陳欣悅 邊文超 趙晴 許卓

(吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 1南湖神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長春 130000；2麻醉科；3康復醫(yī)學科)

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)引起的認知功能障礙綜合征，主要表現(xiàn)有記憶、認知障礙，抑郁、焦慮、迷失方向情緒障礙及解決問題、思考、推理、計劃和執(zhí)行任務(wù)等執(zhí)行功能障礙，而執(zhí)行功能缺損程度嚴重大于記憶功能障礙〔1〕。目前，VD被認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原因〔2〕。與AD不同的是，VD是唯一可進行預防的癡呆類型，血管性因素的可控性使得若早期對VD患者進行干預及治療，可有效延緩疾病發(fā)展，控制和改善病情。國際上對于VD發(fā)病機制的認知尚不完全清楚，其涉及多種分子和遺傳機制，近年來,國內(nèi)外學者從信號通路角度對VD的發(fā)病機制進行了深入探討，其中絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級聯(lián)信號通路在VD發(fā)病機制中占重要地位。本文將從不同方面深入分析MAPK級聯(lián)信號通路與VD的內(nèi)在機制，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信號通路的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

MAPK是一組進化保守的絲/蘇氨酸蛋白激酶，MAPK級聯(lián)信號通路可調(diào)控多種細胞生物學過程，是調(diào)節(jié)細胞增殖、分化、細胞凋亡等基本過程的中心信號通路。MAPK由360個氨基酸構(gòu)成，分子量為41 360 Da。MAPK信號通路是一個級聯(lián)磷酸化過程，基本組成主要包括3級激酶模式：MAPK激酶激酶(MAPKKK),MAPK激酶(MAPKK)和MAPK。該通路可通過細胞因子、生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素等外源性刺激信號被激活后參與細胞增殖、分化、凋亡等多種生理過程。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通路可分為細胞外信號調(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胞外刺激激活，并介導不同的生物學效應(yīng)：JNK和p38MAPK通路主要與細胞的應(yīng)激和凋亡有關(guān),而研究最深入的MAPK信號通路ERK/MAPK與細胞增殖和分化密切相關(guān)，在細胞信號轉(zhuǎn)導網(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〕。當慢性低灌注及血栓栓塞發(fā)生后，白細胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子(TNF)-α等炎癥因子的聚集，引發(fā)一系列病理生理過程，促進神經(jīng)元凋亡繼而導致腦損傷〔9,10〕；此外，炎癥反應(yīng)還可通過級聯(lián)反應(yīng)，進一步破壞血腦屏障，導致繼發(fā)性損傷和功能障礙，造成對腦內(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聯(lián)反應(yīng)的增加可以加重認知功能損傷〔12〕。在認知障礙患者血清中高表達IL-1β、IL-6、TNF-α等炎癥因子，表明炎癥因素對認知功能下降起到一定推動作用。研究表明IL-12可預測腦卒中后認知功能下降〔13〕，而IL-8與患者認知狀態(tài)密切相關(guān)〔14〕。

當腦卒中發(fā)生時,ERKI/2信號通路被激活后,能夠增強炎癥因子的激活，引起腦組織炎性反應(yīng)的發(fā)生〔15〕，增加血腦屏障破壞，導致腦損傷。抑制ERK信號通路的過度激活可以調(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信號通路可調(diào)節(jié)NF-κB介導炎癥反應(yīng)，從而介導炎癥損傷〔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〕，促炎細胞因子高表達，誘導炎癥級聯(lián)反應(yīng)，引起神經(jīng)元損傷。動物實驗發(fā)現(xiàn)，抑制p38MAPK信號通路可以下調(diào)炎癥因子從而減少海馬神經(jīng)元凋亡，促進神經(jīng)元恢復，從而顯著提高VD大鼠學習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，可以通過與NF-κB信號通路產(chǎn)生交互而發(fā)揮調(diào)控炎癥的作用。JNK還可促進IL-1β產(chǎn)生，進而促進炎癥反應(yīng)過程。綜上，抑制p38或ERK、JNK信號通路可減少炎癥產(chǎn)生，從而改善神經(jīng)元損傷及學習和記憶能力。

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)和功能上的可變動性及可修飾性〔20〕。突觸可塑性是學習記憶的神經(jīng)學基礎(chǔ),它與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的修復及學習記憶等相關(guān)〔21〕,也是近幾年神經(jīng)科學研究的熱點之一。神經(jīng)元突觸可塑性可以由長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)來典型表現(xiàn)，兩者均參與了學習記憶活動。VD所表現(xiàn)的學習記憶損傷與突觸功能的改變密切相關(guān)，通過VD大鼠發(fā)現(xiàn),與正常對照組相比,VD組LTP增長,突觸可塑性改變〔22〕。LTP是神經(jīng)突觸可塑性的生物學基礎(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級聯(lián)信號通路在NMDA受體激活中發(fā)揮了重要作用〔24〕，與ERK信號通路促進炎癥反應(yīng)導致神經(jīng)元損傷不同的是，一部分學者認為，ERK可以通過調(diào)控海馬神經(jīng)元突觸可塑性進而起到神經(jīng)保護作用。研究表明，ERK 可以通過控制LTP 所需的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯來促進LTP 誘導〔25〕及通過磷酸化鉀通道增加細胞興奮性〔26〕，最終導致NMDA受體的活化,并將這種去極化作用傳導到神經(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通路可恢復受損的LTD來改善認知障礙大鼠的學習記憶能力〔27〕。以上可表明ERK信號通路可參與多種形式的突觸可塑性和學習記憶過程。

與ERK可以易化海馬LTP不同的是，p38MAPK的活化可通過介導炎性因子實現(xiàn)對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LTP的抑制削弱〔28〕。此外，p38MAPK可抑制LTP，研究發(fā)現(xiàn)，認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〕。通過抑制p38MAPK信號通路激活可以實現(xiàn)大鼠認知功能的改善〔30〕。

JNK參與了炎性因子對海馬LTP的抑制，其對LTP主要起到負性調(diào)節(jié)作用，研究中發(fā)現(xiàn)脂多糖 (LPS) 對大鼠海馬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濃度誘導的作用，導致LTD阻斷從而參與突觸可塑性的調(diào)節(jié)〔32〕。

由此可見，激活ERK、抑制p38MAPK、JNK信號通路可正向調(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)元損傷及學習和記憶能力。

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

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

抑制p38MAPK信號通路，可通過促進細胞活性、細胞周期進程和海馬神經(jīng)元端粒酶活性，從而抑制海馬神經(jīng)元凋亡〔38〕。在VD中，通過對p38MAPK信號通路的抑制發(fā)揮海馬神經(jīng)元凋亡和空間學習記憶障礙的保護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抑制劑后可通過上調(diào)Bcl-2表達，下調(diào)Caspase-3表達，從而減少細胞凋亡發(fā)生，改善大鼠的學習記憶能力〔39〕。

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

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

綜上，MAPK信號通路可通過促進炎癥反應(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。這三個方面以相互依賴、相互交叉的方式激活MAPK通路。而MAPK信號通路也通過復雜多樣的通路機制在VD中維持動態(tài)平衡作用。MAPK信號轉(zhuǎn)導通路是真核細胞中關(guān)鍵信號通路之一，近年來，對于MAPK信號通路靶向藥物的研究不斷發(fā)展與深入，很多藥物均被證實有確切的療效，但由于價格昂貴、不良反應(yīng)大等問題，臨床上尚無理想的防治藥物。中藥復方由于具有多途徑、多靶點的作用特點，對VD的預防和治療有一定的優(yōu)勢，未來可以從中醫(yī)藥角度對MAPK信號通路的進一步研究，從而為VD實驗研究與臨床治療提供新思路。