1、MAPK信號(hào)通路MAPK,絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinases，MAPKs）是細(xì)胞內(nèi)的一類(lèi)絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶。研究證實(shí)，MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在于大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)，在將細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及其核內(nèi)，并引起細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)（如細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等）的過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用。研究表明，MAPKs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在細(xì)胞內(nèi)具有生物進(jìn)化的高度保守性，在低等原核細(xì)胞和高等哺乳類(lèi)細(xì)胞內(nèi)，目前均已發(fā)現(xiàn)存在著多條并行的MAPKs信號(hào)通路，不同的細(xì)胞外刺激可使用不同的MAPKs信號(hào)通路，通過(guò)其相互調(diào)控而介導(dǎo)不同的細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)。 1并行MAPKs信號(hào)通路的組成

2、及其活化特點(diǎn)在哺乳類(lèi)細(xì)胞目前已發(fā)現(xiàn)存在著下述三條并行的MAPKs信號(hào)通路1。11ERK（extracellularsignal-regulatedkinase）信號(hào)通路1986年由Sturgill等人首先報(bào)告的MAPK。最初其名稱(chēng)十分混亂，曾根據(jù)底物蛋白稱(chēng)之為MAP2K、ERK、MBPK、RSKK、ERTK等。此后，由于發(fā)現(xiàn)其具有共同的結(jié)構(gòu)和生化特征，而被命名為MAPK。近年來(lái)，隨著不同MAPK家族成員的發(fā)現(xiàn)，又重新改稱(chēng)為ERK。在哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞中，與ERK相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑被認(rèn)為是經(jīng)典MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，目前對(duì)其激活過(guò)程及生物學(xué)意義已有了較深入的認(rèn)識(shí)。研究證實(shí)，受體酪氨酸激酶、G蛋白

3、偶聯(lián)的受體和部分細(xì)胞因子受體均可激活ERK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。如：生長(zhǎng)因子與細(xì)胞膜上的特異受體結(jié)合，可使受體形成二聚體，二聚化的受體使其自身酪氨酸激酶被激活；受體上磷酸化的酪氨酸又與位于胞膜上的生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2（Grb2）的SH2結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，而Grb2的SH3結(jié)構(gòu)域則同時(shí)與鳥(niǎo)苷酸交換因子SOS（SonofSevenless）結(jié)合，后者使小分子鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白R(shí)as的GDP解離而結(jié)合GTP，從而激活Ras；激活的Ras進(jìn)一步與絲蘇氨酸蛋白激酶Raf-1的氨基端結(jié)合，通過(guò)未知機(jī)制激活Raf-1；Raf-1可磷酸化MEK1MEK2（MAPkinaseERKkinase）上的二個(gè)調(diào)節(jié)性絲氨酸，從而激活

4、MEKs；MEKs為雙特異性激酶，可以使絲蘇氨酸和酪氨酸發(fā)生磷酸化，最終高度選擇性地激活ERK1和ERK2（即p44MAPK和p42MAPK）。ERKs為脯氨酸導(dǎo)向的絲蘇氨酸激酶，可以磷酸化與脯氨酸相鄰的絲蘇氨酸。在絲裂原刺激后，ERKs接受上游的級(jí)聯(lián)反應(yīng)信號(hào)，可以轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核。因此，ERKs不僅可以磷酸化胞漿蛋白，而且可以磷酸化一些核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子如c-fos、c-Jun、Elk-1、c-myc和ATF2等，從而參與細(xì)胞增殖與分化的調(diào)控。另外，ERK還可以磷酸化ERKs通路的上游蛋白如NGF受體、SOS、Raf-1、MEK等，進(jìn)而對(duì)該通路進(jìn)行自身的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。還有研究發(fā)現(xiàn)，ERKs可磷酸化胞

5、漿內(nèi)的細(xì)胞骨架成份，如微管相關(guān)蛋白MAP-1、MAP-2和MAP-4，參與細(xì)胞形態(tài)的調(diào)節(jié)及細(xì)胞骨架的重分布。最近，國(guó)外學(xué)者又新克隆出ERK5及其上游激酶MEK5，這條MAPKs信號(hào)通路可被H2O2及高滲刺激活2，其底物為c-Myc。通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)還有ERK3 KinaseERK3及ERK4兩條通路存在，但目前對(duì)其激活信號(hào)、底物及生物學(xué)意義還不清楚。12JNKSAPK通路c-Jun氨基末端激酶（c-JunN-terminalkinase，JNK）又被稱(chēng)為應(yīng)激活化蛋白激酶（stress-activatedproteinkinase，SAPK），是哺乳類(lèi)細(xì)胞中MAPK的另一亞類(lèi)。目前，從成熟

6、人腦細(xì)胞中已克隆了10個(gè)JNK異構(gòu)體，它們分別由JNK1、JNK2和JNK3基因編碼3，分子量46000的JNK1和分子量55000的JNK2在各種組織細(xì)胞中廣泛表達(dá)，而JNK3選擇性在腦細(xì)胞中表達(dá)。JNKSAPK信號(hào)通路可被應(yīng)激刺激（如紫外線、熱休克、高滲刺激及蛋白合成抑制劑等）、細(xì)胞因子（TNF，IL-1）、生長(zhǎng)因子（EGF）及某些G蛋白偶聯(lián)的受體激活。外界刺激可通過(guò)Ras依賴(lài)或非Ras依賴(lài)的兩條途徑激活JNK，小分子G蛋白R(shí)as超家族的成員之一Rho可能也是JNK激活的上游信號(hào)4，Rho蛋白R(shí)ac及cdc42的作用可能是與p21激活的絲蘇氨酸激酶PAK結(jié)合，使其自身磷酸化而被激活，而活化

7、的PAK進(jìn)一步使JNK激活。已有研究證實(shí)，雙特異性激酶JNKKinase（JNKK）是JNKSAPK的上游激活物，包括MKK4（JNKK1）、MKK7（JNKK2），其中MKK7JNKK2可特異性地激活JNK5，而MKK4則可同時(shí)激活JNK1和p38。JNKK的上游激活物為MEKK，MEKK1在體外過(guò)表達(dá)時(shí)可激活MEK，但MEKK1在體內(nèi)高度選擇性地磷酸化MKK4，從而激活JNK6。MEKK2也可通過(guò)MKK4激活JNK和p38。JNKSAPK接受上游信號(hào)被激活后，可以進(jìn)一步使核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子c-Jun氨基末端63及73位的絲氨酸殘基磷酸化，進(jìn)而激活c-Jun而增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性7。c-Jun氨基末端

8、的磷酸化還可以促進(jìn)c-Junc-Fos異二聚體及c-Jun同二聚體的形成，這些轉(zhuǎn)錄因子可以結(jié)合到許多基因啟動(dòng)子區(qū)AP-1位點(diǎn)，增加特定基因的轉(zhuǎn)錄活性。此外，JNKSAPK激活后還可以使轉(zhuǎn)錄因子Elk-1和ATF2發(fā)生磷酸化，并使其轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)。13p38MAPK通路p38MAPK是1993年由Brewster等人在研究高滲環(huán)境對(duì)真菌的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)的8。以后又發(fā)現(xiàn)它也存在于哺乳動(dòng)物的細(xì)胞內(nèi)，也是MAPKs的亞類(lèi)之一，其性質(zhì)與JNK相似，同屬應(yīng)激激活的蛋白激酶。目前已發(fā)現(xiàn)p38MAPK有5個(gè)異構(gòu)體，分別為p38（p38）、p381、p382、p38、p38。其分布具有組織特異性：p38、p381、p

9、382在各種組織細(xì)胞中廣泛存在，p38僅在骨骼肌細(xì)胞中存在，而p38主要存在于腺體組織。研究證實(shí)，p38MAPK通路的激活劑與JNK通路相似。一些能夠激活JNK的促炎因子（TNF、IL-1）、應(yīng)激刺激（UV、H2O2、熱休克、高滲與蛋白合成抑制劑）也可激活p38，此外，p38還可被脂多糖及G細(xì)菌細(xì)胞壁成分所激活。p38信號(hào)通路也由三級(jí)激酶鏈組成，其上游激活物為MKK3、MKK4及MKK6，與MKK4不同，MKK3、MKK6僅特異性激活p389。體外細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)表明，MEKK2。MEKK3可通過(guò)激活MKK4同時(shí)激活JNK和p38，而MEKK3通過(guò)激活MKK3特異性激活p38。不同的p38異構(gòu)體對(duì)

10、同一刺激可有不同的反應(yīng)，IL-1對(duì)p38的激活明顯強(qiáng)于p38，TNF1-使p38活性達(dá)到高峰的時(shí)間明顯短于使p38達(dá)到高峰的時(shí)間10。不同的異構(gòu)體對(duì)底物的作用也具有選擇性，p38 2對(duì)ATF2的磷酸化作用明顯強(qiáng)于p38，p38可以磷酸化ATF2，但卻不能激活MAPKAP-K2和MAPKAP-K311；不同的異構(gòu)體與不同的上游激酶偶聯(lián)，MKK6可以激活p38、p382、p38，而MKK3僅能激活p38、p38。2并行的MAPKs 信號(hào)通路在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的協(xié)調(diào)作用在真菌中，并行的MAPKs信號(hào)通路在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中并無(wú)相互作用，其每一條MAPKs通路都是相對(duì)獨(dú)立的，通常不與其它通路發(fā)生交聯(lián)。能夠維

11、持這種相對(duì)獨(dú)立的機(jī)制是由于存在著支架蛋白（如STE5），它可將外界信號(hào)激活的細(xì)胞信號(hào)通路中的各個(gè)信號(hào)分子結(jié)合到一起，形成復(fù)合物，起到生理性隔室化的效應(yīng)，從而防止這條通路與其它通路發(fā)生交聯(lián)12。對(duì)真菌說(shuō)來(lái)，不同的MAPKs通路調(diào)節(jié)不同的生理過(guò)程；對(duì)于同樣的刺激，幾條并行的通路并不同時(shí)被激活；其中一條通路若出現(xiàn)突變，也不影響其它通路的信號(hào)傳遞。研究表明，哺乳類(lèi)細(xì)胞也可通過(guò)多種機(jī)制維持其每一條MAPKs信號(hào)通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的特異性。一條通路中的各信號(hào)分子可以直接形成復(fù)合物，如MEK1與Ras、Raf-113可形成復(fù)合物，每一信號(hào)分子的空間構(gòu)象通常是其相互識(shí)別的基礎(chǔ)，如Raf-1、MEK僅識(shí)別它們的天然底

12、物MEK及ERK，而變性的ERK則不能被識(shí)別。晚近，Schaeffer和Whitmarsh等人報(bào)告在哺乳類(lèi)細(xì)胞中也存在著類(lèi)似于真菌的支架蛋白，如MP1（MEKPartner1）可以特異性與MEK1和ERK1形成復(fù)合物并促進(jìn)其活化14，而JIP-1（JNKinteractingprotein-1）可以特異性與MKK7和JNK形成復(fù)合物并促進(jìn)其活化15。但是，在哺乳類(lèi)細(xì)胞中并行的MAPKs信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)具有更為復(fù)雜的協(xié)調(diào)作用。同一刺激，可同時(shí)激活幾條MAPKs通路，如應(yīng)激刺激可同時(shí)激活ERK、JNK和p38MAPK三條通路，而EGF可同時(shí)激活JNK及ERK二條通路，并行的MAPKs通路之間

13、通過(guò)復(fù)雜的機(jī)制既可相互區(qū)別、又能相互調(diào)節(jié)。有研究證實(shí)，在成纖維細(xì)胞中，激活SAPK的刺激可以誘導(dǎo)MKP-1基因的表達(dá)，但激活ERK的刺激并無(wú)此作用，由于MKP-1可使ERK去磷酸化活性降低，提示這二條通路之間具有相互調(diào)控，這一調(diào)節(jié)機(jī)制的存在可使細(xì)胞特異地對(duì)激活SAPK通路的刺激發(fā)生反應(yīng)16。此外還有學(xué)者報(bào)告，JNK及ERK均可磷酸化轉(zhuǎn)錄因子Elk-1，促進(jìn)TCF（ternarycomplexfactor）的形成、增加SRE（serumresponseelement）的轉(zhuǎn)錄活性，提示SRE是這二條通路的匯合點(diǎn)，表明細(xì)胞可對(duì)不同的細(xì)胞外刺激信號(hào)進(jìn)行整合，最終產(chǎn)生協(xié)調(diào)的生物學(xué)反應(yīng)17。由此可見(jiàn)，在哺

14、乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞中，并行的MAPKs通路相互區(qū)別、相互聯(lián)系，確保了細(xì)胞反應(yīng)的精確性和準(zhǔn)確性。3MAPKs 的滅活研究體外培養(yǎng)的PC12細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，ERK被細(xì)胞外刺激激活后，其活性增高持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短決定著細(xì)胞對(duì)刺激的反應(yīng)形式：ERK的短暫激活可使細(xì)胞增殖，而ERK的持續(xù)激活可使細(xì)胞分化18。因此，MAPKs的滅活與其被激活同樣重要，而且也是受到嚴(yán)格調(diào)控的。MAPKs調(diào)節(jié)位點(diǎn)的蘇氨酸及酪氨酸殘基被其上級(jí)雙特異性激酶磷酸化激活，一組雙特異性蛋白磷酸酶可使同樣位點(diǎn)的蘇氨酸及酪氨酸殘基去磷酸化，從而滅活MAPKs。目前已知的雙特異性磷酸酶有：MKP-1（CL100）、MKP-2、hvH3、hvH5、PAC-1

15、、MKP-3、Pst-1、Pst-2。在COS細(xì)胞或大鼠胚胎成纖維細(xì)胞中表達(dá)的MKP-1不僅可阻斷血清或TPA對(duì)ERK的激活，而且可以阻斷激活的Ras及Raf對(duì)ERK的激活，在血管平滑肌細(xì)胞，MKP-1的反義寡核苷酸可以延長(zhǎng)ERK的激活，但對(duì)激活的MEK1無(wú)影響，COS細(xì)胞及T淋巴細(xì)胞中，PAC-1的表達(dá)可阻斷EGF、TPA及T細(xì)胞激活劑引起的ERK的激活。當(dāng)MKP-1，MKP-2及PAC-1分別在COS細(xì)胞、NIH3T3細(xì)胞及Hela細(xì)胞中表達(dá)后，MKP-1可滅活JNK、ERK及p38，MKP-2可滅活ERK及JNK，PAC-1可滅活ERK及p38，當(dāng)這些蛋白質(zhì)過(guò)度表達(dá)時(shí)，其對(duì)底物的選擇性喪

16、失19。MKP-1、PAC-1均存在于細(xì)胞核中，為早期即刻反應(yīng)基因，可以被生長(zhǎng)因子及細(xì)胞應(yīng)激所誘導(dǎo)。Pst-1、Pst-2是CL100樣雙特異性磷酸酶，在人皮膚成纖維細(xì)胞中為組成型表達(dá)，不為應(yīng)激所誘導(dǎo)，在胞漿中高度選擇性滅活ERK20MKP-3（hvH6）及M36是新發(fā)現(xiàn)的2個(gè)雙特異性磷酸酶，MKP-3在胞漿中選擇性滅活ERK，而M36高度選擇性滅活JNK及p38。有時(shí)，MAPKs的滅活并不依賴(lài)于雙特異性磷酸酶。在PC12細(xì)胞，蛋白磷酸酶2A（PP2A）是ERK滅活的限速酶，同時(shí)可下調(diào)MEK的活性21。由于PP2A主要位于胞漿中，因此，它主要滅活胞漿中的MAPKs。MAPKs的滅活隨其在細(xì)胞中

17、的位置不同，由不同的磷酸酶滅活。PP2A、Pst-1、Pst-2可迅速滅活胞漿中的MAPKs，持續(xù)的MAPKs的激活，常伴有MAPKs轉(zhuǎn)位到核，此時(shí)核中的MAPKs由位于細(xì)胞核中的雙特異性磷酸酶MKP-1、PAC-1等滅活。此外，不同的MAPKs為不同的雙特異性磷酸酶選擇性滅活。4MAPK 信號(hào)通路激活的生物學(xué)意義ERK信號(hào)通路在生長(zhǎng)因子介導(dǎo)的細(xì)胞增殖過(guò)程中發(fā)揮重要作用已經(jīng)為人們所公認(rèn)。因?yàn)轱@性失活（dominant-negative）Ras、Raf-1突變體可以抑制細(xì)胞增殖，而持續(xù)激活的Raf-1可介導(dǎo)細(xì)胞增殖；同樣，顯性失活MEK突變體或持續(xù)激活的MEK分別抑制或促進(jìn)NIH3T3細(xì)胞的增殖

18、；突變的ERK或其反義cDNA可抑制細(xì)胞增殖22。此外，ERK通路也參予細(xì)胞分化。JNKSAPK及P38MAPK多在應(yīng)激條件下激活，二者激活后的生物學(xué)意義，尚未完全澄清，但研究表明，這兩條通路的激活可能與細(xì)胞凋亡及應(yīng)激時(shí)的多種病理生理過(guò)程有關(guān)。細(xì)胞凋亡在多細(xì)胞生物體的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)的維持及嚴(yán)重受損細(xì)胞的清除中發(fā)揮著重要的作用。多項(xiàng)研究表明，JNK的激活與多種細(xì)胞的細(xì)胞凋亡調(diào)控有關(guān)。神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）可使PC12細(xì)胞發(fā)生分化，當(dāng)NGF從培養(yǎng)基中被去除后，JNK被激活，出現(xiàn)細(xì)胞凋亡；當(dāng)PC12細(xì)胞被轉(zhuǎn)染了JNK上游激酶MEKK1的顯性失活突變體后，NGF撤除誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡可被阻斷23。Jurkat

19、細(xì)胞經(jīng)射線處理后JNK可被激活，出現(xiàn)細(xì)胞凋亡，而當(dāng)細(xì)胞被轉(zhuǎn)染了顯性失活JNK突變體后，射線誘導(dǎo)的凋亡可以被阻斷，同樣，激活的JNK過(guò)度表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡24。以上研究均表明，JNK的激活可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。但是，有些細(xì)胞僅有JNK激活不足以引起細(xì)胞凋亡，IL-1可強(qiáng)烈地激活JNK，但在某些條件下也不引起凋亡，提示JNK激活作用可能具有細(xì)胞和刺激物的特異性。此外，JNK激活方式的不同也可產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)，射線照射JurkatT細(xì)胞后，JNK被持續(xù)激活，細(xì)胞發(fā)生凋亡；而CD28單抗加PMA處理后，JNK被迅速而短暫的激活，細(xì)胞并不出現(xiàn)凋亡，而是被活化和增殖25。在PC12細(xì)胞中，NGF撤除誘導(dǎo)

20、的凋亡不僅伴有JNK的激活、同時(shí)還伴有ERK活性的降低；ERK的持續(xù)激活可以阻止細(xì)胞凋亡的發(fā)生23。T細(xì)胞的激活需要來(lái)自TCR及CD28的雙重刺激，TCR與配體結(jié)合后可激活ERK，而CD28與配體結(jié)合后可激活JNK，僅有ERK的激活，T細(xì)胞將成為無(wú)反應(yīng)性T細(xì)胞，只有ERK及JNK兩條通路均被激活后，T細(xì)胞才被激活，可發(fā)生增殖，產(chǎn)生IL-226。CD40為B細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白，其交聯(lián)在B細(xì)胞的激活、增殖、分化過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，研究表明CD40的交聯(lián)選擇性激活JNK，而不是ERK。因此，B細(xì)胞JNK的激活可促進(jìn)其增殖、分化27，由此可見(jiàn)，JNK通路也可以為細(xì)胞增殖提供信號(hào)，JNK及ERK兩

21、條信號(hào)通路信號(hào)的整合與協(xié)調(diào)決定著細(xì)胞的最終反應(yīng)。除此之外，JNK的激活還與病理?xiàng)l件下心肌細(xì)胞的代償性肥大28、細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化29、肥大細(xì)胞脫顆粒、引起速發(fā)型變態(tài)反應(yīng)有關(guān)。吡啶咪唑類(lèi)衍生物（SB202190、SB203580）可特異性抑制p38的激活，因此為研究p38在體內(nèi)的作用提供了有力工具。p38可通過(guò)激活一些轉(zhuǎn)錄因子和其它的蛋白酶而產(chǎn)生一定的生物學(xué)效應(yīng)。目前認(rèn)為，p38MAPK信號(hào)通路主要參與應(yīng)激條件下細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡過(guò)程。如：特異性阻斷P38 MAPK通路，可抑制脂多糖誘導(dǎo)的IL-1及TNF的產(chǎn)生30；SB203580可以使TNF誘導(dǎo)的IL-6表達(dá)減少，還可抑制CD28依賴(lài)性T細(xì)胞增殖和IL-2表達(dá)。還有學(xué)者報(bào)告，在HIV感染的淋巴細(xì)胞中p38 MAPK活性增高，應(yīng)用特異性抑制劑或p38 MAPK反義寡核苷酸可特異性抑制病毒的復(fù)制31。在腎小球系膜細(xì)胞中，p38 MAPK激活可能參與IL-1誘導(dǎo)的前列腺素和一氧化氮合成調(diào)控32。在B淋巴細(xì)胞和PC12細(xì)胞中，p38 MAPK激活參與細(xì)胞凋亡的調(diào)控，與JNK可能有協(xié)同作用33。研究還發(fā)現(xiàn)，谷氨酸與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的NMDA受體結(jié)合后可激活p38 MAPK，導(dǎo)致腦顆粒細(xì)胞發(fā)生凋亡；高滲可激活腎髓質(zhì)小管上皮MDCK