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【摘要】 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是一类重要的细胞内信号转导物质，能将细胞外信号转导至细胞核，以应对各种不同的刺激（细胞增殖、炎症反应及应激反应等）。以往基础及临床医学研究已证明MAPK在缺血性脑血管病各阶段均可被激活，表达水平发生改变，并可能产生神经保护作用，本文将对MAPK与缺血性脑血管病的关系进行综述。
【关键词】 丝裂原活化蛋白激酶； 兴奋毒性； 炎症反应； 再灌注损伤； 程序性细胞死亡
【Abstract】 Mitogen-activated protein kinase（MAPK）is an important type of intracellular signal transduction pathway，and it can transduce the outer signal to the nucleus to various stimuli（cell proliferation，inflammation，stress reaction and et al）.Always，basic and clinical research has proved that MAPK can be activated at all stages of the ischemic cerebrovascular disease， and make expression level changed，and may play a positive role of nerve protective，this article will make a review on the relationship between the MAPK and ischemic cerebrovascular disease.
【Key words】 Mitogen-activated protein kinase； Exitotoxicity； Inflammation response； Reperfusion injury； Programmed cell death
First-author’s address：Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.05.038
缺血性腦血管病又称脑梗死，是由于脑部血流供应障碍，造成局部脑缺血，由中心坏死区和周围缺血半暗带（ischemic penumbra，IP）组成，IP区由于存在侧支循环，尚有大量存活的神经元，目前发现兴奋性氨基酸毒性作用、炎症反应、再灌注损伤、程序性细胞死亡（Programmed cell death，PCD）等均可介导IP区神经细胞损伤，若能延缓、终止损伤机制，该区脑细胞功能可恢复，减少神经功能缺损[1]。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）属于丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶家族，是介导细胞产生生物学反应的一组重要的蛋白激酶，能将细胞外刺激信号传递到细胞核，在IP区损伤级联反应中发挥重要作用，进一步阐明MAPK在缺血性脑血管病患者中的变化趋势，对于明确病情变化有重要意义。
1 MAPK的生物学功能
MAPK由从酵母到人类都保守的三级激酶组成，包括MAPK激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MKKK）、MAPK激酶（MAP kinase kinase，MKK）和MAPK。细胞外信号能通过某种途径使MKKK、MKK依次激活，然后磷酸化苏氨酸（threonine，T）和酪氨酸（tyrossine，Y）激活MAPK[2]。主要有以下3种：细胞外信号调节激酶（extracellular-signal regulatedprotein kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun amino-terminal kinase，JNK）、P38[3]。ERK是第一个在哺乳动物中发现的MAPK，有ERKl和ERK2两种亚型。磷酸化激活的ERK1/2由胞质转位到核内，进而介导Elk-1、ATF、NF-κB、Ap-1、c-fos和c-Jun的转录活化，参与细胞增殖与分化、细胞形态维持、细胞骨架的构建、细胞凋亡和细胞的癌变等多种生物学反应。P38MAPK于1993年由Brewster等[4]在研究高渗状态下酵母变化时发现其编码由360个氨基酸残基组成的38 ku的蛋白，属于应激激活的蛋白激酶，P38MAPK于最初被认定为由脂多糖激活的激酶[5]。激活P38一方面可以通过调节促炎症因子、白细胞黏附及趋化、氧化应激等，进而参与调控炎症反应[6]；另一方面可以通过控制Bcl-2/Bcl-XL的表达，进而对细胞凋亡进行调控[7]。JNK为应激激活的蛋白激酶，在哺乳动物体内以JNK1、JNK2、JNK3存在，其中JNK1/2普遍存在于各组织器官，而JNK3则主要存在于脑、心脏及睾丸等组织中[8]。JNK很少被有丝分裂原激活，但却可以被细胞应激如紫外线、热应力、缺血再灌注、炎症因子等强烈激活，以引起基因表达的改变、细胞分化、死亡[9-11]。
2 MAPK与兴奋毒性
兴奋毒性是指过量的兴奋性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）对神经系统的毒性作用。谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）是中枢神经系统的兴奋性神经递质，其中Glu在中枢神经系统最为重要。Glu主要通过激活钙离子介导的门冬氨酸受体（NMDAR）发挥其作用，GluN2A、GluN2B作为NMDAR的亚基。在缺血性脑血管病时，细胞外Glu迅速升高，突触外活动可以激活GluN2B，促进神经元死亡；并且GluN2B可以激活JNK（JNK3）通路介导神经元死亡[12]。 近年来的研究进一步证实了Glu及NMDAR的神经毒性作用，并扩展了相关研究。急性脑梗死时，可出现糖皮质激素（Glucocorticoid，GC）的應激性升高，文献[13]研究表明，GC可增加细胞内钙离子的含量，该作用可被GluN2A所抑制；GC能减弱GluN2A-ERK1/2介导的神经保护作用以增强NMDA兴奋性毒性作用。Poddar等[14]进一步发现NMDA受体的激动和钙离子内流可共同激活P38，并且证实P38的激活依赖于ERK，选择性抑制P38可减少神经细胞死亡。Navon等[15]对NMDA预处理小鼠模型研究表明NMDA预处理通过激活ERK1/2、失活JNK通路对抗谷氨酸兴奋毒性作用，进一步支持谷氨酸介导的NMDAR亚致死刺激引发的NMDA预处理是一种重要的内源性神经保护机制。
3 MAPK与炎症反应
炎症反应在缺血性脑血管病过程中扮演重要的作用，但是关于炎症反应机制尚不清楚，血源性细胞（白细胞）、脑组织细胞（星形胶质细胞、小胶质细胞）均参与炎症反应，其中小胶质细胞可被迅速激活（数分钟），从分支状的小胶质细胞转变成变形虫似的巨噬细胞，持续2～3 d，甚至1周[16]。文献[17-18]已经证明在小胶质细胞可以通过MAPKs（ERK、P38、JNK）信号通路促进炎症因子的表达，并且Inose等[19]通过对急性、亚急性、慢性脑梗死的人体尸检、小鼠小胶质细胞的培养，发现ERK、p38MAPK抑制剂降低炎症免疫反应，减少神经损伤。Dan等[20]对脑损伤小鼠模型研究，实验组注射ERK抑制剂U0126，与对照组组相比，小胶质细胞/巨噬细胞表达的p-ERK出现下降，由脑损伤引起的小胶质细胞增加被消除，支持ERK参与小胶质细胞的增生和激活。
4 MAPK与再灌注损伤
再灌注损伤是指遭受一定时间缺血的组织细胞恢复血流（再灌注）后，组织损伤程度迅速增剧的情况。脑缺血后ATP、磷酸肌酸、葡萄糖、糖原含量均减少，再灌注后，缺血时脑组织已经升高的cAMP含量进一步升高，cAMP的上升可激活磷脂酶，使膜结构中的磷脂降解，其中胞浆磷脂酶A2（cPLA2）是代谢过程中的关键酶，可导致脑梗死后氧化应激、血脑屏障破坏、脑水肿[21]。文献[22]报道已经证明P38MAPK与cPLA2、花生四烯酸的生成有关，以短暂局灶性脑缺血小鼠为模型，研究P38MAPK在缺血再灌注后血脑屏障破坏作用中，检测到P38MAPK在再灌注6～72 h显著增加，于24 h达峰，其中p-P38MAPK也伴随升高，并发现该蛋白可能促进血脑屏障的破坏。后来对通过缺血再灌注模型研究，发现miRNA-let-7可以抑制P38MAPK、JNK信号通路的激活，减少凋亡、炎症反应，对神经系统起保护作用[23]。
5 MAPK与程序性细胞死亡
程序性细胞死亡指体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞主动性死亡方式。在缺血再灌注后，神经细胞凋亡的机制尚不明确，但大都经历线粒体途径和死亡受体途径。目前已证实ERK1/2的激活常保护神经元减少凋亡，P38和JNK的升高可导致神经细胞死亡[24]。
近期国内外研究均支持上述观点，王旋等[25]通过研究大鼠永久性大脑中动脉闭塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）模型，证明JNK参与缺血纹状体损伤诱导的神经元凋亡。任素伟等[26]使用改良Rice法建立新生小鼠缺氧缺血性脑损伤（HIBD）模型，发现p-P38MAPK迅速升高，于1 d后达到高峰，之后逐渐降低，但于7 d后发现仍然偏高，该实验首次证明p-P38MAPK在A2AR敲除新生小鼠缺血缺氧脑皮层及海马CA1区呈高表达，且与活化caspase-3呈正相关，提示P-P38MAPK参与神经元凋亡过程，以早期为著。ERK与脑缺血后神经元存活有关，长期和持久的ERK的活化级联是一个重要的脑缺血预处理机制，海马CA1区亚急性缺血，缺血预处理ERK/MAPK激活与脑缺血的神经保护作用有关，缺血预处理提高ERK表达水平可减少神经元凋亡[27]。
综上所述，在急性脑梗死IP区，ERK可以通过抑制兴奋性氨基酸的兴奋毒性、抑制神经细胞的凋亡，发挥神经保护作用，但研究也同时发现ERK能促进小胶质细胞增生、炎症因子表达，进而损伤神经组织，遂ERK对于IP区利弊仍需进一步探究；P38、JNK可以促进兴奋毒性、炎症反应、再灌注损伤、细胞凋亡，参与IP区病理生理反应，其中以炎症反应、细胞凋亡为主。MAPK在缺血性脑血管病的病理生理过程中具有重要作用，目前以小鼠为主的动物实验已经证实其ERK、P38、JNK抑制剂有一定的神经保护作用，可以减少脑梗死面积，也证实了MAPK在小鼠缺血性卒中具有变化趋势，但其在人体变化情况，有待进一步明确。
参考文献
[1] Catanese L，Tarsia J，Fisher M.Acute Ischemic Stroke Therapy Overview[J].Circulation Research，2017，120（3）：541.
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1 MAPK的生物学功能
MAPK由从酵母到人类都保守的三级激酶组成，包括MAPK激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MKKK）、MAPK激酶（MAP kinase kinase，MKK）和MAPK。细胞外信号能通过某种途径使MKKK、MKK依次激活，然后磷酸化苏氨酸（threonine，T）和酪氨酸（tyrossine，Y）激活MAPK[2]。主要有以下3种：细胞外信号调节激酶（extracellular-signal regulatedprotein kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun amino-terminal kinase，JNK）、P38[3]。ERK是第一个在哺乳动物中发现的MAPK，有ERKl和ERK2两种亚型。磷酸化激活的ERK1/2由胞质转位到核内，进而介导Elk-1、ATF、NF-κB、Ap-1、c-fos和c-Jun的转录活化，参与细胞增殖与分化、细胞形态维持、细胞骨架的构建、细胞凋亡和细胞的癌变等多种生物学反应。P38MAPK于1993年由Brewster等[4]在研究高渗状态下酵母变化时发现其编码由360个氨基酸残基组成的38 ku的蛋白，属于应激激活的蛋白激酶，P38MAPK于最初被认定为由脂多糖激活的激酶[5]。激活P38一方面可以通过调节促炎症因子、白细胞黏附及趋化、氧化应激等，进而参与调控炎症反应[6]；另一方面可以通过控制Bcl-2/Bcl-XL的表达，进而对细胞凋亡进行调控[7]。JNK为应激激活的蛋白激酶，在哺乳动物体内以JNK1、JNK2、JNK3存在，其中JNK1/2普遍存在于各组织器官，而JNK3则主要存在于脑、心脏及睾丸等组织中[8]。JNK很少被有丝分裂原激活，但却可以被细胞应激如紫外线、热应力、缺血再灌注、炎症因子等强烈激活，以引起基因表达的改变、细胞分化、死亡[9-11]。
2 MAPK与兴奋毒性
兴奋毒性是指过量的兴奋性氨基酸（excitatory amino acids，EAA）对神经系统的毒性作用。谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）是中枢神经系统的兴奋性神经递质，其中Glu在中枢神经系统最为重要。Glu主要通过激活钙离子介导的门冬氨酸受体（NMDAR）发挥其作用，GluN2A、GluN2B作为NMDAR的亚基。在缺血性脑血管病时，细胞外Glu迅速升高，突触外活动可以激活GluN2B，促进神经元死亡；并且GluN2B可以激活JNK（JNK3）通路介导神经元死亡[12]。 近年来的研究进一步证实了Glu及NMDAR的神经毒性作用，并扩展了相关研究。急性脑梗死时，可出现糖皮质激素（Glucocorticoid，GC）的應激性升高，文献[13]研究表明，GC可增加细胞内钙离子的含量，该作用可被GluN2A所抑制；GC能减弱GluN2A-ERK1/2介导的神经保护作用以增强NMDA兴奋性毒性作用。Poddar等[14]进一步发现NMDA受体的激动和钙离子内流可共同激活P38，并且证实P38的激活依赖于ERK，选择性抑制P38可减少神经细胞死亡。Navon等[15]对NMDA预处理小鼠模型研究表明NMDA预处理通过激活ERK1/2、失活JNK通路对抗谷氨酸兴奋毒性作用，进一步支持谷氨酸介导的NMDAR亚致死刺激引发的NMDA预处理是一种重要的内源性神经保护机制。
3 MAPK与炎症反应
炎症反应在缺血性脑血管病过程中扮演重要的作用，但是关于炎症反应机制尚不清楚，血源性细胞（白细胞）、脑组织细胞（星形胶质细胞、小胶质细胞）均参与炎症反应，其中小胶质细胞可被迅速激活（数分钟），从分支状的小胶质细胞转变成变形虫似的巨噬细胞，持续2～3 d，甚至1周[16]。文献[17-18]已经证明在小胶质细胞可以通过MAPKs（ERK、P38、JNK）信号通路促进炎症因子的表达，并且Inose等[19]通过对急性、亚急性、慢性脑梗死的人体尸检、小鼠小胶质细胞的培养，发现ERK、p38MAPK抑制剂降低炎症免疫反应，减少神经损伤。Dan等[20]对脑损伤小鼠模型研究，实验组注射ERK抑制剂U0126，与对照组组相比，小胶质细胞/巨噬细胞表达的p-ERK出现下降，由脑损伤引起的小胶质细胞增加被消除，支持ERK参与小胶质细胞的增生和激活。
4 MAPK与再灌注损伤
再灌注损伤是指遭受一定时间缺血的组织细胞恢复血流（再灌注）后，组织损伤程度迅速增剧的情况。脑缺血后ATP、磷酸肌酸、葡萄糖、糖原含量均减少，再灌注后，缺血时脑组织已经升高的cAMP含量进一步升高，cAMP的上升可激活磷脂酶，使膜结构中的磷脂降解，其中胞浆磷脂酶A2（cPLA2）是代谢过程中的关键酶，可导致脑梗死后氧化应激、血脑屏障破坏、脑水肿[21]。文献[22]报道已经证明P38MAPK与cPLA2、花生四烯酸的生成有关，以短暂局灶性脑缺血小鼠为模型，研究P38MAPK在缺血再灌注后血脑屏障破坏作用中，检测到P38MAPK在再灌注6～72 h显著增加，于24 h达峰，其中p-P38MAPK也伴随升高，并发现该蛋白可能促进血脑屏障的破坏。后来对通过缺血再灌注模型研究，发现miRNA-let-7可以抑制P38MAPK、JNK信号通路的激活，减少凋亡、炎症反应，对神经系统起保护作用[23]。
5 MAPK与程序性细胞死亡
程序性细胞死亡指体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞主动性死亡方式。在缺血再灌注后，神经细胞凋亡的机制尚不明确，但大都经历线粒体途径和死亡受体途径。目前已证实ERK1/2的激活常保护神经元减少凋亡，P38和JNK的升高可导致神经细胞死亡[24]。
近期国内外研究均支持上述观点，王旋等[25]通过研究大鼠永久性大脑中动脉闭塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）模型，证明JNK参与缺血纹状体损伤诱导的神经元凋亡。任素伟等[26]使用改良Rice法建立新生小鼠缺氧缺血性脑损伤（HIBD）模型，发现p-P38MAPK迅速升高，于1 d后达到高峰，之后逐渐降低，但于7 d后发现仍然偏高，该实验首次证明p-P38MAPK在A2AR敲除新生小鼠缺血缺氧脑皮层及海马CA1区呈高表达，且与活化caspase-3呈正相关，提示P-P38MAPK参与神经元凋亡过程，以早期为著。ERK与脑缺血后神经元存活有关，长期和持久的ERK的活化级联是一个重要的脑缺血预处理机制，海马CA1区亚急性缺血，缺血预处理ERK/MAPK激活与脑缺血的神经保护作用有关，缺血预处理提高ERK表达水平可减少神经元凋亡[27]。
综上所述，在急性脑梗死IP区，ERK可以通过抑制兴奋性氨基酸的兴奋毒性、抑制神经细胞的凋亡，发挥神经保护作用，但研究也同时发现ERK能促进小胶质细胞增生、炎症因子表达，进而损伤神经组织，遂ERK对于IP区利弊仍需进一步探究；P38、JNK可以促进兴奋毒性、炎症反应、再灌注损伤、细胞凋亡，参与IP区病理生理反应，其中以炎症反应、细胞凋亡为主。MAPK在缺血性脑血管病的病理生理过程中具有重要作用，目前以小鼠为主的动物实验已经证实其ERK、P38、JNK抑制剂有一定的神经保护作用，可以减少脑梗死面积，也证实了MAPK在小鼠缺血性卒中具有变化趋势，但其在人体变化情况，有待进一步明确。
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