MAPK信号通路与急性肝衰竭发病机制的研究进展

王盖昊 于晓辉



·综 述·

MAPK信号通路与急性肝衰竭发病机制的研究进展

王盖昊 于晓辉

急性肝衰竭(ALF)的发生是多种因素共同作用引起的结果，具体的分子生物学致病机制也较为复杂，其中肝细胞的变性和坏死是通过多种信号通路来实现的。丝裂酶原活化蛋白激酶(MAPK)是目前研究较多的一条，它与细胞的炎性损伤有关，尤其与肝细胞炎症和坏死的发生密切相关。

急性肝衰竭具有起病急、病情发展迅速、死亡率高等特点，其发病因素多种多样，除了HBV/HCV感染外，酒精、药物、肝毒性物质等也是常见病因。故对于该病发病机制的研究是目前的热点之一，这将对于临床医生深刻认识此病，提高其诊治水平，特别是其发生机制的分子靶点作为药物研发具有重要意义。而其发生的分子机制涉及到多种信号通路，其中MAPK通路就是与肝细胞衰竭有关的重要一条，本文就MAPK信号通路的活化与急性肝衰竭的发生进行如下综述。

一、急性肝衰竭发病机制的研究

急性肝衰竭是由多种因素引起的严重肝脏损害，进而导致肝脏本身的合成、解毒、排泄和生物转化等功能发生严重障碍的症候群，其病因复杂，病情发展迅速，病死率极高。有研究显示，HBV相关性急性肝衰竭的发生与发展主要受病毒和宿主两方面因素及其相互作用影响，其中病毒诱发的机体免疫性病理损伤引起的大量肝细胞死亡在急性肝衰竭发生的过程中有着重要作用。Ye等[1]提出了在乙型病毒性肝炎致肝衰竭中的三重打击学说：免疫损伤、缺血缺氧损伤和内毒素血症损伤。虽然这一学说目前被大多数人所认可，但是急性肝衰竭发生的具体机制如参与炎症反应的信号通路的分子机制等还未完全研究清楚。

二、MAPK信号通路概述

MAPK是一类存在于真核细胞内具有高度保守的信号转导分子，同时是一个连接胞内胞外反应的关键蛋白，其介导将细胞膜外刺激信号传入细胞内，调节细胞生长、分化、迁移、炎症等过程[2,3]。在哺乳动物中，MAPK家族信号通路主要有细胞外信号调节激酶(ERKs)、c-Jun氨基末端激酶(JNKs)和p38 MAPK三条途径。ERK、JNK和p38 MAPK可以由不同的刺激因素所激活，进而形成不同的转导通路，但这几条通路存在着广泛的“cross talk”。多种胞外刺激因素可以激活MAPK信号通路，主要有炎性细胞因子、生长因子、物理刺激以及细菌复合物等。MAPK信号通路转导主要是以三级激酶级联反应方式进行的，其级联的核心是由三个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶MAPKKK、MAPKK和MAPK组成；其级联方向是MAPKKK-MAPKK-MAPK。细胞外刺激信号作用于细胞，然后对苏氨酸/酪氨酸双位点磷酸化激活MAPK，激活的MAPK转入核内磷酸化转录因子、细胞骨架蛋白和酶类等调节细胞增殖、分化、凋亡等基本生理过程以及发生炎症、肿瘤等病理过程。

三、ERK信号通路与急性肝衰竭

ERK亚家族包括5个成员，即ERK1、ERK2、ERK3、ERK4和ERK5/BMK1(big mitogen activated protein kinase 1)。目前，ERK1/2(p44 MAPK和p42 MAPK)信号转导通路过程及生物学意义研究较为深入，而ERK3、ERK4和ERK5信号通路的激活方式、转导过程及影响生物学意义尚未明确。静息状态时，ERK1/ERK2位于胞质中不执行生物学功能；当其接受细胞外信号刺激后磷酸化后入核，调节相关基因转录。ERK1/ERK2信号通路由MAPK激酶MEK所激活，RAS可引起下游MEK磷酸化，从而诱发细胞增殖、分化、转录和生长过程[4]。HIF(hypoxia inducible factor)-1即缺氧诱导因子，在机体缺氧时起到自我平衡作用，可介导机体炎症反应[5]。大量研究提示Ras-Raf-ERK通路可促进HIF-1a的表达，急性肝衰竭时肝细胞大量坏死诱发低氧环境，通过ERK通路激活HIF-1，产生大量促炎因子。由此推断，ERK信号通路可能是急性肝衰竭发病机制之一。

Sutton等[6]发现ERK1的高表达可显著提高HIF-1的活性。另有研究表明，抑制ERK磷酸化可通过增强HIF-1a泛素化作用，并抑制HIF-1a进入细胞核。在CCl4诱发的肝纤维化模型研究中，发现姜黄素通过抑制ERK通路减弱HIF-1a的活性，起到改善肝纤维化的作用[7]。异烟肼在治疗肺结核的同时可能会引起严重肝损害甚至肝衰竭，近期有人将其引起肝损害机制进行了细胞学研究。Verma AK[8]在异烟肼损伤Hep 3B细胞研究结果中表明，异烟肼通过氧化应激反应促进凋亡和通过增加p-ERK蛋白表达促进Nrf2易位到肝细胞核从而破坏肝细胞，可见ERK信号通路可能参与了异烟肼诱导的Hep 3B细胞损伤。Liu H[9]在研究沙棘多糖(HRP)对D-GalN联合LPS诱导的急性肝衰竭小鼠保护效应机制中发现转氨酶和炎症因子TNF-α、IL-1β降低，肝组织炎症减轻，TLR4、p-ERK、p-JNK、p-p38 MAPK和NF-κB蛋白表达降低，提示了HRP通过TLR4-NF-κB信号通路减轻D-GalN联合LPS诱导的急性肝衰竭的炎症和坏死，由此推断MAPK信号通路可能在TLR4-NF-κB信号通路中起到桥梁作用。但是，Zhang F[10]研究柴胡皂苷D引起人正常肝细胞(LO2)毒性反应机制时发现，Fas死亡受体和Bid活化参与了LO2细胞诱导的线粒体凋亡机制，而其没有明显影响ERK信号通路在LO2细胞发生毒性时的调节作用。

四、JNK信号通路与急性肝衰竭

JNK也被称为应激活化蛋白激酶(SAPK)，分为JNK1、JNK2和JNK3三种蛋白，可被细胞因子、生长因子和应激反应所激活。大量研究表明，肝脏组织中主要表达JNK1和JNK2，JNK信号通路可调节肝细胞生长[11]，同时二者可通过死亡受体和ER凋亡应激通路或依赖caspase活性氧介导的细胞死亡通路促进肝细胞死亡[12]。急性肝衰竭发生发展过程中的核心事件是大量肝细胞发生凋亡和坏死。持续JNK1活化可促进cFLIP(死亡受体信号内源性受体)降解，由此借助TNFR1、Fas或TRAIL受体促进细胞死亡。而Harmeet[12]研究表明，短暂的JNK活化可能促进细胞活化,持续的JNK活化可促进细胞死亡，其主要由Bcl-2家族蛋白调制和线粒体透化作用实现。且JNK1和JNK2在调控不同原因所致肝脏损伤方面各有优势作用[13-15]。

近年来许多实验表明JNK在介导药物所致肝损伤过程中起重要作用。最近Gunawan等[16]在研究对乙酰氨基酚(APAP)引起小鼠肝细胞毒性模型中发现APAP可介导持续的JNK活化，促进肝细胞发生坏死，而在基因水平上用反义寡核苷酸干扰JNK1和JNK2来抑制JNK功能仍可对抗APAP的毒性作用。这些发现表明，APAP对肝脏的毒性作用是由JNK介导的信号途径的活化而引起，JNK介导的信号通路活化是肝细胞坏死必需的过程。Wu YL等[17]通过给小鼠体内注入D-GalN/LPS制作急性肝衰竭模型，于造模1 h前给予黄芩素保肝预防治疗，造模6 h后小鼠处死，发现黄芩素可降低AST、ALT、NO、iNOS和TNF-α的表达，结果提示了黄芩素可抑制D-GalN/LPS的促凋亡机制与保护线粒体通过增加Bcl-2/Bax比率、减少胞质细胞色素C释放和抑制ERK、JNK的磷酸化作用。Jan等[18]在研究内毒素诱导小鼠肝衰竭的发病机制时发现P38α和IκB激酶2(IKK2)蛋白缺乏，JNK激活可引起TNF诱导的肝细胞损伤，提示了P38α结合IKK2通过抑制JNK蛋白表达而阻止LPS诱导的肝细胞发生衰竭。Takamura等[19]应用GalN/LPS构建小鼠肝衰竭模型发现GaIN/LPS可导致JNK信号通路持续激活，进一步应用JNK抑制剂SP600125进行分析发现，SP600125不仅阻止了细胞色素C的释放，而且抑制了caspase-9和caspase-3的活性。同时发现在注射GalN/LPS的早期，SP600125下调了Bad的mRNA水平和蛋白表达，而晚期则抑制了Bid的剪切，这些实验结果说明JNK信号通路在GalN/LPS诱导的肝衰竭凋亡中发挥重要作用。有人利用兔出血热病毒所致肝衰竭动物模型，其模型在生化、组织学结构和临床特征上与人类急性肝衰竭基本相似[20]，实验结果发现感染兔出血热病毒12 h后JNK1表达增高并且于24～48 h时维持在最大浓度，JNK1的持续活化在介导细胞死亡中先于AP-1和NF-κB的活化，说明JNK信号通路在调节肝衰竭细胞坏死的过程中起着关键的作用[21]。

五、p38 MAPK信号通路与急性肝衰竭

p38 MAPK是MAPK家族中另一的重要成员，1994年Han在小鼠肝脏组织中成功克隆出p38 MAPK基因，其编码的蛋白被证实含有360个氨基酸残基，分子量为38 kDa，所以命名为p38 MAPK。p38 MAPK 可以由细胞外的多种应激( 包括紫外线、放射线、热休克、促炎因子、特定抗原及其他应激反应)激活磷酸化，磷酸化后的p38 MAPK能激活大量底物参与多种反应[22]，而未被磷酸化的p38 MAPK是没有活性的。在肝缺血在灌注引起急性肝损伤机制探讨中发现p38 MAPK信号通路活化，释放炎症介质，加重肝脏组织炎症损伤。而另有文献报道，在肝脏缺血再灌注小鼠实验模型中，p38 MAPK抑制剂SB 239063可明显减轻肝脏炎症反应，恢复肝脏功能。可见p38 MAPK信号通路在急性肝损伤中起到了一定致病作用。

大量实验研究表明p38 MAPK信号通路与急性肝衰竭发生密切相关。陈婧等[23]利用急性肝衰竭小鼠动物实验和HBV相关慢加急性肝衰竭患者临床实验研究p-p38 MAPK在肝脏组织中的表达及意义时发现，动物实验中用蛋白免疫印迹法检测p-p38 MAPK表达实验组高于对照组，免疫组化示随着肝脏炎症程度加重p-p38 MAPK表达加重；临床试验中示随着病变程度加重p-p38 MAPK表达增加，这些研究结果均提示p38 MAPK信号通路在肝衰竭病变过程中发挥着重要作用。Deng等[24]用LPS/雷尼替丁(RAN)诱导大鼠特异性肝损害模型，发现LPS/RAN可显著激活p38 MAPK，p38 MAPK抑制剂SB239063 能减少血浆中TNF-α含量，降低中性粒细胞和凝血系统的激活，从而减轻LPS/RAN诱导的肝损害，提示了p38 MAPK是肝损害发生的可能机制。但是有些研究表明p38 MAPK信号蛋白并没有参与急性肝衰竭的发生机制。焦明静[25]在研究过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)对D-GaLN/LPS诱导的急性肝衰竭小鼠保护机制时利用Western-bolting 检测Wy14643(PPARα激动剂)组肝组织中磷酸化的ERK、JNK和p38 MAPK蛋白表达发现，p-ERK和p-JNK蛋白表达下调，而p-p38 MAPK蛋白表达却无明显变化，表明PPARα活化后可通过ERK和JNK信号通路而不是p38 MAPK信号通路抑制肝脏炎症反应。

六、ERK、JNK和p38 MAPK信号通路相互联合与急性肝衰竭

国内外大量动物实验研究发现急性肝衰竭的发生不只与单一MAPK信号通路有关，可能是几种信号通路的联合作用。Ajaz A Ganai[26]等通过灌胃方式注入染料木素对D-GalN暴发性肝衰竭Wistar大鼠模型进行保肝治疗研究，发现染料木素可抑制诱导型一氧化氮合成酶(iNOS) 和环氧合酶-2(COX-2)表达, NO和前列腺素-E2(PGE2)分泌减少, 此外其还可抑制TNF-α和IL-1β等促炎因子的表达。这些抑制作用产生与核因子-κB(NF-κB) 活化，IKKα/β和MAPK磷酸化作用被染料木素抑制有关，提示了染料木素通过调节NF-κB和MAPK的表达维持正常的氧化还原电位和抗氧化防御机制，从而减弱D-GalN在暴发性肝衰竭Wistar大鼠的损伤作用。Wang等[27]发现在GaIN联合LPS诱导建立的急性肝衰竭大鼠模型中L.casei Zhang(益生菌)通过调节TLR-MAPK-PPAR-γ信号通路和肠道菌群可以减少促炎因子的含量以及减轻肝细胞炎症其主要机制是L.casei Zhang抑制了ERK、JNK和p38 MAPK磷酸化作用和增加了TLR2、TLR9和PPAR-γ的表达。Ma等[28]通过给实验组和对照组小鼠分别注射槲皮素联合四氯化碳或单独四氯化碳1周后，发现槲皮素可以减轻四氯化碳引起的肝损伤，其机制之一为槲皮素可以抑制MAPK磷酸化，继而降低NF-κB活化和炎症因子释放对肝脏组织损伤。

七、其他因素与急性肝衰竭

目前研究发现有众多因素可引起急性肝衰竭。最近研究表明，细胞内信号分子糖原合成酶激酶-3(GSK3)在GaIN联合LPS诱导的急性肝衰竭中表达上调，而其活性受到抑制可显著改善肝脏损伤，提示了GSK3在急性肝衰竭发病过程中起到了重要作用[29-31]。趋化因子及受体参与各种细胞的吸附和保护，如趋化因子受体7(CXCR7)参与免疫反应、淋巴归巢，具有保护细胞、抗凋亡等作用[32]。洪巧等[33]在研究CXCR7在GaIN联合LPS诱导的急性肝衰竭SD大鼠肝组织中的表达及意义时发现，CXCR7mRNA在正常肝组织中少量表达，而其在ALF组观察到随着肝衰竭的进展呈先升高后下降的表达趋势，于12 h时升至峰值，实验结果提示CXCR7在可能肝衰竭发展的初期促进肝细胞死亡，后期则以保护肝细胞为主，但CXCR7在肝衰竭过程中是否明确可以减轻肝组织损伤还有待进一步研究。Toll样受体(TLR)是天然免疫系统中非常重要的一类模式识别受体，TLR3是其中常见的一种，它大量分布于树突状细胞，能够识别病毒及其复制中间产物，被激活后促进核因子-κB (NF-κB)和干扰素调节因子3(IRF3)入核，继而分泌大量的促炎性细胞因子。李宁等[34]在研究慢加急性肝衰竭(ACLF)患者外周血单核细胞衍生的树突状细胞(MoDC)上TLR3触发后细胞因子的分泌情况的临床实验时发现，经聚肌胞苷酸(polyI：C)刺激后，ACLF组患者NF-KB mRNA显著高于慢性乙型肝炎组和正常对照组，而其IRF3 mRNA低于慢性乙型肝炎组和正常对照组，结果说明TLR3信号转导通路受损，促炎性细胞因子分泌异常，可能是肝细胞免疫功能严重受损而致肝衰竭发生的原因之一。

综上所述，MAPK信号通路在急性肝衰竭发生机制中有着重要作用，涉及机体内众多炎症因子释放及信号蛋白表达参与的病理过程。在急性肝衰竭中深入研究MAPK及上下游信号转导通路，可以延缓、甚至阻断病程进展，减轻炎症反应和减少肝细胞坏死，为治疗赢得更多时间。而且可以为寻找有效可行的MAPK信号通路抑制剂提供一定的理论依据。

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(本文编辑：张苗)

全军医药卫生科研计划项目(项目编号：CLZ14JB01)

730050 甘肃 兰州大学第二临床医学院 (王盖昊)；兰州军区兰州总医院消化科(于晓辉)

于晓辉，Email：yuxiaohui528@126.com

2016-06-22)