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        絲裂原活化蛋白激酶在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用研究進(jìn)展

        2017-01-11 12:23:01陳偉強(qiáng)徐新張社兵陶軍
        中國心血管病研究 2017年7期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)磷酸化內(nèi)皮細(xì)胞

        陳偉強(qiáng) 徐新 張社兵 陶軍

        綜述

        絲裂原活化蛋白激酶在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用研究進(jìn)展

        陳偉強(qiáng) 徐新 張社兵 陶軍

        絲裂原活化蛋白激酶; 動(dòng)脈粥樣硬化; 炎癥反應(yīng); 黏附分子; 抑制劑

        動(dòng)脈粥樣硬化(AS)是一類主要累及大中動(dòng)脈血管壁的慢性炎癥疾病,主要由血脂紊亂引起,炎癥反應(yīng)參與AS發(fā)生、發(fā)展的全過程[1]。在AS發(fā)生發(fā)展過程中,炎癥細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和細(xì)胞因子、趨化蛋白、黏附分子等相互作用,相互影響動(dòng)脈粥樣化過程。促炎細(xì)胞因子可改變動(dòng)脈粥樣硬化早期血管內(nèi)皮功能,誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)趨化因子和黏附分子,促進(jìn)白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞遷移、募集、黏附到發(fā)炎的血管壁中。白細(xì)胞在動(dòng)脈血管內(nèi)膜中被局部產(chǎn)生的細(xì)胞因子永久激活,其可以通過刺激清道夫受體的表達(dá)和增強(qiáng)細(xì)胞介導(dǎo)的氧化來加速巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,加劇動(dòng)脈粥樣硬化病變進(jìn)展[2-5]。致炎細(xì)胞因子發(fā)揮生物學(xué)功能是通過與細(xì)胞膜表面受體相互作用,經(jīng)過跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活化細(xì)胞內(nèi)的相關(guān)信號(hào)通路,最終促進(jìn)靶基因的表達(dá)。目前認(rèn)為,絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPKs)、Janus激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄激活子(Janus kinase signal transduction and activator of transcription,JAKSTAT)和核因子kB(nuclear factor kB,NF-kB)是細(xì)胞內(nèi)3條重要信號(hào)通路,在炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控中起重要作用。MAPKs是細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)及核內(nèi)并引起生物化學(xué)功能如細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。目前許多研究表明,MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與調(diào)控多種致炎因子誘導(dǎo)的血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)、細(xì)胞間黏附分子-1(intracellular adhesion mole-cule-1,ICAM-1)、單核細(xì)胞趨化因子-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的表達(dá),在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮至關(guān)作用[6-9]。本文就MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)性研究進(jìn)展作一綜述。

        1 MAPKs概述

        MAPKs是哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的一類絲/蘇氨酸蛋白激酶。MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在將細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)及核內(nèi)并引起生物化學(xué)功能(如細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等)過程中起著至關(guān)重要作用。目前研究發(fā)現(xiàn)MAPKs存在多條并行的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,不同的細(xì)胞外刺激通過不同的MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相互調(diào)控而引起不同的生物學(xué)反應(yīng)。目前比較確切的MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要有細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、p38蛋白和 ERK5四種。MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是以MAPKK激酶(MAPKKKs)、MAPK蛋白激酶(MAPKKs)、MAPKs三級(jí)激酶磷酸化級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行的。MAPKs磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)首先由MAPKKKs受有絲分裂原刺激磷酸化而激活,在此基礎(chǔ)上MAPKKKs磷酸化激活下級(jí)MAPKKs的絲/蘇氨酸殘基,最后由MAPKKs磷酸化激活下級(jí)MAPKs的絲/蘇氨酸殘基,使其活化與底物結(jié)合,引起細(xì)胞增殖、分化、遷移、凋亡和調(diào)控機(jī)體炎癥反應(yīng)[10-13]。

        2 MAPKs與動(dòng)脈粥樣硬化

        2.1 ERK與動(dòng)脈粥樣硬化 ERK是1986年由Sturgill等首先報(bào)道的,是經(jīng)典的MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。ERK屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶,有ERK1和ERK2兩種亞型,相對(duì)分子質(zhì)量分別是44 kD和42 kD。目前已有相關(guān)研究表明,ERK1/2參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡[14,15],并調(diào)控黏附分子和基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)。早在2005年,Wang等[16]發(fā)現(xiàn)IL-β可通過ERK MAPK、p38 MAPK、JNK、NF-kB信號(hào)通路誘導(dǎo)氣管平滑肌內(nèi)皮細(xì)胞VCAM-1表達(dá),使用相關(guān)抑制劑ERK(U0126、PD-98059)、p38(SB-202190)、JNK(SP-600125)可抑制VCAM-1表達(dá)。Ta等[17]的研究發(fā)現(xiàn),在U937細(xì)胞,阿格列汀可抑制ERK依賴的MMP-1表達(dá),給予ERK抑制劑PD98059可明顯抑制MMP-1表達(dá)。Zhu等[18]在兔大動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)厚樸酚可抑制ERK1/2的磷酸化和NF-kB活性,從而減少TNF-α誘導(dǎo)的MMP-2和MMP-9的表達(dá)。Kim等[19]在臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn),結(jié)合蛋白C抑制ICAM-1、VCAM-1表達(dá)是通過抑制Akt、p38磷酸化,而不是通過抑制ERK1/2。而同樣在臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞,有研究證實(shí)ERK信號(hào)通路參與調(diào)控高糖誘導(dǎo)的VCAM-1、ICAM-1的表達(dá)[20]。以上相關(guān)研究雖未直接表明ERK1/2/MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與動(dòng)脈粥樣硬化過程,但ERK1/2參與調(diào)控部分基質(zhì)金屬蛋白酶和黏附分子的表達(dá),而后者可促進(jìn)血管內(nèi)炎癥反應(yīng),誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂,是動(dòng)脈粥樣硬化早期發(fā)生的關(guān)鍵。

        2.2 JNK與動(dòng)脈粥樣硬化 JNK又稱應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinese,SAPK),主要由各種環(huán)境因素(如放射線、熱休克、氧化還原應(yīng)激)、新陳代謝物、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子等刺激使JNK蘇氨酸-酪氨酸磷酸化位點(diǎn)磷酸化而激活[21]。激活的JNK首先活化轉(zhuǎn)錄因子AP-1,AP-1再通過與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用加強(qiáng)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[22]。MRNA編碼JNK基因剪接方式的不同,可以產(chǎn)生10種異構(gòu)體,其中3種JNK1、JNK2、JNK3有高度同源性。JNK1和JNK2廣泛分布在各組織,而JNK3主要表達(dá)于神經(jīng)元細(xì)胞、心肌細(xì)胞和睪丸[23-25]。目前相關(guān)研究表明,許多炎性介質(zhì)包括編碼IL-2、IL-6、E-選擇素、VCAM-1、ICAM-1和MCP-1等的基因表達(dá)均受到JNK通路的調(diào)節(jié)[26]。

        早期研究發(fā)現(xiàn)JNK1主要與胰島素抵抗和肥胖相關(guān)[27-29]。2001年Nishio等[30]的研究發(fā)現(xiàn),JNK2在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細(xì)胞高表達(dá),提出JNK2可能與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)。Ricci等[31]也提出JNK2參與動(dòng)脈粥樣硬化過程,而不是JNK1。他們?cè)谝装l(fā)動(dòng)脈粥樣硬化的載脂蛋白 E基因缺陷(ApoE-/-)小鼠模型中發(fā)現(xiàn),同時(shí)缺乏JNK2(ApoE-/-,JNK2-/-)小鼠比單ApoE-/-小鼠或者同時(shí)缺乏JNK1(ApoE-/-,JNK1-/-)小鼠更少發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化。其機(jī)制可能為JNK2使巨噬細(xì)胞中依賴JNK2磷酸化的內(nèi)在清道夫A受體(SR-A)活性增強(qiáng),促進(jìn)巨噬細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)的攝取,而轉(zhuǎn)出胞外脂質(zhì)沒有相應(yīng)增加,脂質(zhì)蓄積促使巨噬細(xì)胞泡沫化,而泡沫細(xì)胞的形成是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生和病變進(jìn)展的重要環(huán)節(jié)。而缺乏JNK2的巨噬細(xì)胞,SR-A磷酸化減少,巨噬細(xì)胞攝取脂質(zhì)減少及降解被修飾脂蛋白增多,減少脂質(zhì)蓄積,減少泡沫細(xì)胞形成。近年來,隨著對(duì)JNK1研究的深入,Amini等[32]的研究發(fā)現(xiàn),敲除JNK1基因可保護(hù)Ldlr-/-高脂喂養(yǎng)小鼠的內(nèi)皮細(xì)胞免于凋亡,同時(shí)減少泡沫細(xì)胞形成,縮小動(dòng)脈粥樣斑塊面積,提示JNK1參與調(diào)控高脂誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和早期動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生。為明確巨噬細(xì)胞中JNK1/JNK2對(duì)早期動(dòng)脈粥樣硬化的作用,Babaev等[33]的研究發(fā)現(xiàn),使巨噬細(xì)胞JNK1缺陷或活性降低,可抑制其凋亡,同時(shí)加速早期動(dòng)脈粥樣硬化病變進(jìn)展。他們?cè)谇贸齃DL受體(Ldlr-/-)小鼠模型上重組了載有野生型基因、JNK1基因缺陷型(JNK1-/-)和JNK2基因缺陷型(JNK2-/-)的造血細(xì)胞,同時(shí)給予高脂喂養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn),含有JNK1-/-基因型的Ldlr-/-小鼠相對(duì)于野生型、JNK2-/-基因型Ldlr-/-小鼠出現(xiàn)的動(dòng)脈粥樣斑塊更大,斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞數(shù)目更多,且巨噬細(xì)胞更少發(fā)生凋亡。

        綜觀以上研究,目前比較明確JNK2可促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成,加劇動(dòng)脈粥樣病變進(jìn)展,但關(guān)于JNK1在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用持有不同的觀點(diǎn):在血管內(nèi)皮細(xì)胞,JNK1促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成[32],而在巨噬細(xì)胞,敲除JNK1促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化病變進(jìn)展,JNK1可能有抗動(dòng)脈粥樣硬化作用[33],其原因及機(jī)制未見相關(guān)報(bào)道。

        隨著對(duì)JNK結(jié)構(gòu)及功能的進(jìn)一步研究,許多研究表明抑制JNK活性有保護(hù)動(dòng)脈粥樣硬化作用。Ricci等給予高脂喂養(yǎng)的ApoE-/-小鼠4周JNK小分子抑制劑SP600125,可減少巨噬泡沫細(xì)胞形成,明顯改善小鼠動(dòng)脈粥樣硬化病變[31]。Zakkar等[34]的研究發(fā)現(xiàn),增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞JNK上游通路抑制基因MAP磷酸激酶1(MKP-1)的表達(dá)可抑制VCAM-1表達(dá),而抑制MKP-1活性,VCAM-1表達(dá)增加。隨后Kwok等[35]的研究發(fā)現(xiàn),抑制JNK活性可減輕ApoE-/-小鼠機(jī)體炎癥反應(yīng),同時(shí)減輕血管內(nèi)炎癥反應(yīng),發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化概率減小。

        2.3 P38與動(dòng)脈粥樣硬化 P38是MAPK家族的重要成員之一,p38包括p38α、p38β、p38γ、p38δ四種亞型。P38 MAPK可以由細(xì)胞外的多種應(yīng)激包括紫外線、熱休克、促炎因子、內(nèi)毒素、特定抗原及其他應(yīng)激反應(yīng)活化,在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞因子釋放、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)及細(xì)胞骨架識(shí)別中起重要作用[10,36]。P38是調(diào)控炎癥介質(zhì)轉(zhuǎn)錄和翻譯的關(guān)鍵點(diǎn)[37]。P38不僅介導(dǎo)炎癥介質(zhì)致炎過程,同樣調(diào)控血管內(nèi)炎癥反應(yīng):p38 MAPK激活放大產(chǎn)生活性氧的上下游反應(yīng)鏈,ROS產(chǎn)生增多,ROS降低內(nèi)在NO利用率,導(dǎo)致血管平滑肌收縮,導(dǎo)致機(jī)體缺血事件發(fā)生如急性冠脈綜合征、缺血性腦卒中等[38-40]。在血管炎癥方面,體外研究表明p38調(diào)控ox-LDL誘導(dǎo)細(xì)胞CD36表達(dá),促進(jìn)巨噬細(xì)胞泡沫化,而P38抑制劑(SB203580)可抑制ox-LDL誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞泡沫化[41]。Proctor等[42]的研究表明,在鼠血管損傷模型中,p38可促進(jìn)血管平滑肌新生內(nèi)膜的形成,具有修復(fù)損傷血管和抗炎作用。而在心血管疾病方面,目前臨床Ⅰ、Ⅱ期數(shù)據(jù)表明,MAPK p38抑制劑在生物標(biāo)記、安全性、耐受性、藥效性等方面較為樂觀。在近年,心血管疾病臨床Ⅱ期試驗(yàn)表明,p38抑制劑GW856553可改善高脂血癥人群的血管內(nèi)皮功能,減弱動(dòng)脈粥樣硬化血管內(nèi)炎癥反應(yīng),為治療動(dòng)脈粥樣硬化提供了新的方向[43,44]。2015年Emami等[45]的一項(xiàng)多中心臨床研究,隨機(jī)給動(dòng)脈粥樣硬化患者口服p38新型抑制劑BMS-582949(100 mg/d)、安慰劑、阿托伐他汀鈣片(80 mg/d)12周,用18FDG-PET/CT成像技術(shù)測(cè)量頸動(dòng)脈、主動(dòng)脈粥樣斑塊服藥前后大小。研究結(jié)果表明,服用BMS-582949試驗(yàn)組相對(duì)于安慰劑組動(dòng)脈粥樣斑塊大小無顯著差異,相對(duì)于服用阿托伐他汀鈣試驗(yàn)組,BMS-582949試驗(yàn)組血漿IL-6、TNF-α、MMP-9等炎性指標(biāo)無明顯下降,揭示目前尚無充分論據(jù)支持新型p38抑制劑BMS-582949可以治療動(dòng)脈粥樣硬化。

        在細(xì)胞、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)P蜕?,以上相關(guān)研究表明p38參與血管炎癥反應(yīng)及巨噬細(xì)胞泡沫化過程,而應(yīng)用p38抑制劑可減輕血管炎癥反應(yīng),改善高脂血癥患者的血管內(nèi)皮功能。

        3 問題與展望

        雖然目前對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的研究已取得大量成果,MAPKs信號(hào)通路參與調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附分子、趨化因子和基質(zhì)金屬蛋白酶等,加劇血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。MAPKs各信號(hào)通路抑制劑的研究結(jié)果表明,MAPKs抑制劑有抗炎作用,應(yīng)用其特異性抑制劑可能是減輕動(dòng)脈粥樣化形成的新治療方法。然而,MAPKs特異性抑制劑應(yīng)用于臨床仍需解決許多問題。第一,ERK、JNK、p38均有亞型結(jié)構(gòu),而目前研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用同一信號(hào)通路不同的抑制劑會(huì)出現(xiàn)不同效果,因此深入研究它們的亞型結(jié)構(gòu)及功能顯得尤為重要。第二,MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控炎癥機(jī)制極其復(fù)雜,MAPKs各通路間也有交互作用,因此,明確MAPKs信號(hào)通路參與機(jī)體一系列疾病的病理生理過程的機(jī)理是應(yīng)用MAPKs抑制劑治療動(dòng)脈粥樣硬化性疾病的前提。第三,應(yīng)用MAPKs特異性抑制劑治療動(dòng)脈粥樣硬化性疾病,其有效性和安全性如何,目前需要更多的臨床試驗(yàn)及多中心臨床研究成果來定義其益處和潛在的副作用。

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        The relevant research on the role of Mitogen-activated protein kinases in atherosclerosis

        Mitogen-activated protein kinases; Atherosclerosis; Inflammation; Adhesion molecules; Inhibitors

        10.3969/j.issn.1672-5301.2017.07.002

        R541.4

        A

        1672-5301(2017)07-0582-05

        2017-02-23)

        廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2013BO21800091)

        512026 廣東省韶關(guān)市,汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬粵北人民醫(yī)院心血管內(nèi)科(陳偉強(qiáng)、徐新、張社兵);中山大學(xué)第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科(陶軍)

        徐新,E-mail:03xuxin@163.com

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