾病的重要原因,葡萄糖轉運體蛋白 (GLUTs)是一類介導葡萄糖進入細胞內的重要運載體,現已發現這樣的轉運蛋白有5種,分別為GLUT1,GLUT2,GLUT3,GLUT4和GLUT5。它們在體內的分布及與葡萄糖分子的親和力存在顯著差異。GLUT1主要在腎臟組織表達,GLUT2是胰島 B細胞膜上的轉運蛋白,當血糖濃度升高時,促進GLUT2對葡萄糖的轉運功能,引起細胞內血糖升高,繼而刺激胰島素釋放。GLUT4在脂肪細胞和骨骼肌細胞中表達,可從細胞內轉位到細胞膜,轉運葡萄糖進入細胞。胰島素通過增加GLUT4轉位和活性,促進葡萄糖分子的轉運過程。由此可見,GLUT2和GLUT4分子的研究對于糖尿病的胰島素釋放障礙和胰島素抵抗有重要意義。p38MAPK活化后可通過調節GLUTs的表達或活性而影響體內葡萄糖的代謝。研究發現,2型糖尿病患著的脂肪細胞中p-p38 MAPK水平升高,而胰島素受體底物l和GLUT4蛋白降低,在胰島素長期處理的3T3-L1脂肪細胞中,抑制p38MAPK對胰島素刺激減少胰島素受體底物1蛋白的作用無效,但可對抗胰島素增加GLUT4的作用,提示2型糖尿病患者脂肪細胞中p38 MAPK活性上調可能與GLUT4表達下降有關[13]。p38 MAPK是MKK6和MKK3下游,激活MKK6、MKK3可增加GLUT1的表達,減少GLUT4的表達,因此p38MAPK通過降低GLUT4在脂肪細胞的表達使葡萄糖在體內的利用減少,使體內血糖水平進一步升高。同時p38MAPK增加GLUT1在腎臟組織的表達,進入腎組織細胞的葡萄糖量增加,從而促進DKD的形成[14]。

4.4 p38 MAPK與 NF-κ B

國外研究顯示,p38MAPK的激活與轉錄因子NF-κ B和AP-1活性增高相關聯[15-19];p38MAPK信號通路的激活能促進Iκ Bα雙磷酸化和降解,從而直接激活NF-κ B通路,提示p38MAPK可能通過激活NF-κ B而誘導DM 時腎臟的損害。

4.5 p38MAPK與炎癥反應

炎癥和纖維化是包括許多慢性進展性腎臟疾病的共同特征[20]。糖尿病腎臟疾病雖然主要由代謝紊亂所致,但有研究證實單核巨噬細胞介導的炎癥參與了在糖尿病腎臟疾病小管間質病變的發生和進展,而且抗炎治療在糖尿病大鼠模型中能有效地減輕腎臟病變[21]。糖尿病狀態下,活化的單核細胞通過分泌細胞因子、炎癥介質及產生自由基造成腎組織結構的破壞,加速小管間質纖維化的發生[21-22]。p38MAPK可以調節IL-6,TNF-α等炎癥介質的表達,參與炎癥和纖維化過程。體外實驗證實p38MAPK信號通路參與了AGEs誘導的巨噬細胞單核細胞趨化蛋白-1的表達。

綜上所述,p38MAPK通路是細胞內一條重要的信號轉導通路,在DKD的發生、發展中發揮重要作用,其發揮作用的方式復雜多樣。它可通過調節TGF-β和GLUTS等多種途徑影響新生血管形成及纖維組織增殖過程,影響著DKD的進程。調控p38MAPK信號轉導途徑的活性有可能成為防治糖尿病腎臟疾病的有效作用靶點。

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