学文网【摘要】 丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPK)信号途径存在于所有生物体内的大多数细胞内, 是真核生物细胞重要的信号转导通路,可将细胞表面信号刺激转导至细胞及其核内,与细胞增殖、存活、分化、凋亡等生理过程密切相关。它由3个主要家族:ERKs,JNKs和p38MAPKs构成,本文主要探讨其与细胞凋亡之间的重要相互联系。
【关键词】MAPK通路;信号转导;细胞凋亡
促有丝***原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein ki nases ,MAPKs) 家族,是将细胞表面信号转导至细胞核的重要传递者。该家族通过影响动物细胞内基因的转录和调控,从而影响细胞的生物学反应(如增殖、分化、转化以及凋亡等)[1] 。近几年,随着对细胞凋亡相关基因改变及其凋亡信号传导路径的进一步研究, 发现MAPK途径在诱导细胞凋亡的过程中发挥了极为重要的作用。
1 MAPK信号转导途径
1.1 MAPK途径的基本组分 介导MAPK级联反应激活的是通过两条经典的细胞表面受体:酪氨酸激酶受体和G蛋白偶联受体(GPCR)。激活后它可参与细胞的多种生物活性,如调节基因转录,诱导细胞凋亡活维持细胞存活及调剂细胞周期等[2]。目前在人类主要有三组MAPK通路:、ERK1/2(细胞外信号调节激酶)MAPK家族,P38MAPK家族,JNK/SAPK(c-Jun氨基端激酶/应激活化蛋白激酶)MAPK家族[3]。
1.1.1 ERK1/2家族 ERK1/2信号通路是最早发现的Ras-Raf-MAPK经典的MAPK信号转导途径[4],它包括五个亚组,ERK1/2,ERK3/4和ERK5其中ERK1和ERK2是两个高度同源的亚类,是MAPK家族中第一个被克隆的成员[5]。ERK1 /2 与细胞增殖最为密切, 其上游激酶为MAPK 激酶(MEK1 /2) , 以往研究认为MEK1 与细胞分化有关, 而MEK2 与细胞增殖有关[6]。主要的作用机制为细胞外生长因子与膜受体结合引起受体二聚化, 氨基酸残基磷酸化, 从而激活细胞膜内侧的Ras- Raf 通路[7]。
1.1.2 JNK/SAPK(c-Jun氨基端激酶/应激活化蛋白激酶)MAPK家族 研究发现,用紫外线照射细胞后,一种蛋白激酶能够磷酸化f-jun,其磷酸化位点位于c-jun氨基末端活性区Set63和Ser73,该蛋白激酶被称为c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JNK)[10]。JNK原来被称为应激激活的蛋白激酶(SAPK)。与其他MAPK一样,当酪氨酸和苏氨酸残基发生磷酸化后,JNK/SAPK也可被激活。JNK可以受各种各样的细胞外刺激而激活,这些刺激包括生长因子、细胞因子和细胞应激。细胞应激又包括热休克、脂多糖、肿瘤坏死因子、白细胞介素-1、高渗透压、紫外线照射和缺血/再灌注损伤等。研究表明,活化JNKs 与细胞凋亡有关,阻止JNKs 活化可以使细胞存活[11]。
1.1.3 P38MAPK家族 p38由360 个氨基酸组成的38kD 的蛋白, 与JNK 同属应激激活的蛋白激酶.,在许多细胞反应如细胞分化、炎症和凋亡等中可发现P38 活化,并且与细胞种类及外界刺激有关。目前已发现的p38MAPK 有四个异构体, 分别为p38α、p38β、p38γ和p38δ。p38MAPK 不同亚型的分布具有组织特异性[11],p38通路通过多种基因表达活性作用于不同的底物产生各种不同的生物学效应[12]。
2 MAPK 通路与细胞凋亡
2.1 ERK信号通路在生长因子介导的细胞增殖过程中发挥重要作用已经为人们所公认。Raf家族属于MAPKKK,是高度保守的丝氨酸-苏氨酸激酶,通过与Ras蛋白的相互作用而被缉获[16]。Raf家族成员包括A-Raf、B-Raf和Raf-1(即c-Raf或c-Raf-1)。每一异构体包括3个保守区域,称为CRl、CR2和CR3。前面的两个保守区域位于氨基末端,并含有调节Raf催化区域的部分,其激酶区域位于CR3。Raf被激活后使MEKl/2磷酸化,最终使ERKl/2发生磷酸化而被激活。激活的ERKl/2转位至核内,通过使P90RSK、MSK以及转录因子ELK-1、Stat3磷酸化而激活转录,引起细胞生长、增殖与分化[17]。此外,ERK通路也参予细胞分化。ERK活化后通过促进CyclinD1的表达及其与细胞周期依赖性激酶4(CDK4) 结合而促进细胞周期进展[6],导致细胞增殖或分化。ERK的持续激活可以阻止细胞凋亡的发生。
2.2 JNK的激活与多种细胞的细胞凋亡调控有关。目前认为,P38和JNK属于“应激诱导”的MAPK[14]。JNK能通过使c-jun激活区域的丝氨酸-63和丝氨酸-73位点双磷酸化而提高其转录活性,在包括细胞增殖、分化和肿瘤转化等过程中起重要作用。激活的JNK能通过激活内源性通路,使Bcl-2和Bcl-XI。参与促凋亡分子的释放(例如从线粒体释放细胞色素C),从而导致caspase的激活和细胞凋亡。JNKMAPK的底物不仅限于转录因子和白,U937细胞经紫外线照射后,受激活的JNKMAPK移位至线粒体,可磷酸化抗凋亡蛋白Bcl-XI,提示JNKMAPK在基因毒性应激诱发的细胞凋亡过程中也起着一定的作用[15]。
2.3 p38MAPK通路参与细胞的存活、分化和发育等过程还在炎症、应激反应中具有重要作用。近期研究表明p38MAPK在细胞凋亡中起重要作用。抑制p38 通路的同时可加强ERK的激活, 导致凋亡延迟。在肿瘤细胞中,p38MAPK活性升高,并参与调控凋亡[16]。紫外线、高渗环境、热休克、H2O2等多种诱导细胞凋亡因素均可能启动细胞内的一系列反应,最终导致双位点特异激酶MEK / MKK 磷酸化邻近的酪氨酸与苏氨酸,激活p38MAPK 通路,之后移位于相应的转录因子,启动基因转录[17]。p38 MAPK至少通过以下途径调控凋亡:增强c-myc表达;磷酸化p53;参与Fas/FasL介导的凋亡;激活C-Jun和c-fos;诱导bax转位。p38MAPK 亦可增强TNF-a 表达,进而TNF-a 活化p38MAPK , 诱导凋亡[16]。
与正常非肿瘤组织相比较, p38MAPK在许多人类肿瘤, 如结肠癌[18],食管癌[19], ***癌[20]等呈持续的激活表达,国外研究发现,p38MAPK的活性, 大病灶组(>20 mm)相对于小病灶组来说显示出低水平活性,说明降低p38MAPK的活性, 从某种意义上来说可以抑制凋亡, 导致肝癌细胞的无限生长[21]。
目前,关于MAPK信号转导通路的研究方兴未艾,进展迅速。MAPKs信号通路各家族成员各有特点,能够介导许多不同的生物学效应,但它们所具有的生物学作用又不是一成不变的,在不同的刺激因素或细胞种类差异等因素的作用下,通过MAPKs各亚类间的相互协调和作用,又可以产生不同甚至相反的生物学效应。因此,我们亦应深入研究与了解并行的MAPKs信号通路之间的相互作用与整合机制,使得我们能够更好的认识在不同状态下细胞性状及其功能改变的调控机制,从而获得更重要的研究结果。
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