P38MAPK信號通路在糖尿病腎臟病研究中的進展

馬冬妹 張祥貴

遵義醫科大學第五附屬(珠海)醫院腎內科 519100

一、糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease，DKD)

1.糖尿病(diabetes，DM) 是一組常見的以葡萄糖和脂肪代謝紊亂、血漿葡萄糖水平增高為特征的代謝性內分泌疾病。據統計2015年世界DM患者為4.15億，預測2040年可達6.42億。近幾十年來，我國DM患病率逐年上升，且呈現年輕化趨勢，已經嚴重危害人們的身體健康[1-2]。DKD是指慢性高血糖所導致的腎臟損害，是DM最嚴重的微血管并發癥之一，也是全球范圍內導致慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的首要病因[3]。隨著我國DM患者的增多，DKD有望超過原發性腎小球腎炎成為導致終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)的首要病因[4]。由于DKD一旦進入臨床蛋白尿期，其病情往往不可逆轉并迅速發展為ESRD，并常有多種合并癥以及并發癥，多預后不良以及治療成本巨大，已經成為嚴重的公共衛生問題[5-6]。

2.DKD發病機制及治療進展 DKD發病機制十分復雜，迄今尚未完全明確。目前普遍認為，DKD的發生和發展，與遺傳因素(miRNA、DNA甲基化等)、代謝機制紊亂[多元醇通路、蛋白激酶C、晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)等]、血流動力學改變[腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin-system，RAS)激活]、炎癥反應、氧化應激等諸多因素有關[7-10]。由于DKD發生機制復雜，其有效的治療藥物一直是國內外學者共同攻克的難題如鹽皮質激素受體拮抗劑、轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)β抑制劑、AGEs受體拮抗劑、磷酸二酯酶抑制劑、5羥色胺2a 受體拮抗劑、干細胞等均處于臨床研究階段，尚無正式應用于臨床[11]。因此，進一步研究DKD的發病機制，發現新的治療靶點對促進DKD有效的診斷和治療至關重要。p38MAPK信號通路是抗炎癥藥物干預腎組織炎癥性損傷的“經典”途徑[12]。謝先輝等[13]研究發現，1，25-(OH)2-VD3治療組和胰島素治療組可能通過p38MAPK下調Ⅲ型膠原蛋白(Col3)和Ⅳ型膠原蛋白(Col4)表達，改善DKD腎組織纖維化。進一步研究P38MAPK信號通路在DKD發生、發展的作用機制，為研制DKD特異性藥物提供了新的思路。

二、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)

1.MAPKs家族 MAPKs是一類廣泛存在于哺乳動物細胞內且可被不同的細胞外刺激(細胞因子、神經遞質、激素、細胞應激等)激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，是介導細胞外信號到細胞內信號的重要信號轉導系統。幾乎所有的真核細胞都有MAPK通路，主要由細胞外信號調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)、P38(包括p38α、p38β、p38γ和p38δ)、c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminalkinase，JNK，包括JNK1、JNK2和JNK3)[14]組成。它們共同調節細胞的基因表達、分裂、代謝、存活、凋亡和分化[15]。

2.P38MAPK信號通路 P38MAPK是由Brewster等[16]首次發現的，由360個氨基酸殘基組成的相對分子質量為38 000的蛋白。目前發現，p38α、p38β普遍存在于各種組織中，p38γ主要存在肌肉組織及乳腺癌細胞中[17]，p38δ主要在腎臟、胰腺、肺中表達。P38MAPK信號轉導激活途徑是三級酶促級聯反應[18]。P38MAPK可被多種應激刺激(H2O2、熱休克、缺氧、紫外線、放射線等)、炎癥因子[腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白細胞介素(interleukin，IL)-1、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)]及脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)和G+細菌的細胞壁成分激活，從而影響細胞的增殖、分化和細胞因子的合成[19]。P38MAPK通過調節轉錄因子[如核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)]或P38MAPK交互激酶1和P38MAPK激活蛋白酶2/3的產生來調節mRNA的穩定性及翻譯來調節細胞因子表達，導致促炎癥細胞因子產生增加[20-22]。P38MAPK也在細胞增殖方面發揮重要作用。Yin等[23]利用特異性抑制劑SB202190抑制p38 MAPK磷酸化，下調caspase-3和caspase-9表達，進一步調節細胞凋亡等生命活動。

三、P38MAPK介導DKD的相關機制

1.氧化應激增加活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的產生 ROS是生物有氧代謝過程中的一種副產品(包括超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫等)。在DKD中，由于代謝紊亂、胰島素信號受損和RAS系統激活，使得線粒體氧化磷酸化增加，進而促進大量ROS產生[24-25]。ROS過量可將四氫生物蝶呤氧化為非活性的代謝物，導致內皮細胞中NO的產生減少，導致內皮細胞功能障礙[26]，同時ROS過量累積還可以促進晚期蛋白氧化產物(advanced oxidation protein products，AOPPs)產生，進一步誘導炎癥反應發生[27]。此外，ROS與腎小球系膜細胞的肥大和足細胞損傷密切相關，同樣也是腎小管間質病理損傷的重要環節，具有影響腎小管的重吸收、分泌和間質纖維化的作用[28]。有研究發現，在培養的足細胞中使用AOPPs處理后，NADPH氧化酶復合物的主要亞單位Nox2和p47phox上調，而用抗氧化劑化合物(N-乙酰半胱氨酸D)預處理后可消除AOPPs介導的Wnt/β-連環蛋白激活，提示抑制ROS可有效減輕足細胞損傷以及減少蛋白尿產生[29]。Guo等[30]研究發現，使用ROS抑制劑Tempo以及P38MAPK抑制劑 SB203580可阻斷高糖激活巨噬細胞分泌TNF-α觸發的足細胞凋亡，阻斷ROS-p38MAPK通路是限制足細胞凋亡和延緩糖尿病腎病進展的有效治療選擇。

2.炎癥增加炎性介質的釋放 DKD時大量的炎性細胞如巨噬細胞、T淋巴細胞、調節性T淋巴細胞等被活化并釋放一系列的炎性介質，如IL-1、IL-6、TNF-α、干擾素γ(interferon-gamma-γ，IFN-γ)、單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、細胞間黏附因子1(intercellular adhesion molecules-1，ICAM-1)、血管細胞黏附因子1(vascular cell adhesion factor-1，VCAM-1)、脂肪因子等[31]。DM中AGEs產生增多，通過糖基化終末產物受體(advanced glycosylation end product-specific receptor，RAGE)/NF-κB信號通路誘導巨噬細胞遷移并釋放炎癥因子TNF-α及IL-1β，進一步促進ICAM-1、VCAM-1的表達及增加腎小球內皮細胞通透性[32]。此外，高糖可以誘導內皮細胞中Nod樣受體蛋白3(NOD-like receptor family，pyrin domain-containing protein 3，NLRP3)炎性小體活化，活化的NLRP3通過caspase1-GSDMD凋亡途徑誘導腎小球內皮細胞凋亡，同時釋放大量促炎因子如IL-1β、IL-18[33]。Jiang等[34]在實驗中發現磷酸化的p38MAPK可以磷酸化熱休克蛋白27(heat Shock Proteins，Hsp-27)，增加促炎細胞因子TNF-α和IL-6的表達，誘導炎性級聯反應增加細胞損傷，證實了白果內酯(bilobalide)可以通過抑制p38MAPK磷酸化來抑制炎癥介質的產生進而減少細胞的死亡。此外，張曉雪等[35]研究發現，在高糖刺激腎小球內皮細胞前加入p38 MAPK特異性抑制劑，可明顯降低IL-6及TNF-α表達。

3.參與RAS系統 在DKD中，RAS系統被激活，血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，Ang Ⅱ)生成增加，其可通過改變腎臟血流動力學、誘導胰島素抵抗、促進腎小球系膜細胞基質合成增加，最終導致腎臟細胞的肥大、毛細血管壓增高、炎癥、凋亡等[36-37]，其中血管緊張素轉換酶-血管緊張素Ⅱ-AngⅡ1型受體(ACE-AngⅡ-AT1R)軸發揮關鍵作用，AngⅡ激活AT1受體，進一步通過血流動力學作用增加血管的張力升高血壓，增加腎小球囊內壓力，同時相對收縮腎小球出球小動脈，進一步增加腎小球內壓力，進而加快腎臟病變進展。此外，AngⅡ可以通過激活MAPK磷酸化過程，增加促炎癥介質、促纖維化介質的表達和釋放如TGF-β、MCP-1、纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)等，導致腎小管間質成纖維細胞的增殖、分化以及大量單核細胞、巨噬細胞浸潤，細胞外基質合成增多、降解減少，從而加速腎臟病變的發展[38]。Ang Ⅱ對足細胞也具有增加ERK1/2 和蛋白激酶B(protein kinase B，PKB或Akt)磷酸化以及細胞肥大作用，并且高糖刺激和Ang Ⅱ具有協同效應[39]。Limei等[40]研究發現，使用p38MAPK抑制劑SB203580可減弱ACE2表達的下調以及用骨化三醇孵育細胞可顯著抑制p38 MAPK和ERK磷酸化，并在高糖刺激下有效減弱ACE上調和ACE2下調，證實骨化三醇可能通過p38 MAPK通路，發揮在DKD中的腎保護作用。

四、p38MAPK抑制劑的應用

首先被發現的p38MAPK抑制劑是吡啶咪唑類藥物如SKF-86002、SB203580和SB202190，其原理是競爭性地結合在ATP結合位點上，使p38MAPK失去了與ATP結合的能力，導致p38MAPK失去激酶活性。除此以外，例如BIRB796等新型抑制劑能夠通過重新改變p38MAPK激酶的構型從而起到抑制p38MAPK與ATP的結合[41]。Jung等[42]研究發現在DKD大鼠模型中使用p38MAPK抑制劑FR167653，能改善腎小球中纖維連接蛋白與膠原蛋白結合蛋白的比例和蛋白表達，起到對腎臟的保護作用。Kojonazarov[43]發現p38MAPK抑制劑PH797804可減少心臟成纖維細胞中TGF-β誘導的膠原蛋白生成，抑制心肌纖維化。但由于P38MAPK抑制劑具有非特異性、不良反應大，尚無安全應用于臨床的案例。研究證實，多種單味中藥及其提取物可直接或間接的抑制DKD模型鼠中p38MAPK的表達如大黃素可以抑制高糖誘導的纖維連接蛋白表達與P38MAPK活化[44]。雷公藤多苷、白藜蘆醇等能夠降低實驗DKD大鼠腎組織TGF-β、P38MAPK的表達，減少24 h尿蛋白、血肌酐、血尿素氮[45-46]。中藥具有整體治療優勢，但其具體調控機制、反饋機制如何進行以及其他信號通路可能存在的聯系需要進一步研究。

五、小結與展望

p38MAPK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DKD中，p38MAPK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ROS的產生，增加炎性介質的釋放，調節RAS系統，調節ACE及ACE2表達，影響腎小球系膜外基質的形成與降解來影響DKD的進程。因此，將抑制p38 MAPK信號通路作為治療靶點有望成為未來的研究熱點，現階段發現在動物模型中p38 MAPK抑制劑能夠有效抑制p38 MAPK信號通路，發揮延緩腎臟疾病進展作用。隨著科學研究進展，新型p38 MAPK抑制劑有望安全應用于臨床，同時中藥以多成分、多靶點的作用特點在新藥開發中可能發揮重要作用。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突