c-政務信息氨基末端激酶與多種疾病

1mapk家族成員促分裂原激活蛋白激酶（mk）是動物細胞中廣泛存在的一種絲氨酸類激酶。目前，已確定四種類型的菌株為細胞外信號調節(jié)激酶（c-flimate1.2，erk1.2）、c-junn-threatgalm（jnk）、p38和elk5。JNK又被稱為應激活化蛋白激酶(stress-activatedkinases,SAPK),是1990年被發(fā)現(xiàn)的促分裂原活化蛋白激酶,為MAPK家族的主要成員之一。JNK信號通路可被細胞因子[如腫瘤壞死因子α(tumornecrosisfactorα,TNFα)、白介素1(interleukin1,IL-1)、表皮生長因子(epidermalgrowthfactor,EGF)]、某些G蛋白偶聯(lián)受體、應激(如電離輻射、滲透壓、熱休克和氧化損傷)等多種因素激活,參與細胞增殖與分化、細胞形態(tài)維持、細胞骨架構建、細胞凋亡和細胞惡變等多種生物學反應。JNK信號通路功能失調可造成缺血再灌注損傷、慢性炎癥、神經退行性變、糖尿病和腫瘤等多種疾病。1.1jken基因的表達JNK基因有3個亞型,即JNK1,JNK2和JNK3,經過選擇性剪切形成。JNK1和JNK2在組織中廣泛表達,而JNK3僅在腦、心和睪丸中表達。每個JNK基因都可以編碼46和54kD的蛋白產物。3種JNK異構體通過不同的方式激活、結合和磷酸化不同的蛋白底物。1.2jsk1信號通路抑制劑激活MAPK信號通路是多級蛋白激酶的級聯(lián)反應,包括3個關鍵激酶:MAPK,MAPK激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MKK)和MAPK激酶的激酶(mitogen-activatedproteinkinasekinase,MKKK)。和所有MAPK一樣,JNK是3個激酶模塊中的一部分。TXY序列是MKK活化JNK的雙磷酸化位點,MKK4和MKK7通過磷酸化TXY序列的第183位蘇氨酸殘基(Thr183)和第185位酪氨酸殘基(Tyr185)激活JNK1。在20種MKKK中,至少有14種能啟動MKK4/MKK7-JNK信號通路,表明JNK信號通路在細胞對外界刺激反應中發(fā)揮重要作用。一些MKKK既可磷酸化激活JNK信號通路中的MKK4和MKK7,還能活化其他MKK,從而激活其底物分子,如MKK1和MKK2可激活ERK1/2,MKK3和MKK6可激活p38,MKK5可激活ERK5。JNK接受上游信號后被激活,可進一步使核內轉錄因子c-Jun的氨基末端第63位和第73位絲氨酸殘基磷酸化,進而激活c-Jun而增強其轉錄活性。c-Jun氨基末端的磷酸化還可以促進c-Jun/c-Fos異二聚體及c-Jun同二聚體形成,這些轉錄因子可以結合到許多基因啟動子區(qū)的轉錄激活蛋白-1(activatorprotein-1,AP-1)位點,增加特定基因的轉錄活性。此外,JNK激活后還可以使轉錄因子Elk-1(Ets-likeprotein-1)和ATF2(activatingtranscriptionfactor2)發(fā)生磷酸化,并使其轉錄活性增強。MKKK還可以與不同蛋白相互作用,發(fā)生共價修飾。許多MKKK由GTP酶激活,如Raf由Ras活化,MLK3和MEKK1分別由Rho家族中的Cdc42和RhoA激活;泛素化也可調節(jié)MKKK的活性,如MEKK1自動泛素化可以抑制其活性,IL-1受體信號通路復合物泛素化可以調節(jié)轉化生長因子激活激酶1(transforminggrowthfactor-activatedkinase-1,TAK1)的活性。許多MKKKK[如p21基因蛋白激酶(p21-activatedkinase,PAK)、葡萄糖激酶(glucokinase,GCK)和造血干細胞激酶(hematopoieticprogenitorkinase,HPK)]磷酸化MKKK,調控MKKK與其它蛋白的相互作用及定位。MKKK調節(jié)具有多樣性,使MAPK能整合多種細胞反應的刺激。2jsk-mapk蛋白的結構及作用機制信號通路的調節(jié)是個極其復雜的系統(tǒng),JNK信號通路的調節(jié)主要有兩種不同的機制,一是識別MKKK和MKK以及MKK和MAPK間的序列;二是支架蛋白使MKKK-MKK-MAPK模塊組裝成蛋白復合物。MAPK通過保守序列與特異性上游分子MKK和底物(如c-Jun,ATF2等)實現(xiàn)對接。在所有MAPK中(包括JNK),有一組帶負電荷的羧基端氨基酸連接到激酶的結構域序列,這個位點被稱為共同對接域(commondockingdomain,CD),用于MKK,MAPK,特異性底物以及支架蛋白的對接。另一個保守序列稱為谷氨酸-天冬氨酸域,同樣用于MAPK的對接。MKK,底物,MAPK及支架蛋白中的對接位點具有一個共同的保守序列R/K-X4-?A-X-?B(?A和?B是亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸的疏水殘基)。當對接位點(dockingdomain,DD)中的堿性殘基與MAPK的CD域的酸性殘基結合時,疏水殘基位于對接槽內,使得?A-X-?B疏水序列與DD序列結合。這些對接位點間的相互作用在MAPK的特異性結合和活化中扮演重要角色。除了MAPK與MKK、底物和調節(jié)因子間的對接作用,還有特異性序列調控MKKK和MKK間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn),在一些MKK中,包括調節(jié)JNK的MKK4/7,存在一種多功能對接域,被稱為多功能對接位點(domainforversatiledocking,DVD)。DVD位點位于MKK的羧基端,連接MKKK[包括MEKK1,MEKK4(MTK1),ASK1,Tao2和Tak1],所有這些都可以激活JNK信號通路。MKKK內的N形激酶結合域與MKK的DVD位點結合?？刂艼NK信號通路的另一方面是通過支架蛋白組合信號通路復合物。支架蛋白本身沒有催化功能,但是能編碼對接位點,連接MAPK模塊成員-MKKK,MKK和MAPK。一般情況下,支架蛋白通過和SH2,SH3,PTB等結合域相互作用與其他蛋白結合,而這些結構域使得細胞中的MAPK信號通路復合物定位至不同位點。不同的激活物使得支架蛋白和特異性MKKK選擇性活化MAPK,并具有時空動態(tài)性。在不同的支架蛋白中,JNK相互作用蛋白(JNK-interactingproteins,JIPs)結合特異性驅動蛋白和MKKK的混合譜系激酶(mixedlineagekinase,MLK)族;抑制蛋白β-arrestin為G蛋白偶聯(lián)受體磷酸化的輔助因子;多結合域蛋白POSH(plentyofSH3s)含有多個SH3結構域,參與哺乳動物和果蠅細胞凋亡中的JNK信號通路;接頭蛋白CrkII通過黏附因子與JNK信號通路結合。此外,MEKK1不僅能與MKK4結合,還能與JNK1/2結合,這表明它本身具有類似支架蛋白的作用。3j濱水平衡信號通路抑制劑在生理和疾病中發(fā)揮作用,jk信號通路是依據(jù)jk-5和疾病傳播的基敲除小鼠模型中目標同源重組基因,使得不同的JNK或其上游調節(jié)分子表達缺失,從而影響其在生理和疾病中發(fā)揮作用,通過JNK抑制劑也進一步證明了JNK信號通路在不同疾病中的重要作用。JNK抑制劑可抑制由缺血及其他應激誘導凋亡反應導致的細胞死亡,這顯示出了巨大的治療潛力。3.1jken信號通路在腦、心、腎、肝中,缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)損傷是一個重要的臨床問題。由I/R損傷導致的肝損發(fā)生于以下幾種情況,包括移植、肝腫瘤切除和循環(huán)系統(tǒng)的沖擊。Uehara等最近的一項研究表明:JNK信號通路是肝臟I/R損傷的主要調控因子。在這項研究中,3個高選擇性、可逆性競爭ATP的JNK抑制劑(CC0209766,CC0223105和CC-401)均可降低肝細胞和肝竇內皮細胞壞死和凋亡,其結果與JNK抑制劑阻斷體外培養(yǎng)的肝細胞凋亡的作用一致。在大鼠心肌I/R損傷模型中,JNK抑制劑AS601245減少大鼠心肌細胞凋亡和心肌梗死面積。在這個模型中,JNK主要出現(xiàn)在再灌注階段,它主要針對活性氧的產生。同樣,JNK抑制劑SP600125可減少大鼠肺移植I/R損傷。在每個模型中,JNK信號通路介導線粒體釋放的促凋亡因子,可直接磷酸化Bcl促凋亡家庭成員(如Bak和Bid),從而誘導促炎細胞因子(如TNFα,IL-1和IL-6)的表達。3.2jken1信號通路JNK通過表達特異性蛋白酶和細胞因子,在慢性炎癥性疾病中發(fā)揮重要作用。例如,JNK信號通路參與金屬蛋白酶的表達,這與類風濕性關節(jié)炎的關節(jié)破壞有關。TNFα是類風濕性關節(jié)炎中的一種主要促炎細胞因子,JNK似乎也可刺激TNFα表達。JNK1-/-小鼠金屬蛋白酶的表達受到抑制,JNK抑制劑SP600125抑制金屬蛋白酶的表達,保護類風濕性關節(jié)炎小鼠模型免受關節(jié)損傷。JNK2缺乏也可抑制關節(jié)基質降解,但并不能明顯緩解炎癥。動脈粥樣硬化也是一種慢性炎癥性疾病,JNK信號通路與其發(fā)病機制有關。使用去載脂蛋白E(apolipoprotein,ApoE)動脈粥樣硬化動物模型表明:缺乏JNK2的動物和對照組相比,其動脈粥樣硬化發(fā)生率降低,但缺乏JNK1并不降低動脈粥樣硬化的水平,這說明特異性JNK2抑制劑能降低動脈粥樣硬化。3.3不同/多氫吡啶對小鼠jken的活性檢測研究表明,神經退行性疾病神經元的死亡與JNK的激活密切相關,如帕金森病和阿爾茨海默病。帕金森病(Parkinson’sdisease,PD)是由中腦黑質致密部中多巴胺能神經元的選擇性丟失引起的。目前發(fā)現(xiàn)JNK激活與PD有關。在N-甲基-4-苯基-1,2,3,6四氫吡啶制造的PD小鼠模型以及PD患者的尸檢中,均可檢測到活化的JNK。基因剔除實驗表明:剔除JNK2,JNK3的小鼠比野生型小鼠更能抵制N-甲基-4-苯基-1,2,3,6四氫吡啶的毒性。阿爾茨海默病(Alzheimerdisease,AD)又稱老年癡呆癥,其主要病理特征是神經元的選擇性丟失及因超磷酸化Tau蛋白和β淀粉樣蛋白(β-amyloidpeptide,Aβ)在神經元內外的異常聚集而分別形成神經元纖維纏結和老年斑。研究發(fā)現(xiàn),在一種以PS-1基因為靶基因的家族性AD的P264L突變純合子轉基因鼠中,JNK激活與Tau的高度磷酸化和淀粉樣沉積相關,JNK激活和磷酸化呈時間依賴性,并隨淀粉樣沉積增加而增加。3.4jsk激活的原因糖尿病是一組復雜的內分泌代謝綜合征,胰島β細胞功能損傷和胰島素抵抗在糖尿病發(fā)病中起關鍵作用。JNK與β細胞凋亡、胰島素基因表達障礙和胰島素抵抗密切相關。1型糖尿病主要是由胰腺β細胞丟失引起的。其中,促炎因子(IL-1β,IFN-γ等)是白細胞介導的β細胞損傷和凋亡的主要誘導因素。動物實驗表明:IL-1β能通過刺激細胞生成NO而激活JNK,當支架蛋白IB-1阻斷JNK信號通路后,能抑制IL-1β誘導的β細胞凋亡。2型糖尿病的發(fā)病因素主要是胰島β細胞功能障礙和外周組織胰島素抵抗。2型糖尿病以其外周組織胰島素抵抗為標志,β細胞缺乏并不明顯。目前已發(fā)現(xiàn),JNK與胰島素抵抗、2型糖尿病、肥胖有密切關系。在2型糖尿病患者和糖尿病、肥胖的動物模型中均發(fā)現(xiàn),許多組織中的JNK活性明顯增高。胰島素通過磷脂酰肌醇3激酶途徑來調節(jié)各種代謝途徑,而JNK正是通過介導胰島素的代謝功能來發(fā)揮作用。JNK激活還能增加胰島素受體底物1中絲氨酸磷酸化,從而損害胰島素信號通路。剔除JNK1的糖尿病動物能夠防止飲食誘導的肥胖和胰島素抵抗,并觀察到血糖和胰島素水平明顯下降。Tuncman等發(fā)現(xiàn),JNK1-/-,JNK1-/-,JNK2-/-小鼠的體質量降低,胰島素敏感性增加。3.5jken1和tpa的關系目前許多實驗都在腫瘤中觀察到JNK活性增高,表明JNK與腫瘤發(fā)生密切相關。JNK能夠促進腫瘤形成可能與其促進增殖有關。Uhlirova等通過致癌物Ras/Raf誘導果蠅腫瘤形成,發(fā)現(xiàn)Raf與JNK起協(xié)同作用,誘導細胞異常增生。在對哺乳動物的JNK信號研究中也發(fā)現(xiàn),JNK能夠促進腫瘤形成。Nateri等剔除c-Jun基因或者JNK磷酸化的位點發(fā)生改變時,能使小鼠腸道腫瘤變小,腫瘤細胞減少,并且延長小鼠的壽命。在二乙基亞硝胺誘導的肝癌小鼠模型中,JNK1持久激活,而JNK1缺失大大降低二乙基亞硝胺誘發(fā)肝癌的易感性。JNK1-/-小鼠中細胞周期蛋白D和血管內皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)表達下降,抑制肝細胞增殖,減少腫瘤新生血管。相反,有些實驗發(fā)現(xiàn)JNK與抑制腫瘤有關。致癌物質TPA能誘導皮膚癌形成,剔除JNK1的小鼠對TPA誘導的皮膚癌有顯著敏感性。剔除JNK1的小鼠腫瘤發(fā)生率明顯高于野生型小鼠,而且腫瘤的數(shù)目、直徑明顯增大,這表明JNK1在皮膚癌的發(fā)生中是一個重要的抑制物。Winn等通過體外非小細胞肺癌的研究中發(fā)現(xiàn),JNK激活能抑制腫瘤形成、維持上皮分化和抑制變