陳澤華 李楠

【摘 要】 細胞外信號調節(jié)激酶1/2是絲裂原活化蛋白激酶家族中的一個重要亞型，參與骨關節(jié)炎發(fā)病的整個過程，其機制與細胞外信號調節(jié)激酶1/2可通過調節(jié)關節(jié)軟骨細胞的增殖、凋亡活性有關。研究細胞外信號調節(jié)激酶1/2與骨關節(jié)炎發(fā)病機制的關系，為骨關節(jié)炎的臨床治療提供新方法和新思路。

【關鍵詞】 骨關節(jié)炎;軟骨細胞;細胞外信號調節(jié)激酶;信號通路;綜述

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.01.016

骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是臨床多發(fā)的老年代謝性骨病，其病理表現以關節(jié)軟骨損害為主，常累及整個關節(jié)組織。大陸地區(qū)40歲以上人群原發(fā)性OA患病率46.3%，其中男性為41.6%，女性為50.4%，隨著年齡的增大而逐漸升高，本病的致殘率高達53%[1]。OA的發(fā)病機制尚不明確，現代醫(yī)學治療遠期療效尚不肯定，中醫(yī)標本兼治，各有特色，目前中西醫(yī)結合保守治療仍為臨床常用治療方法[2]。近年來，信號通路在OA發(fā)病機制中的研究更加深入，發(fā)現細胞外信號調節(jié)激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）通路在OA的發(fā)病與治療過程中有關鍵作用，現將其綜

述如下。

1 ERK

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）級聯途徑是細胞信號轉導的重要途徑，它能將募集到的多種細胞外信號（如生長因子、細胞因子等）磷酸化活化后逐級傳遞到細胞核，并激活多種核轉錄因子參與多種生理過程[3]。軟骨細胞的凋亡、炎癥反應、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的激活等都與MAPKs信號傳導通路有關[4]。MAPKs家族包括c-Jun N-末端激酶（c Jun N terminal kinases，JNK）、p38激酶、ERK、大MAPK通路（BMK1/ERK5）、ERK3、ERK27、NLK和ERK8等8個亞家族。ERK是脯氨酸導向的絲氨酸、蘇氨酸激酶，1991年Sturgill等在哺乳動物細胞鑒定出，它廣泛存在于哺乳動物細胞中[5]。ERK包括兩個同源性高達90%的亞型：ERK1和ERK2，Ras和ERK相互之間構成了一條完整Ras/Raf/MEK/ERK信號通路，并依次順序激活可參與細胞增殖和凋亡等信號傳導[6]。在MAPKs家族中，目前已證實，參與OA發(fā)病的有JNK、p38激酶及ERK[7]，其中ERK1/2信號轉導通路是受外界刺激時決定細胞命運的關鍵因素，它主要是促進增殖，調控細胞的終末分化[8]。楊豐建等[9]通過對家兔OA模型發(fā)病不同時期關節(jié)軟骨中的ERK1/2蛋白表達水平的測定，發(fā)現蛋白激酶ERK1/2的表達水平從造模第

4周開始持續(xù)升高，說明了ERK1/2信號轉導通路在OA發(fā)病過程中持續(xù)發(fā)揮作用。

2 ERK1/2對OA發(fā)病過程中關節(jié)軟骨細胞活性的影響

近年來研究發(fā)現，ERK1/2信號轉導在OA中呈現高表達[10]。ERK1/2信號轉導通路是細胞增殖和凋亡信號途徑，可被多種細胞外刺激信號激活，參與調節(jié)細胞的增殖、分化和凋亡，ERK1/2的激活使轉錄因子磷酸化來調節(jié)基因的表達，促進細胞增殖，阻止細胞凋亡[11]。

2.1 ERK1/2通路與軟骨細胞的增殖 高世超等[12]指出，MAPKs家族中ERK1/2信號轉導通路是受外界刺激時決定細胞命運的關鍵因素，ERK1/2信號通路能促進軟骨細胞的增殖和肥大分化，導致軟骨鈣化和骨贅形成，從而影響OA的形成和發(fā)展。激活ERK1/2信號通路可促進患者OA軟骨細胞增殖[13]，程亮[14]通過實驗研究發(fā)現，p-ERK1/2在OA軟骨細胞中表達水平較正常軟骨細胞呈現上調趨勢，同時增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）在OA軟骨細胞中表達也呈上調趨勢，認為ERK1/2通過調控PCNA而促進OA軟骨細胞增殖。Xiao等[15]研究發(fā)現，血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，

PDGF）能夠通過激活ERK1/2途徑來促進軟骨細胞增殖，抑制軟骨細胞凋亡。同時有研究發(fā)現，骨保護素（osteoprotegerin，OPG）也可通過誘導ERK的磷酸化從而促進軟骨細胞的增殖[16]。任科偉

等[17]發(fā)現，上皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）被抑制后，周期性機械應力促進的軟骨細胞增殖和細胞外基質合成均顯著降低，而且ERK1/2的磷酸化水平也下降，指出周期性機械應力可通過激活EGFRERK1/2信號通路促進大鼠軟骨細胞增殖和細胞外基質合成。Shakibaei等[18]研究發(fā)現，姜黃素和白藜蘆醇可以通過激活ERK1/2信號通路來維持軟骨細胞的分化和生存，并且可抑制白細胞介素（interleukin，IL）-1β誘導的細胞凋亡。史冰楠[19]通過淫羊藿甙對關節(jié)軟骨細胞增殖、凋亡的實驗研究發(fā)現，淫羊藿甙能通過對ERK1/2通路的激活，減少關節(jié)軟骨細胞分泌的NO/NOS和MMP-13，調節(jié)關節(jié)軟骨細胞的增殖。復元膠囊含藥血清可促進磷酸化ERK1/2表達、降低培養(yǎng)上清中NO水平、調節(jié)ERK1/2信號通路下游p53和caspase-3因子而抑制SNP誘導的軟骨細胞凋亡[20]。而通過活化ERK通路促進關節(jié)軟骨增殖修復關節(jié)軟骨面而達到治療OA的報道并不多見，由此可見，OA發(fā)病過程中，ERK通路的活化促進關節(jié)軟骨細胞的增殖分化，其結果主要是導致軟骨鈣化和骨贅形成。Pelletier等[21]研究發(fā)現，阻斷ERK1/2信號轉導通路不僅能夠有效降低關節(jié)軟骨的破壞程度，還可以減緩骨贅形成。

2.2 ERK1/2通路與軟骨細胞的凋亡 ERK1/2可以通過增加p53活性、增強Bax表達和通過calpain的介導等途徑引起細胞凋亡[22]。Gómez等[23]認為，在OA發(fā)病過程中軟骨細胞的凋亡與花生四烯酸乙醇胺協(xié)同腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α持續(xù)激活ERK通路密切相關。IL和TNF是引起OA的主要炎性分子，TNF-α是通過MEK1/2和核因子的途徑來抑制Ⅱ型膠原和連接蛋白基因表達的，進而干擾了關節(jié)軟骨的合成和重建，TNF-α能促進軟骨細胞IL-1β的表達，二者產生協(xié)同作用，使軟骨基質降解大于合成，導致軟骨破壞[24]。TNF-α通過活化ERK引起MMPs活性增加，從而加速水分的丟失、細胞外基質的降解和細胞凋亡，ERK抑制劑又能下調TNF-α基因和蛋白質的表達，抑制細胞凋亡[25]。IL-1β在誘導MMPs表達時也需要ERK信號的轉導[26]，IL-1β和TNF-α與相應的受體結合后，可經MAPK途徑和核轉錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）途徑進行細胞內信號轉導，最終引起MMPs增高、自由基生成、細胞凋亡等一系列過程，降鈣素可以抑制IL-1誘導的大鼠膝關節(jié)軟骨細胞中ERK1/2通路的激活，下調MMP-13的表達，對OA軟骨細胞的損傷起到一定的預防作用[27]。Fan等[28]用ERK通路選擇性抑制劑處理成人軟骨細胞的體外實驗顯示，ERK的抑制劑能顯著抑制IL-1β誘導引起的MMP-1和MMP-13表達上調及Ⅱ型膠原表達下調。王祥[29]指出，抑制ERK1或ERK2均能充分阻斷IL-1β介導的OA，并通過實驗研究發(fā)現，沉默ERK1或ERK2均能顯著抑制IL-1β誘導人軟骨細胞高表達COX-2、MMP-3、MMP-13及促進前列腺素E2的分泌，同時均能顯著逆轉IL-1β抑制軟骨細胞表達Ⅱ型膠原蛋白和蛋白聚糖。因此，ERK通路活化可以通過TNF-α、IL-1β等炎性因子的誘導使MMPs表達上調，從而加劇軟骨細胞外基質的降解，破壞關節(jié)軟骨。抑制ERK通路的活化可以降低IL-1β和前列腺素E2、NO等炎性遞質，從而下調MMPs的表達，對關節(jié)軟骨起到保護作用。

總之，在OA的發(fā)病過程中，不同刺激因子下，ERK1/2通路活化參與軟骨細胞的多種信號轉導，既可以促進軟骨細胞的增殖、抑制軟骨細胞凋亡，同時又可以引起軟骨細胞結構蛋白破壞、細胞外基質降解，從而加快軟骨細胞的凋亡。

3 阻斷ERK1/2通路在OA治療過程中的應用

中藥復方能抑制ERK的表達和磷酸化，從而抑制ERK信號轉導通路，同時中藥復方也能興奮此通路[30]。程潭[31]通過對大鼠OA的研究發(fā)現，降鈣素能有效下調磷酸化ERK1/2的表達而減少軟骨細胞中MMP-13的合成，保護關節(jié)軟骨及軟骨下骨組織，延緩OA病情進展，以達到潛在的治療作用。阿侖膦酸鈉能通過抑制IL-1β刺激的大鼠膝關節(jié)軟骨細胞中p-ERK1/2通路的激活，下調MMP-13因子的表達，從而對軟骨細胞起到一定的保護作用[32]。在動物實驗中，ERK抑制劑PD198306治療OA療效顯著，其作用主要表現在能有效改善滑膜炎癥、骨贅形成和軟骨破壞[33];Prasadam等[34]也發(fā)現，透明質酸聯合U0126（ERK抑制劑）的應用可以明顯抑制ERK的磷酸化，減少RUNX2 及MMP-13 的表達，延緩軟骨細胞肥大分化及軟骨退化。

4 總結與展望

MAPK-ERK1/2通路對OA發(fā)病過程中的作用主要體現在調控OA軟骨細胞的增殖和凋亡，可見ERK1/2通路參與細胞多種細胞信號轉導，既參與了軟骨細胞的凋亡，又參與了促進軟骨細胞的增殖、抑制軟骨細胞凋亡，因而ERK1/2特異性抑制劑在人體OA的治療會存在一定的毒副作用。通過分析ERK1/2通路對軟骨細胞增殖凋亡的調控作用，更加明確OA發(fā)病過程中骨贅形成、軟骨破壞等病理改變的原因。然而ERK1/2通路的活化對關節(jié)軟骨細胞存在多種調控作用，尋找合適MAPK-ERK1/2靶點藥物對人體OA的治療有著重要意義。

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收稿日期：2014-10-05;修回日期：2014-11-10