張博英，喬玉峰，劉紅艷，李曉樂

(1.山西醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院腎內(nèi)科，太原 030012)

促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是廣泛存在于真核生物中的一類相對保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，MAPK級聯(lián)途徑(MAPK激酶激酶-MAPK激酶-MAPK)在大多數(shù)細胞信號通路中有重要意義。轉(zhuǎn)化生長因子-β激活激酶1(transforming growth factor-beta activated kinase 1，TAK1)最初于1995年被發(fā)現(xiàn)，Yamaguchi等[1]在酵母菌中通過互補DNA文庫篩選和蛋白質(zhì)片段互補分析鑒定，TAK1可替代MAPK通路中的MAPK激酶激酶Ste11p，故又稱為MAP3K7。TAK1是許多細胞信號通路的重要上游調(diào)節(jié)因子，可被各種細胞因子激活，包括轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、T細胞和B細胞受體抗原和Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)配體等。此外，病原體、脂多糖、缺氧和DNA損傷等也可激活TAK1，從而參與細胞生長、炎癥、免疫反應(yīng)、纖維化、細胞死亡、自噬、氧化代謝及癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移等各種病理生理過程[2]。近年來，TAK1與人體疾病的關(guān)系逐漸受到關(guān)注，研究顯示，TAK1在多種腎臟疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3-5]。現(xiàn)就TAK1的生物學(xué)效應(yīng)及其在多種腎臟疾病中的研究進展予以綜述。

1 TAK1的結(jié)構(gòu)與激活

TAK1是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，由N端結(jié)構(gòu)域、鉸鏈區(qū)和C端結(jié)構(gòu)域組成，其中N端結(jié)構(gòu)域包含一個激酶結(jié)構(gòu)域、一個絲氨酸富集區(qū)域和一個甘氨酸富集區(qū)域[6]。TAK1結(jié)合蛋白(transforming growth factor-β activated kinase 1 binding protein,TAB)對于TAK1的激活是必需的，在受體刺激下，TAK1的N端激酶結(jié)構(gòu)域與TAB1結(jié)合，而C端與TAB2/3結(jié)合，進而在細胞中形成TAK1-TAB1-TAB2/3異三聚體，異三聚體可招募E3泛素連接酶TNF受體相關(guān)因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6)催化賴氨酸K63多聚泛素鏈合成，之后K63多聚泛素鏈與TAB2/3的鋅指結(jié)構(gòu)域結(jié)合，誘導(dǎo)TAK1自磷酸化和泛素化，最終激活TAK1的激酶活性[4]。

TAK1激酶活性的調(diào)節(jié)依賴于翻譯后修飾，最常見的為磷酸化/去磷酸化。TAK1活化環(huán)中一些關(guān)鍵的氨基酸殘基磷酸化對于TAK1的激活至關(guān)重要，Scholz等[7]利用突變分析證實，在體外TAB1存在的情況下，TAK1活化環(huán)中的絲氨酸192、蘇氨酸178、蘇氨酸187、蘇氨酸184相繼發(fā)生自磷酸化激活TAK1的活性。然而，Ouyang等[8]基于體外激酶和短發(fā)夾RNA敲除檢測分析顯示，TAK1活化環(huán)外的氨基酸殘基磷酸化也可激活其活性，環(huán)腺苷酸依賴性蛋白激酶催化亞基蛋白激酶和X-連接蛋白激酶可使TAK1絲氨酸412磷酸化，進而激活TAK1及其介導(dǎo)的TLR/IL-1受體炎癥信號通路。因此，需要深入探討不同的磷酸化位點與TAK1激酶活性的關(guān)系。另外，TAK1的活性調(diào)節(jié)也依賴于泛素化/去泛素化修飾。研究證實，去泛素化酶cylindromatosis和泛素特異蛋白酶4均可誘導(dǎo)TAK1去泛素化，從而抑制TAK1和下游靶蛋白的激活[9-10]。此外，TAK1可進行甲基化及乙酰化修飾等調(diào)節(jié)其活性，且TAB的翻譯后修飾也會影響TAK1的激活[11]。

2 TAK1的生物學(xué)效應(yīng)

TAK1是TGF-β1誘導(dǎo)的非Smads依賴型通路的重要上游信號分子，因而TAK1可通過介導(dǎo)核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路、MAPK通路[MAPK激酶4/7-c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路、MAPK激酶3/6-p38 MAPK通路和胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)通路]參與細胞炎癥、纖維化、細胞存亡及自噬等過程[4]。此外，TAK1也可激活巨噬細胞TLR4依賴性信號通路(TLR4/髓樣分化因子/TRAF6/TAK1通路)促進促炎表型極化，從而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)[12]。研究證實，TAK1可以通過AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)依賴性方式誘導(dǎo)自噬，如Herrero-Martín等[13]研究顯示TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體可以劑量依賴性方式快速激活TAK1，進而激活A(yù)MPK并抑制雷帕霉素靶蛋白的表達，增加自噬啟動因子未配位的51樣激酶1的磷酸化，最終誘導(dǎo)細胞自噬。

此外，TAK1也可通過介導(dǎo)不同的信號通路調(diào)節(jié)細胞死亡。正常情況下，TAK1活化可激活NF-κB信號通路，促進抗凋亡蛋白的表達，從而抑制細胞凋亡和促進增殖；當TAK1基因缺失或藥理失活時，可招募Fas相關(guān)死亡功能域蛋白、受體相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting protein kinase 1，RIPK1)和胱天蛋白酶8在細胞內(nèi)形成復(fù)合物，激活胱天蛋白酶8并引起細胞凋亡；而當胱天蛋白酶8活性被抑制時，則可引起RIPK3磷酸化和激活，并招募混合系列激酶樣結(jié)構(gòu)域蛋白誘導(dǎo)細胞壞死[14-15]。Mihaly等[16]研究顯示，在TAK1缺失的巨噬細胞和成纖維細胞中存在第三條死亡途徑，即當胱天蛋白酶和RIPK3均被抑制時，RIPK1可誘導(dǎo)活性氧類快速積累，導(dǎo)致氧化應(yīng)激依賴性細胞死亡。但是，目前對于TAK1調(diào)節(jié)細胞死亡的信號通路仍存在爭議，且其刺激/抑制細胞凋亡取決于不同類型的細胞和所處的微環(huán)境。因此，TAK1在不同細胞及微環(huán)境中調(diào)節(jié)細胞死亡的具體機制仍需系統(tǒng)、深入的研究。

3 TAK1與腎臟疾病

3.1TAK1與急性腎損傷(acute kidney injury,AKI) AKI是由各種原因引起的短時間內(nèi)腎功能迅速下降的一種臨床綜合征，其病理特征為腎小管腫脹、腎小管上皮細胞壞死、管型形成、間質(zhì)炎癥和細胞凋亡等。而TAK1在AKI的促炎、促凋亡等過程中扮演重要角色[17-19]。Zhou等[17]在體內(nèi)外缺血再灌注誘導(dǎo)的腎臟纖維化模型中發(fā)現(xiàn)，TAK1呈高表達，TAK1過表達可增加p38磷酸化，進而增加凋亡蛋白(Bcl-2相關(guān)X蛋白和胱天蛋白酶3)的表達和細胞外基質(zhì)(Ⅰ型膠原和纖連蛋白)的產(chǎn)生，最終加重細胞凋亡和腎臟纖維化。在此研究基礎(chǔ)上，Zhou等[18]在順鉑誘導(dǎo)的AKI模型中也發(fā)現(xiàn)，活化的TAK1可通過JNK相關(guān)通路促進腎小管上皮細胞凋亡和腎臟炎癥反應(yīng)，從而加重AKI。另外，TAK1也參與AKI的自噬調(diào)節(jié)過程，順鉑激活TAK1后可促使下游因子p38、ERK磷酸化和激活，進而引起腎小管上皮細胞過度自噬，最終加重腎損傷；而給予TAK1抑制劑5Z-7-oxozeaenol干預(yù)AKI小鼠可減少自噬相關(guān)蛋白微管相關(guān)蛋白1輕鏈3Ⅱ的表達，升高p62的表達水平，從而降低自噬和減輕AKI[19]。進一步研究顯示，TAK1過表達引起的腎臟損傷可被ERK抑制劑或p38抑制劑所逆轉(zhuǎn)，從而直接證明TAK1可通過激活MAPK通路調(diào)節(jié)AKI中的自噬水平。上述研究表明，在AKI中TAK1及相關(guān)下游因子被激活，而干預(yù)TAK1信號通路可通過抗炎、抗凋亡、抗纖維化和調(diào)節(jié)自噬作用減輕AKI。

Ma等[20]在AKI小鼠中研究證實，近端腎小管TAK1特異性缺失或TAK1選擇性抑制劑5Z-7-oxozeaenol干預(yù)均可抑制MAPK和NF-κB信號通路，減輕腎小管上皮細胞的炎癥反應(yīng)和纖維化，最終改善腎功能和減輕腎小管損傷。另外，一些非特異性TAK1抑制劑也可通過阻斷TAK1相關(guān)信號通路改善AKI[21-25]。在膿毒癥小鼠中，非瑟酮可阻斷TAK1-TAB1的相互作用并減少TAK1的活化，進而抑制p38 MAPK和MAPK2的磷酸化，降低炎癥因子的表達水平，從而減弱膿毒癥誘發(fā)的多器官功能障礙[21]。新型雷公藤甲素ZT01可直接阻斷TAK1-JNK通路抑制巨噬細胞向促炎表型極化，減輕小鼠血清和肺組織中的炎癥反應(yīng)，從而提高膿毒癥小鼠的存活率[22]。近年研究證實，丙泊酚也可通過抑制TAK1活性發(fā)揮抗炎、抗纖維化以及抗凋亡作用，從而減輕腎IRI[23]。除上述藥物治療外，CD200R1激動劑和新型芪類衍生物E-2-(2-氯苯基)-3,5,6-三甲基吡嗪也可明顯阻斷TLR4/髓樣分化因子/TRAF6/TAK1介導(dǎo)的NF-κB通路，抑制促炎因子的產(chǎn)生和釋放，改善脂多糖誘導(dǎo)的腎小管細胞的炎癥反應(yīng)[24-25]。因此，TAK1有望成為AKI的新型治療靶點。

3.2TAK1與慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD) CKD是各種原因引起的慢性腎功能衰竭性疾病，病理特征為腎小球硬化、腎小管萎縮以及腎間質(zhì)纖維化等。糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是終末期腎病的主要原因，其發(fā)病率逐年升高，并嚴重影響人們的生命健康和生活質(zhì)量。因此，進一步揭示DN的發(fā)生發(fā)展機制，并探索延緩病變進展的有效治療手段，是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點。近年來，TAK1在DN中的作用已得到相關(guān)研究證實[26-29]。學(xué)者在DN大鼠的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，高葡萄糖可引起巨噬細胞活化、增殖并分化為促炎表型，促使TAK1和相關(guān)下游因子JNK、p38 MAPK及NF-κB磷酸化和激活，進而上調(diào)NF-κB和轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1的轉(zhuǎn)錄活性，誘導(dǎo)炎癥因子(TNF-α、IL-1β)和趨化因子1的釋放，從而加重腎臟病理損傷[3,26]。為進一步研究TAK1在DN中的促纖維化作用，F(xiàn)an等[27]在高糖條件下腎小球系膜細胞中發(fā)現(xiàn)，TAK1活化可通過觸發(fā)NF-κB級聯(lián)反應(yīng)促進細胞外基質(zhì)(Ⅰ、Ⅳ型膠原、纖連蛋白)的分泌，從而加劇腎小球系膜基質(zhì)積累和腎小管間質(zhì)硬化。因此，高糖環(huán)境下TAK1介導(dǎo)的MAPK和NF-κB信號通路可使巨噬細胞和系膜細胞相互作用，最終促進炎癥級聯(lián)反應(yīng)和腎臟纖維化。另外，TAK1也可通過降低核轉(zhuǎn)錄共抑制因子SnoN(Ski-related novel protein N)的穩(wěn)定性促進DN的進展。Wang等[5]在DN大鼠的實驗研究中證實，高糖條件下TGF-β1/TAK1的活化可使SnoN蛋白發(fā)生磷酸化，同時也可促進SnoN發(fā)生泛素化并降解，進而降低SnoN蛋白的表達水平，而SnoN是TGF-β1/Smads通路的負性調(diào)控因子，故SnoN蛋白的下調(diào)可激活TGF-β1/Smads通路，從而促進腎臟纖維化。以上研究為TAK1信號通路參與DN的進展提供了分子細胞學(xué)基礎(chǔ)，也為研究TAK1在其他病因引起的CKD中的作用提供有益借鑒；另外，TAK1對CKD中細胞死亡和自噬的影響尚未闡明，仍需進一步探討。

研究顯示，TAK1抑制劑5Z-7-oxozeaenol預(yù)處理小鼠后P-TAK1、TAK1及其下游因子JNK、p38 MAPK、NF-κB表達水平顯著降低，炎癥因子TNF-α、IL-1β、細胞間黏附分子1及單核細胞趨化因子1的信使RNA水平也相應(yīng)降低，同時也可抑制巨噬細胞活化和遷移，從而減輕炎癥反應(yīng)和腎臟纖維化[3,26]。毛彥穩(wěn)等[28]研究顯示，硫辛酰胺可減弱TAK1對SnoN蛋白的負調(diào)控作用，從而減少細胞外基質(zhì)分泌和抑制腎小管上皮細胞轉(zhuǎn)分化，最終延緩高糖誘導(dǎo)的腎臟纖維化。因此，TAK1抑制劑為CKD的治療提供了新策略。Tan等[29]在研究血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme,ACE)抑制劑對瘢痕愈合的作用中發(fā)現(xiàn)，ACE敲除或ACE抑制劑類藥物雷米普利預(yù)處理可抑制TGF-β1/Smads和TGF-β1/TAK1通路，進而抑制成纖維細胞增殖及膠原蛋白的表達，從而抑制瘢痕形成。而ACE抑制劑是CKD患者降壓及減少蛋白尿的一線治療藥物，因此推測，ACE抑制劑干預(yù)也可通過抑制TAK1信號通路延緩CKD的腎臟纖維化。

血管鈣化是CKD患者常見的并發(fā)癥，也是CKD合并心血管疾病的獨立危險因素。除鈣磷代謝紊亂參與血管鈣化的發(fā)生發(fā)展外，慢性炎癥在血管鈣化中的作用也受到廣泛關(guān)注。Li等[30]研究顯示，TGF-β受體(transforming growth factor-β receptor,TGFBR)1/TAK1通路介導(dǎo)的血管平滑肌細胞炎癥反應(yīng)參與CKD小鼠血管鈣化的形成，TGF-β1與TGFBR2結(jié)合可使TGFBR1發(fā)生磷酸化和激活，進而引起TAK1多聚泛素化并觸發(fā)NF-κB信號通路，增加炎癥因子TNF-α的表達，從而加重CKD小鼠的血管鈣化。進一步研究顯示，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-135a-5p是TGFBR1/TAK1通路的上游負性調(diào)控因子，farnesoid X受體激活可通過上調(diào)miR-135a-5p的表達抑制TGFBR1/TAK1通路誘導(dǎo)的NF-κB活化，從而減輕血管平滑肌細胞炎癥反應(yīng)和延緩CKD小鼠的血管鈣化。該研究首次揭示了TGFBR1/TAK1通路與延緩CKD的血管鈣化形成密切相關(guān)。因此，進一步探討TAK1通路與血管鈣化的關(guān)系將有助于更好地預(yù)防CKD患者的心血管疾病發(fā)生，從而為臨床治療提供新思路。

3.3TAK1與腎細胞癌(renal cell carcinoma,RCC) RCC是泌尿系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，腎透明細胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)是RCC中常見的一種亞型，目前癌細胞復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移及耐藥性仍是RCC化療過程中最大的難題，因此迫切需要尋求新的治療靶標。大量研究表明，在多種癌癥(胰腺癌、乳腺癌、腎癌、胃癌及結(jié)腸癌等)中，TAK1的持續(xù)表達可通過激活NF-κB和MAPK通路增加炎癥因子和抗凋亡蛋白的表達，從而促進癌細胞增殖和抑制凋亡[2,31-34]。此外，TAK1高表達也可增加癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移和對化療藥物的抗性[2]。因此，TAK1有望成為惡性腫瘤中有前景的治療靶點。Meng等[32]研究顯示，在RCC患者腎組織中TAK1呈高表達；而TAK1基因沉默或給予TAK1抑制劑(LYTAK1、5Z-7-oxozeaenol或NG-25)抑制TAK1的活性，可抑制NF-κB的活化，進而抑制癌細胞存活和誘導(dǎo)凋亡，并逆轉(zhuǎn)RCC對化療藥物長春堿的抗性，從而增加長春堿的化療效果。另外，Peng等[33]研究證實，在成纖維細胞生長因子受體1(fibroblast growth factor receptor 1，F(xiàn)GFR1)抑制劑耐藥的胃癌細胞系中，TAK1的表達水平顯著升高，TAK1高表達可通過激活A(yù)MPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白途徑誘導(dǎo)自噬活性，最終增加細胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程；而使用TAK1抑制劑NG25干預(yù)FGFR1抑制劑耐藥的胃癌細胞后，自噬相關(guān)蛋白表達明顯減少，從而抑制自噬活性和增加藥物的細胞毒性作用。因此，TAK1抑制劑為FGFR1抑制劑耐藥的胃癌患者提供了潛在的治療策略。而在RCC中TAK1通路與自噬的具體機制尚不清楚，未來需進一步研究。

研究證實，TAK1可作為ccRCC潛在的預(yù)后生物標志物[34-35]。Wei等[34]對51例ccRCC癌組織進行回顧性分析顯示，ccRCC中TAK1 信使RNA和蛋白水平升高，且與T分期、N分類、Fuhrman分級以及癌細胞的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)顯著相關(guān)，而與患者性別和年齡無關(guān)。且進一步分析顯示，TAK1表達是ccRCC患者總體生存的獨立危險因素，TAK1過表達提示預(yù)后不良。為進一步研究TAK1與ccRCC預(yù)后的具體機制，He等[35]研究表明，在RCC患者中miR-486-5p的表達與患者預(yù)后和生存期呈正相關(guān)，而TAK1是miR-486-5p的潛在靶基因，miR-486-5p的上調(diào)可通過抑制TAK1的活性促進癌細胞凋亡和抑制增殖，從而改善患者預(yù)后。以上研究均表明，TAK1高表達在多種癌癥中扮演重要角色，且TAK1抑制劑可為癌癥的治療提供新思路。

3.4TAK1與腎臟衰老 腎臟是人體重要的排泄和內(nèi)分泌器官。一旦人體開始衰老，腎臟也會出現(xiàn)老化，表現(xiàn)為細胞外基質(zhì)產(chǎn)生增多并過度積累，導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化。因此，延緩腎臟衰老已成為國內(nèi)外研究熱點。近年來研究顯示，運動是延緩衰老的有效方法，如Bao等[36]研究遞增負荷訓(xùn)練對老年小鼠腎組織纖維化的影響發(fā)現(xiàn)，在老年小鼠腎臟中TAK1的表達水平升高，而自噬水平降低；在進行遞增負荷訓(xùn)練(每周5 d，持續(xù)6周)的老年小鼠中，TGF-β1/TAK1/MAPK激酶3/p38 MAPK信號通路相關(guān)蛋白的表達顯著減少，同時自噬相關(guān)蛋白Beclin1及微管相關(guān)蛋白1輕鏈3表達增加，進而減少老年小鼠腎臟的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和細胞外基質(zhì)的合成。表明遞增負荷訓(xùn)練可通過抑制TGF-β1/TAK1/MAPK信號通路和增加自噬水平，延緩老年性腎臟纖維化的發(fā)生發(fā)展。但該研究僅揭示了老年性腎臟纖維化與TAK1通路、自噬相關(guān)，而其中TAK1通路與自噬的調(diào)節(jié)是否有關(guān)尚不清楚,因此TAK1通路在老年性腎臟纖維化中的具體機制需進一步研究。然而，Xu等[37]研究顯示，在衰老小鼠的腦組織中TAK1的表達減少，且TAK1的低表達聯(lián)合遺傳危險因素共同促進RIPK1激酶的激活，從而導(dǎo)致小鼠神經(jīng)炎性及神經(jīng)退行性疾病。因此推測，TAK1在不同組織中的表達水平不同，但可以明確TAK1通路可為延緩衰老提供新的治療途徑。

4 小 結(jié)

TAK1及其信號通路具有促炎、促纖維化、調(diào)節(jié)細胞死亡和自噬等多重生物學(xué)效應(yīng)，在多種腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，且TAK1的選擇性抑制劑和非特異性抑制劑均可通過調(diào)節(jié)多種信號通路改善腎功能和減輕腎損傷，從而延緩疾病的進展。因此，TAK1有望成為腎臟疾病的診斷標志物和潛在治療靶點。

雖然TAK1在多種腎臟疾病中有著較為深入的研究，但因TAK1介導(dǎo)的多條信號通路之間存在復(fù)雜的聯(lián)系，且在不同的細胞中表現(xiàn)為不同的生物學(xué)效應(yīng)，因此腎臟疾病患者長期使用TAK1抑制劑將可能引起潛在的不良反應(yīng)，需要進一步研發(fā)靶向TAK1的特異性抑制劑。但目前公認的TAK1抑制劑5Z-7-oxozeaenol、LYTAK1及takinib均不適用于臨床[38-39]，因此開發(fā)特異性強、安全性高且適用于臨床的TAK1抑制劑是未來學(xué)者們的研究方向。