JNK信号通路活化参与多种临床疾病的机理

时间:2019-10-03

　c-Jun氨基末端激酶 （c-Jun N-terminal kinase,JNK），又称为应激激活蛋白激酶（SAPK），属于丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族的一类。上世纪九十年代，在紫外线照射的HeLa细胞提取物过程中被发现[1],可参与人类细胞的胚胎发育、细胞分化、细胞增殖、细胞死亡的过程。

　　近些年研究证实，JNK信号通路活化参与多种临床疾病发生发展过程，调控JNK信号通路可作为临床疾病防治的作用靶点。

　　1 JNK信号通路。

　　1.1生物学特性JNK编码为3个基因，分别是JNK1（SAPK-γ）、JNK2（SAPK-α）和JNK3（SAPK-β）。JNK1和JNK2基因在全身广泛表达，而JNK3基因仅限于脑、心脏、睾丸等部位表达[2].每个JNK基因分子量为46×103和54×103,主要位于细胞质。这些基因通过选择性剪接而形成10种异构体，不同剪接蛋白的产生主要基于羧基末端是否存在延伸。而另一种选择性剪接仅针对于JNK1和JNK2,即对亚结构域Ⅸ和Ⅹ之间的2个外显子进行编码。正是由于上述选择性剪接作用，改变了JNK与底物对接点相互作用的能力而影响了底物的特异性[3-4].

　　1.2 JNK信号通路的激活与调控JNK信号通路可被细胞外多种因素刺激而致使细胞内发生一系列反应，这些因素包括细胞因子（如TNF-α、IL-1、EGF等）、应激（如紫外线、电离辐射、氧化损伤等）以及某些G蛋白偶联受体等。

　　JNK信号通路调控网络主要由上游调节因子、下游靶基因和靶蛋白、支架蛋白等3部分组成。

　　JNK通路的上游调节因子需要经过3级酶促级联反应：MAPKKKs、MAP-KKs、MAPKs.主要包括EPK激酶家族的MEKK1-4;混合连接激酶家族的MLK1-3;凋亡信号调节激酶家族的ASK1-2;TGF-β激活蛋白激酶（TAK）、TPL2等[4-6].JNK上游双特 异性 激酶由MKK4（MEK4,JNKK1）和MKK7（MEK7,JNKK2）组成。

　　MKK4和MKK7通过双磷酸化JNK的苏氨酸Thr183和酪氨酸Tyr185位点而激活JNK,但此二者功能是不同的，MKK4优先磷酸化Tyr185位点，而MKK7优先磷酸化Thr183位点[7-8].当受到上游调节因子激活后，JNK就会从细胞质移位于细胞核，调控下游靶基因的表达或靶蛋白的活性，从而发挥细胞的增殖、死亡、修复等生物学效应。

　　c-Jun蛋白是激活蛋白-1（AP-1）复合体的一个组成部分，是JNK蛋白激酶的重要底物，当受到细胞外刺激后，活化的JNK又可激活下游靶基因c-Jun,有效增加下游AP-1结合活动而使c-Jun表达增强，最终使JNK信号转导通路发生活化[9].JNK还可调控JunB、JunD、ATF2等相关底物，提高其转录活性。

　　JNK信号通路调控的路径还包括一些支架蛋白，包括JNK相互作用蛋白（JIP）、JNK相关亮氨酸拉链蛋白（JLP）、JNK1相联系的膜蛋白（JAMP）、接头蛋白CrkⅡ等[10].支架蛋白本身没有催化功能，但它能 够 编 码 对 应 位 点，并 连 接MAPK模 块 成 员MKKK、MPKK和MAPK.

　　1.3 JNK信号通路抑制剂JNK信号通路抑制剂主要包括ATP竞争性抑制剂、ATP非竞争性抑制剂和肽酶类抑制剂。许多抑制剂已经进入临床试验阶段，并取得较好的疗效。

　　JNK通路特异性抑制剂SP600125是吡唑蒽酮类化合物，能通过与JNK激酶竞争ATP结合位点，实现对JNK激酶的抑制。它可以穿过细胞膜的蛋白，阻断JNK依赖的基因转录和细胞损伤，从而达到保护细胞的目的[11].第二代ATP竞争性抑制剂，如CC-401已经开发并应用在肾损伤模型中，对其起保护作用，目前已进入临床试验阶段。

　　AS601245,另一个ATP结合位点抑制剂，有学者研究[12]证实其能够通过抑制激活的JNK通路防止神经元缺血性死亡。肽酶抑制剂D-JNK1-1能够有效保护神经细胞和心肌细胞[13].各种抑制剂还包括AM-111、CEP-1347、CNI-1493和XG-102（D-JNKⅡ）等[14-15],都能够通过拮抗和抑制JNK通路活化的某一关键环节，对临床疾病起保护和治疗作用。与此同时，应用SP600125衍生 物CC359和CC930分别对缺血再灌注损伤、纤维化等疾病进行临床研究，具有广阔的开发前景。

　　2 JNK信号通路与临床疾病。

　　2.1 JNK信号通路与神经退行性病变。

　　神经退行性病变主要指以神经元的变性为基本病理特征的神经系统疾病，目前分子机制不是很明确，缺乏治疗措施。而许多学者研究证实神经元的生物与活化的JNK信号通路有关。

　　Wang等[16]研究表明，阿尔茨海默病（AD）是以与过度磷酸化的tau蛋白相关联的神经突触损失为特征的神经退行性病变。

　　而JNK的活化参与高度磷酸化的tau蛋白，抑制JNK通路 可 能 是AD潜 在 治 疗 靶 点。Zheng等[17]应 用SP600125治疗老年痴呆等神经系统疾病，发现其可以抑制JNK通路的活化，从而对神经细胞的凋亡起保护作用。

　　Wang等[18]研究也发现，帕金森氏病（PD）的发病机制与激酶的活性和磷酸化有密切关系。

　　JNK信号通路在神经元死亡中发挥重要的调控机制，通过抑制该通路的激活可有效的缓解神经元细胞的死亡。

　　而Dou等[19]将SP600125用于PD也取得了理想的效果。研究结果表明，抑制激活的JNK通路是未来PD治疗的有益探索。

　　2.2 JNK信号通路与缺血再灌注损伤机体组织器官缺血一定时间后，在重新恢复血供后，不仅不能改善相关组织器官的功能，而且还加重组织结构的破坏和代谢障碍的发生。许多研究证实，心、脑、肝、肾等组织最易出现缺血再灌注损伤。因此，更好的防治缺血再灌注损伤是临床面临的重要问题。近些年，大量有关JNK通路的研究表明，JNK信号通路在缺血再灌注损伤中发挥重要调控机制，JNK通路抑制剂能够改善和预防缺血再灌注损伤。

　　Sun等[20]采用中草药红景天提炼出活性物质治疗缺血再灌注损伤诱导的心肌细胞凋亡，实验中发现JNK在缺血再灌注引起心肌细胞凋亡的过程中发生高度磷酸化，激活的JNK信号通路可能参与其损伤过程，红景天提炼的活性物质可有效防止心肌细胞凋亡的发生，其作用机制可能是与抑制JNK通路的活化有关。

　　Ocuin等[21]为研究尼洛替尼在缺血再灌注引起的肝损伤中的治疗作用，采用肝脏组织学、RT-PCR、免疫印迹杂交和流式细胞仪的方法检测尼洛替尼的治疗效果，实验结果证实，JNK信号通路在肝脏缺血再灌注损伤中起重要调控作用。尼洛替尼在肝脏缺血再灌注损伤中具有重要保护作用，其作用机制与抑制JNK信号通路的活化有关。

　　Qi等[22]采用苏木精-伊红染色、细胞凋亡、免疫组化、免疫印迹杂交等方法，研究JNK通路在脑缺血再灌注损伤中的作用机制，实验结果发现，JNK3在脑缺血再灌注损伤中发生了磷酸化，JNK通 路 发 生 了 活 化，而 热 休 克 蛋 白72（HSP72）能够保护脑缺血再灌注损伤，其作用机制也与抑制JNK通路的激活有关。

　　2.3 JNK通路与内耳疾病近些年，有研究证实JNK通路能够介导多种内耳疾病的损伤。在药毒、噪声、老化等原因引起的耳蜗、前庭、螺旋神经节等细胞损伤中发现有活化的JNK通路，通过抑制JNK的活性能够改善细胞损伤状况。

　　Nagashim等[23]应用抗氧化剂TEMPOL和一氧化氮合酶抑制剂L-NAME研究噪声引起小鼠听力损失，研究结果证实2种药品可下调JNK通路指标的表达。

　　结果表明，TEMPOL和L-NAME是通过调控JNK通路来减轻噪声引起的听力损失。

　　Infante等[24]为研究甘露醇在TNF-α诱导的耳蜗毛细胞损伤中的保护作用，从3日龄幼鼠上解剖螺旋器进行体外培养，然后把实验分成空白对照组、TNF-α组、TNF-α+甘露醇组3组。采用异硫氰酸荧光素进行染色，免疫荧光测定JNK、caspase-3、AIF、Endo G等相关指标。结果，TNF-α在螺旋器有表达，甘露醇在TNF-α介导螺旋器毛细胞损伤的保护作用也被证实，并且甘露醇能够减少JNK、AIF、Endo G相关指标的表达。结果证实，甘露醇能够减轻TNF-α介导螺旋器毛细胞损伤可能是抑制JNK通路的激活。实验结果能够为内耳手术、耳蜗的植入以及保护残余听力提供有益的思路。

　　Choi等[25]在探讨根皮素在顺铂诱导的染毒听觉毛细胞中的作用机制研究中，以苹果和梨提取的多酚化合物根皮素与血红素氧合酶-1（HO-1）在时间和浓度呈依赖方式，且可以激活在HO-1表达起重要调控作用的JNK通路，从而导致顺铂诱导听觉毛细胞凋亡的发生。研究结果表明，抑制JNK通路的活化，可以有效抑制HO-1的表达，防治顺铂引起的耳蜗听觉毛细胞损伤。

　　Shim等[26]在对全反式维甲酸（ATRA）在噪声诱导大鼠听力损伤的治疗效果的研究中，发现JNK通路是噪声引起耳蜗毛细胞凋亡的主要途径之一。AT-RA是JNK通路中重要转录因子激活蛋白-1的抑制剂，它可以有效的降低噪声诱导大鼠耳损伤的听阈值，使耳蜗毛细胞存活率大大增加。这些结果可能与抑制JNK通路转录因子激活蛋白-1有关。

　　2.4 JNK通路与肾脏疾病JNK通路作为MAPK通路的一类，能够介导多种疾病的损伤。现代研究表明，梗阻性肾病、缺血性肾病、药物性肾损害、高血压肾损害、糖尿病肾病以及慢性肾炎等肾脏疾病中都有活化的JNK通路参与，许多研究者将以调控JNK通路的激活与转录作为防治肾脏疾病的新治疗靶点。

　　Meng等[27]研究黄芪皂甙Ⅳ联合阿魏酸对梗阻性肾病中肾小管纤维化防治作用的实验中，建立UUO大鼠模型，以免疫组化、免疫印迹杂交的方法检测激活的JNK通路相关指标。结果表明，模型组p-JNK活性增高，与治疗组比较，差异有统计学意义。结果表明，JNK信号通路的激活是肾小管纤维化机制发生的重要通路，黄芪皂甙联合阿魏酸治疗梗阻性肾病中的肾小管纤维化的机制可能与抑制JNK信号通路的活化有关。Kanellis等[28]建立肾脏缺血再灌注大鼠模型，以JNK通路抑制剂CC-401提前干预，结果发现CC-401对缺血再灌注肾损伤具有保护作用。实验证实，JNK通路参与缺血再灌注肾损伤的调控。而Wang等[29]研究也证实，银杏叶提取物（金纳多）能够通过抑制JNK信号通路的激活对肾脏缺血再灌注损伤起保护作用。Lim等[30]为研究螺旋藻属类提取的藻蓝蛋白对顺铂诱导的肾损伤的治疗作用，将大鼠分成空白对照组、顺铂组、藻蓝蛋白组、顺铂加藻蓝蛋白组4组。结果显示，顺铂组出现肾功能下降，肾小管上皮细胞凋亡或坏死；而藻蓝蛋白组在肾功能、肾脏组织学方面得到明显的改善，对肾损害具有保护作用。研究表明，藻蓝蛋白对顺铂诱导的肾损伤大鼠具有保护作用，其作用机制可能至少部分与抑制JNK通路活化有关。

　　Qi等[31]采用单侧肾脏切除联合注射链脲佐菌素建立糖尿病肾病模型，以4-苯基丁酸（4-PBA）进行干预。结果，模型组在尿蛋白、血糖以及炎性趋化因子等明显升高，并且发生部分JNK通路活化；而干预组能够抑制JNK通路的激活，降低尿蛋白、血糖以及炎性趋化因子等水平。研究表明，JNK通路部分参与糖尿病肾病的调控。

　　3 展望。

　　近些年以来，JNK通路的研究取得了长足的进展，新的JNK通路的上游激酶、下游底物和支架蛋白被揭示，JNK通路在细胞内外的作用机制进一步被阐释，JNK通路调控或部分调控临床疾病的发病机制逐渐被发现，除上述疾病外，诸如卒中、冠心病等心脑血管疾病[32-33];慢性丙型肝炎、脂肪肝等肝脏 系 统 疾病[34-35];哮 喘、慢 性 阻 塞 性 肺 疾 病 等 呼 吸 系 统 疾病[36-37];类风湿、红斑狼疮等风湿免疫系统疾病[38]等都发现JNK信号通路的调控。这些研究成果为临床疾病的治疗提供潜在的分子靶点，为开发更多的临床药物提供有益的参考。随着科学研究进一步深入，JNK信号通路调节机制进一步被探索，以及JNK通路的干预试剂进一步被开发，这些将为临床的应用开辟广阔的前景。

　　参考文献：
　　[1]HIBI M,LIN A,SMEAL T,et al.Identification of an on-coprotein and UV responsive protein kinase that bindsand potentiates the c-Jun activation domain[J].GenesDev,1993,7（11）：2135-2148.
　　[2]WESTON CR,DAVIS RJ.The JNK signal transductionpathway[J].Curr Opin Cell Biol,2007,19（2）：142-149.
　　[3] VALLERIE SN,HOTAMISLIGIL GS.The role of JNKproteins in metabolism[J] .Sci Transl Med,2010,12（60）：60-65.

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