MAPK信號(hào)通路在血管性癡呆中研究進(jìn)展

陳欣悅 邊文超 趙晴 許卓

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 1南湖神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春 130000；2麻醉科；3康復(fù)醫(yī)學(xué)科)

血管性癡呆(VD) 是指由腦血管疾病(如缺血性腦卒中、出血性腦卒中、急、慢性低氧性腦血管疾病等)引起的認(rèn)知功能障礙綜合征，主要表現(xiàn)有記憶、認(rèn)知障礙，抑郁、焦慮、迷失方向情緒障礙及解決問(wèn)題、思考、推理、計(jì)劃和執(zhí)行任務(wù)等執(zhí)行功能障礙，而執(zhí)行功能缺損程度嚴(yán)重大于記憶功能障礙〔1〕。目前，VD被認(rèn)為是繼阿爾茨海默病(AD)之后造成老年人癡呆的第二大常見(jiàn)原因〔2〕。與AD不同的是，VD是唯一可進(jìn)行預(yù)防的癡呆類型，血管性因素的可控性使得若早期對(duì)VD患者進(jìn)行干預(yù)及治療，可有效延緩疾病發(fā)展，控制和改善病情。國(guó)際上對(duì)于VD發(fā)病機(jī)制的認(rèn)知尚不完全清楚，其涉及多種分子和遺傳機(jī)制，近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者從信號(hào)通路角度對(duì)VD的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了深入探討，其中絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級(jí)聯(lián)信號(hào)通路在VD發(fā)病機(jī)制中占重要地位。本文將從不同方面深入分析MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)通路與VD的內(nèi)在機(jī)制，以期為VD的防治提供新思路，從而提高患者生存質(zhì)量。

1 MAPK信號(hào)通路的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

MAPK是一組進(jìn)化保守的絲/蘇氨酸蛋白激酶，MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)通路可調(diào)控多種細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程，是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、細(xì)胞凋亡等基本過(guò)程的中心信號(hào)通路。MAPK由360個(gè)氨基酸構(gòu)成，分子量為41 360 Da。MAPK信號(hào)通路是一個(gè)級(jí)聯(lián)磷酸化過(guò)程，基本組成主要包括3級(jí)激酶模式：MAPK激酶激酶(MAPKKK),MAPK激酶(MAPKK)和MAPK。該通路可通過(guò)細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素等外源性刺激信號(hào)被激活后參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等多種生理過(guò)程。根據(jù)MAPK活性環(huán)內(nèi)的蘇氨酸-X-酪氨酸(Thr-X-Tyr)序列的不同,MAPK通路可分為細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK),c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38MAPK等亞族〔3〕。它們可以由不同的細(xì)胞外刺激激活，并介導(dǎo)不同的生物學(xué)效應(yīng)：JNK和p38MAPK通路主要與細(xì)胞的應(yīng)激和凋亡有關(guān),而研究最深入的MAPK信號(hào)通路ERK/MAPK與細(xì)胞增殖和分化密切相關(guān)，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮關(guān)鍵作用〔4～7〕。

2 MAPK在VD發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1促進(jìn)炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)與VD發(fā)生密切相關(guān)，腦血管疾病可打破促炎與抗炎之間的平衡〔8〕。當(dāng)慢性低灌注及血栓栓塞發(fā)生后，白細(xì)胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子(TNF)-α等炎癥因子的聚集，引發(fā)一系列病理生理過(guò)程，促進(jìn)神經(jīng)元凋亡繼而導(dǎo)致腦損傷〔9,10〕；此外，炎癥反應(yīng)還可通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步破壞血腦屏障，導(dǎo)致繼發(fā)性損傷和功能障礙，造成對(duì)腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞，加重神經(jīng)系統(tǒng)損害〔11〕。而這種腦損傷后炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的增加可以加重認(rèn)知功能損傷〔12〕。在認(rèn)知障礙患者血清中高表達(dá)IL-1β、IL-6、TNF-α等炎癥因子，表明炎癥因素對(duì)認(rèn)知功能下降起到一定推動(dòng)作用。研究表明IL-12可預(yù)測(cè)腦卒中后認(rèn)知功能下降〔13〕，而IL-8與患者認(rèn)知狀態(tài)密切相關(guān)〔14〕。

當(dāng)腦卒中發(fā)生時(shí),ERKI/2信號(hào)通路被激活后,能夠增強(qiáng)炎癥因子的激活，引起腦組織炎性反應(yīng)的發(fā)生〔15〕，增加血腦屏障破壞，導(dǎo)致腦損傷。抑制ERK信號(hào)通路的過(guò)度激活可以調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥，從而減少神經(jīng)元損傷及認(rèn)知障礙〔16〕。

核因子(NF)-κB為經(jīng)典的炎性反應(yīng)通路，NF-κB是p38MAPK的下游分子，因此p38MAPK信號(hào)通路可調(diào)節(jié)NF-κB介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，從而介導(dǎo)炎癥損傷〔17,18〕。研究發(fā)現(xiàn)VD大鼠中p38MAPK蛋白的磷酸化水平明顯升高〔16〕，促炎細(xì)胞因子高表達(dá)，誘導(dǎo)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起神經(jīng)元損傷。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抑制p38MAPK信號(hào)通路可以下調(diào)炎癥因子從而減少海馬神經(jīng)元凋亡，促進(jìn)神經(jīng)元恢復(fù)，從而顯著提高VD大鼠學(xué)習(xí)記憶能力及減少記憶缺陷〔19〕。JNK是調(diào)節(jié)炎癥因子轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵因子，可以通過(guò)與NF-κB信號(hào)通路產(chǎn)生交互而發(fā)揮調(diào)控炎癥的作用。JNK還可促進(jìn)IL-1β產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)炎癥反應(yīng)過(guò)程。綜上，抑制p38或ERK、JNK信號(hào)通路可減少炎癥產(chǎn)生，從而改善神經(jīng)元損傷及學(xué)習(xí)和記憶能力。

2.2調(diào)控海馬神經(jīng)元突觸可塑性 突觸是神經(jīng)系統(tǒng)信息傳遞和功能活動(dòng)的樞紐，而突觸可塑性是指突觸的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上的可變動(dòng)性及可修飾性〔20〕。突觸可塑性是學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ),它與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的修復(fù)及學(xué)習(xí)記憶等相關(guān)〔21〕,也是近幾年神經(jīng)科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。神經(jīng)元突觸可塑性可以由長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(LTP)和長(zhǎng)時(shí)程抑制(LTD)來(lái)典型表現(xiàn)，兩者均參與了學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)。VD所表現(xiàn)的學(xué)習(xí)記憶損傷與突觸功能的改變密切相關(guān)，通過(guò)VD大鼠發(fā)現(xiàn),與正常對(duì)照組相比,VD組LTP增長(zhǎng),突觸可塑性改變〔22〕。LTP是神經(jīng)突觸可塑性的生物學(xué)基礎(chǔ)，而N-甲基-D-天冬氨酸 (NMDA) 受體是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的興奮性谷氨酸受體之一，參與突觸可塑性的形成，LTP依賴于NMDA谷氨酸受體的激活〔23〕。NMDA受體的活化是誘發(fā)LTP的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

研究證明,MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)通路在NMDA受體激活中發(fā)揮了重要作用〔24〕，與ERK信號(hào)通路促進(jìn)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致神經(jīng)元損傷不同的是，一部分學(xué)者認(rèn)為，ERK可以通過(guò)調(diào)控海馬神經(jīng)元突觸可塑性進(jìn)而起到神經(jīng)保護(hù)作用。研究表明，ERK 可以通過(guò)控制LTP 所需的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯來(lái)促進(jìn)LTP 誘導(dǎo)〔25〕及通過(guò)磷酸化鉀通道增加細(xì)胞興奮性〔26〕，最終導(dǎo)致NMDA受體的活化,并將這種去極化作用傳導(dǎo)到神經(jīng)元其他突觸部位,從而易化LTP誘發(fā)。此外，LTD與即時(shí)空間工作記憶的形成有關(guān)，有研究證明，激活ERK通路可恢復(fù)受損的LTD來(lái)改善認(rèn)知障礙大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力〔27〕。以上可表明ERK信號(hào)通路可參與多種形式的突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶過(guò)程。

與ERK可以易化海馬LTP不同的是，p38MAPK的活化可通過(guò)介導(dǎo)炎性因子實(shí)現(xiàn)對(duì)海馬突觸可塑性的損傷。有研究發(fā)現(xiàn)TNF-α可以抑制海馬LTP,但是在加入p38MAPK抑制劑后TNF-α對(duì)LTP的抑制削弱〔28〕。此外，p38MAPK可抑制LTP，研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知障礙小鼠的海馬中p38MAPK蛋白的磷酸化水平升高，CA1區(qū)LTP和海馬突觸可塑性均下降〔29〕。通過(guò)抑制p38MAPK信號(hào)通路激活可以實(shí)現(xiàn)大鼠認(rèn)知功能的改善〔30〕。

JNK參與了炎性因子對(duì)海馬LTP的抑制，其對(duì)LTP主要起到負(fù)性調(diào)節(jié)作用，研究中發(fā)現(xiàn)脂多糖 (LPS) 對(duì)大鼠海馬LTP具有抑制作用,這種影響與JNK的激活有關(guān)〔31〕，LPS可以增加大鼠海馬IL-1β濃度,使JNK磷酸化對(duì)大鼠海馬LTP起抑制作用。JNK磷酸化也可參與較高Aβ濃度誘導(dǎo)的作用，導(dǎo)致LTD阻斷從而參與突觸可塑性的調(diào)節(jié)〔32〕。

由此可見(jiàn)，激活ERK、抑制p38MAPK、JNK信號(hào)通路可正向調(diào)節(jié)LTP，調(diào)控海馬神經(jīng)元突觸可塑性，從而改善神經(jīng)元損傷及學(xué)習(xí)和記憶能力。

2.3調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)元凋亡 海馬是學(xué)習(xí)記憶的關(guān)鍵位置，而CA1區(qū)為海馬的主要功能區(qū)，且神經(jīng)細(xì)胞凋亡的程度與認(rèn)知障礙呈正比，所以該區(qū)神經(jīng)細(xì)胞凋亡直接影響認(rèn)知功能。細(xì)胞凋亡擁有復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，由多因素誘導(dǎo)調(diào)控，凋亡誘導(dǎo)或凋亡抑制分子相互作用，是機(jī)體重要的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。而其中半胱氨酸天冬酶家族(包括caspase-1、2和3)與B細(xì)胞淋巴瘤(Bcl)-2基因家族是近年來(lái)有關(guān)研究熱點(diǎn)之一，二者均在細(xì)胞凋亡系統(tǒng)中處于核心地位。Bcl-2作為關(guān)鍵的凋亡調(diào)控蛋白，可抑制細(xì)胞凋亡,參與細(xì)胞增殖與凋亡動(dòng)態(tài)平衡的調(diào)控，其表達(dá)減少會(huì)引起大量神經(jīng)細(xì)胞凋亡，且有研究表明，Bcl-2對(duì)缺血后海馬神經(jīng)元細(xì)胞有保護(hù)作用〔33〕。caspase-3則在caspase家族中起核心作用，是執(zhí)行細(xì)胞凋亡重要標(biāo)志蛋白及靈敏因子〔34〕。

JNK信號(hào)通路是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的主要信號(hào)通路，caspase蛋白是JNK信號(hào)通路關(guān)鍵下游因子，其可通過(guò)誘導(dǎo)JNK磷酸化導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。腦缺血時(shí)，JNK信號(hào)通路中的MAPKK被激活，從而引起JNK的磷酸化，促凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)增加，誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元凋亡。在VD小鼠中，caspase-3蛋白表達(dá)顯著升高，而通過(guò)調(diào)控JNK信號(hào)通路，可抑制VD小鼠中caspase-3的產(chǎn)生，從而改善小鼠認(rèn)知能力〔35〕。通過(guò)抑制JNK表達(dá)還可以促進(jìn)下游抗凋亡蛋白Bcl-2釋放，從而改善認(rèn)知障礙〔36〕。研究表明，降低VD模型大鼠海馬CA1區(qū)JNK蛋白表達(dá),可提高大鼠學(xué)習(xí)能力〔37〕。

抑制p38MAPK信號(hào)通路，可通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞活性、細(xì)胞周期進(jìn)程和海馬神經(jīng)元端粒酶活性，從而抑制海馬神經(jīng)元凋亡〔38〕。在VD中，通過(guò)對(duì)p38MAPK信號(hào)通路的抑制發(fā)揮海馬神經(jīng)元凋亡和空間學(xué)習(xí)記憶障礙的保護(hù)作用可能部分是由于Bcl-2上調(diào)抑制了caspase-3凋亡通路。VD大鼠在應(yīng)用p38MAPK抑制劑后可通過(guò)上調(diào)Bcl-2表達(dá)，下調(diào)Caspase-3表達(dá)，從而減少細(xì)胞凋亡發(fā)生，改善大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力〔39〕。

此外，ERK信號(hào)通路嚴(yán)重影響大鼠腦梗死后神經(jīng)細(xì)胞凋亡，應(yīng)用ERK1/2抑制劑也可使腦缺血大鼠海馬中Bcl-2蛋白表達(dá)降低，Caspase-3表達(dá)增加，從而加速海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡〔40〕。ERK1/2的活化還可抑制細(xì)胞色素C的釋放，對(duì)線粒體起到保護(hù)作用，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

因此，激活ERK，抑制JNK、p38MAPK信號(hào)通路可抑制海馬神經(jīng)元凋亡，改善學(xué)習(xí)及記憶能力。

綜上，MAPK信號(hào)通路可通過(guò)促進(jìn)炎癥反應(yīng)、調(diào)控海馬神經(jīng)元突觸可塑性、調(diào)節(jié)海馬神經(jīng)元凋亡等方面在VD發(fā)揮功能性作用。這三個(gè)方面以相互依賴、相互交叉的方式激活MAPK通路。而MAPK信號(hào)通路也通過(guò)復(fù)雜多樣的通路機(jī)制在VD中維持動(dòng)態(tài)平衡作用。MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是真核細(xì)胞中關(guān)鍵信號(hào)通路之一，近年來(lái)，對(duì)于MAPK信號(hào)通路靶向藥物的研究不斷發(fā)展與深入，很多藥物均被證實(shí)有確切的療效，但由于價(jià)格昂貴、不良反應(yīng)大等問(wèn)題，臨床上尚無(wú)理想的防治藥物。中藥復(fù)方由于具有多途徑、多靶點(diǎn)的作用特點(diǎn)，對(duì)VD的預(yù)防和治療有一定的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)可以從中醫(yī)藥角度對(duì)MAPK信號(hào)通路的進(jìn)一步研究，從而為VD實(shí)驗(yàn)研究與臨床治療提供新思路。