作者：郭慧，吴欣怡 作者单位：（250012）中国山东省济南市，山东大学齐鲁医院眼科
【摘要】 丝裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase, MAPK)级联是细胞内重要的信号传导系统。细胞通过这一信号传导系统将细胞外信号传递到细胞核内,介导细胞产生反应，调节细胞生长、增殖、分化和凋亡等生理过程及创伤愈合和炎症反应等病理过程。近年来发现一类新的MAPK通路—p38 MAPK信号通路,对其结构和功能以及在角膜创伤愈合修复和炎症反应中的作用已有了进一步的了解,在信号通路水平调控p38 MAPK的表达和活性，可能成为临床角膜创伤治疗的新途径。
【关键词】 丝裂原活化蛋白激酶；p38 MAPK；角膜创伤愈合
The role of p38 mitogenactivated protein kinase in corneal wound healing
Hui Guo, XinYi Wu
Department of Ophthalmology,Qilu Hospital of Shandong University, Jinan 250012, Shandong Province, China
Correspondence to: XinYi Wu. Department of Ophthalmology, Qilu Hospital of Shandong University, Jinan 250012, Shandong Province, [email protected]
Abstract Mitogenactivated protein kinase (MAPK) cascade is one of the important signal transduction systems in organisms, by which signals are transmitted from the outside to the inside of cells and relevant responses were mediated. It is involved in many cellular physiological processes such as cell growth, proliferation, differentiation and apoptosis, and some pathophysiological processes such as wound healing and inflammatory reactions. Recently a new member of MAPK—p38 MAPK signaling pathway has been identified and cloned in mammalian cells. In this article recent advances in the study of the structure and function of p38 MAPK and the role in corneal wound healing are reviewed, in special reference to the possible target for an effective clinical treatment for corneal injury by control of the expression and activity of p38 MAPK.
KEYWORDS: mitogenactivated protein kinase; p38 MAPK; corneal wound healing
引言
丝裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase，MAPK)是一类细胞内广泛分布的丝氨酸/苏氨酸残基的蛋白激酶，是一族连接细胞膜表面受体与决定性基因表达之间的重要信号调节酶。细胞运用这一系统将细胞外刺激信号传递到细胞核内，介导细胞产生反应。其作用过程涉及多层次的细胞调节，对生理刺激如丝裂原、生长因子、激素等，以及病理性刺激如创伤、缺血、缺氧、渗透压改变，细胞因子如白细胞介素1（IL1）、肿瘤细胞因子等可做出相应反应，调节细胞存活、增殖、分化和凋亡等生理功能及应激反应、创伤愈合、炎症反应和缺血/再灌注损伤等病理过程。
1 MAPK分类
MAPK蛋白家族首次在酿酒酵母信息素诱导的交配过程中被发现[1]，进一步的研究发现此蛋白家族在所有生物包括哺乳动物体内参与细胞增殖和分化的调控[2]。目前，在哺乳动物细胞已鉴定了4条MAPK信号传导通路[3]：ERK通路、JNK通路、p38通路和ERK5通路（图1）。首先确立的是细胞外信号调节激酶（extracellular signalregulating kinases，ERKs）通路。ERKs包含两个亚型：ERK1和ERK2，分别为43和41kDa，二者具有83%的同源性。在成纤维细胞，ERKs极易被生长因子、血清及佛波酯激活，异源G蛋白偶联受体、细胞因子、转化生长因子（TGF）及高渗性应激也可以活化此通路，但程度不如前者显著[4]。Hu等[5]实验证实这类激酶主要调节细胞的生长和分化。第二条MAPK传导通路是cJun N末端激酶（c Jun N terminal kinases,JNKs）通路。JNKs亚族已克隆了3个亚型：JNK1、JNK2和JNK3。各种物理、化学因素引起的细胞外环境变化以及致炎细胞因子通过这条通路导致转录因子如cJun的磷酸化，从而调节细胞的凋亡[6]。第三条MAPK通路是p38通路。至今p38 MAPK亚族已发现4个亚型：p38α、p38β、p38γ和p38δ。紫外线照射、创伤刺激、细胞外高渗、致炎细胞因子以及细菌病原体等都能激活这条通路。实验证明，这条通路和炎症反应、创伤愈合、肿瘤发生及缺血/再灌注损伤等有关[7]。用吡啶异咪唑衍生物FHPI抑制p38活性可减少或阻断多种炎性介质，如TNFα、ILβ、IL6以及某些和HIV有关的细胞因子的产生[8]。
另外一个MAPK家族成员是最近克隆的ERK5[9]/大丝裂素活化蛋白激酶 (big mitogenactivated protein kinase 1,BMK1)[10]，分子量约为100kDa，是已知MAP激酶家族中最大的成员。其核心催化区位于N末端，与ERK2具有51%的同源性。在生长因子及应激刺激下其活性增强，但其功能目前还不清楚。已证实MEK5为其上游激活因子，但未见其他MEKs参与调节ERK5的活性，有报道Ras/Raf可能参与调节ERK5/MEK5信号通路[11]。
2 MAPK级联(cascade)
哺乳动物MAPK级联信号传递的过程通过保守的三级激酶级联反应传递信号：细胞受到刺激后使MAPK激酶的激酶（MAPKKK）激活，转而激活MAPK激酶（MAPKK），MAPKK激活后再通过双位点苏氨酸（T）和酪氨酸（Y）磷酸化调控MAPK的活性，即MAPK级联信号传递的顺序是：MAPKKK→MPKK→MAPK。MAPK被激活后可通过磷酸化作用调节包括多种转录因子、细胞骨架相关蛋白、其他酶类等多种蛋白质的活性来调节多种细胞生理和病理过程[12]。
3 p38 MAPK信号传导通路
3.1 p38 MAPK
p38是1993年Brewster等发现的，由360个氨基酸组成的38kDa的蛋白。它是丝氨酸/苏氨酸激酶，细胞外多种应激原如放射线、紫外线、高渗液、热休克因子、炎症因子(如TNFα、IL1)等都可使其激活，临近的苏氨酸和酪氨酸残基发生双重磷酸化，引起细胞内蛋白激酶的连锁反应，从而影响基因的转录、蛋白合成、细胞表面受体表达等。激活p38磷酸化的级联反应是TAK/ASK/MLK—MKK3/MKK6—p38 MAPK。其后，再通过磷酸化酶 (MKPs)的去磷酸化作用恢复基态。目前已知的MKPs包括有：MKP1、2、3、4、5，其中MKP1是p38及JNK的特异性磷酸化酶[13]。
3.2 p38 MAPK成员
目前已发现的p38 MAPK有6个异构体，分别为p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ。p38 MAPK不同亚型的分布具有组织特异性[14]，其中p38α表达广泛,在白细胞、肝、脾、骨髓及胎盘中都有较高的水平；p38β以脑和心脏含量最丰富；p38γ主要存在于骨骼肌，骨骼肌分化时表达上调[15]；p38δ的表达主要在肺、肾脏、小肠及内分泌腺[16]。p38α与ERK2具有50%的同源性，并在由高渗刺激引起的细胞反应中与酵母Hog1p激酶具有高度的一致性[17]。人p38α因与吡啶异咪唑复合物结合，而后者已知能抑制LPS刺激的单核细胞释放致炎因子，因此p38α也被称为细胞因子抑制性抗炎药结合蛋白（cytokine suppressive antiinflammatory drug binding proteins，CSBPs）[18]。p38β、p38γ和p38δ与ERK2具有42%～47%的同源性，且分别与p38α具有75%、62%及64%的同源性。p38α和p38β可以被吡啶异咪唑药物抑制，而另两种亚型，p38γ和p38δ，却对此类药物不敏感[19]。不同亚型在表达、活化及底物特异性方面的差异，决定了它们在不同的细胞背景中发挥各异的生理功能。例如，MADS转录因子MEF2A及MEF2C可优先被p38α和p38β激活和磷酸化，而对p38γ和p38δ却没有反应[20]。在人中性粒细胞仅能检测到p38α和p38δ，p38α特异性介导LPS诱导的细胞行为，如粘附、NFκB活化及TNFα的合成等[21]。在心肌细胞，p38β参与心肌肥大反应而p38α却主要介导细胞的凋亡[22]。在Hela细胞的研究中也发现p38α诱导凋亡而p38β促进细胞存活[23]。可见，p38 MAPK不同的亚型调节通路构成了复杂的信号通路网。
4 p38 MAPK通路对角膜创伤愈合的调节作用
角膜创伤愈合是一个复杂的过程，角膜上皮细胞受损伤后发生剥离、坏死、脱落等一系列病理过程之后，相邻的正常部位的上皮细胞变形、收缩并向缺损部迁移，实质中的角膜实质细胞活化，产生结缔组织填补伤口。上皮细胞不断分裂、增殖、分化、移行分层，使得角膜上皮得以完全修复；实质中的某些成分又可对形成的纤维组织进行重构，使它们尽量接近生理结构，从而达到功能的修复。
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