應激性胃潰瘍相關信號通路的研究進展

劉 彤,李 麗,王海麗,劉家邑,陳麗麗,邵 陽,王朝輝,2*

(1.長春中醫藥大學針灸推拿學院,長春 130117;2.深圳市寶安純中醫治療醫院,廣東深圳 518101)

應激性胃潰瘍(stress-induced gastric ulcers,SGU)通常是指機體內穩態被破壞,由于出現細胞代謝障礙和損傷而引起的胃黏膜層的彌漫性病變[1]。具體體現為在應激狀態下(如長時間高強度運動、各種創傷、休克、嚴重細菌感染、手術等)導致的胃黏膜的急性糜爛與潰瘍。 危重病人易發生SGU,由此引發的出血和休克會導致非常高的死亡率[2]。目前,SGU 的發病機制尚不完全明確,但根據現有研究表明,SGU 的發生、發展與細胞氧化應激和炎性因子密切相關[3]。 了解與SGU 相關的信號通路對進一步闡明SGU 的發病機制、發現新型治療藥物、挖掘更有效的治療手段具有重要意義。 本文對與SGU 相關的信號通路研究進展進行綜述。

1 JAK/STAT 信號通路

1.1 JAK/STAT 信號通路概況

信號轉導和轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)被酪氨酸激酶(janus kinase,JAK)磷酸化、二聚化,并通過核膜轉運到細胞核,調節相關基因的表達,該信號通路即被稱為為 JAK/STAT 信號通路[4]。 JAK/STAT 信號通路主要由酪氨酸相關受體、JAK 及STAT,這3 個主要部分組成[5]。 其中JAK 家族主要由四個成員組成:JAK1、JAK2、JAK3 和 TYK2,主要介導大約 60種不同的細胞因子、激素和生長因子的信號轉導[6]。 STAT 則由七個成員組成,即 STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和 STAT6,主要在神經元和細胞因子介導的信號通路中發揮重要作用[7]。 該信號通路與多種機體功能相關,多種細胞因子和生長因子可通過該信號通路傳遞信號,并參與一些重要的生物學過程,包括細胞增殖、分化、凋亡、免疫調節和造血等[4]。

1.2 JAK/STAT 信號通路與SGU

大量的體內和體外研究表明,JAK/STAT 信號失調是各種癌癥以及免疫系統疾病發病機制的驅動力[8]。 炎性因子失衡是應激性胃潰瘍發生的重要因素之一。 研究表明在胃潰瘍患者的血清中,其白介素-2(interleukin-2,IL-2)、γ 干擾素(interferonγ,IFN-γ) 的含量高于健康人群[9]。 IL-2 和 IFN-γ這兩種炎性因子可以誘導分化出輔助型T 細胞1(T helper 1 cell,Th1)[10]。 正常情況下人體中Th1 細胞和輔助型T 細胞2(T helper 2 cell,Th2)處于相對平衡的狀態,Th1 細胞的過度釋放會進一步使人體內免疫反應失衡,導致胃潰瘍病情的加重。 JAK2/STAT4 參與介導 Th1 細胞分化,JAK1、JAK3/STAT6參與介導Th2 細胞分化,從而JAK/STAT 通路可介導 Th1/Th2 平衡[11]。

有研究發現,患有應激性胃潰瘍的小鼠,在經過肝胃百合湯治療后,其血清中的IL-2 及IFN-γ 含量降低,胃黏膜中的JAK2/STAT4 表達有所減少[9],說明該藥物可能通過干預JAK/STAT 信號通路,降低炎癥因子的含量,調節Th1/Th2 平衡,阻斷應激性胃潰瘍炎癥的發展,可見JAK/STAT 信號通路在調節機體免疫功能中發揮重要作用,或許未來可以應用JAK 阻斷劑來治療應激性胃潰瘍。

2 Nrf2/HO-1 信號通路

2.1 Nrf2/HO-1 信號通路概況

轉錄因子NF-E2 相關因子(NF-E2-related factor 2,Nrf2)作為抗氧化反應的關鍵調節因子,在細胞氧化還原狀態的調節中起關鍵作用[12]。 血紅素加氧酶1(heme oxygenase 1,HO-1)是一種重要的內源性抗氧化劑,其誘導的下游信號軸對多個器官均具有抗氧化的保護作用[13]。 完整的Nrf2/HO-1 信號通路參與鈣調節、氧化應激、自噬等多種反應過程。在該通路激活的情況下,可以清除人體多余的羥自由基、單線態氧和超氧陰離子來防止脂質和蛋白質的過度氧化,并發揮有效的抗炎、抗氧化和抗凋亡作用[14]。

2.2 Nrf2/HO-1 信號通路與SGU

Nrf2 及其靶基因HO-1 作為抗氧化防御、抗炎的主要調節者,在應激性胃潰瘍的發病過程中有著重要的地位。 目前研究表明,在應激條件下,活性氧(reactive oxygen species,ROS)、炎性因子等多種因素可對機體產生影響,線粒體很容易發生線粒體突變,從而改變細胞膜的通透性。 而Nrf2/HO-1 通路的激活可以降低線粒體的氧化應激程度,并減輕了炎癥反應,從而緩解潰瘍程度[15]。

研究發現,由水浸束縛法造成應激性胃潰瘍的小鼠經過注射含有內源性硫化氫的藥物后,其血漿內的炎性因子,如白介素-1α(interleukin-1α,IL-1α)、 白 介 素-4 (interleukin-4, IL-4)、 白 介 素-10(interleukin-10,IL-10)、白介素-12(interleukin-12,IL-12)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α)及IFN-γ 含量均顯著下降,且 Nrf2 蛋白與 HO-1 蛋白均有所上調[16],提示該藥物可激活應激狀態下胃黏膜的Nrf2/HO-1 信號通路,降低了應激誘導的全身炎癥和胃黏膜中促炎因子的表達,阻止并改善氧化應激程度,為今后治療應激性胃潰瘍藥物的研發提供新的靶點。

3 NF-κB 信號通路

3.1 NF-κB 信號通路概況

核因子 κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是一種普遍存在的轉錄因子,其家族主要包括NF-κB1 p50、NF-κB2 p52、RELA(又稱 p65)、RELB 和 c-REL1[17]。 NF-κB 信號通路發生調節參與炎癥和免疫反應的各種細胞因子、細胞因子受體和粘附因子的基因表達。 活化后的NF-κB 具有暴露的核定位序列,并與B 細胞免疫球蛋白κ 輕鏈結合,觸發下游基因表達,從而潛在促進炎癥的發生[18]。

3.2 NF-κB 信號通路與 SGU

經典的 NF-κB 通路主要針對 TNF-α 和白介素-1(interleukin-1,IL-1)而定義,這兩種典型的促炎細胞因子在慢性炎癥性疾病,如胃潰瘍、炎癥性腸病中具有重要作用[19]。 目前已有許多研究結果證明胃黏膜的炎性病變及胃部腫瘤的形成中有NF-κB信號通路的參與[20-21]。

有結果證明,大鼠造模后,測定其胃黏膜NF-κB下游效應分子TNF-α、IL-1、誘導型一氧化氮合酶(inducible NOS,iNOS)mRNA 的表達水平,這些炎性基因的表達隨著NF-κB 的活化,其表達均明顯升高,且這些基因的轉錄啟動時間晚于 NF-κB 活化[22]。 說明NF-κB 信號通路在胃黏膜發生改變的早期就已激活,在 SGU 的病情進展中起到重要作用。

4 ERK1/2 信號通路

4.1 ERK1/2 信號通路概況

細胞外信號調節激酶1/2(extracellular signalregulated kinases,ERK1/2)是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路的組成成員之一。 MAPK 信號通路還包括 p38 MAPK 激酶和 c-Jun 氨基末端激酶(JNK)[23]。ERK1/2 在胞漿中被磷酸化,隨后移位到細胞核并激活轉錄因子,影響細胞生理。 ERK1/2 信號通路參與多種調控過程,包括細胞增殖與分化、細胞遷移、代謝與轉錄等,并與多種疾病的發生關系密切[24]。

4.2 ERK1/2 信號通路與SGU

炎性細胞因子、細胞應激均可激活ERK1/2 通路,當ERK1/2 激活轉錄因子 c-Jun 和c-fos 原癌基因蛋白(c-fos proto-oncogene protein,c-fos)后,可調控IL-1、TNF-α 等炎性因子的轉錄,導致胃黏膜炎癥的發生[25]。

研究表明,SGU 大鼠藍斑中的c-fos 與ERK1/2的表達均有顯著上升,胃黏膜損傷加重。 而在注射ERK1/2 信號通路抑制劑后,可緩解胃黏膜損傷并使星形膠質細胞與藍斑內神經元活性下降[26-27],推測ERK1/2 信號通路可以激活處于應激狀態下的神經元-星形膠質細胞網絡,從而加重胃黏膜的損傷,為進一步探討應激性胃潰瘍的發病機制提供思路。

5 Hedgehog 信號通路

5.1 Hedgehog 信號通路概況

Hedgehog(Hh)信號通路是一條從細胞膜到細胞核的編碼高度保守的信號傳遞進化途徑,在胚胎發育過程中起著重要作用。 它通過信號級聯發揮生物學效應,最終影響膠質瘤相關癌基因(gliomaassociated oncogene1,Gli)轉錄因子激活型與抑制型之間平衡的改變[28]。 目前Gli 基因家族有3 個成員:Gli1、Gli2、Gli3,均可作為Hh 信號通路激活后的最后通路。 胞質Sufu(suppressor of fused)蛋白是Hh 信號通路下游中的關鍵性調控因子,可與Gli 相結合形成蛋白復合物,進一步調節下游靶基因的表達[29]。

5.2 Hedgehog 信號通路與SGU

Hh 信號通路與胃的生理功能聯系密切,作為胃生理和分化的調節因子對理解胃疾病的發病機制具有重要意義。 研究顯示,Gli1、Gli2、Sufu 參與胃酸與胃泌素分泌的過程,Gli1-Gli2-Sufu 信號通路則是多種消化系統疾病的主要轉導通路[30],因此該通路可能是研究應激性胃潰瘍的重要通路之一。

有研究顯示,在模型組大鼠胃黏膜組織中,Gli1、Gli2、Sufu 的表達水平均明顯升高,Gli2 與 Sufu形成的蛋白復合物也明顯增加[31],說明Gli1-Gli2-Sufu 信號通路參與了應激性胃潰瘍發生的過程。而經過石榴皮多酚處理的模型組,上述蛋白含量均有所下降,胃黏膜損傷指數、氧化應激指標也有所降低。 因此猜測石榴皮多酚可通過抑制Gli1-Gli2-Sufu 信號通路從而緩解胃黏膜損傷。

6 TLR 信號通路

6.1 TLR 信號通路概況

Toll 樣受體(Toll-like receptor,TLR)是一個模式識別受體家族,在人體免疫系統中發揮重要作用。 TLR 產生的信號通過 NF-κB 信號轉導途徑及特定的病原體相關分子模式募集促炎細胞因子和趨化因子,促進炎癥反應,同時也會激活免疫系統。因此其在調控炎癥與腫瘤方面作用顯著[32]。

6.2 TLR 信號通路與SGU

Toll 樣受體家族中,Toll 樣受體 4(Toll-like receptor 4,TLR4)信號通路與炎癥反應和腫瘤進展關系最為密切。 TLR4 可誘導四種銜接蛋白,其中髓樣分化因子(myeloid differentiation factor88,MyD88)可激活IL-1 受體相關激酶并進一步與TNF-α 相互作用,釋放出更多炎性因子,使胃及其他組織器官受到損害[33]。

研究表明,對SGU 大鼠進行針刺足三里、中脘之后,其TNF-α 等炎性因子含量均有所降低,TLR4、MyD88、NF-κB 表達有所下降,相關氧化應激指標也均降低[34]。 說明TLR 信號通路參與了應激性胃潰瘍的發病過程,且針刺可以通過該通路抑制胃黏膜進一步損傷,為治療應激性胃潰瘍提供新的治療方法。

7 PI3K/Akt 信號通路

7.1 PI3K/Akt 信號通路概況

磷脂酰肌醇 3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)是胞內磷脂酰肌醇激酶,其在炎癥進展、新陳代謝、細胞增殖等過程發生中發揮了重要作用。 蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)是一種生長因子調節的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,為PI3K 下游的關鍵靶點,也是PI3K 途徑的中心介質,具有多個下游效應因子,參與多種細胞過程[35]。 磷酸酯酶與張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog,PTEN)是該通路的負調控因子,PTEN 功能喪失后,會導致PI3K/Akt 通路上調,進而磷酸化下游信號蛋白,如叉頭轉錄因子O(forkhead box O,FoXO)來刺激細胞生長增殖[36]。 因此PI3K/Akt 信號通路及其上下游分子可能是治療各種炎癥性疾病的靶點。

7.2 PI3K/Akt 信號通路概況與SGU

在應激性胃潰瘍中,胰島素1 號增長因子(insulin-like growth factors-1,IGF-1)和Akt 蛋白通過抑制胃黏膜細胞凋亡而發揮胃保護作用[37]。 IGF-1可激活PI3K/Akt 信號通路,進而引發一系列聯級反應,因此IGF-1/PTEN/Akt/FoXO 信號通路可作為抑制應激性胃潰瘍發生的關鍵通路及靶點。

研究顯示,在正常大鼠胃黏膜中 PTEN、Akt、FoXO 主要分布在靠近黏膜肌層的胃底腺細胞質中。 而在SGU 模型大鼠胃黏膜愈合的過程之中,IGF-1、PTEN、Akt、FoXO 的活性表達均有所上升,且其分布主要在潰瘍邊緣與肉芽組織之中[38]。 說明IGF-1/PTEN/Akt/FoxO 信號通路可能通過調節大鼠胃潰瘍發生和愈合過程中的細胞凋亡而發揮一定的抗潰瘍作用,這為開發新型抗應激性胃潰瘍藥物提供了一定可能性。

8 小結與展望

綜上所述可知,SGU 的發病與多條信號通路均有密切關系。 SGU 的發生機理尚不明確,但普遍認為是機體在不同應激狀態下產生的非特異性反應,免疫系統、循環系統、神經系統、消化系統、內分泌系統均參與了這一應激過程[39]。 且因其病程較長且沒有特效藥,所以臨床上有效的治療手段較少。目前常用的藥物多為抗氧化應激類藥物、修復胃黏膜屏障類藥物及抗炎癥因子表達藥物[40],但均為作用于單一信號通路的藥物。 由于多條信號通路都會參與SGU 的發生與發展,尋找能夠同時作用于多條信號通路的治療手段成為目前研究的重點。

中醫一直強調在治療中注重整體觀念,辨證施治,信號通路互相之間也存在“交互影響”。 在現代研究中,中藥方劑與針灸已被證明可以同時作用于多條信號通路。 例如,在內分泌疾病中,艾灸一方面可以抑制NF-κB 通路所引起的炎性反應,也可以同時激活Nrf2/HO-1 信號通路所引導的抗炎,抗氧化作用,減輕由糖尿病引發的周圍神經炎癥,為糖尿病周圍神經病變患者提供治療效果[41]。 在神經系統疾病中,針灸可以利用信號轉導途徑,涉及多條信號通路,通過影響突觸的可塑性,增加腦源性神經營養因子,以抗凋亡、抗炎,維持血腦屏障功能[42]。 在胃腸道疾病中,中藥方劑可以調控多條信號通路,緩解胃腸道炎癥,修復胃腸道黏膜,在治療慢性炎癥性胃腸道疾病中起到較優的治療效果[43]。也因其療效好,副作用少,作為一種綠色治療方式更能被病人所接受。 在日后的研究過程中,可以進一步挖掘中藥方劑與針灸在治療SGU 的過程中具體活化了哪些信號通路,中醫手段是如何通過多條途徑整體治療SGU。 這樣在深入研究中醫手段治療SGU 機制的同時,也能夠找出SGU 發病及發病過程中所涉及的信號通路的特異性靶點,為治療SGU 提供更有效的手段。