p38 MAPK及其在糖尿病腎病中的作用研究進展

梁澤智(綜述)，祝勝郎(審校)

(1.深圳市南山區人民醫院腎內科，廣東深圳518052;2.廣州醫科大學，廣州510089)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病的主要微血管并發癥，也是引起終末期腎病和糖尿病患者死亡的常見原因之一。DN的發病機制十分復雜，近年來，人們對p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activited protein kinases，p38 MAPK)的認識不斷深入，其在DN中的作用也逐漸被重視。p38 MAPK是MAPKs家族的重要成員，對于調節細胞代謝、分化、增殖、凋亡等具有重要作用。現就p38 MAPK信號通路及其在DN中的作用進行綜述。

1 MAPKs

1.1 MAPKs家族 MAPKs屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是介導細胞外信號到細胞內的重要信號轉導系統。幾乎所有的真核細胞都有MAPK通路，它們共同調節細胞的基因表達、分裂、代謝、存活、凋亡和分化［1］。MAPKs超家族主要由細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)、c-Jun N端激酶/應激激活的蛋白激酶、p38 MAPK以及ERK5/大絲裂原活化蛋白激酶組成。該家族中每一種酶都有其亞型或同種型，它們可以被不同的因素激活，從而發揮各自的生物作用。

1.2 p38 MAPK信號通路 p38 MAPK于1993年由Brewster等［2］首次發現，是MAPKs超家族的一個成員，主要由360個氨基酸殘基組成。1994 年，Han 等［3］首次從小鼠肝臟cDNA文庫中篩選出編碼p38 MAPK的基因，并證實了它的相對分子質量約為38 000。p38包括4個亞型:p38α、p38β、p38γ 和p38δ。它們的氨基酸序列有60%的相似性，但是表達方式不同［4］。4種p38由不同的基因編碼，因此它們擁有組織表達特異性:p38α廣泛表達于幾乎所有的細胞和組織;p38β主要分布在大腦;p38γ主要分布在骨骼肌;p38δ則主要分布在內分泌腺［5］。組織表達的特異性和結構的差異性導致它們對底物具有選擇性，體內外實驗證明，p38α、p38β分別可以被 SB203580和SB202190復合物選擇性抑制，然而p38γ和p38δ絲毫不受上述藥物的影響［6］。

1.3 p38 MAPK的結構 大部分的MAPKs都有T-X-Y模塊，T-X-Y模塊高度保守，位于分子表面并靠近激活位點的“T環結構”(T-loop)上，它是一個三肽基，其中T代表蘇氨酸，Y代表酪氨酸，X代表不同的氨基酸。不同MAPKs的T-X-Y模塊的區別主要在于X部位的氨基酸，而X不同決定了其所對應的T環長度不同。p38 MAPK的X代表的是甘氨酸殘基，因此其模塊為T-G-Y。研究發現，MAPKs的激活需要T-X-Y上雙位點的同時磷酸化［7］。

1.4 p38 MAPK的上游信號調節及下游底物 與其他MAPKs相同，p38 MAPK信號轉導的激活途徑也是保守的三級酶促級聯反應:MAPK激酶激酶活化后，催化靶向的MAPK激酶活化環內的兩個絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化;隨后，被活化的MAPK激酶催化靶向的MAPK活化環內保守的T-X-Y模塊的蘇氨酸和酪氨酸殘基同時磷酸化，最后MAPKs對其特征性底物進行磷酸化［8］，產生特定生物效應。p38激酶是p38 MAPK的上游激酶，主要包括p38 MAPK激酶3、4和6。

p38 MAPK的底物多種多樣，主要存在于細胞的胞質和胞核。胞質的底物可以被p38 MAPK直接活化，包括磷脂酶A2、Na+/H+交換子1、細胞周期素D1、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制物、Bcl-2家族蛋白、生長因子受體和角蛋白［9］;p38 MAPK經典的胞核底物包括活化轉錄因子1、2和6，SRF輔助蛋白1，CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白，p53，肌細胞增強因子2C和肌細胞增強因子2A［10］。

1.5 p38 MAPK通路的激活及其功能 許多不同的細胞外刺激和因素可以使p38 MAPK通路激活，包括氧化應激、紫外線輻射、腫瘤壞死因子α、轉化生長因子、晶體滲透壓等［11］;p38 MAPK還可以被鳥嘌呤核苷酸結合蛋白受體和Rho家族的鳥苷三磷酸酶酶Rac及細胞分裂周期蛋白42活化［12］。

p38 MAPK的活化在控制調節免疫、炎癥反應和細胞增殖中具有十分重要的作用［13］。p38 MAPK的主要功能之一是促進促炎細胞因子產生，它通過調節轉錄因子(如核因子κB)［14］或p38 MAPK交互激酶1和p38 MAPK激活蛋白激酶2/3的產生來調節mRNA的穩定性及翻譯來調節細胞因子的表達［15］。p38 MAPK也在細胞增殖和生存方面發揮重要作用。實驗證明，在G1/S和G2/M轉變期間，p38α可以通過多種機制(包括下調周期素和上調細胞周期蛋白依賴性激酶抑制物)負性調節細胞周期的進展［16］。p38 MAPK還可以通過轉錄和轉錄后機制影響死亡受體、生存途徑以及促凋亡和抗凋亡的Bcl-2家族蛋白介導細胞的凋亡。

2 DN的發病機制

DN是糖尿病最常見的微血管并發癥之一，也是全球內引起終末期腎病的最主要原因［17］，其病理機制十分復雜，主要包括糖脂代謝異常、晚期糖基化終產物、多元醇通路的激活、氧化應激、炎性介質、細胞因子、血流動力學的改變、細胞內多條信號通路的激活等［18］。

Rane等［19］實驗研究表明，DN存在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶信號通路的激活。邢玲玲［20］研究發現，高糖可以激活足細胞內磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶信號通路，使磷酸化蛋白激酶表達上調，同時足細胞標記蛋白、腎病蛋白表達減弱，結蛋白、α平滑肌肌動蛋白表達增強，也提示磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶通路在DN中的激活并通過介導足細胞表型改變引起足細胞損傷。

研究發現，高糖下雷帕霉素靶蛋白被激活，在腎臟系膜細胞、炎性細胞的增殖以及細胞因子、細胞外基質的過度合成過程中起關鍵作用［21］。Yang等［22］在鏈脲佐菌素誘導的DN動物模型中，應用雷帕霉素靶蛋白抑制劑——雷帕霉素能夠顯著改善腎臟肥大、腎小球基膜增厚以及細胞外基質積累，并有效減緩蛋白尿，提示雷帕霉素靶蛋白信號通路的過度激活與DN的發生、發展密切相關。

Toyoda等［23］對 DN患者及正常對照組腎小球中 p38 MAPK激酶1、絲裂原活化蛋白激酶激酶2、ERK1、ERK2及轉化生長因子β1等基因進行檢測，結果發現DN患者腎小球各基因的表達均明顯高于正常對照組，磷酸化的p38 MAPK激酶及p-ERK信號的強度與基因的表達一致，說明在DN時ERK信號通路處于活化狀態。

Adhikary等［24］報道，在糖尿病患者腎臟細胞中 p-p38 MAPK表達比正常人明顯升高，證實了p38MAPK通路在DN時明顯被激活。

3 p38 MAPK在DN中作用

3.1 促進細胞增殖和細胞外基質的合成 DN的早期腎臟病理主要表現為細胞數目增多和腎臟體積增大。王麗暉等［25］實驗證實，高糖刺激可使p38 MAPK蛋白發生核轉移，p-p38 MAPK、磷酸化的腺苷酸反應元件結合蛋白1的表達明顯上調，轉化生長因子β1和纖維連接蛋白的mRNA表達增強，層粘連蛋白和Ⅳ型膠原水平增加，說明p38 MAPK信號途徑的激活參與了高糖誘導的腎小球系膜細胞細胞外基質的合成和分泌。

3.2 增加活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的產生ROS是一種重要的信號分子，它在炎癥紊亂的發生中具有重要作用［26］，其家族包括超氧陰離子(O2－)、羥自由基(OH－)、過氧化氫等。DN中的高糖環境導致氧化應激增加、ROS產生及抗氧化失衡，Osman等［27］研究發現，使用 p38 MAPK的特異阻斷劑SB239063可以減少ROS的產生，在糖尿病大鼠的血管平滑肌中發揮抗氧化作用，說明p38 MAPK的激活可以增加ROS的產生，促進DN的發展。

3.3 促進骨橋蛋白(osteopontin，OPN)形成 OPN是一種大的磷酸化糖蛋白黏附因子，它在患DN的人和小鼠中表達上調，并促進DN的發生、發展。Kato等［28］發現，p38 MAPK及ERK通路的活化可以上調OPN的表達。Zuo等［29］研究發現，無論是體內還是體外實驗，OPN在DN中表達均增加且p38 MAPK明顯活化，而給予阿托伐他汀處理后，p38 MAPK活化被抑制，同時OPN表達減少，因此認為高糖誘導的OPN高表達是通過p38 MAPK通路實現的。

3.4 促進腎損傷因子1(kidney injury molecule-1，KIM-1)的脫落 KIM-1是腎近曲小管分泌的跨膜蛋白，正常條件下在尿液中無法測出，Moresco等［30］發現在缺血及腎毒性誘導的急性腎損傷中KIM-1在尿液中大量出現并穩定存在。Nielsen等［31］的研究證實，KIM-1的水平可以預測DN的發生。Zhang等［32］也發現，p38 MAPK的活化會促進KIM-1的裂解和脫落，使用p38 MAPK的特異阻斷劑SB202190可以抑制這一過程，因此認為p38 MAPK可以調節KIM-1的裂解和脫落。

3.5 調節血管緊張素酶基因的表達及活化腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin system，RAS) 血管緊張素酶是RAS的重要組成成分，RAS的活化在DN的發生中極為重要［33］。DN中高糖環境可以促使系統和腎臟局部的RAS活化，最終導致腎臟細胞的肥大、毛細血管壓增高、炎癥、凋亡等［34］。Hasegawa等［35］發現，DN中p38 MAPK明顯被活化并通過調節血管緊張素酶的基因表達活化RAS。Pan等［36］發現，使用姜黃素類似物C66可以抑制高糖下的p38 MAPK活化，從而下調血管緊張素酶的基因表達，降低RAS的活性，達到保護腎臟的目的。

3.6 調節炎性細胞和炎性介質的釋放 近年來的研究認為炎癥是DN發生的主要機制，并把DN的發生看作是一個炎癥過程［37］。DN時大量的炎性細胞，如巨噬細胞、T淋巴細胞、調節T淋巴細胞等被活化并釋放一系列的炎性介質，如白細胞介素1、白細胞介素6、腫瘤壞死因子α、干擾素γ、單核細胞趨化蛋白1、細胞間黏附因子1、血管細胞黏附因子1、脂肪因子等，最終導致腎臟的纖維化［38］。p38 MAPK是調節炎癥的重要通路，研究發現［39］抑制p38α和p38β可以明顯減少DN的蛋白尿和炎癥反應。Tzeng等［40］用乙醇提取的金銀花可以抑制p38 MAPK的活化從而減輕巨噬細胞、T細胞的浸潤和炎性介質的釋放，最終延緩鏈脲佐菌素誘導的DN的發生、發展，因此認為抑制p38 MAPK通路活化是治療DN的重要靶點。

4 結語

p38 MAPK是細胞信號通路的交匯點，對于調節細胞代謝、分化、增殖、凋亡等具有重要作用。在DN中，p38 MAPK可以被多種因子激活，發揮復雜多樣的生物學效應，可以促進細胞增殖和細胞外基質的合成，增加ROS的產生，促進OPN形成，促進KIM-1的裂解和脫落，調節血管緊張素酶基因的表達活化RAS系統，調節炎性細胞和炎性介質的釋放等多種途徑，影響腎小球系膜外基質的形成與降解來影響DN的進程。因此，p38 MAPK在DN中的作用值得深入研究，其有可能成為DN治療的新靶點。

［1］Cargnello M，Roux PP.Activation and function of the MAPKs and their substrates，the MAPK-activated protein kinases［J］.Microbiol Mol Biol Rev，2011，75(1):50-83.

［2］Brewster JL，de Valoir T，Dwyer ND，et al.An osmosensing signal transduction pathway in yeast［J］.Science，1993，259(5102):1760-1763.

［3］Han J，Lee JD，Bibbs L，et al.A MAP kinase targeted by endotoxin and hyperosmolarity in mammalian cells［J］.Science，1994，265(5173):808-811.

［4］Cuenda A，Rousseau S.p38 MAP-kinases pathway regulation，function and role in human diseases［J］.Biochim Biophys Acta，2007，1773(8):1358-1375.

［5］Cuadrado A，Nebreda A.Mechanisms and functions of p38 MAPK signalling［J］.Biochem J，2010，429:403-417.

［6］Kuma Y，Sabio G，Bain J，et al.BIRB796 inhibits all p38 MAPK isoforms in vitro and in vivo［J］.J Biol Chem，2005，280(20):19472-19479.

［7］Seternes OM，Mikalsen T，Johansen B，et al.Activation of MK5/PRAK by the atypical MAP kinase ERK3 defines a novel signal transduction pathway［J］.EMBO J，2004，23(24):4780-4791.

［8］Mittelstadt PR，Yamaguchi H，Appella E，et al.T cell receptormediated activation of p38α by mono-phosphorylation of the activation loop results in altered substrate specificity［J］.J Biol Chem，2009，284(23):15469-15474.

［9］Shi Y，Gaestel M.In the cellular garden of forking paths:how p38 MAPKs signal for downstream assistance［J］.Biol Chem，2002，383(10):1519-1536.

［10］Swat A，Dolado I，Igea A，et al.Expression and functional validation of new p38α transcriptional targets in tumorigenesis［J］.Biochem J，2011，434(3):549.

［11］Geest CR，Coffer PJ.MAPK signaling pathways in the regulation of hematopoiesis［J］.J Leukoc Biol，2009，86(2):237-250.

［12］Goldsmith ZG，Dhanasekaran DN.G protein regulation of MAPK networks［J］.Oncogene，2007，26(22):3122-3142.

［13］Whitmarsh AJ.A central role for p38 MAPK in the early transcriptional response to stress［J］.BMC Biol，2010，8(1):47.

［14］Karin M.Nuclear factor-κB in cancer development and progression［J］.Nature，2006，441(7092):431-436.

［15］Ronkina N，Kotlyarov A，Gaestel M.MK2 and MK3--a pair of isoenzymes?［J］.Front Biosci，2008，13:5511-5521.

［16］Thornton TM，Rincon M.Non-classical p38 map kinase functions:cell cyclecheckpointsand survival［J］.IntJBiolSci，2009，5(1):44.

［17］Lopes AA.End-stage renal disease due to diabetes in racial/ethnic minorities and disadvantaged populations［J］.Ethn Dis，2009，19(1):47.

［18］Luis-Rodríguez D，Martínez-Castelao A，Górriz JL，et al.Pathophysiological role and therapeutic implications of inflammation in diabetic nephropathy［J］.World J Diabetes，2012，3(1):7.

［19］Rane MJ，Song Y，Jin S，et al.Interplay between Akt and p38 MAPK pathways in the regulation of renal tubular cell apoptosis associated with diabetic nephropathy［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2010，298(1):F49-61.

［20］邢玲玲.PI3K/Akt通路在糖尿病腎病足細胞損傷中的作用［D］.石家莊:河北醫科大學，2012.

［21］Lieberthal W，Levine JS.The role of the mammalian target of rapamycin(mTOR)in renal disease［J］.J Am Soc Nephrol，2009，20(12):2493-2502.

［22］Yang Y，Wang J，Qin L，et al.Rapamycin prevents early steps of the development of diabetic nephropathy in rats［J］.Am J Nephrol，2007，27(5):495-502.

［23］Toyoda M，Suzuki D，Honma M，et al.High expression of PKCMAPK pathway mRNAs correlates with glomerular lesions in human diabetic nephropathy［J］.Kidney Int，2004，66(3):1107-1114.

［24］Adhikary L，Chow F，Nikolic-Paterson DJ，et al.Abnormal p38 mitogen-activated protein kinase signalling in human and experimental diabetic nephropathy［J］.Diabetologia，2004，47(7):1210-1222.

［25］王麗暉，吳廣禮，張麗霞，等.p38 MAPK信號途徑在高糖誘導的大鼠腎系膜細胞中激活的意義［J］.解放軍醫學雜志，2009，34(2):196-199.

［26］Mittal M，Siddiqui MR，Tran K，et al.Reactive oxygen species in inflammation and tissue injury［J］.Antioxid Redox Signal，2014，20(7):1126-1167.

［27］Osman N，Ballinger ML，Dadlani HM，et al.p38 MAP kinase mediated proteoglycan synthesis as a target for the prevention of atherosclerosis［J］.Cardiovasc Hematol Disord Drug Targets，2008，8(4):287-292.

［28］Kato A，Okura T，Hamada C，et al.Cell Stress Induces Upregulation of Osteopontin via the ERK Pathway in Type II Alveolar Epithelial Cells［J］.PLoS One，2014，9(6):e100106.

［29］Zuo L，Du Y，Lu M，et al.Atorvastatin inhibits hyperglycemiainduced expression of osteopontin in the diabetic rat kidney via the p38 MAPK pathway［J］.Mol Biol Rep，2014，41(4):2551-2558.

［30］Moresco RN，Sangoi MB，De Carvalho JA，et al.Diabetic nephropathy:traditional to proteomic markers［J］.Clin Chim Acta，2013，421:17-30.

［31］Nielsen SE，Andersen S，Zdunek D，et al.Tubular markers do not predict the decline in glomerular filtration rate in type 1 diabetic patients with overt nephropathy［J］.Kidney Int，2011，79(10):1113-1118.

［32］Zhang Z，Humphreys BD，Bonventre JV.Shedding of the urinary biomarker kidney injury molecule-1(KIM-1)is regulated by MAP kinases and juxtamembrane region［J］.J Am Soc Nephrol，2007，18(10):2704-2714.

［33］Carey RM，Siragy HM.The intrarenal renin-angiotensin system and diabetic nephropathy［J］.Trends Endocrinol Metab，2003，14(6):274-281.

［34］Singh R，Choubey D，Chen J，et al.Inhibition of intracellular angiotensinⅡformation blocks high glucose effect on mesangial matrix［J］.Regul Pept，2009，158(1):103-109.

［35］Hasegawa K，Wakino S，Tatematsu S，et al.Role of asymmetric dimethylarginine in vascular injury in transgenic mice overexpressing dimethylarginie dimethylaminohydrolase2［J］.Circ Res，2007，101(2):e2-10.

［36］Pan Y，Huang Y，Wang Z，et al.Inhibition of MAPK-mediated ACE expression by compound C66 prevents STZ-induced diabetic nephropathy［J］.J Cell Mol Med，2014，18(2):231-241.

［37］Wada J，Makino H.Inflammation and the pathogenesis of diabetic nephropathy［J］.Clin Sci(Lond)，2013，124(3):139-152.

［38］Ma FY，Liu J，Nikolic-Paterson DJ.The role of stress-activated protein kinase signaling in renal pathophysiology［J］.Braz J Med Biol Res，2009，42(1):29-37.

［39］Lim AK，Tesch GH.Inflammation in diabetic nephropathy［J］.Mediators Inflamm，2012，2012:146154.

［40］Tzeng TF，Liou SS，Chang CJ，et al.The ethanol extract of Lonicera japonica(Japanese honeysuckle)attenuates diabetic nephropathy by inhibiting p-38 MAPK activity in streptozotocin-induced diabetic rats［J］.Planta Med，2014，80(2/3):121-129.