閆　寒，付彩雯(綜述)，馬博清(審校)

(河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，石家莊 050051)

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p38絲裂原活化蛋白激酶在糖尿病腎臟疾病中的研究進展

閆寒，付彩雯(綜述)，馬博清※(審校)

(河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，石家莊 050051)

摘要：p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)是MAPK信號通路中重要的信號轉(zhuǎn)導分子，是細胞信號傳遞的交匯點或共同通路，可被磷酸化為p-p38MAPK而激活，參與細胞增殖、生長、分化及凋亡等多種細胞行為的調(diào)控。最近的研究顯示，p38MAPK信號轉(zhuǎn)導通路可能通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子β1的轉(zhuǎn)錄與合成，調(diào)節(jié)炎性因子的表達，活化環(huán)腺苷酸反應原件結合蛋白等轉(zhuǎn)錄因子，加重腎臟的炎癥和纖維化進程，從而加速糖尿病腎病進程。

關鍵詞：糖尿病腎病；p38絲裂原活化蛋白激酶；炎性因子

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是臨床上最常見和多發(fā)的糖尿病慢性并發(fā)癥之一。在發(fā)達國家，DN已成為導致終末期腎病的第一位病因。我國DN在終末期腎病病因中所占比例也逐年上升。2008年中華醫(yī)學會糖尿病學分會組織的糖尿病流行病學調(diào)查顯示，在20歲以上的人群中，年齡標化的糖尿病患病率為9.7%,由此發(fā)展而來的DN患病率也將顯著提高。在糖尿病狀態(tài)下，由于糖脂代謝紊亂、多元醇通路激活、腎小球濾過功能障礙、腎臟血流動力學改變、遺傳變異及免疫、炎癥因素等綜合作用,腎臟細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導通路發(fā)生改變。研究顯示，p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinases, p38MAPK)信號轉(zhuǎn)導通路的激活在一定程度上導致和加速了DN的發(fā)生、發(fā)展[1-2]。但其作用機制至今未完全闡明。

1MAPK和p38MAPK

1.1MAPK家族成員簡介MAPK是20世紀80年代末期在研究生長因子受體磷酸化產(chǎn)物時發(fā)現(xiàn)的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,其在哺乳動物細胞內(nèi)分布廣泛,可被生長因子、細胞因子、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細胞應激等廣泛刺激激活，在細胞增殖、分化、發(fā)育、凋亡、惡性轉(zhuǎn)化中扮演重要角色，是細胞內(nèi)介導胞外刺激的重要信號系統(tǒng)。MAPK的激活是細胞內(nèi)磷酸化級聯(lián)反應的最終步驟。它采用高度保守的三級激酶級聯(lián)反應傳遞信號。MAPK家族包括細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated protein kinase，ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun amino-terminal kinase,JNK)、p38MAPK及BMK(big mitogen-activated protein kinase)1/ERK5等幾個成員。不同的細胞外刺激活化不同的MAPK成員，作用于不同的底物，引起不同的細胞生理反應。目前研究發(fā)現(xiàn)，MAPK家族各成員的激活均在DN的發(fā)病中發(fā)揮一定的作用[3]。Lakshmana等[3]的實驗證實，在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠腎病損傷中，ERK、JNK和p38 MAPK信號通路表達均增加，其中ERK在細胞增殖和分化中起關鍵作用，p38MAPK和JNK參與介導細胞應激和細胞凋亡，而細胞凋亡一直被視為一個腎重構的啟動因素。此外，p38MAPK還是MAPK家族參與炎性反應的最重要成員。

1.2p38 MAPK信號通路簡介p38MAPK是一種相對分子質(zhì)量為38×103的酪氨酸磷酸化蛋白激酶，定位于細胞質(zhì)與細胞核，由Han等[4]首先從小鼠肝臟中分離取得。p38MAPK是MAPK信號通路中重要的信號轉(zhuǎn)導分子，是細胞信號傳遞的交匯點或共同通路，可被磷酸化為p-p38MAPK而激活，完成由胞質(zhì)至胞核的核轉(zhuǎn)位過程，進而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，參與多種細胞行為的調(diào)控。p38MAPK信號通路的關鍵酶包括促分裂原活化蛋白激酶激酶(MAPKK)類的MKK3、MKK6和促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶(MAPKKK)類的反式活化蛋白關聯(lián)激酶、凋亡信號調(diào)節(jié)激酶、混合譜系激酶。

2p38MAPK在腎臟組織的分布

目前已知的6種p38MAPK同型異構體包括：p38α1/α2、p38β1/β2、p38γ和p38δ。各p38MAPK亞型在不同組織分布不同。p38α和p38β幾乎在所有組織中均有分布；p38β2主要分布在腦組織；p38γ主要分布在骨骼肌組織中；p38δ則主要分布于肺、小腸、唾液腺、腎上腺、腦垂體等中。而研究顯示，腎小球系膜細胞可表達各種亞型p38MAPK mRNA，其中p38α mRNA表達水平最高，其次是p38γ，p38β2和p38δ表達最少[5]。Komers等[6]通過免疫組織化學法觀察了鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠腎臟p-p38MAPK的表達變化，結果表明，4周時糖尿病組p-p38 MAPK在致密斑、遠端腎小管、足細胞和鮑曼囊壁細胞均有表達，而在正常對照組主要在致密斑表達；12周時，p-p38 MAPK僅在致密斑和遠端腎小管表達，但表達仍顯著高于正常對照組。

3 p38MAPK與DN

目前為止，DN內(nèi)在的發(fā)病機制尚不明確。細胞凋亡一直被視為一個DN腎臟重構過程的啟動因素。最近研究發(fā)現(xiàn)，p38MAPK通路的激活,參與應激狀態(tài)下細胞的凋亡、轉(zhuǎn)分化、免疫調(diào)節(jié)及炎癥反應過程[7-8]。p38MAPK通路在DN的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用的可能機制有：①p38MAPK與轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor,TGF)β1相互作用，調(diào)節(jié)TGF-β1的轉(zhuǎn)錄與合成，從而加重腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化；②p38MAPK可通過調(diào)節(jié)白細胞介素，腫瘤壞死因子(tumor necrosis factors，TNFs)、細胞間黏附因子(intercellular adhesion molecule,ICAM)、單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)等炎性因子的表達,參與腎臟的炎癥和纖維化進程；③p38MAPK一旦被激活，可以活化環(huán)腺苷酸反應原件結合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)等轉(zhuǎn)錄因子,從而調(diào)節(jié)目的基因的表達,導致細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)合成增多及糖尿病患者的腎小球肥大；④p38MAPK通過調(diào)節(jié)體內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運體的表達和活性而影響葡萄糖的代謝，尤其通過增加葡萄糖轉(zhuǎn)運體1在腎臟組織的表達，從而促進DN的形成[1]；⑤高血糖可直接激活p38MAPK的信號轉(zhuǎn)導，下調(diào)高血糖導致的蛋白激酶B通路激活，可加強p38MAPK通路介導的腎小管上皮細胞凋亡和隨之而來的DN[2]。

3.1p38MAPK與TGF-βTGFs是存在于細胞內(nèi)或細胞間的一組調(diào)節(jié)細胞及基質(zhì)生長、分化的細胞因子，分為TGF-α及TGF-β兩類。其中TGF-β在哺乳動物有3種亞型(TGF-β1,TGF-β2,TGF-β3)，在不同的腎小球疾病中TGF-β 3種亞型的表達強度略有不同，TGF-β1的表達多強于TGF-β2和TGF-β3,它們在腎小球上皮細胞、單核-巨噬細胞和內(nèi)皮細胞均有表達。目前,有學者已證腎臟系膜細胞、上皮細胞、間質(zhì)細胞等均可分泌TGF-β1,TGF-β1具有獨特的促進ECM堆積的功能[9]。TGF-β1可刺激ECM成分，如Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原，纖維連接蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)，層粘連蛋白的mRNA表達增加。事實上，TGF-β是致腎小球硬化的關鍵介質(zhì)，且與多種腎臟疾病的腎小球硬化及間質(zhì)纖維化有關。先前的研究證實，在特定細胞系，特別是人血管系膜細胞、肌細胞、成纖維細胞、中性粒細胞及大鼠腎小管細胞，可經(jīng)MAPK級聯(lián)反應產(chǎn)生TGFs[10-11]，而在糖尿病鼠，TGF-β與Smad通路的激活有關[12]。而現(xiàn)有研究報道，糖尿病腎臟TGF-β也與p38MAPK通路的激活有關，提示p38MAPK是另一個重要的調(diào)節(jié)TGF-β轉(zhuǎn)導通路的因素[13]。目前的研究表明，p38MAPK與TGF-β存在明顯的相互作用。研究顯示,DN患者尿液中可檢出脫落足細胞，提示足細胞數(shù)目的減少可能是DN進展的一個重要的預測標志[14]，而體內(nèi)和體外研究發(fā)現(xiàn)TGF-β可通過上調(diào)Smad7和激活p38MAPK來誘導足細胞的凋亡[15]。

3.2p38MAPK與TNF-α、MCP-1、ICAM等炎性因子近年來研究發(fā)現(xiàn),炎癥機制在DN的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用[16]。TNF-α是機體炎性反應與免疫功能的重要調(diào)節(jié)因子。在腎臟組織炎癥反應中，TNF-α可以引起多種炎性細胞因子的釋放，放大炎癥級聯(lián)效應。近年來對TNF-α在DN中作用的研究取得了一些進展。研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α能刺激系膜細胞產(chǎn)生氧自由基，造成細胞內(nèi)膜損傷；TNF-α能增加系膜細胞環(huán)腺嘌呤核苷和環(huán)鳥嘌呤核苷的合成,使系膜細胞合成前列腺素和血小板活化因子等炎癥遞質(zhì)增多,系膜細胞結構和功能發(fā)生改變；TNF-α還可促進MCP-1的分泌，使系膜區(qū)單核細胞數(shù)目增多從而使ECM產(chǎn)生增加，加重腎臟慢性炎癥和纖維化；此外，TNF-α還可以激發(fā)氧化應激，產(chǎn)生活性氧類，誘導炎癥遞質(zhì)和生長因子的生成。近期研究表明，p38MAPK活化后可以調(diào)節(jié)TNF-α的合成和釋放，抑制p38MAPK活性可使TNF-α的表達減少[17]。Watanabe等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，p38MAPK信號通路參與了糖基化終產(chǎn)物誘導的ICAM-1的表達。炎性因子,如TGF-β、白細胞介素1、白細胞介素6、TNF-α、ICAM、MCP-1等可以激活p38MAPK信號通路，p38MAPK活化后所產(chǎn)生的下游信號產(chǎn)物又可加劇炎性細胞的浸潤與活化，進一步促進炎性介質(zhì)的合成和釋放，從而形成惡性循環(huán)，逐步加重腎組織炎癥損傷，促進DN的發(fā)生、發(fā)展[5]。總之，在DN的進展過程中，p38 MAPK信號通路通過與多種炎癥因子的相互作用，在腎組織炎癥反應中發(fā)揮重要作用。

3.3p38 MAPK與CREBCREB為真核生物的一種核轉(zhuǎn)錄因子，與AP-1屬同一家族，其上133位的絲氨酸可被蛋白激酶A、鈣調(diào)蛋白、p38MAPK等多種蛋白激酶激活。p38MAPK的核轉(zhuǎn)位和蛋白的磷酸化可經(jīng)過下游的激酶MSK1，MAP激酶活化蛋白激酶2激活其下游因子CREB，調(diào)控CREB的轉(zhuǎn)錄及翻譯后磷酸化過程，從而調(diào)節(jié)目的基因的表達。FN的啟動子170 bp上含有活化環(huán)腺苷酸反應原件，因此激活后的CREB可以結合在這個CRE(cAMP response element)上，使FN mRNA表達增加，最終使ECM的主要成分FN的表達增多[5,19]。在糖尿病患者和動物中，由于高糖、氧化應激、炎癥刺激等激活p38MAPK通路，導致轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，改變基因表達，使系膜細胞FN產(chǎn)生增多，最終導致DN。Wang等[20]的研究也顯示，p38MAPK的活化可導致CRE反應元件結合蛋白的磷酸化，抑制p38MAPK的磷酸化可通過抑制糖尿病鼠腎小球FN的產(chǎn)生保護腎臟，由此進一步提示p38MAPK信號途徑可通過影響CRE反應元件結合蛋白的磷酸化，在DN的ECM形成中起一定作用。

4小結

p38MAPK信號通路作為細胞內(nèi)的重要信號轉(zhuǎn)導通路，在DN發(fā)生、發(fā)展中的作用不容忽視。受高糖、氧化應激、炎癥刺激、腎內(nèi)血流動力學改變等多種復雜因素的作用，p38MAPK通路被激活。激活后的p38MAPK通過多種途徑促進DN進展。對p38MAPK，DN相關細胞、炎性因子以及它們之間聯(lián)系的深入探討，有利于進一步提高對DN發(fā)病機制的認識，為更早期有效地診斷DN及研制有效藥物提供參考依據(jù)。

參考文獻

[1]湯珣，章俊，蔡德鴻，等.高糖對腎小管上皮細胞表達CTGF的影響及p38MAPK通路在其中的作用[J].南方醫(yī)科大學學報,2009,29(1):50-53.

[2]Rane MJ,Song Y,Jin S,etal.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):49-61.

[3]Lakshmana AP,Thandavarayan RA,Watanabe K,etal.Modulation of AT-1R/MAPK cascade by an olmesartan treatment attenuates diabetic nephropathy in streptozotocin-induced diabetic mice[J].Mol Cell Endocrinol,2012,348(1):104-111.

[4]Han J,Lee JD,Bibbs L,etal.AMAP kinase targeted by endotox in and hyperosmolarity in mammalian cells[J].Science,1994,265(5173):808-811.

[5]Lui P,Zeng C,Acton S,etal.Effects of p38MAPK isoforms on renal mesangial cell inducible nitric oxide synthase expression[J].Am J Physiol Cell Physiol,2004,286(1):C145-152.

[6]Komers R,Lindsley JN,Oyama TT,etal.Renal p38 MAP kinase activity in experimental diabetes[J].Lab Invest,2007,87(6):548-558.

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

[8]Elsherbiny NM,Al-Gayyar MM.Adenosine receptors:new therapeutic targets for inflammation in diabetic nephropathy[J].Inflamm Allergy Drug Targets,2013.

[9]Lan HY,Chung AC.TGF-beta/Smad signaling in kindney disease[J].Semin Nephrol,2012,32(3):236-243.

[10]Voloshenyuk TG,Landesman ES,Khoutorova E,etal.Induction of cardiac fibroblast lysyl oxidase by TGF-beta1 requires PI3K/Akt,Smad3,and MAPK signaling[J].Cytokine,2011,55(1):90-97.

[11]Maestroni A,Tentori F,Meregalli G,etal.Inhibition of MAP-kinase cascade normalizes the proliferation rate of fibroblasts from patients with type 1 diabetes and nephropathy[J].J Diabetes Complications,2005,19(5):291-296.

[12]Okazaki Y,Yamasaki Y,Uchida HA,etal.Enhanced TGF-beta/Smad signaling in the early stage of diabetic nephropathy is independent of the AT1a receptor[J].Clin Exp Nephrol,2007,11(1):77-87.

[13]Lee SJ,Kang JG,Ryu OH,etal.Effects of alpha-lipoic acid on transforming growth factor beta1-p38 mitogen-activated protein kinase-fibronectin pathway in diabetic nephropathy[J].Metabolism,2009,58(5):616-623.

[14]Yamaguchi Y,Iwano M,Saito Y.Urinary podocytes[J].Nihon Rinsho,2010,68(Supp19):441-444.

[15]石宏斌.糖尿病腎病中轉(zhuǎn)化生長因子-β1上調(diào)與足細胞損傷[J].中國實用醫(yī)藥,2008,3(26):188-190.

[16]Navarro-Gonzalez JF,Mora-Fernandez C,Muros de Fuentes M,etal.Inflammatory molecules and pathways in the pathogenesis of diabetic nephropathy[J].Nat Rev Nephrol,2011,7(6):327-340.

[17]Xu XH,Chen Q,Chen Y,etal.Effect of ethyl pyruvate on expression of inflammatory factors and mitogen-activated protein kinase proteins in renal ischemic/reperfusion injury in BABL/c mice[J].Zhongguo Wei Zhong Ji Jiu Yi Xue,2010,22(12):750-753.

[18]Watanabe N,Shikata K,Shikata Y,etal.Involvement of MAPKs in ICAM-1 expression in glomerular endothelial cells in diabetic nephropathy[J].Acta Med Okayma,2011,65(4):247-257.

[19]Yano N,Suzuki D,Endoh M,etal.In vitro silencing of the insulin receptor attenuates cellular accumulation of fibronectin in renal mesangial cells[J].Cell Commun Signal,2012,10(1):29.

[20]Wang J,Huang H,Liu P,etal.Inhibition of phosphorylation of p38 MAPK involved in the protection of nephropathy by emodin in diabetic rats[J].Eur J Pharmacol,2006,553(1/3):297-303.

Research Progress on the Role of p38 Mitogen-activated Protein Kinases in Diabetic Nephropathy

YANHan,FUCai-wen,MABo-qing.

(DepartmentofEndocrinology,HebeiGeneralHospital,Shijiazhuang050051,China)

Abstract:P38 mitogen activated protein kinase(p38MAPK) is an important signal transduction molecule in MAPK signaling pathway and a meeting point or common pathway of cell signaling,it can be activated by being phosphorylated into p-p38MAPK and participate in the regulation and control of many cell behaviours,such as cell proliferation,growth,differentiation and apoptosis.Recent research has shown that the activation of p38MAPK signal transduction pathway could result in the occurrence and development of diabetic nephropathy and even accelerate it to a certain degree.However its mechanism has not been fully elucidated.It may regulate the transcription and synthesis of transforming growth factor β1,in order to regulate the expression of inflammatory cytokines,and activate transcription factors such as the cAMP response element binding protein,which would lead to the aggravation of inflammation and fibrosis of the kidney,thus speeding up the procession of diabetic nephropathy.

Key words:Diabetic nephropathy; p38 mitogen activation of protein kinase; Inflammatory cytokines

收稿日期：2013-05-13修回日期：2014-07-13編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.041

中圖分類號：R587.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)01-0105-03