JNK通路在腦缺血再灌注損傷中的作用*

董雅潔，呂晨晨，高維娟

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德　067000；2.河北中醫(yī)學(xué)院）

綜述講座

JNK通路在腦缺血再灌注損傷中的作用*

董雅潔1，呂晨晨1，高維娟2△

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德067000；2.河北中醫(yī)學(xué)院）

JNK；信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；細胞凋亡；腦缺血再灌注

細胞凋亡是一種重要的機體自穩(wěn)調(diào)節(jié)機制，是指細胞在一定的生理或病理條件下，受多種基因精確調(diào)控的、主動的、程序化的死亡過程。近年來的研究表明[1-2]，絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）級聯(lián)途徑參與腦缺血再灌注損傷，c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）信號通路是MAPK級聯(lián)途徑中的一條重要通路，在腦缺血損傷后神經(jīng)元凋亡過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。JNK能介導(dǎo)多種胞外刺激(如應(yīng)激、Fas、TNF-α等)誘導(dǎo)的細胞凋亡，參與了許多細胞凋亡的發(fā)生，在神經(jīng)退行性疾病、腫瘤、Ⅰ型糖尿病、慢性乙型肝炎、缺血再灌注損傷等多種疾病和病理損傷的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[3]。因此, JNK信號通路可作為臨床上相關(guān)疾病的一個分子治療靶點。本文就JNK信號通路在缺氧缺糖/復(fù)氧復(fù)糖大鼠海馬神經(jīng)元損傷機制中的作用做一綜述。

1　JNK信號通路概述

JNK1、JNK2、JNK3三種基因構(gòu)成JNK，基因通過交替剪接編碼至少10余種蛋白質(zhì)亞型，大小一般處于46000-54000之間。在脊椎動物，JNK由JNK1、JNK2、JNK3組成，分別由JNK1、JNK2、JNK3基因編碼，其中JNK1和JNK2在各種組織細胞中廣泛表達，而JNK3有一個位于JNK1和JNK2 N末端保守的甲硫氨酸殘基融合在一起的延長的N末端區(qū)域，選擇性在腦細胞中表達[4]?；罨腏NK可以和活化轉(zhuǎn)錄因子ATF2及c-Jun的氨基末端區(qū)域結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄因子的活性區(qū)域發(fā)生磷酸化[5]。轉(zhuǎn)錄因子ATF2、c-Jun屬于亮氨酸拉鏈家族成員，它們可以同二聚體或異二聚體復(fù)合物的形式和許多基因啟動子上的激活蛋白（AP1）和AP1樣位點結(jié)合，提高AP1的轉(zhuǎn)錄活性，促進基因的表達和蛋白質(zhì)合成。

JNK的上游激酶包括兩個MAPKK：MKK4(SECl)和MKK7。MKK4、MKK7通過雙磷酸化JNK的蘇氨酸和酪氨酸位點可激活JNK，是JNK的特異性激酶。MKK7蛋白激酶主要由細胞因子激活，MKK4主要由環(huán)境應(yīng)激所激活。典型的MAPK信號通路均通過三級酶促級聯(lián)反應(yīng)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)通過雙磷酸化JNK的Thr183和Tyr185位點而激活JNK，激活后的JNK信號通路通過磷酸化不同的底物(如核蛋白和非核蛋白)對細胞的生存、活動和其它信號通路進行調(diào)控[7]。激活后的JNK發(fā)揮促凋亡的可能機制是：（1）上調(diào)促凋亡蛋白的表達。JNK可促進轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物AP-1的活性通過激活轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)基因的表達。為了激活基因表達，轉(zhuǎn)錄因子必須轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，核內(nèi)大量的轉(zhuǎn)錄因子（如c-Jun）與目標基因活性相關(guān)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[8]，c-Jun大量活化可導(dǎo)致細胞凋亡或分化改變，但是c-Jun活化降低將使增殖下降；同時，它還可以以單體的形式轉(zhuǎn)移并停留在核內(nèi)，降低c-Jun二聚體含量或者與DNA連接的c-Jun，但c-Jun核轉(zhuǎn)移不會減少。通常情況下，當(dāng)c-Jun磷酸化位點突變且c-Jun激酶缺乏時，c-Jun轉(zhuǎn)移到活細胞內(nèi)，它的轉(zhuǎn)移不依賴于JNK信號通路，但可以通過與JNK相連而提高其在核內(nèi)的積累。另外，其它作用底物（如ATF-2）可能也會促進JNK在核內(nèi)的積累，使JNK進一步促進多種凋亡蛋白的表達，如 p53、Bax、FasL及TNF等[9]。（2）作用于線粒體，如Bcl-2家族中促凋亡蛋白Bax、Bak等，促使Cyt-C釋放入胞漿，Cyt-C 釋放后與 Caspase-9/Apaf-1結(jié)合，最終作用于Caspase-3，激活的Caspase-3同凋亡底物結(jié)合，引起細胞凋亡[10]。

在JNK信號通路中，Bcl蛋白家族是主要的信號調(diào)控通路，包括Bcl-2、Bax、Bad、Bcl-xl等凋亡調(diào)控因子。Bcl-2是最主要的細胞凋亡抑制基因，是抗凋亡基因的代表成員。Bcl-2抗細胞凋亡的作用機理為：（1）介導(dǎo)線粒體PT孔道的開放，進而抑制Cyt-C等促凋亡蛋白的釋放而阻斷凋亡進程；（2）抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的凋亡啟動信號Ca2+的釋放，使胞質(zhì)中Ca2+維持適中濃度，從而抑制細胞的凋亡。Bax是Bcl-2基因家族的一員，是最主要的細胞凋亡促進基因，其產(chǎn)物是一種與Bcl-2同源的相關(guān)蛋白，主要作用是加速細胞凋亡，并與Bcl-2一起調(diào)節(jié)細胞凋亡。Bcl-2家族的成員通常以二聚體的形式發(fā)揮作用，Bcl-2/Bcl-2、Bcl-2/Bax和Bcl -2/Bcl-XL抑制細胞凋亡，Bax/Bax、Bax/Bad促進細胞凋亡。Bax過表達能對抗Bcl-2抑制細胞凋亡的活性，在促凋亡因素刺激下，Bcl-2/Bax比值將決定細胞的存活。

2　JNK信號通路與腦缺血損傷

I/R損傷是指缺血一定時間的組織和器官，在重新恢復(fù)血液供應(yīng)之后，不僅不能使組織器官的功能得到恢復(fù)和改善，反而加重了功能代謝障礙及組織結(jié)構(gòu)的破壞，甚至其它組織器官的損傷，是包括腦、肝、心、肺在內(nèi)的許多器官所面臨的重要的臨床問題。大量實驗證明，JNK介導(dǎo)的細胞凋亡參與了多種組織器官I/R損傷的發(fā)生[11]。Carboni等[12]研究沙鼠腦I/R模型，發(fā)現(xiàn)死亡受體途徑和線粒體途徑都參與了神經(jīng)元的凋亡過程，且用JNK抑制劑阻斷JNK活性后，對這兩種細胞凋亡途徑都有顯著緩解作用。在大鼠腦I/R損傷模型中發(fā)現(xiàn)，JNK能促進DP5的轉(zhuǎn)錄，從而解除Bcl-2對Bax的結(jié)合抑制，使Bax轉(zhuǎn)位至線粒體而介導(dǎo)線粒體途徑的細胞凋亡[13]。

實驗表明，JNK信號通路的激活對腦缺血再灌注損傷中的細胞凋亡起重要的促進作用。Ozawa等[14]采用大鼠心臟驟停5min致全腦缺血再灌注損傷模型，測定不同時間點海馬組織內(nèi)激酶活性，結(jié)果顯示：JNK在缺血復(fù)灌后6h內(nèi)活性逐漸增加，并達高峰，同時伴有神經(jīng)元變性、壞死及凋亡。陳志宏等[15]在采用4-VO法制作大鼠全腦 5min缺血再灌注損傷模型研究中，發(fā)現(xiàn)JNK在復(fù)灌后12h達到高峰,同時，海馬神經(jīng)元細胞凋亡數(shù)也達到最高值。陳秀俠等[16]研究亞低溫對腦缺血5min后再灌注損傷的影響，發(fā)現(xiàn)低溫缺血再灌注組在復(fù)灌2h-1d后，海馬p-JNK水平低于常溫缺血再灌注組，同時，海馬神經(jīng)元凋亡減少，推測亞低溫減輕腦缺血再灌注損傷的機制可能與其抑制再灌注早期p-JNK的激活有關(guān)。這些結(jié)果表明，JNK信號通路的激活參與了腦缺血再灌注損傷，抑制JNK信號通路的激活能夠減輕缺血再灌注損傷導(dǎo)致的細胞凋亡。

腦缺血神經(jīng)元凋亡受多種基因調(diào)控, Bcl-2基因和Bax基因表達的變化被認為是腦缺血后細胞凋亡的主要分子機制[17]。Bcl-2是與缺血神經(jīng)元凋亡關(guān)系最密切的內(nèi)源性凋亡抑制基因，Bax則是與Bcl-2作用對抗的促凋亡基因，Bcl-2和Bax 蛋白在細胞內(nèi)動態(tài)共存，體現(xiàn)兩種基因表達的動態(tài)關(guān)系。Bcl-2過度表達與Bax構(gòu)成異源二聚體而阻抑細胞凋亡, 而當(dāng)Bax過度表達時, 形成Bax-Bax同源二聚體，促進細胞凋亡。因此，細胞內(nèi)兩種蛋白的動態(tài)關(guān)系可用Bcl-2/Bax比值表示，而Bcl-2/Bax比值的高與低，可能決定細胞在受到凋亡刺激信號后，是趨向于存活還是死亡。當(dāng)Bcl-2/Bax＞1時，對細胞凋亡起抑制作用, 細胞趨于存活；當(dāng)Bcl-2/Bax＜1時，對細胞凋亡起促進作用，細胞趨于死亡[18]。

3　展望

近20年來，隨著研究的深入，人們對JNK信號通路的研究取得了長足的進步，相當(dāng)數(shù)量的JNK底物及調(diào)節(jié)分子被發(fā)現(xiàn)，為進一步深入研究JNK信號通路在細胞凋亡過程中的病理、生理功能打下了堅實的理論基礎(chǔ)。盡管其確切的作用機制及對不同細胞發(fā)揮不同的調(diào)控作用還有待進一步研究，但是JNK在介導(dǎo)細胞凋亡中發(fā)揮重要作用已無可爭議，因而其有望成為治療細胞凋亡引起的疾病的一個新的分子治療靶點。目前，關(guān)于JNK信號通路的研究正不斷深入，其激動劑、抑制劑及諸多天然藥物在治療細胞凋亡紊亂引起的神經(jīng)性疾病、心臟疾病、肝損傷、腫瘤等在實驗研究中均取得了較好進展，在臨床上也取得了可喜成績。我們有理由相信, 隨著現(xiàn)代各個學(xué)科不斷滲透到細胞學(xué)領(lǐng)域和現(xiàn)代科技手段的不斷改進，JNK信號通路參與細胞凋亡的機制最終會被闡明, 從而可以進一步揭示生命的奧秘，并且對多種疾病的預(yù)防和治療發(fā)揮巨大的推動作用。因此，以JNK為作用靶點，不但為治療細胞凋亡引起的疾病提供了一個新的思路和方法，而且對尋找新的藥物靶點和篩選新藥及藥物的開發(fā)與臨床應(yīng)用有著重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。

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R743.31

A

1004-6879（2017）01-0054-03

* 河北省科技支撐項目（13272504D）,河北省教育廳青年基金項目（Q2012002）,河北省高校重點學(xué)科建設(shè)項目資助（冀教高[2013]4號病理學(xué)與病理生理學(xué)）

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（2016-08-31）