p38絲裂原活化蛋白激酶在糖尿病心肌病發(fā)病過程中的作用*

莊曉東， 廖新學(xué)

(中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，廣東廣州510080)

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是糖尿病患者的一種獨立心臟并發(fā)癥(不依賴心肌缺血和高血壓病)，臨床表現(xiàn)為心臟舒張和(或)收縮功能障礙，可誘發(fā)心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死等。其特征為心臟舒張障礙先于收縮障礙，伴有心肌形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)指標(biāo)異常［1］。DCM的發(fā)病機制比較復(fù)雜，涉及多種病理機制，包括微血管病變、心肌纖維化、間質(zhì)炎癥、氧化應(yīng)激損傷及鈣內(nèi)穩(wěn)態(tài)異常等，并最終導(dǎo)致左心室(left ventricular，LV)功能障礙［2］。目前引起上述心臟損傷的信號通路尚未完全闡明。越來越多的研究表明，p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase，p38 MKK)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在DCM發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)將p38 MAPK信號通路在糖尿病心肌病發(fā)生發(fā)展過程中的作用及其臨床價值作一綜述。

1 p38 MAPK信號通路

1．1 p38 MAPK通路的結(jié)構(gòu)和功能 MAPK是脊椎動物體內(nèi)廣泛存在的絲氨酸/蘇氨酸蛋白調(diào)節(jié)激酶，是細(xì)胞內(nèi)介導(dǎo)胞外刺激的重要信號系統(tǒng)。MAPK通路是細(xì)胞將信號從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)導(dǎo)到核的主要通路，參與細(xì)胞生長、發(fā)育、分裂、凋亡等多種生理反應(yīng)過程。MAPK家族有4個成員:細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun N端激酶、p38 MAPK以及大絲裂原活化蛋白激酶，后3條通路為應(yīng)激激活的MAPK通路。其中，p38 MAPK是相對分子質(zhì)量為38 kD的酪氨酸磷酸化蛋白激酶，定位于細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核。它廣泛參與炎癥、應(yīng)激、凋亡、血管收縮等病理生理過程。目前已克隆出6種同型異構(gòu)體 p38 MAPK，分別為 p38α1/α2、p38β1/β2、p38γ 和 p38δ，其中 p38α 亞型是心臟中最主要的MAPK類型［3］。p38 MAPK各亞型在組織分布、上游激酶調(diào)節(jié)、下游底物作用、對細(xì)胞外刺激的反應(yīng)以及p38特異性抑制劑的作用方面都各有不同特點。p38α和 p38β幾乎在所有組織表達，而p38γ主要在骨骼肌表達，p38δ主要在肺和腎組織表達。

1．2 p38 MAPK信號通路的激活 p38 MAPK的激活是細(xì)胞內(nèi)磷酸化級聯(lián)反應(yīng)的最后步驟。一系列細(xì)胞應(yīng)激如熱休克、滲透壓、剪切力、缺血再灌注、氧化以及炎癥因子可激活p38 MAPK通路。級聯(lián)反應(yīng)中，MAPK激酶激酶通過磷酸化激活MAPK激酶(MAP kinase kinase，MKK)，后者通過對蘇氨酸和酪氨酸的雙重磷酸化最終實現(xiàn)對p38的激活［4］。激活后p38進入細(xì)胞核，磷酸化轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，引起細(xì)胞生長、增殖、分化、凋亡及細(xì)胞間的功能同步等多種生理病例過程。值得注意的是，p38 MAPK在炎癥過程中也發(fā)揮精準(zhǔn)的調(diào)控作用［5-6］。因此，可認(rèn)為p38 MAPK是細(xì)胞信息傳遞的交匯點和共同通路。

2 p38 MAPK在糖尿病、DCM發(fā)生中的作用

2．1 p38 MAPK與糖尿病并發(fā)癥 研究者常使用轉(zhuǎn)基因(transgenic，TG)小鼠、鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)注射大鼠和高糖培養(yǎng)的細(xì)胞來構(gòu)建損傷模型［7］，以研究p38 MAPK在糖尿病及其并發(fā)癥中的發(fā)病機制。既往研究認(rèn)為，高糖可經(jīng)蛋白質(zhì)非酶糖化、多元醇通路激活、二酰基甘油/蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路及氧化應(yīng)激等途徑導(dǎo)致p38 MAPK的激活，進而磷酸化核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)節(jié)基因表達［8-9］。因此，p38 MAPK被視為介導(dǎo)高糖致糖尿病并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的重要調(diào)節(jié)激酶，是糖尿病損傷過程中不同信號通路的交匯點。在多種糖尿病引起的并發(fā)癥動物模型中，包括心肌細(xì)胞［10］、腎小管上皮細(xì)胞［11］、血管內(nèi)皮細(xì)胞、胰島星狀細(xì)胞［12］、視網(wǎng)膜基底細(xì)胞［13］和腦細(xì)胞［14］中均可出現(xiàn) p38 MAPK 的激活。糖尿病對血管的損傷尤為重要，研究顯示:糖尿病和胰島素抵抗通過高滲透壓、晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)和氧化物形成、二酰基甘油-PKC通路激活等因素激活p38，抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的產(chǎn)生及一氧化氮的生物合成，并抑制絲裂原活化蛋白磷酸酶1 mRNA的產(chǎn)生和表達，導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)增生、肥大、分化［15］。而 AGEs與單核細(xì)胞和血管細(xì)胞上的AGE受體結(jié)合后可激活ERK和p38通路，使環(huán)加氧酶2表達增加，加重糖尿病時的血管炎癥反應(yīng)，還可激活單核細(xì)胞并使血管細(xì)胞功能紊亂［16］。Suzuki等［17］發(fā)現(xiàn)高糖、血管緊張素II(angiotensinⅡ，AngⅡ)可使VSMCs纖溶酶原激活物抑制因子1(plasminogen activator inhibitor 1，PAJ-1)mRNA的表達上調(diào)，使血漿中PAI-1濃度增加，促進動脈粥樣硬化的發(fā)生，此種作用至少部分是通過激活MAPK和PKC通路介導(dǎo)的。

2．2 p38 MAPK與糖尿病心肌病 STZ誘導(dǎo)的I型糖尿病大鼠模型可出現(xiàn)類似DCM的心臟結(jié)構(gòu)和功能損傷，包括心肌細(xì)胞凋亡、心肌肥厚、心臟纖維化和炎癥反應(yīng)，最終引起LV功能不全［18-20］。上述損傷主要是通過糖尿病狀態(tài)下的多種損傷因素(包括高濃度葡萄糖、AGEs、氧化應(yīng)激、生長因子、滲透壓、牽張刺激和 AngⅡ等)介導(dǎo)發(fā)生［21-23］。Petrich 等［24］第1次發(fā)現(xiàn)p38 MAPK通路的激活可產(chǎn)生心臟負(fù)性肌力作用。后續(xù)的許多離體和在體研究也證實了這一心臟負(fù)性肌力效應(yīng)。Bellahcene等［25］通過基因阻斷(敲除p38上游激動劑MKK3基因)和藥物阻斷(使用小分子阻斷劑)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，阻斷p38 MAPK通路后可以改善TNF-α誘導(dǎo)的心肌收縮功能不全，而進一步敲除p38下游靶點MK2，同樣發(fā)現(xiàn)心肌收縮功能障礙明顯改善。另外，高濃度的葡萄糖和鏈脲霉素注射可直接引起心肌細(xì)胞收縮功能減弱，且這一效應(yīng)是通過激活p38 MAPK信號通路實現(xiàn)［26-27］。高糖可通過p38 MAPK介導(dǎo)的Bax-caspase信號通路和AngⅡ通路分別誘導(dǎo)人血管內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞凋亡，而阻斷該通路可明顯減少細(xì)胞死亡［28］。DCM的發(fā)生與心肌肥厚和纖維化密切相關(guān)，而p38 MAPK的上游激活劑MKK3和MKK6過度表達可引起心肌細(xì)胞出現(xiàn)特征性的肥厚改變［29］。在TG大鼠DCM模型的研究中，發(fā)現(xiàn)p38αMAPK在氧化應(yīng)激、心功能不全和左心室心肌細(xì)胞肥厚過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［30］。在細(xì)胞應(yīng)激過程中，p38 MAPK2-HSP27信號通路可介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞肌動蛋白細(xì)胞骨架的重建［31］。離體實驗發(fā)現(xiàn)，通過p38 MAPK激活，可以增加心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)β1誘導(dǎo)的膠原表達，而使用藥物阻斷該通路可以減少膠原生成［32］;激活上游通路MKK3和MKK6的突變，可增加新生大鼠心肌細(xì)胞的纖維化［29］。另外，炎癥介質(zhì)腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和白細(xì)胞介素(interleukin，IL)1β 水平升高與糖尿病心肌病發(fā)生有關(guān)，是糖尿病出現(xiàn)LV功能障礙的機制之一［33］。Peng 等［34］發(fā)現(xiàn)，阻斷 p38 MAPK的磷酸化可使細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和TGF-β水平降至正常，并能降低心臟組織中IL-6的水平。

3 p38抑制劑是DCM治療的潛在靶點

由于DCM的發(fā)病機制尚未完全闡明，目前針對DCM的治療手段主要是控制血糖、控制血壓、改善微循環(huán)等，總體治療效果欠佳。鑒于p38 MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活在DCM的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用，尋找新型的p38抑制劑對防治DCM具有重大的臨床治療潛能。

3．1 p38抑制劑與臨床研究 目前針對p38抑制劑

的基礎(chǔ)和臨床研究正如火如荼。p38抑制劑包括吡咯咪唑類(如SB242235和RWJ-67657)和非吡咯咪唑類(VX-745、BIRD-796和RO3201195)。前者通常特異性地結(jié)合于p38的ATP結(jié)合位點，進而抑制p38的功能;后者通過改變激酶構(gòu)象而抑制p38激活。在ClinicalTrials．gov上檢索關(guān)鍵詞“p38”可見約70項臨床研究正在進行中或已經(jīng)完成。目前已經(jīng)在臨床試驗階段的p38抑制劑用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、慢性阻塞性肺疾患、急性冠脈綜合征(acute coronary syndrome，ACS)等疾病［35-36］。在關(guān)節(jié)炎大鼠模型中，p38抑制劑SB242235出現(xiàn)強效的抗炎癥作用;而臨床研究中，口服SB242235(1～500 mg)3 h后受試者耐受良好，并可劑量依賴地抑制炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6 和 IL-8 的生成［37］。另一項隨機臨床研究顯示，在健康受試者中使用RWJ-67657檢測其抗內(nèi)毒素的作用，同樣發(fā)現(xiàn)RWJ-67657可以劑量依賴性地減少TNF-α、IL-6和IL-8的生成，但患者出現(xiàn)有流感樣癥狀［38］。然而，臨床研究不僅限于健康受試者。VX-745(Vertex)被用于活動性類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者，雖然藥物耐受良好，但發(fā)現(xiàn)有肝臟轉(zhuǎn)氨酶升高等不良反應(yīng)［39］。臨床前安全性評估也發(fā)現(xiàn)，在該濃度的VX-745可通過動物的血腦屏障并產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)不良反應(yīng)。據(jù)此，VX-745的進一步研究已經(jīng)停止。在另一項使用BIRD-796的隨機、雙盲、安慰劑對照臨床研究中，也同樣發(fā)現(xiàn)健康受試者出現(xiàn)肝臟轉(zhuǎn)氨酶升高的情況。

3．2 p38抑制劑與心血管疾病治療 在心血管領(lǐng)域中，p38抑制劑的臨床研究主要集中于缺血性心臟病和心力衰竭。心血管疾病動物模型的臨床前研究發(fā)現(xiàn)，p38阻斷作用可用于缺血性疾病包括ACS治療，因為在心肌梗死模型中，阻斷p38和MK2激活有保護作用［40］。臨床研究取得進展的p38抑制劑VX-702可用于ACS患者的治療。在擬行經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)的ACS患者中，使用VX-702治療5 d，與安慰劑相比，未見不良反應(yīng)增多，但可顯著降低血C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)水平，與其抗炎作用有關(guān);有趣的是，在VX-702停藥4周后，CRP水平仍然持續(xù)降低［41］。另一項類似的隨機、雙盲對照臨床研究(NCT00291902)中，在74名計劃行PCI的患者中隨機使用p38抑制劑 SB681323(7．5 mg，每天2次，術(shù)前3 d使用)28 d，發(fā)現(xiàn)SB681323可降低PCI術(shù)后5 d、28 d的CRP水平，其它炎癥標(biāo)記物如IL-6和IL-8濃度均下降［42］。雖然研究并沒有直接觀察臨床終點，但后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)患者心絞痛發(fā)生次數(shù)顯著減少。新近發(fā)布相關(guān)的新型p38抑制劑臨床研究包括GW85655(亦 稱 Losmapimod，NCT00633022)和BMS582949(NCT00570752)在冠心病中的應(yīng)用。上述研究通過使用PET-CT檢測冠脈粥樣硬化斑塊的18F-FDG攝取來評估斑塊的炎癥情況。其中，SOLSTICE研究是隨機、雙盲、安慰劑對照、平行、多中心II期臨床研究，納入535名擬行PCI的非ST抬高型心肌梗死患者，使用新型的口服 p38抑制劑GW85655比較2個不同藥物濃度(7．5 mg/d和15 mg/d)與安慰劑的作用，目前研究結(jié)果未報告［43］。另一研究使用BMS582949(100 mg/d)與安慰劑比較［42］。這2個研究均服藥達3個月，首要觀察終點是12周后斑塊的18F-FDG攝取與基線的比較，研究結(jié)果值得期待。

3．3 p38抑制劑治療DCM的潛在價值 基礎(chǔ)研究顯示，使用p38抑制劑FR167653可通過阻斷輔助T細(xì)胞1的免疫反應(yīng)，使非肥胖的I型糖尿病小鼠模型的胰腺炎癥趨于良性［44］。類似地，使用p38α抑制劑SD-169可保存胰腺β細(xì)胞，預(yù)防糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展［45］。因此，p38抑制劑在DCM的防治具有廣泛的應(yīng)用前景。

但是，盡管許多p38抑制劑進入臨床I期、II期和III期研究，大多數(shù)研究因為藥物不良反應(yīng)而終止。目前認(rèn)為，由于p38依賴性信號通路是正常細(xì)胞發(fā)揮生理功能的關(guān)鍵通路，不良反應(yīng)可能是p38抑制劑與其它蛋白激酶或細(xì)胞信號分子相互作用所致。因此，將p38抑制劑用于DCM的治療仍需進一步的基礎(chǔ)和臨床研究支持。

4 展望

p38 MAPK信號通路在DCM中發(fā)揮重要的作用，圍繞其展開的研究為臨床上治療DCM提供了理論依據(jù)和實驗資料。但在DCM發(fā)生過程中的許多分子細(xì)節(jié)尚未明確。針對p38 MAPK靶點和其信號通路阻斷的研究可能會為DCM的治療帶來新的希望，在理論上也是有效的治療手段。但是，不恰當(dāng)?shù)馗深A(yù)p38 MAPK信號通路有可能導(dǎo)致細(xì)胞生物學(xué)行為異常乃至器官功能紊亂。因此，p38 MAPK信號通路如同一把雙刃劍，亟需更具特異性抑制劑以防止不良反應(yīng)的發(fā)生。綜上所述，p38 MAPK信號通路與DCM的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，對p38 MAPK信號通路的深入研究不僅有助于進一步闡明DCM的發(fā)病機制，在不久的將來也可能會為DCM的防治開辟新的有效治療途徑。