糖尿病腎病ERK信號通路激活機制的研究進展*

郝祥俊，王 鵬，喬志燕，付文亮，宋成軍，陳志宏△

(1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000;2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

糖尿病腎病(DN)是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥。DN的病理特征是腎小球肥大，系膜細胞增生、細胞外基質(zhì)(ECM)積聚和基底膜增厚，從而導(dǎo)致腎小球高濾過和蛋白尿，最終導(dǎo)致腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化。DN的發(fā)病機制目前尚未完全闡明，國內(nèi)外醫(yī)學(xué)研究認為，DN與糖脂代謝紊亂、高血壓、血流動力學(xué)改變、RAS激活、多元醇通路激活及細胞因子、遺傳因素等多因素的綜合作用有關(guān)[1-3]。近年來，有關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在DN發(fā)病機制中的作用已成為人們的研究熱點，胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)通路即是近年來研究較為活躍的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一，該通路參與了細胞的生長、發(fā)育、增殖、分化及細胞間的功能同步和細胞惡性轉(zhuǎn)化等多種生理、病理過程。本文就DN時，高血糖、轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)及血小板衍生生長因子(PDGF)與ERK信號通路活化機制的研究進展進行綜述。

1 ERK信號通路的生物學(xué)特征

細胞具有極其復(fù)雜的生命活動，這些生命活動都必須受到嚴(yán)格的調(diào)控，人體在長期進化發(fā)展和自然選擇的過程中逐漸建立起一個復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化作為傳遞外界各種信號的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制，在細胞的生物學(xué)活動中發(fā)揮著重要作用。一系列的蛋白激酶及其磷酸化構(gòu)成了信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的級聯(lián)反應(yīng)。絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)是細胞內(nèi)一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，存在于真核生物的大多數(shù)細胞內(nèi)。目前，真核細胞內(nèi)已確定有五條MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路:ERK通路、c-Jun氨基末端激酶通路、p38通路、ERK3/4和ERK5通路[4]。ERK是MAPK家族的一員，它的信號傳遞途經(jīng)是涉及調(diào)節(jié)細胞生長、發(fā)育及分裂的信號網(wǎng)絡(luò)的核心，其基本的信號傳遞步驟已經(jīng)明了，即遵循MAPKs的三級酶促級聯(lián)反應(yīng):上游激活蛋白→MAPK激酶的激酶(MAPKKK)→MAPK激酶(MAPKK)→MAPK在ERKs的傳遞途經(jīng)中，Ras作為上游激活蛋白，Raf作為MAPKKK，MAPK/ERK激酶(MEK)作為MAPKK，ERK即MAPK，即Ras/Raf/MEK/ERK途徑。

已發(fā)現(xiàn)有50種以上的細胞外刺激物可活化ERK信號通路。Ras受許多刺激因子的激活，如表皮生長因子(EGF)PDGF、TNF、PKC的激活物等。當(dāng)細胞外信號與細胞膜上的特異性受體結(jié)合后，生長因子受體結(jié)合蛋白2(Grb2)作為接頭分子與激活的受體結(jié)合，再與SOS(son of sevenless)的C端富于脯氨酸的序列相互作用，形成受體-Grb2-SOS復(fù)合物。SOS與受體或受體底物蛋白上的Tyr磷酸化位點結(jié)合，使胞漿蛋白SOS向膜轉(zhuǎn)位，并在Ras附近形成高濃度的SOS，SOS與Ras-GDP結(jié)合，促使GTP取代Ras上的GDP，使Ras由失活態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)，從而激活Ras，啟動Ras通路?；罨腞as作為銜接蛋白進一步與Raf的氨基端結(jié)合將Raf從胞漿轉(zhuǎn)移到胞膜，在胞膜上Raf被激活;Raf活化后可進一步磷酸化MEK1/2上的兩個調(diào)節(jié)性絲氨酸，從而激活MEKs;MEKs為雙特異性激酶，可以使絲氨酸/蘇氨酸和酪氨酸發(fā)生磷酸化，最終高選擇性地激活ERK1/2[5-6]。

當(dāng)細胞外信號分子通過一系列上游信號傳遞事件激活Ras后，經(jīng)Ras/Raf/MEK/ERK信號通路活化ERK。ERK活化后可能有三種去向:⑴保留在胞漿中，磷酸化一些重要的胞漿蛋白，如魚精蛋白、胞漿磷脂酶A2、核糖體S6激酶等;⑵在胞漿中使細胞骨架成分磷酸化;⑶進入細胞核，磷酸化轉(zhuǎn)錄因子如Elk-1、c-Myc，c-Fos、c-Jun，調(diào)控基因表達，以促進細胞的增殖、分化和凋亡[7]。

2 ERK信號通路與DN

Toyoda等[8]對DN患者及正常對照組腎小球中PKC-β1、MEK1、MEK2、ERK1、ERK2及TGF-β1等基因進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DN患者腎小球各基因的表達均明顯高于正常對照組，p-MEK及p-ERK信號的強度與基因的表達相一致，說明在DN時，ERK信號通路處于活化狀態(tài)。DN時ERK信號通路的活化是多源性的，糖尿病時高血糖、腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活、血流動力學(xué)異常、內(nèi)皮素、TGF-β1及PDGF等細胞因子均可使ERK信號通路活化[9];ERK信號通路活化后可通過誘導(dǎo)腎小球系膜細胞肥大，ECM合成增加、降解減少，ECM進行性積聚以及細胞增殖等參與和促進DN的發(fā)生、發(fā)展[10]。

2.1 高血糖與ERK信號通路 糖尿病狀態(tài)下存在腎組織局部糖代謝紊亂，高血糖是導(dǎo)致DN發(fā)生的中心環(huán)節(jié)，但其分子機制并不十分清楚。Haneda等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠腎小球及高糖條件下培養(yǎng)的腎小球系膜細胞中，PKC、MEK及ERK1/2活性均顯著增加，且PKC特異性抑制劑calphostin C可完全阻斷MEK及ERK1/2的活化，表明高糖誘導(dǎo)的ERK信號通路的活化可能為PKC依賴性。葡萄糖通過葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(GLUT)進入細胞，高糖可誘導(dǎo)腎小球系膜細胞ERK1/2活性和GLUT1的表達增加，且ERK1/2的激活和GLUT1的表達增加在時間上保持一致，并且可同時引起細胞內(nèi)總蛋白量的增加[12]。抑制ERK1/2的活性不僅可以降低高糖誘導(dǎo)的系膜細胞GLUT1的表達，而且也可降低高糖誘導(dǎo)的系膜細胞內(nèi)總蛋白量的增加[13]。因此表明，高糖可通過ERK1/2的活化誘導(dǎo)系膜細胞GLUT1的表達增加，從而增加系膜細胞對糖的攝入，進而增強腎臟細胞肥大和ECM堆積等DN特征性病理改變。

細胞外高糖可刺激腎小球系膜細胞GLUT1表達及對糖的攝入，而細胞內(nèi)高糖可誘導(dǎo)PDGF等細胞因子的產(chǎn)生，這些細胞因子進一步刺激GLUT1的表達和活化，促使更多的葡萄糖進入細胞內(nèi)，形成惡性循環(huán)，促進DN的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)[12]，高糖刺激下腎小球系膜細胞ERK信號通路激活，且TGF-β1表達升高。這些均提示ERK信號通路參與了高糖介導(dǎo)的腎臟損傷。

2.2 TGF-β1與ERK信號通路 目前發(fā)現(xiàn)TGF-β家族共有五種異構(gòu)體，在哺乳動物體內(nèi)主要存在的是TGF-β1、β2、β3三種，腎臟組織中TGF-β1的表達最多。眾多研究證實，TGF-β在DN的進展過程中起關(guān)鍵作用，TGF-β對蛋白聚糖和其它ECM代謝具有調(diào)節(jié)作用，它可誘導(dǎo)Ⅰ、Ⅲ型膠原，纖維連接蛋白(FN)，層粘連蛋白(LN)和蛋白多糖的合成，減緩蛋白聚糖降解，增加細胞與ECM的粘附，參與腎小球肥大和ECM進行性積聚的過程，被認為是腎臟損傷中的重要介質(zhì)。Hayashida等[14]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可通過活化ERK信號通路誘導(dǎo)腎小球系膜細胞Ⅰ型膠原mRNA的表達，這種作用可被MEK抑制劑PD98059及ERK顯性失活所阻斷。研究證實，活化的ERK信號通路可以活化轉(zhuǎn)錄因子AP-1，而TGF-β1和FN的啟動子區(qū)域均存在AP-1的結(jié)合位點[15]。Grewal等[16]研究發(fā)現(xiàn)，5-羥色胺(5-HT)可通過活化ERK信號通路促進腎小球系膜細胞TGF-β1mRNA的表達，Grewal認為5-HT與其受體結(jié)合，通過一系列胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制活化PKC，PKC活化后進一步激活還原型輔酶Ⅰ氧化酶產(chǎn)生活性氧，后者可通過ERK信號通路誘導(dǎo)TGF-β1mRNA的表達。近年的研究發(fā)現(xiàn)[17]，在人腎小球系膜細胞中TGF-β通過激活ERK及Smad兩條途徑誘導(dǎo)膠原蛋白合成，且兩條途徑之間具有協(xié)同作用。而Hayashida提出，高糖刺激可提高Smad信號轉(zhuǎn)運子對TGF-β的敏感性，該作用是由ERK通路所介導(dǎo)的，ERK通路的活化可強化TGF-β的致病作用。以上結(jié)果表明，TGF-β1的表達參與了ERK信號通路的活化，ERK信號通路的活化可以誘導(dǎo)TGF-β1mRNA表達，并介導(dǎo)TGF-β1的病理生理作用，從而形成惡性循環(huán)，加速腎小球硬化，參與DN的進展過程。

2.3 PDGF與ERK信號通路 PDGF最初是在血小板α顆粒中發(fā)現(xiàn)的，具有強烈的促有絲分裂和細胞趨化作用。后來的研究發(fā)現(xiàn)，機體多種細胞均可分泌產(chǎn)生PDGF，PDGF的活性體均以二聚體的形式存在，如PDGF-AA、BB、CC和DD。PDGF受體(PDGFR)由α、β兩個亞基組成，一般以單體或不穩(wěn)定的二聚體的形式存在，當(dāng)有PDGF存在時，PDGFR與PDGF結(jié)合，兩個分開的亞基聚合形成αα、αβ和ββ發(fā)揮生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，PDGF-AA主要對細胞遷移發(fā)揮作用，對細胞DNA合成以及有絲分裂影響較小;PDGF-BB則能促進細胞DNA合成、細胞增殖、膠原合成和MAPK活性[18]。在腎臟組織中，PDGF-BB的生物學(xué)效應(yīng)最強。PDGF B鏈基因位于22號染色體上，可通過誘導(dǎo)系膜細胞增生、刺激ECM積聚、促進腎間質(zhì)纖維化等機制參與DN的發(fā)生和發(fā)展。

在糖尿病狀態(tài)下，高糖、糖基化產(chǎn)物、脂代謝紊亂、腎小球高壓、血管活性物質(zhì)、浸潤的單核-巨噬細胞等多種因素均可誘導(dǎo)PDGF-BB的表達。近年的研究發(fā)現(xiàn)[19-20]，腎臟組織中PDGF-BB及PDGF-β的高表達可引起腎小球系膜細胞增生、ECM積聚，如Ⅰ、Ⅳ型膠原纖維及層粘連蛋白(FN)等，從而促進腎間質(zhì)纖維化，參與DN的產(chǎn)生與發(fā)展。

Roeyen等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在系膜增生性腎小球疾病中，PDGF-B通過激活ERK信號通路作用于YB-1蛋白，進一步誘導(dǎo)細胞分裂增生，促進腎小球系膜細胞增生。Kagami等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，PDGF-BB刺激系膜細胞可加強整合素依賴的膠原基質(zhì)重塑作用，參與其中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，即ERK-AP1通路。Choudhury等[23]發(fā)現(xiàn)，PDGF與培養(yǎng)的腎小球系膜細胞表面PDGFR結(jié)合后，可磷酸化并活化磷脂酰肌醇3(PI-3)激酶，其脂代謝產(chǎn)物為系膜細胞增生所必需;采用激酶活性測定法研究發(fā)現(xiàn)，PDGF誘導(dǎo)的ERK活化為PI-3激酶依賴性，由此推測ERK是PI-3激酶的下游靶標(biāo)，PI-3激酶和ERK信號通路相互作用，共同調(diào)節(jié)系膜細胞的增生和遷移。還有研究發(fā)現(xiàn)[24]，使用ERK通路特異性的抑制劑UO126可以部分抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的腎小球系膜細胞PAI-1和FN基因的表達，減輕基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)基因表達減少的程度，且有劑量依賴性，提示PDGF-BB通過ERK通路誘導(dǎo)腎小球系膜細胞ECM沉積，發(fā)揮其致纖維化的作用。

3 結(jié)語

ERK信號通路是最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一，它能夠調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化等多種生物反應(yīng)。在DN發(fā)生、發(fā)展的過程中，細胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)極為復(fù)雜。一方面，同一條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可被多種細胞因子激活;另一方面，同一種細胞因子也可激活多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。而且，細胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程受多種因素的影響，形成了錯綜復(fù)雜的信號調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。因此，針對諸多細胞因子和信號通路在DN發(fā)病機制中的作用，仍然需要不斷深入地探索和研究。

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