丹妮，何軍華

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西 太原 030001)

綜 述

JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與糖尿病并發(fā)癥

丹妮1，何軍華2*

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西 太原 030001)

大量研究發(fā)現(xiàn)：糖尿病的機(jī)體大多處于炎癥或者氧化應(yīng)激狀態(tài)，并多伴有炎癥因子及其他應(yīng)激分子水平的升高，從而激活c-jun氨基端激酶(JNK)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生和(或)發(fā)展。同時更多進(jìn)一步的研究還表明選擇性抑制JNK的激活將可能為糖尿病并發(fā)癥治療提供一個新方向。以下就該領(lǐng)域目前的研究做一綜述。

1 JNK信號通路

絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是哺乳動物細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，在信息從細(xì)胞外傳遞到細(xì)胞核內(nèi)的過程中發(fā)揮著重要作用。目前已證實4條MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)通路；c-jun氨基末端激酶通路；p38通路；ERK5通路[1]。其中JNK信號通路是MAPK家族重要成員之一，能被多種細(xì)胞外刺激因素如生長因子、細(xì)胞因子、應(yīng)激等所激活，從而廣泛參與凋亡、增殖、代謝、運輸及DNA損傷修復(fù)等細(xì)胞生命過程。JNK定位于胞質(zhì)，包含雙磷酸化功能區(qū)(由三種氨基酸Thr、Pro和Tyr組成)，可與c-jun N端的活化Ⅸ結(jié)合并使其第63和73位絲氨酸殘基磷酸化；JNK的活化是通過磷酸化其氨基末端殘基來實現(xiàn)的，一旦被激活，JNK便從胞漿移位到細(xì)胞核中。JNK有3種異構(gòu)體，分別為JNK1、JNK2和JNK3，它們被不同的基因編碼。JNK1、JNK2在各種組織細(xì)胞中均有廣泛表達(dá)，而JNK3只在腦組織中特異表達(dá)[2]。MAPK信號通路是多級蛋白激酶的級聯(lián)反應(yīng)，MAPK，MAPK激酶(MAPKK)和MAPK激酶的激酶(MAPKKK)[3]為其中3個關(guān)鍵激酶。JNK是3個激酶模塊中的重要部分，其中上游激酶包括MAPKKKs和MAPKKs，它們通過級聯(lián)式反應(yīng)依次磷酸化并激活JNK。激活JNK的MAPKKs有兩種，為MKK4和MKK7。而激活JNK的MAPKKKs則有11種，如ASKl等。MKK4、MKK7通過對JNKⅧ區(qū)Thr-183、Tyr-185雙位點磷酸化而激活JNK，該反應(yīng)在細(xì)胞核內(nèi)和胞漿中進(jìn)行。JNK一旦被激活，便從胞漿中移位到細(xì)胞核。MKK7主要由細(xì)胞因子激活，MKK4主要由環(huán)境應(yīng)激激活。有實驗證實，只有MKK7可以特異性地激活JNK，而MKK4不但可以激活JNK，而且同時也能激活p38MAPK。MKK4和MKK7是比較確定的JNK的直接上游激酶[4]，但二者的功能不同，MKK4優(yōu)先磷酸化Tyr185位點，而MKK7優(yōu)先磷酸化Thr183位點[5]。磷酸化的JNK可以和活化轉(zhuǎn)錄因子(ATF2)以及c-jun的氨基末端區(qū)域結(jié)合，并使轉(zhuǎn)錄因子的活性區(qū)域發(fā)生磷酸化。轉(zhuǎn)錄因子ATF2和c-jun均屬于亮氨酸拉鏈家族一員，它們可以同二聚體或以異二聚體復(fù)合物的形式和許多基因啟動子上的激活蛋白(AP-1)和AP-1樣位點結(jié)合，從而提高AP-1的轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)基因的表達(dá)和增加蛋白質(zhì)的合成。

2 JNK信號通路與糖尿病腎病

糖尿病腎病是糖尿病微血管病變的重要并發(fā)癥，一定程度上影響著糖尿病患者的生存質(zhì)量，嚴(yán)重時則危及患者生命。有研究表明，JNK信號通路的活化參與了糖尿病腎病的發(fā)病過程：可明顯增加細(xì)胞外基質(zhì)成分如Ⅳ型膠原蛋白的表達(dá)[6]；可以加速誘導(dǎo)腎臟組織中足細(xì)胞的損傷及凋亡[7]，破壞腎小球濾過屏障的完整性，并導(dǎo)致蛋白尿的產(chǎn)生。

Jiang等[8]研究發(fā)現(xiàn)，Ang Ⅱ可通過JNK/SAPK信號通路誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞AP-1活化，促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞增殖，而JNK抑制劑SP600125能部分抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)的AP-1活化及系膜細(xì)胞增殖，JNK通過其下游的AP-1而啟動TGF-β1基因轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)揮其促腎臟纖維化的作用。Gao等[9]研究發(fā)現(xiàn)c-Jun劑量依賴性地促進(jìn)SP-1介導(dǎo)的TGF-β1轉(zhuǎn)錄，磷酸化c-Jun及SP-1水平的升高促進(jìn)了TGF-β1的表達(dá)，而JNK抑制劑SP600125降低了TGF-β1表達(dá)，延緩了糖尿病腎病進(jìn)展。孫亮亮和劉志民[10]指出氧化應(yīng)激可激活JNK/SAPK信號通路，其下游信號通路通過活化caspase-3蛋白誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡。Makkinje等[11]在研究基因33mRNA時發(fā)現(xiàn)，基因33mRNA在糖尿病腎病(DN)早期和疾病進(jìn)展過程中均呈持續(xù)升高狀態(tài)，而基因33的激活需要JNK參與，基因33反過來又可以選擇性激活JNK，間接提示了JNK通路在DN的發(fā)展過程中扮演著重要角色。Hong等[12]在研究1型糖尿病大鼠模型時發(fā)現(xiàn)，高血糖通過激活RAS系統(tǒng)誘導(dǎo)C57BL/6J大鼠腎臟損傷，而JNK特異性抑制劑SP600125干預(yù)治療后可以降低大鼠尿素氮、尿微量白蛋白水平，在一定程度上減輕其腎臟損傷。

3 JNK信號通路與糖尿病大血管并發(fā)癥

糖尿病心肌病是糖尿病大血管并發(fā)癥之一，不但加速心血管疾病進(jìn)展，而且嚴(yán)重威脅患者的生存。有研究發(fā)現(xiàn)在高血糖導(dǎo)致的心肌肥大模型中，JNK、p38處于上調(diào)狀態(tài)[13]。氧化應(yīng)激、JNK和p38的激活引起糖尿病心肌收縮與舒張功能障礙，而大麻二酚可通過下調(diào)以上通路減緩糖尿病心肌病和其他心血管疾病的進(jìn)展[14]。高血糖可使心肌細(xì)胞內(nèi)DAG增加，從而使JNKl激活，激活的JNKl能磷酸化IRS-1，IRS-1則受ISN或胰島素樣因子(IGF-1)所刺激，由此JNKl就能對Insulin/IGF-1的IRS-1通路起調(diào)節(jié)作用，之后IRS-1繼續(xù)激活P13K，進(jìn)一步P13K通過激活A(yù)kt/PKB通路，造成心肌肥厚和心臟衰竭[15]。在研究乳酸和低劑量依達(dá)拉奉減輕心肌細(xì)胞凋亡與p38-JNK通路的關(guān)系時，張國明等[16]在研究乳酸和低劑量依達(dá)拉奉減輕心肌細(xì)胞凋亡與p38-JNK通路關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注造成大鼠心肌組織損傷，并檢測到超氧化物歧化酶、細(xì)胞凋亡指數(shù)、磷酸化p38和磷酸化JNK表達(dá)升高，而通過聯(lián)合注射乳酸和低劑量依達(dá)拉奉后，p38-JNK通路得到恢復(fù)，減少了細(xì)胞凋亡。Liu等[17]研究發(fā)現(xiàn)與正常組大鼠相比，糖尿病組大鼠心肌組織中JNK1、p-JNK、IRS1表達(dá)水平明顯增加，提示JNK通路可能加速了糖尿病心肌纖維化的進(jìn)展。Li等[18]研究證實高血糖引起心肌組織中JNK、p38 MAPK的活化，硫辛酸可以通過減少JNK及p38 MAPK的活化對大鼠糖尿病心肌病產(chǎn)生保護(hù)作用。在研究高血糖與巨噬細(xì)胞移動抑制因子(MIF)的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)高血糖增加了AC16人類心肌細(xì)胞內(nèi)源性MIF、磷酸化JNK及caspase-3的表達(dá)，而JNK阻斷劑SP600125的干預(yù)抑制了細(xì)胞的凋亡和caspase-3的活化，提示高血糖-MIF-JNK這一通路有望成為治療糖尿病心肌病的新靶點[19]。

4 JNK信號通路與糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病視網(wǎng)膜病變是糖尿病(DM)的又一重要的微血管并發(fā)癥，包括視網(wǎng)膜微血管病變(DR)及神經(jīng)病變。有研究發(fā)現(xiàn)在DR早期就出現(xiàn)了由高糖引起的視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡；高糖通過增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子流入和鈣離子依賴蛋白激酶的激活引起視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡增加，同時增加了JNK磷酸化和Fas受體表達(dá)水平，而JNK抑制劑SP600125能夠部分阻斷Fas受體表達(dá)[20]。張曙光等[21]研究JNK2在早期糖尿病小鼠視網(wǎng)膜中的作用時發(fā)現(xiàn)，DM組小鼠與正常小鼠相比，隨DM病情的延長，JNK2的表達(dá)上調(diào)，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡率增加，提示JNK2可能參與了小鼠早期(RGCs)的凋亡過程。李曉艷等[22]發(fā)現(xiàn)在研究糖尿病大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡與caspase-3關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，隨著糖尿病病程延長，糖尿病組大鼠視網(wǎng)膜較正常組大鼠caspase-3基因表達(dá)增強，并與細(xì)胞凋亡的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，由此可以推測糖尿病大鼠早期視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的凋亡與caspase-3的表達(dá)增強有關(guān)，而caspase-3是JNK凋亡通路的一個重要執(zhí)行者。Miranda等[23]在研究非諾貝酸對人永久視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(ARPE-19)凋亡、生存通路的影響時發(fā)現(xiàn)，糖尿病狀態(tài)下的高糖和低氧環(huán)境增加了JNK磷酸化，而非諾貝酸抑制caspase-3的活化，同時下調(diào)了Bcl的表達(dá)，從而對ARPE-19細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用。

5 JNK信號通路與糖尿病周圍神經(jīng)病變

糖尿病周圍神經(jīng)病變臨床上主要表現(xiàn)為對稱性疼痛和感覺異常，下肢癥狀較上肢多見。近年來研究顯示JNK活化與糖尿病神經(jīng)病變密切相關(guān)。有研究提示，在STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中可發(fā)現(xiàn)坐骨神經(jīng)細(xì)胞核中磷酸化的JNK和c-jun明顯增多，JNK的活化及其對底物c-jun轉(zhuǎn)錄的影響在一定程度上改變了神經(jīng)元的表型并由此導(dǎo)致神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢，從而提示JNK參與了糖尿病神經(jīng)病變的發(fā)生及發(fā)展。相應(yīng)的Middlemas等[24]研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)營養(yǎng)因子-3可抑制JNK的活化，從而阻止了STZ糖尿病大鼠模型的神經(jīng)傳導(dǎo)速度的減慢。Ho等[25]在觀察醛糖還原酶基因敲除的糖尿病小鼠時發(fā)現(xiàn)，這些小鼠不同程度地出現(xiàn)了坐骨神經(jīng)感覺及運動神經(jīng)傳導(dǎo)速度的減慢，并且伴隨著JNK活化水平的增加；而使用醛糖還原酶抑制劑干預(yù)后，JNK活化得到抑制，由此阻止了糖尿病小鼠神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢，減輕了神經(jīng)損傷。以上研究提示對JNK通路的阻斷有可能是治療糖尿病神經(jīng)病變的一個潛在方向。綜上所述，JNK信號通路已成為當(dāng)前糖尿病研究的熱點領(lǐng)域，它是導(dǎo)致糖尿病慢性并發(fā)癥發(fā)生、發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。隨著JNK信號通路與糖尿病慢性并發(fā)癥關(guān)系的進(jìn)一步深入研究，阻斷JNK將可能成為糖尿病并發(fā)癥治療的新策略，而JNK將可能成為糖尿病慢性并發(fā)癥治療的新靶點。

[1]JI R R，GOREAU R W，MALCANGIO M，et al.MAP kinase and pain[J].Brmn Res Rev，2009，60(1)：135-148.

[2]DAVIS R J.Signal transduction by the JNK group of MAP kinases[J].Cell，2000，103(2)：239-252.

[3]SABAPATHY K.Role of the JNK pathway in human diseases[J].Prog Mol Biol Transl Sci，2012，106(10)：145-169.

[4]SUN Y，YANG T，XU Z.The JNK pathway and neuronal migralion[J].J Genet Genomics，2007，34(11)：957-965.

[5]KIM E K，CHOI E J.Pathological roles of MAPK signaling pathways in human diseases[J].Biochim Biophys Acta，2010，1 802(4)：396-405.

[6]PARK M J，BAE C S，LIM S K，et al.Effect of protopanaxadiol derivatives in high glucose-induced fibronectin expression in primary cultured rat mesangial cells：role of mitogen-activated protein kinases and Akt[J].Arch Pharm Res，2010，33(1)：151-157.

[7]KIM O S，KIM Y S，JANG D S，et al.Cytoprotection against hydrogen peroxide-induced cell death in cultured mouse mesangial cells by erigeroflavanone，a novel compound from the flowers of erigeron annuus[J].Chem Biol Interact，2009，180(3)：414-420.

[8]JIANG T，CHE Q，LIN Y，et al.Aldose reductase regulates TGF-beta1-indused production of fibronectin and type IV collagen in cultured rat mesangial cells[J].Nephrology，2006，11(2)：105-112.

[9]GAO P，WEI Y，ZHANG Z，et al.Synergistic effects of c-Jun and SP1 in the promotion of TGFβ1-mediateddiabetic nephropathy progression[J].Exp Mol Pathol，2016，100(3)：441-450.

[10]孫亮亮，劉志明.氧化應(yīng)激誘導(dǎo)JNK信號通路在肥胖、糖尿病大鼠足細(xì)胞凋亡中的作用[G]//中國病理生理學(xué)會受體和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)專業(yè)委員會暨消化專業(yè)委員會聯(lián)合學(xué)術(shù)會議論文匯編.北京：中國病理生理學(xué)會，2008：2.

[11]MAKKINJE A，QUINN D A，CHEN A，et al.Gene33/Mig-6，a transcriptionally inducible adapter protein that binds GTP-Cc42 and activates SAPK/JNK.A Potential marker transcript for chronic pathologic conditions，such as diabetic nephropathy.Possible role in the response to persistent stress[J].J Biol Chem，2000，275(23)：17 838-17 847.

[12]HONG Z，HONG Z，WU D，et al.Specific MAPK inhibitors prevent hyperglycemia-induced renal diseases in type 1 diabetic mouse model[J].Mol Cell Biochem，2016，419(1-2)：1-9.

[13]SHEN E，DIAO X，WANG X，et al.MicroRNAs involved in the mitogen-activated protein kinase cascades pathway during glucose-induced cardiomyocyte hypertrophy[J].Am J Pathol，2011，179(2)：639-650.

[14]RAJESH M，MUKHOPADHYAY P，BTKAI S，et al.Cannabidiol attenuates cardiac dysfunction，oxidative stress，fibrosis and inflammatory and cell death signaling pathways in diabetic cardiomyopathy[J].J Am Coll Cardiol，2010，56(25)：2 115-2 125.

[15]SPANGENBURG E E.Changes in muscle mass with mechanical load：possible cellular mechanisms[J].Appl Physiol Nutr Metab，2012，34(3)：328-335.

[16]張國明，王禹，李曉燕，等.乳酸和依達(dá)拉奉聯(lián)用后適應(yīng)通過p38/應(yīng)激活化蛋白激酶途徑減輕心肌細(xì)胞凋亡的研究[J].中華老年心腦血管病雜志，2013，15(7)：753-757.

[17]LIU X，QI F，WU W，et al.Effect on intervention in the diacylglycerol-protein kinase C signaling pathway on JNK1 expression and its downstream signaling in diabetic cardiomyopathy[J].Mol Med Rep，2014，9(3)：979-984.

[18]LI C J，LV L，LI H，et al.Cardiac fibrosis and dysfunction in experimental diabetic cardiomyopathy are ameliorated by alpha-lipoic acid[J].Cardiovasc Diabetol，2012(11)：73.

[19]LIANG J L，XIAO D Z，LIU X Y，et al.High glucose induces apoptosis in AC16 human cardiomyocytes via macrophage migration inhibitory factor and c-Jun N-terminal kinase[J].Clin Exp Pharmacol Physiol，2010，37(10)：969-973.

[20]LI J，WANG P，YU S，et al.Calcium entry mediates hyperglycemia-induced apoptosis through Ca(2+)/calmodulin-dependent kinase II in retinal capillary endothelial cells[J].Mol Vis，2012，18(9)：2 371-2 379.

[21]張曙光，何躍，項杰，等.JNK2在早期糖尿病小鼠視網(wǎng)膜中的表達(dá)及作用[J].眼科新進(jìn)展，2012，32(4)：337-340.

[22]李曉艷，張卯年，皮?，P.糖尿病早期大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡與caspase-3表達(dá)的關(guān)系[J].國際眼科雜志(中文刊)，2010，10(5)：847-849.

[23]MIRANDA S，GONZLEZ-RODRGUEZ，GARCA-RAMREZ M，et al.Beneficial effects of fenofibrate in retinal pigment epithelium by the modulation of stress and survival signaling under diabetic conditions[J].J Cell Physiol，2012，227(6)：2 352-2 362.

[24]MIDDLEMAS A，DELCMIX J D，SAYERS N M，et al.Enhanced activation of axonally transported stress-activated protein kinases in perpheral nerve in diabetic neuropathy is prevented by neurotrophin-3[J].Brain，2003，126(7)：1 671-1 682.

[25]HO E C，LAM K S，CHEN Y S，et al.Aldose reductase-deficient mice are protected from delayed motor nerve conduction velocity，increased c-Jun NH2-terminal kinase activation，depletion of reduced glutathione，increased superoxide accumulation，and DNA damage[J].Diabetes，2006，55(7)：1 946- 1 953.

(本文編輯：王作利)

2016-12-08

*本文通訊作者：何軍華