JNK通路在脑缺血再灌注损伤中的作用*

董雅洁，吕晨晨，高维娟

（1.承德医学院，河北承德　067000；2.河北中医学院）

综述讲座

JNK通路在脑缺血再灌注损伤中的作用*

董雅洁1，吕晨晨1，高维娟2△

（1.承德医学院，河北承德067000；2.河北中医学院）

JNK；信号转导通路；细胞凋亡；脑缺血再灌注

细胞凋亡是一种重要的机体自稳调节机制，是指细胞在一定的生理或病理条件下，受多种基因精确调控的、主动的、程序化的死亡过程。近年来的研究表明[1-2]，丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）级联途径参与脑缺血再灌注损伤，c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）信号通路是MAPK级联途径中的一条重要通路，在脑缺血损伤后神经元凋亡过程中发挥着重要的调控作用。JNK能介导多种胞外刺激(如应激、Fas、TNF-α等)诱导的细胞凋亡，参与了许多细胞凋亡的发生，在神经退行性疾病、肿瘤、Ⅰ型糖尿病、慢性乙型肝炎、缺血再灌注损伤等多种疾病和病理损伤的发生发展中起重要作用[3]。因此, JNK信号通路可作为临床上相关疾病的一个分子治疗靶点。本文就JNK信号通路在缺氧缺糖/复氧复糖大鼠海马神经元损伤机制中的作用做一综述。

1　JNK信号通路概述

JNK1、JNK2、JNK3三种基因构成JNK，基因通过交替剪接编码至少10余种蛋白质亚型，大小一般处于46000-54000之间。在脊椎动物，JNK由JNK1、JNK2、JNK3组成，分别由JNK1、JNK2、JNK3基因编码，其中JNK1和JNK2在各种组织细胞中广泛表达，而JNK3有一个位于JNK1和JNK2 N末端保守的甲硫氨酸残基融合在一起的延长的N末端区域，选择性在脑细胞中表达[4]。活化的JNK可以和活化转录因子ATF2及c-Jun的氨基末端区域结合，使转录因子的活性区域发生磷酸化[5]。转录因子ATF2、c-Jun属于亮氨酸拉链家族成员，它们可以同二聚体或异二聚体复合物的形式和许多基因启动子上的激活蛋白（AP1）和AP1样位点结合，提高AP1的转录活性，促进基因的表达和蛋白质合成。

JNK的上游激酶包括两个MAPKK：MKK4(SECl)和MKK7。MKK4、MKK7通过双磷酸化JNK的苏氨酸和酪氨酸位点可激活JNK，是JNK的特异性激酶。MKK7蛋白激酶主要由细胞因子激活，MKK4主要由环境应激所激活。典型的MAPK信号通路均通过三级酶促级联反应而激活，即MAPK激酶的激酶(MAPK kinase kinase,MAPKKK) -MAPK激酶(MAPK kinase,MAPKK)-MAPK[6]。JNK的直接上游激酶JNKK1(MEK4)和JNKK2 (MEK7)通过双磷酸化JNK的Thr183和Tyr185位点而激活JNK，激活后的JNK信号通路通过磷酸化不同的底物(如核蛋白和非核蛋白)对细胞的生存、活动和其它信号通路进行调控[7]。激活后的JNK发挥促凋亡的可能机制是：（1）上调促凋亡蛋白的表达。JNK可促进转录因子复合物AP-1的活性通过激活转录因子，调控与应激反应相关基因的表达。为了激活基因表达，转录因子必须转移到细胞核内，核内大量的转录因子（如c-Jun）与目标基因活性相关。相关研究发现[8]，c-Jun大量活化可导致细胞凋亡或分化改变，但是c-Jun活化降低将使增殖下降；同时，它还可以以单体的形式转移并停留在核内，降低c-Jun二聚体含量或者与DNA连接的c-Jun，但c-Jun核转移不会减少。通常情况下，当c-Jun磷酸化位点突变且c-Jun激酶缺乏时，c-Jun转移到活细胞内，它的转移不依赖于JNK信号通路，但可以通过与JNK相连而提高其在核内的积累。另外，其它作用底物（如ATF-2）可能也会促进JNK在核内的积累，使JNK进一步促进多种凋亡蛋白的表达，如 p53、Bax、FasL及TNF等[9]。（2）作用于线粒体，如Bcl-2家族中促凋亡蛋白Bax、Bak等，促使Cyt-C释放入胞浆，Cyt-C 释放后与 Caspase-9/Apaf-1结合，最终作用于Caspase-3，激活的Caspase-3同凋亡底物结合，引起细胞凋亡[10]。

在JNK信号通路中，Bcl蛋白家族是主要的信号调控通路，包括Bcl-2、Bax、Bad、Bcl-xl等凋亡调控因子。Bcl-2是最主要的细胞凋亡抑制基因，是抗凋亡基因的代表成员。Bcl-2抗细胞凋亡的作用机理为：（1）介导线粒体PT孔道的开放，进而抑制Cyt-C等促凋亡蛋白的释放而阻断凋亡进程；（2）抑制内质网中的凋亡启动信号Ca2+的释放，使胞质中Ca2+维持适中浓度，从而抑制细胞的凋亡。Bax是Bcl-2基因家族的一员，是最主要的细胞凋亡促进基因，其产物是一种与Bcl-2同源的相关蛋白，主要作用是加速细胞凋亡，并与Bcl-2一起调节细胞凋亡。Bcl-2家族的成员通常以二聚体的形式发挥作用，Bcl-2/Bcl-2、Bcl-2/Bax和Bcl -2/Bcl-XL抑制细胞凋亡，Bax/Bax、Bax/Bad促进细胞凋亡。Bax过表达能对抗Bcl-2抑制细胞凋亡的活性，在促凋亡因素刺激下，Bcl-2/Bax比值将决定细胞的存活。

2　JNK信号通路与脑缺血损伤

I/R损伤是指缺血一定时间的组织和器官，在重新恢复血液供应之后，不仅不能使组织器官的功能得到恢复和改善，反而加重了功能代谢障碍及组织结构的破坏，甚至其它组织器官的损伤，是包括脑、肝、心、肺在内的许多器官所面临的重要的临床问题。大量实验证明，JNK介导的细胞凋亡参与了多种组织器官I/R损伤的发生[11]。Carboni等[12]研究沙鼠脑I/R模型，发现死亡受体途径和线粒体途径都参与了神经元的凋亡过程，且用JNK抑制剂阻断JNK活性后，对这两种细胞凋亡途径都有显著缓解作用。在大鼠脑I/R损伤模型中发现，JNK能促进DP5的转录，从而解除Bcl-2对Bax的结合抑制，使Bax转位至线粒体而介导线粒体途径的细胞凋亡[13]。

实验表明，JNK信号通路的激活对脑缺血再灌注损伤中的细胞凋亡起重要的促进作用。Ozawa等[14]采用大鼠心脏骤停5min致全脑缺血再灌注损伤模型，测定不同时间点海马组织内激酶活性，结果显示：JNK在缺血复灌后6h内活性逐渐增加，并达高峰，同时伴有神经元变性、坏死及凋亡。陈志宏等[15]在采用4-VO法制作大鼠全脑 5min缺血再灌注损伤模型研究中，发现JNK在复灌后12h达到高峰,同时，海马神经元细胞凋亡数也达到最高值。陈秀侠等[16]研究亚低温对脑缺血5min后再灌注损伤的影响，发现低温缺血再灌注组在复灌2h-1d后，海马p-JNK水平低于常温缺血再灌注组，同时，海马神经元凋亡减少，推测亚低温减轻脑缺血再灌注损伤的机制可能与其抑制再灌注早期p-JNK的激活有关。这些结果表明，JNK信号通路的激活参与了脑缺血再灌注损伤，抑制JNK信号通路的激活能够减轻缺血再灌注损伤导致的细胞凋亡。

脑缺血神经元凋亡受多种基因调控, Bcl-2基因和Bax基因表达的变化被认为是脑缺血后细胞凋亡的主要分子机制[17]。Bcl-2是与缺血神经元凋亡关系最密切的内源性凋亡抑制基因，Bax则是与Bcl-2作用对抗的促凋亡基因，Bcl-2和Bax 蛋白在细胞内动态共存，体现两种基因表达的动态关系。Bcl-2过度表达与Bax构成异源二聚体而阻抑细胞凋亡, 而当Bax过度表达时, 形成Bax-Bax同源二聚体，促进细胞凋亡。因此，细胞内两种蛋白的动态关系可用Bcl-2/Bax比值表示，而Bcl-2/Bax比值的高与低，可能决定细胞在受到凋亡刺激信号后，是趋向于存活还是死亡。当Bcl-2/Bax＞1时，对细胞凋亡起抑制作用, 细胞趋于存活；当Bcl-2/Bax＜1时，对细胞凋亡起促进作用，细胞趋于死亡[18]。

3　展望

近20年来，随着研究的深入，人们对JNK信号通路的研究取得了长足的进步，相当数量的JNK底物及调节分子被发现，为进一步深入研究JNK信号通路在细胞凋亡过程中的病理、生理功能打下了坚实的理论基础。尽管其确切的作用机制及对不同细胞发挥不同的调控作用还有待进一步研究，但是JNK在介导细胞凋亡中发挥重要作用已无可争议，因而其有望成为治疗细胞凋亡引起的疾病的一个新的分子治疗靶点。目前，关于JNK信号通路的研究正不断深入，其激动剂、抑制剂及诸多天然药物在治疗细胞凋亡紊乱引起的神经性疾病、心脏疾病、肝损伤、肿瘤等在实验研究中均取得了较好进展，在临床上也取得了可喜成绩。我们有理由相信, 随着现代各个学科不断渗透到细胞学领域和现代科技手段的不断改进，JNK信号通路参与细胞凋亡的机制最终会被阐明, 从而可以进一步揭示生命的奥秘，并且对多种疾病的预防和治疗发挥巨大的推动作用。因此，以JNK为作用靶点，不但为治疗细胞凋亡引起的疾病提供了一个新的思路和方法，而且对寻找新的药物靶点和筛选新药及药物的开发与临床应用有着重要的理论意义和广泛的应用前景。

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R743.31

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1004-6879（2017）01-0054-03

* 河北省科技支撑项目（13272504D）,河北省教育厅青年基金项目（Q2012002）,河北省高校重点学科建设项目资助（冀教高[2013]4号病理学与病理生理学）

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（2016-08-31）