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      JNK信號通路的研究進展

      2015-01-23 22:31:24曹讓娟朱志華
      中國實驗診斷學(xué) 2015年9期
      關(guān)鍵詞:蛋白激酶激酶結(jié)構(gòu)域

      李 凱,曹讓娟,朱志華*

      (吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院,1.麻醉科;2.手外科,吉林長春130033)

      JNK信號通路的研究進展

      李 凱1,曹讓娟2,朱志華1*

      (吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院,1.麻醉科;2.手外科,吉林長春130033)

      c-Jun氨基末端轉(zhuǎn)移酶(JNK)是絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的一員,通過轉(zhuǎn)錄和非轉(zhuǎn)錄依賴形式活化下游核轉(zhuǎn)錄因子[1,2],主要介導(dǎo)應(yīng)激狀態(tài)下及器官發(fā)育期的細(xì)胞改變[3],并成為炎癥、糖尿病、癌癥、神經(jīng)元退行性病變等臨床研究的靶點。

      1 JNK 信號通路的組成

      在研究紫外線輻射(UV)下細(xì)胞的一系列生物過程(紫外線反應(yīng))時,人們發(fā)現(xiàn)了這種重要的蛋白激酶,其主要作用是調(diào)節(jié)c-Jun等活化蛋白(AP)的磷酸化[4]。通過“固相激酶分析技術(shù)”,人們分離出了分子量分別為46kD和56kD(即JNK1和JNK2)的JNK。與當(dāng)時被認(rèn)定為哺乳動物體內(nèi)唯一的MAPK(ERK)不同,二者是被細(xì)胞外信號所活化,而且對氨基酸親和力由大到小依次為絲氨酸、蘇氨酸和脯氨酸,分子克隆實驗將JNK1和JNK2歸為MAPK家族的新成員[5,6]。而后又發(fā)現(xiàn)了另一種僅在神經(jīng)元和心肌細(xì)胞內(nèi)特異表達(dá)的亞基_JNK3[7]。這三種激酶也得到了Kyriakis證實,并命名為應(yīng)激活化蛋白激酶(SAPKs)[8]。

      MAPK是一切真核細(xì)胞中的保守序列,并通過磷酸化級聯(lián)反應(yīng)發(fā)揮作用,每級磷酸化反應(yīng)均能夠改變下游底物酶促位點的構(gòu)象,增強ATP與底物的接觸[9]。MAPK被MAPK激酶(MKKs,MEKs,JNKKs,MAP2Ks)活化,后者被MKK激酶(MEKKs,MAPKKKs,MAP3KS)活化。JNK通路的兩個特異性的MAP2Ks就是MKK4和MKK7,MKK4更容易使JNK的第185位酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化,而MKK7更喜好第183位酪氨酸殘基[10]。

      MKK4和MKK7的上游MAP3K的活化形式因細(xì)胞類型和刺激方式的不同而異。首個被發(fā)現(xiàn)的能夠活化JNK的MAP3K是MEKK1[11]。在后續(xù)的UV或遺傳毒性研究中發(fā)現(xiàn)了越來越多的MAP3K,他們都是通過自身過表達(dá)而激活JNK的,主要包括MEKK2和MEKK3,MEKK4,混合性家族激酶2、3(MLK2、MLK3),雙亮氨酸拉鏈激酶(DLK),腫瘤轉(zhuǎn)座子-2(Tpl-2),TGF-β活化激酶(TAK1),凋亡信號調(diào)節(jié)蛋白酶1、2(ASK1、ASK2),1001氨基酸激酶1、2(Tao1、Tao2)[12]。

      作為JNK的下游底物,AP-1是一種與DNA相結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子,由堿性拉鏈家族(bZIP)成員-Jun(c-Jun,Jun B和Jun D)、Fos、Maf和ATF亞基,通過亮氨酸拉鏈形成二聚體[13]。其包含了bZIP結(jié)構(gòu)域,堿性編碼區(qū)(識別位點),轉(zhuǎn)錄活化域,在各種應(yīng)激下,轉(zhuǎn)錄活化域發(fā)生磷酸化而活化,并結(jié)合增強子,調(diào)節(jié)真核細(xì)胞RNA聚合酶活性,控制一系列核基因的表達(dá)及轉(zhuǎn)錄。c-jun做為其主要的下游基因,活化后能夠調(diào)節(jié)其自身及其他基因的生成,導(dǎo)致其誘導(dǎo)生成的速度更快[5]。JunB和ATF也有JNK的識別以及磷酸化位點[14]。大量的JNK底物參與了細(xì)胞內(nèi)的眾多功能,其中包括凋亡、細(xì)胞骨架重組、轉(zhuǎn)錄活性、普遍蛋白化[15]。

      2 JNK的活化結(jié)構(gòu)域與失活反應(yīng)

      2.1 D結(jié)構(gòu)域

      與激酶的催化位點以及磷酸化氨基酸的傳統(tǒng)觀念完全不同,固相激酶分析技術(shù)揭示了一種蛋白激酶功能的新觀點-對接性相互反應(yīng)。其不僅是識別JNK的特征性結(jié)構(gòu),也有助于理解其Jun激酶的作用。通過對JNK和c-Jun研究發(fā)現(xiàn),激酶的對接位點(也稱D結(jié)構(gòu)域)與催化核心是不同的[6]。JNK上c-Jun的對接位點在JNK活化中心-兩個磷酸化受體(S65,S75)的前方[6]。D結(jié)構(gòu)域是由堿性和疏水性殘基組成的,其高度保守的序列為(K/R)2-3-X1-6-f-X-f[9]。

      2.2 JNK相互反應(yīng)蛋白(JIP)

      JIP是組成JNK的多骨架蛋白中缺乏激酶活性的結(jié)構(gòu)域。JIP既能夠通過招募AKT-1等激酶級聯(lián)反應(yīng)成份以及上游因子發(fā)揮促進作用,又可以通過招募MKP7對該信號通路發(fā)揮抑制作用,參與各種細(xì)胞外信號的傳導(dǎo)[16]。

      2.3 與JNK活化相關(guān)的分子構(gòu)象

      近年來被分離出的JNK分子構(gòu)象,包括:β-抑制蛋白-2、CRK2、Filamin、IKAP、JIP1、JIP2、JIP3和JIP4。特異性的分子構(gòu)象是與不同的體外信號傳導(dǎo)相對應(yīng)的,并參與信號的放大[16]。

      2.4 JNK的失活

      JNK家族能夠發(fā)生MAP激酶磷酶家族(MKPs)介導(dǎo)下的失活反應(yīng)。MKP是酪氨酸蛋白激酶家族(PTP)的成員,有一個高活性半胱氨酸集團,能夠特異性與MAPK活化環(huán)中的磷酸酪氨酸和磷酸絲氨酸殘基相結(jié)合[17],調(diào)節(jié)活性氧(ROS)或硫醇產(chǎn)物誘發(fā)的MAPK活性。亞砷酸鹽(As3+)培養(yǎng)下,MKPs失活,JNK持續(xù)、劇烈活化,細(xì)胞程序性死亡[18]。有實驗證實,TNF-α反應(yīng)的結(jié)果就是由活化MKKs和抑制MKPs間的平衡所決定的。JNK的適度、暫時活化引起細(xì)胞增殖,而劇烈、持續(xù)活化引起死亡。NF-κB缺陷細(xì)胞本身缺少超氧化物歧化酶等抗氧化酶,加入外源性TNF-α后,大量ROS導(dǎo)致MKP家族(MKP1、3、5、7))氧化失活,JNK1持續(xù)活化引起細(xì)胞死亡[19]。

      3 JNK對哺乳動物生理及病理過程的影響

      已有的JNK相關(guān)底物及其功能的研究,以及分析酵母、蠕蟲、果蠅中JNK同源類似物,為理解其功能提供了必要基礎(chǔ)。哺乳動物體內(nèi)干擾JNK活化或敲除Jnk或上游基因,進一步揭示了其作用。

      3.1 JNK與神經(jīng)元結(jié)構(gòu)發(fā)育及病變

      胚胎第7天,小鼠前腦和后腦神經(jīng)元內(nèi)均有JNK1、2的高表達(dá)區(qū)域,而在第11天才有JNK3表達(dá)[20]。Jnk1-/-/Jnk2-/-雙基因敲除鼠在胚胎第10.5天,后腦折疊區(qū)及其他腦內(nèi)區(qū)域Caspase活化增強,凋亡增多,導(dǎo)致神經(jīng)管閉合不全,大量胚胎在第11天死亡。Jnk1-/-鼠缺少背腹殼間緣前側(cè)軸突,而Jnk2-/-則沒有改變。其機制是JNK介導(dǎo)的磷酸化能夠穩(wěn)定微管相關(guān)蛋白(MAP1和MAP2),增強相互作用和多聚化,維持和增加軸突長度[20]。Jnk突變引起磷酸化障礙,神經(jīng)元微管及軸突進行性變短。而JNK1的蛋白磷酸化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于JNK2及JNK3。

      紅藻氨酸引起海馬神經(jīng)元凋亡增加和癲癇發(fā)作,Jnk3-/-敲除鼠能夠抵抗這種作用,而Jnk1-/-、Jnk2-/-鼠卻不能抵抗。MPTP(四氫吡啶)能夠引起黑質(zhì)內(nèi)酪氨酸羥化酶神經(jīng)元數(shù)目減少并出現(xiàn)帕金森氏癥狀,Jnk3-/-鼠能抵抗其毒性作用[21]。頸動脈結(jié)扎所致腦缺氧模型中,JNK活性增加,Caspase激活增加。相比于野生型鼠,Jnk1-/-、Jnk2-/-、Jnk3-/-對缺血的耐受性很好[22]。上述研究說明,JNKs尤其是JNK3是神經(jīng)病變的重要調(diào)節(jié)因素,該過程依賴于Fas配體基因或AP-1基因[21]。

      3.2 JNK對上皮層遷移的影響

      哺乳動物的眼瞼形成,是在胚胎期第15.5天到16.5天,依賴JNK的過程。F-肌動蛋白(F-actin)的多聚化使得兩個上皮細(xì)胞薄層遷移、融合為一個器官[23]。MEKK1(MAP3Ks)在眼瞼生長緣高表達(dá),而在融合過程中喪失催化活性。JNK通過樁蛋白(一種表面粘附蛋白)S178磷酸化而促進F-actin多聚化[23]?;蜣D(zhuǎn)導(dǎo)研究證實,此位點突變能夠抑制細(xì)胞遷移:Mekk1+/DKD/Jnk1+/-以及Mekk1DKD/DKD小鼠存在多聚化缺陷,表現(xiàn)為出生睜眼(EOB)型[24]。體外培養(yǎng)Mekk1DKD/DKD角蛋白細(xì)胞,在TGF-β(或激活素)誘導(dǎo)下,細(xì)胞增殖和F-actin多聚化都有缺陷。在野生型角蛋白細(xì)胞中,JNK抑制劑也能夠影響TGF-β(或激活素)誘導(dǎo)下的細(xì)胞增殖和F-actin多聚化。

      4 JNK抑制劑的藥物研究

      高通量篩選所確定的特異性JNK抑制劑在多種疾病的動物模型中也取得了可喜的治療作用,已有的文獻結(jié)論如下:(1)治療糖尿病的胰島素增敏劑。胰島素抵抗在發(fā)達(dá)國家發(fā)生率為25%,會引發(fā)Ⅱ型糖尿病其他嚴(yán)重代謝疾病。特異性的JNK抑制劑尤其是JNK1抑制劑能夠顯著改善小鼠的胰島素敏感性,并有減輕肥胖[25]的額外收益。(2)治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)。RA在人群發(fā)病率為3%。大鼠RA模型中,JNK1缺陷或者JNK的小分子抑制劑SP600125能夠通過抑制基質(zhì)破壞金屬蛋白酶(MMPs)的生成而阻止關(guān)節(jié)破壞,并且抑制TNF-α的生成,后者是重要促炎癥因子及RA病因[26]。(3)JNK2影響動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展,JNK抑制劑通過干擾代謝和炎癥反應(yīng)紊亂,治療動脈粥樣硬化癥[27]。(4)JNK抑制劑在癌癥治療有重要作用。順鉑或其他DNA破壞劑能夠激活某些DNA修復(fù)基因,JNK抑制劑能夠抑制這種修復(fù)作用[28]。(5)神經(jīng)元處于急性或慢性應(yīng)激時,JNK通路激活并成為應(yīng)激性凋亡的主營調(diào)節(jié)因素。此結(jié)論已經(jīng)在諸多體外實驗中得到證實[29],如神經(jīng)生長因子(NGF)剝奪,興奮性毒性應(yīng)激模型,抗CD3抗體損傷模型,高血糖所致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡模型。而在人類神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中,如阿爾茲海默癥、帕金森癥、惠廷頓癥,腦卒中,JNK通路的活化也發(fā)揮了重要作用。在動物模型中使用JNK抑制劑,能夠抑制神經(jīng)退行性病變和缺血性腦損傷所致的神經(jīng)凋亡,從而發(fā)揮保護作用[30]。

      4 總結(jié)與展望

      不斷深化的生物化學(xué)、基因?qū)W研究揭示了JNK在哺乳動物生理功能和病理調(diào)控中的作用及機制。已有的JNK抑制劑用于多種疾病模型的研究也預(yù)示了其用于臨床的曙光。進一步篩選亞基特異性JNK抑制劑,增強療效和特異性,降低不良反應(yīng),是后續(xù)臨床實驗的研究方向,應(yīng)用前景較為樂觀。

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      2015-01-05)

      1007-4287(2015)09-1596-03

      *通訊作者

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