丝裂原活化蛋白激酶在动脉粥样硬化中的作用研究进展

陈伟强 徐新 张社兵 陶军

综述

丝裂原活化蛋白激酶在动脉粥样硬化中的作用研究进展

陈伟强 徐新 张社兵 陶军

丝裂原活化蛋白激酶； 动脉粥样硬化； 炎症反应； 黏附分子； 抑制剂

动脉粥样硬化（AS）是一类主要累及大中动脉血管壁的慢性炎症疾病，主要由血脂紊乱引起，炎症反应参与AS发生、发展的全过程[1]。在AS发生发展过程中，炎症细胞、血管内皮细胞、平滑肌细胞和细胞因子、趋化蛋白、黏附分子等相互作用，相互影响动脉粥样化过程。促炎细胞因子可改变动脉粥样硬化早期血管内皮功能，诱导血管内皮细胞表达趋化因子和黏附分子，促进白细胞、淋巴细胞和单核细胞迁移、募集、黏附到发炎的血管壁中。白细胞在动脉血管内膜中被局部产生的细胞因子永久激活，其可以通过刺激清道夫受体的表达和增强细胞介导的氧化来加速巨噬细胞向泡沫细胞的转化，加剧动脉粥样硬化病变进展[2-5]。致炎细胞因子发挥生物学功能是通过与细胞膜表面受体相互作用，经过跨膜信号转导活化细胞内的相关信号通路，最终促进靶基因的表达。目前认为，丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPKs）、Janus激酶-信号转导子及转录激活子（Janus kinase signal transduction and activator of transcription，JAKSTAT）和核因子kB（nuclear factor kB，NF-kB）是细胞内3条重要信号通路，在炎症信号转导调控中起重要作用。MAPKs是细胞外刺激信号转导至细胞内及核内并引起生物化学功能如细胞增殖、分化、转化及凋亡等的主要信号转导通路。目前许多研究表明，MAPKs信号转导通路参与调控多种致炎因子诱导的血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）、细胞间黏附分子-1（intracellular adhesion mole-cule-1，ICAM-1）、单核细胞趋化因子-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的表达，在动脉粥样硬化发生发展过程中发挥至关作用[6-9]。本文就MAPKs信号转导通路与动脉粥样硬化相关性研究进展作一综述。

1 MAPKs概述

MAPKs是哺乳动物细胞内广泛存在的一类丝/苏氨酸蛋白激酶。MAPKs信号转导通路在将细胞外刺激信号转导至细胞内及核内并引起生物化学功能（如细胞增殖、分化、转化及凋亡等）过程中起着至关重要作用。目前研究发现MAPKs存在多条并行的信号转导通路，不同的细胞外刺激通过不同的MAPKs信号转导通路相互调控而引起不同的生物学反应。目前比较确切的MAPKs信号转导通路主要有细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）、Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38蛋白和 ERK5四种。MAPKs信号转导是以MAPKK激酶（MAPKKKs）、MAPK蛋白激酶（MAPKKs）、MAPKs三级激酶磷酸化级联的方式进行的。MAPKs磷酸化级联反应首先由MAPKKKs受有丝分裂原刺激磷酸化而激活，在此基础上MAPKKKs磷酸化激活下级MAPKKs的丝/苏氨酸残基，最后由MAPKKs磷酸化激活下级MAPKs的丝/苏氨酸残基，使其活化与底物结合，引起细胞增殖、分化、迁移、凋亡和调控机体炎症反应[10-13]。

2 MAPKs与动脉粥样硬化

2.1 ERK与动脉粥样硬化 ERK是1986年由Sturgill等首先报道的，是经典的MAPKs信号转导通路。ERK属于丝/苏氨酸蛋白激酶，有ERK1和ERK2两种亚型，相对分子质量分别是44 kD和42 kD。目前已有相关研究表明，ERK1/2参与细胞增殖、分化和凋亡[14,15]，并调控黏附分子和基质金属蛋白酶的表达。早在2005年，Wang等[16]发现IL-β可通过ERK MAPK、p38 MAPK、JNK、NF-kB信号通路诱导气管平滑肌内皮细胞VCAM-1表达，使用相关抑制剂ERK（U0126、PD-98059）、p38（SB-202190）、JNK（SP-600125）可抑制VCAM-1表达。Ta等[17]的研究发现，在U937细胞，阿格列汀可抑制ERK依赖的MMP-1表达，给予ERK抑制剂PD98059可明显抑制MMP-1表达。Zhu等[18]在兔大动脉平滑肌细胞发现厚朴酚可抑制ERK1/2的磷酸化和NF-kB活性，从而减少TNF-α诱导的MMP-2和MMP-9的表达。Kim等[19]在脐静脉内皮细胞研究中发现，结合蛋白C抑制ICAM-1、VCAM-1表达是通过抑制Akt、p38磷酸化，而不是通过抑制ERK1/2。而同样在脐静脉内皮细胞，有研究证实ERK信号通路参与调控高糖诱导的VCAM-1、ICAM-1的表达[20]。以上相关研究虽未直接表明ERK1/2/MAPKs信号转导通路参与动脉粥样硬化过程，但ERK1/2参与调控部分基质金属蛋白酶和黏附分子的表达，而后者可促进血管内炎症反应，诱发血管内皮细胞功能紊乱，是动脉粥样硬化早期发生的关键。

2.2 JNK与动脉粥样硬化 JNK又称应激活化蛋白激酶（stress-activated protein kinese，SAPK），主要由各种环境因素（如放射线、热休克、氧化还原应激）、新陈代谢物、细胞因子和生长因子等刺激使JNK苏氨酸-酪氨酸磷酸化位点磷酸化而激活[21]。激活的JNK首先活化转录因子AP-1，AP-1再通过与其他转录因子相互作用加强基因的转录和表达[22]。MRNA编码JNK基因剪接方式的不同，可以产生10种异构体，其中3种JNK1、JNK2、JNK3有高度同源性。JNK1和JNK2广泛分布在各组织，而JNK3主要表达于神经元细胞、心肌细胞和睾丸[23-25]。目前相关研究表明，许多炎性介质包括编码IL-2、IL-6、E-选择素、VCAM-1、ICAM-1和MCP-1等的基因表达均受到JNK通路的调节[26]。

早期研究发现JNK1主要与胰岛素抵抗和肥胖相关[27-29]。2001年Nishio等[30]的研究发现，JNK2在动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞高表达，提出JNK2可能与动脉粥样硬化有关。Ricci等[31]也提出JNK2参与动脉粥样硬化过程，而不是JNK1。他们在易发动脉粥样硬化的载脂蛋白 E基因缺陷（ApoE-/-）小鼠模型中发现，同时缺乏JNK2（ApoE-/-，JNK2-/-）小鼠比单ApoE-/-小鼠或者同时缺乏JNK1（ApoE-/-，JNK1-/-）小鼠更少发生动脉粥样硬化。其机制可能为JNK2使巨噬细胞中依赖JNK2磷酸化的内在清道夫A受体（SR-A）活性增强，促进巨噬细胞对脂质的摄取，而转出胞外脂质没有相应增加，脂质蓄积促使巨噬细胞泡沫化，而泡沫细胞的形成是动脉粥样硬化发生和病变进展的重要环节。而缺乏JNK2的巨噬细胞，SR-A磷酸化减少，巨噬细胞摄取脂质减少及降解被修饰脂蛋白增多，减少脂质蓄积，减少泡沫细胞形成。近年来，随着对JNK1研究的深入，Amini等[32]的研究发现，敲除JNK1基因可保护Ldlr-/-高脂喂养小鼠的内皮细胞免于凋亡，同时减少泡沫细胞形成，缩小动脉粥样斑块面积，提示JNK1参与调控高脂诱导的内皮细胞凋亡和早期动脉粥样硬化病变的发生。为明确巨噬细胞中JNK1/JNK2对早期动脉粥样硬化的作用，Babaev等[33]的研究发现，使巨噬细胞JNK1缺陷或活性降低，可抑制其凋亡，同时加速早期动脉粥样硬化病变进展。他们在敲除LDL受体（Ldlr-/-）小鼠模型上重组了载有野生型基因、JNK1基因缺陷型（JNK1-/-）和JNK2基因缺陷型（JNK2-/-）的造血细胞，同时给予高脂喂养，结果发现，含有JNK1-/-基因型的Ldlr-/-小鼠相对于野生型、JNK2-/-基因型Ldlr-/-小鼠出现的动脉粥样斑块更大，斑块内巨噬细胞数目更多，且巨噬细胞更少发生凋亡。

综观以上研究，目前比较明确JNK2可促进泡沫细胞形成，加剧动脉粥样病变进展，但关于JNK1在动脉粥样硬化中的作用持有不同的观点：在血管内皮细胞，JNK1促进泡沫细胞形成[32]，而在巨噬细胞，敲除JNK1促进动脉粥样硬化病变进展，JNK1可能有抗动脉粥样硬化作用[33]，其原因及机制未见相关报道。

随着对JNK结构及功能的进一步研究，许多研究表明抑制JNK活性有保护动脉粥样硬化作用。Ricci等给予高脂喂养的ApoE-/-小鼠4周JNK小分子抑制剂SP600125，可减少巨噬泡沫细胞形成，明显改善小鼠动脉粥样硬化病变[31]。Zakkar等[34]的研究发现，增强内皮细胞JNK上游通路抑制基因MAP磷酸激酶1（MKP-1）的表达可抑制VCAM-1表达，而抑制MKP-1活性，VCAM-1表达增加。随后Kwok等[35]的研究发现，抑制JNK活性可减轻ApoE-/-小鼠机体炎症反应，同时减轻血管内炎症反应，发生动脉粥样硬化概率减小。

2.3 P38与动脉粥样硬化 P38是MAPK家族的重要成员之一，p38包括p38α、p38β、p38γ、p38δ四种亚型。P38 MAPK可以由细胞外的多种应激包括紫外线、热休克、促炎因子、内毒素、特定抗原及其他应激反应活化，在细胞凋亡、细胞因子释放、转录调节及细胞骨架识别中起重要作用[10,36]。P38是调控炎症介质转录和翻译的关键点[37]。P38不仅介导炎症介质致炎过程，同样调控血管内炎症反应：p38 MAPK激活放大产生活性氧的上下游反应链，ROS产生增多，ROS降低内在NO利用率，导致血管平滑肌收缩，导致机体缺血事件发生如急性冠脉综合征、缺血性脑卒中等[38-40]。在血管炎症方面，体外研究表明p38调控ox-LDL诱导细胞CD36表达，促进巨噬细胞泡沫化，而P38抑制剂（SB203580）可抑制ox-LDL诱导的巨噬细胞泡沫化[41]。Proctor等[42]的研究表明，在鼠血管损伤模型中，p38可促进血管平滑肌新生内膜的形成，具有修复损伤血管和抗炎作用。而在心血管疾病方面，目前临床Ⅰ、Ⅱ期数据表明，MAPK p38抑制剂在生物标记、安全性、耐受性、药效性等方面较为乐观。在近年，心血管疾病临床Ⅱ期试验表明，p38抑制剂GW856553可改善高脂血症人群的血管内皮功能，减弱动脉粥样硬化血管内炎症反应，为治疗动脉粥样硬化提供了新的方向[43,44]。2015年Emami等[45]的一项多中心临床研究，随机给动脉粥样硬化患者口服p38新型抑制剂BMS-582949（100 mg/d）、安慰剂、阿托伐他汀钙片（80 mg/d）12周，用18FDG-PET/CT成像技术测量颈动脉、主动脉粥样斑块服药前后大小。研究结果表明，服用BMS-582949试验组相对于安慰剂组动脉粥样斑块大小无显著差异，相对于服用阿托伐他汀钙试验组，BMS-582949试验组血浆IL-6、TNF-α、MMP-9等炎性指标无明显下降，揭示目前尚无充分论据支持新型p38抑制剂BMS-582949可以治疗动脉粥样硬化。

在细胞、动物实验模型上，以上相关研究表明p38参与血管炎症反应及巨噬细胞泡沫化过程，而应用p38抑制剂可减轻血管炎症反应，改善高脂血症患者的血管内皮功能。

3 问题与展望

虽然目前对动脉粥样硬化的研究已取得大量成果，MAPKs信号通路参与调控血管内皮细胞表达黏附分子、趋化因子和基质金属蛋白酶等，加剧血管内皮细胞的炎症反应。MAPKs各信号通路抑制剂的研究结果表明，MAPKs抑制剂有抗炎作用，应用其特异性抑制剂可能是减轻动脉粥样化形成的新治疗方法。然而，MAPKs特异性抑制剂应用于临床仍需解决许多问题。第一，ERK、JNK、p38均有亚型结构，而目前研究发现应用同一信号通路不同的抑制剂会出现不同效果，因此深入研究它们的亚型结构及功能显得尤为重要。第二，MAPKs信号转导通路调控炎症机制极其复杂，MAPKs各通路间也有交互作用，因此，明确MAPKs信号通路参与机体一系列疾病的病理生理过程的机理是应用MAPKs抑制剂治疗动脉粥样硬化性疾病的前提。第三，应用MAPKs特异性抑制剂治疗动脉粥样硬化性疾病，其有效性和安全性如何，目前需要更多的临床试验及多中心临床研究成果来定义其益处和潜在的副作用。

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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）

广东省科技计划项目（项目编号：2013BO21800091）

512026 广东省韶关市，汕头大学医学院附属粤北人民医院心血管内科（陈伟强、徐新、张社兵）；中山大学第一附属医院心内科（陶军）

徐新，E-mail：03xuxin@163.com