基質(zhì)金屬蛋白酶MAPKs途徑在類風濕性關節(jié)炎發(fā)病中的作用-

1、【綜述】基質(zhì)金屬蛋白酶MAPK s途徑在類風濕性關節(jié)炎發(fā)病中的作用周靜,周桂琴,肖誠,呂愛平(中國中醫(yī)研究院基礎理論研究所,北京100700關鍵詞:類風濕性關節(jié)炎;信號傳導;MAPK s;M MPs中圖分類號:R22031文獻標識碼:A文章編號:100623250(2004062封三202類風濕性關節(jié)炎是一種常見的炎癥性關節(jié)炎,它的主要病理表現(xiàn)在細胞因子的生成、滑液的增生,軟骨及骨關節(jié)的炎癥反應及損傷。局部由單核細胞、巨噬細胞產(chǎn)生的因子如I L21、腫瘤壞死因子和白三烯B4,能刺激白細胞移行進入滑膜。局部產(chǎn)生前列腺素E2的擴血管作用也能促進炎癥細胞進入炎癥部位,能吞噬免疫復合物及釋放溶酶體,包

2、括中性蛋白酶和膠原酶,破壞膠原彈力纖維,使滑膜表面及關節(jié)軟骨受損。關節(jié)軟骨的軟骨細胞嵌于無血管組織的基質(zhì)里,包含有型膠原(C纖維和蛋白多糖和細胞復合體等,關節(jié)軟骨被蛋白水解酶降解是骨性關節(jié)炎關節(jié)損傷的特點,基質(zhì)金屬蛋白酶(M MPs在類風濕性關節(jié)炎(RA的細胞外基質(zhì)降解中起著重要作用,M MPs能夠降解所有的軟骨成分,因此M MPs可以明顯影響關節(jié)的損傷程度。中醫(yī)藥治療類風濕性關節(jié)炎有較明顯的臨床優(yōu)勢,現(xiàn)代中藥藥理研究也表明中藥能通過調(diào)節(jié)M MPs而達到治療目的。但是,中藥治療作用與有關基質(zhì)金屬蛋白酶MAPK s途徑的相關研究較少。本文主要是對基質(zhì)金屬蛋白酶MAPK s途徑在類風濕性關節(jié)炎發(fā)病

3、中的作用,以及可能存在的其他信號傳導途徑進行綜述,以拓寬中藥治療類風濕性關節(jié)炎作用機制的研究范圍。1MMPs與類風濕性關節(jié)炎M MPs家族中,起降解膠原作用的主要是M MP2 1和M MP213。M MP21(膠原酶21十分豐富,許多組織上都有M MP21表達,包括滑液和表皮的纖維母細胞、平滑肌細胞、軟骨細胞、巨噬細胞、內(nèi)皮細胞、角質(zhì)細胞和多種腫瘤細胞,它可以有效地降解間質(zhì)膠原。M MP213(膠原酶23在軟骨細胞上表達,并且對型膠原的水解作用比別的M MP更為有效,因此可能對關節(jié)的降解有著特別的作用;M MP213還有降解基底膜蛋白多糖的能力,通過連接此蛋白多糖的硫酸乙酰肝素鏈,使釋放的bF

4、G F(堿性成纖維細胞生長因子保存在細胞外基質(zhì)中。M MP8(膠原酶2為中性粒細胞所釋放,近來在沒有嗜中性粒細胞存在的情況下,在關節(jié)損傷時也會出現(xiàn),說明軟骨細胞或者是滑膜細胞可以產(chǎn)生這種酶。M MP29也可以成為一個誘導因素,但它的作用在關節(jié)炎的結(jié)締組織損傷中顯得比較次要,因為它只有在膠原的3倍螺旋鏈被其他間質(zhì)酶解開后,才能發(fā)揮它的降解作用。M MP22和M MP214是結(jié)構(gòu)性的表達,只有很輕微的調(diào)節(jié)作用,它們對于關節(jié)炎的病理變化關系不大。因此,M MP21、M MP28、M MP213對于解開膠原的3倍螺旋鏈有著不可替代的作用,鏈解開后,膠原就極易被其他的M MP降解。我們以下主要了解對M

5、MP21和M MP213調(diào)控的信號傳導途徑。2MAPK s途徑與類風濕性關節(jié)炎大多數(shù)M MPs的表達是由生長因子、激素、細胞因子及細胞轉(zhuǎn)化來轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的。從M MPs的前體開始,它的蛋白水解酶活性被精確控制。在正常細胞上M MPs表達的很少,它們的正常表達可以重構(gòu)結(jié)締組織。在病理狀態(tài)下,M MPs水平明顯提高,導致異常的結(jié)締組織破壞。類風濕性關節(jié)炎病變局部,滑膜上被激活的巨噬細胞產(chǎn)生I L21和T NF2等炎癥因子,I L和T NF2受體各自召集一系列特定的受體相關蛋白。將刺激信號傳導入細胞內(nèi),I L21和T NF2在細胞內(nèi)促進共有的磷酸化作用進而推動M MPs的轉(zhuǎn)錄誘導作用。細胞因子對M MP

6、21、M MP213的調(diào)節(jié)是十分重要的一部分,隨著I L21和T NF2的增加,這些膠原酶表達水平明顯上升。調(diào)節(jié)這些磷酸化作用的一組蛋白為絲裂原活性蛋白激酶(MAPK s,MAPK家族是由c2Jun N2終端激酶(JNK、細胞外信號轉(zhuǎn)導激酶(ERK和p38激酶組成。MAPK途徑通過保守的三級酶促級聯(lián)反應(MAPK激酶激酶MAPKKKMAPK激酶MAPKKMAPK激活轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)節(jié)特定的基因表達,MAPK一旦被激活,則迅速由胞漿轉(zhuǎn)運至核內(nèi),作用于靶目標。I L21為強有力的炎癥因子,可作用于周圍幾乎所有的細胞,并可有效地誘導軟骨細胞上M MP213的表達。I L21與它的型受體連接,可誘導多樣的

7、磷酸依賴性信號傳導途徑來調(diào)節(jié)基因的表達,該途徑主要通過MAPK s產(chǎn)生作用。I L21對M MP213的誘導作用需要通過JNK、p38及轉(zhuǎn)錄因子NF2B的作用;I L21對M MP21的誘導與其對M MP213的誘導所需的途徑不同,在軟骨肉瘤細胞誘導M MP21需要p38和MEK(細胞外信號調(diào)節(jié)激酶途徑的MAPK激酶,而不需要JNK、NF2B。T NF2可以激活酪氨酸激酶,從而導致一系列蛋白分子的酪氨酸殘基磷酸化,其中包括ERK、JNK、p38。實驗發(fā)現(xiàn),高劑量T NF可以在對照組的T 細胞里誘導NF2B和JNK的強烈活化。相反,T細胞的T NF2R配基受到低劑量T NF的慢性刺激可以導致JN

8、K活性的減弱,而NF-K B和ERK的活性不變,慢性T NF刺激導致的基因表達和T NF短暫性參與所產(chǎn)生的程序性基因轉(zhuǎn)錄是不一樣的。在TRAF2 (T細胞受體相關因子缺失的情況下也會出現(xiàn)T NF 所誘導的JNK活性的減弱。細胞缺乏RIP(受體相互作用蛋白時,與TRADD(T NF受體相關的死亡區(qū)域蛋白相關聯(lián)的另一個編輯蛋白出現(xiàn)T NF調(diào)節(jié)的NF2B活性的減弱。由上可知,I L21、T NF2對M MP的誘導作用應該是通過相同的早期受體后反應,并都通過MAPK s信號轉(zhuǎn)導通路。假設MAPK s通過AP21的效應而對RA中的基膜重構(gòu)而發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用,在MAPK 的轉(zhuǎn)錄作用中,JNK和ERK對活

9、性蛋白21(AP21家族成員c2Jun進行磷酸化和激活,以及使c2Jun與c2 F os二聚化促進多重的M MP基因轉(zhuǎn)錄,JNK與p38通過磷酸化EIK21、ATF22來促進AP21轉(zhuǎn)錄因子活化。此外,JNK磷酸化c2Jun,接著c2Jun可直接活化AP21控制的靶基因,ATF22和EIK21可誘導更多的c2Jun和c2F os產(chǎn)生。在眾多M MP基因的轉(zhuǎn)錄中, AP21起中間調(diào)節(jié)作用,還可調(diào)節(jié)M MP213的基因表達,M MP213的AP21位點對于DNA的激活是必要的,AP21位點的改變可阻斷TG F2對M MP213活化的誘導作用。MAPK s三個家族都對M MPs的誘導具有一定的作用。

10、為了明確各家族在信號傳導中所扮演的角色,可以特異性阻斷某個傳導途徑的效應,從而估計各個途徑所可能起的作用。JNK可活化AP21轉(zhuǎn)錄因子,AP21由Jun和F os 家族成員組成,屬于bZ jp類DNA結(jié)合蛋白。AP21中Jun和F os組成的改變,及蛋白磷酸化所引起的轉(zhuǎn)錄后改變都可調(diào)節(jié)AP21的功能。JNK在c2Jun上磷酸化兩個N2末端絲氨酸(氨基酸63,73位點,從而提高轉(zhuǎn)錄活性。除了c2Jun,JNK也可以在磷酸化ATF2和EIK A22的基礎上調(diào)節(jié)其他基因的表達。使用JNK抑制劑SP600125可以抑制JNK的功能,并且可以抑制成纖維樣滑膜細胞上c2Jun的磷酸化作用;SP600125

11、還可以阻滯I L21誘導的c2Jun mRNA表達,核蛋白與包含有AP21DNA片段的結(jié)合活性同樣被抑制。JNK有JNK1、JNK2和JNK3三個亞型,雖然JNK主要的亞型是JNK22,但同樣存在JNK21蛋白和信使RNA(mRNA表達。因此,在實驗中,我們使用JNK22敲除的關節(jié)炎小鼠,來明了敲除了此基因是否可以有效保護關節(jié)。結(jié)果表明,JNK22的缺失在一定程度起到了關節(jié)保護作用,但M MPs和AP21的活性并未受到影響,這說明要達到最佳治療效果,必須同時阻斷JNK21和JNK22。在JNK1缺失的小鼠和JNK2缺失的小鼠中,I L21對M MP3和M MP13的誘導作用、AP21的結(jié)合活性

12、都受到抑制。SP600125可以適度減輕小鼠足趾腫脹程度,而骨和軟骨損傷有十分明顯的減輕。這使我們設想:可能存在兩條分別調(diào)節(jié)炎癥反應和關節(jié)損傷的獨立且又互補的途徑。SP600125雖然可以抑制c2Jun的磷酸化活性,但無法將c2Jun控制至最低水平,這提示存在有其他對AP21的活化存在作用的途徑。PD98059可抑制MEK1、MEK2這兩種具有磷酸化和活化ERK21和ERK22作用的酶。在使用PD98059時,可看到佛波醇酯、生長因子和增殖反應被阻滯;并可看到受I L21刺激纖維母細胞上,M MP21的活化明顯受到抑制, PD98059減少I L21刺激的纖維母細胞和滑膜細胞上c2Jun磷酸化

13、和M MP21基因的表達。但這個抑制劑的作用并不如JNK抑制劑那么顯著。I L21誘導M MP21需要p38,軟骨細胞上I L21必(下轉(zhuǎn)第80頁的標書很少,中標的也就更少。例如,針刺手法是針灸研究的重要內(nèi)容之一,而對它的研究目前仍是一個薄弱環(huán)節(jié)。近6年來,僅有2份有關申請獲得了資助。有關針灸治病機理研究方面的申請一直較多,但存在著有些疾病針灸臨床療效不確切帶來的可信度差,結(jié)果難以評價的問題。若針灸治療這些疾病的療效都不確切,就更談不上進行機理研究了。因而,針灸臨床療效評價的研究就顯得尤為迫切和必要。為此,本學科將“針灸防治疾病的基礎與臨床療效評價”作為2002年支持的一個主要研究方向發(fā)布在了

14、項目指南上。但令人遺憾的是,有關這方面的申請很少,至今為止,只有1份申請獲得了資助。以上是近幾年該領域在本學科的申請與資助情況簡介與分析,供大家參考。收稿日期:2004204216作者簡介:王昌恩,教授,男,醫(yī)學博士,國家自然科學基金委員會生命科學九處處長,中醫(yī)學與中藥學學科主任。(上接封四須要有p38才可誘導M MP 213。此外,表皮纖維母細胞上對M MP 213的誘導同樣需要p38,p38抑制物S B203580在軟骨移出物和動物模型上具有抗感染的作用,通過S B203580抑制p38,可以阻斷I L 21所誘導的膠原分解,而蛋白多糖的降解不受影響。膠原誘導性關節(jié)炎(CI A 中,用S

15、B203580抑制T NF 2和I L 26的生成,可減輕足趾的感染,并抑制關節(jié)損傷的形成。3其他途徑與類風濕性關節(jié)炎除了MAPK s 家族對M MPs 的誘導作用以外,NF 2B 家族成員從細胞質(zhì)向核轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)位作用也與M MPs 有關。NF 2B 為一種轉(zhuǎn)錄因子,可調(diào)節(jié)包含M MP 21在內(nèi)的所有炎癥因子,I L 21可以增加NF 2B的活性,I L 21通過一個對NF 2B 誘導性激酶有活化作用的級聯(lián)來活化NF 2B ,此級聯(lián)可磷酸化及活化NF 2B 激酶的抑制因子(I B 。如果NF 2B 被一定水平的I B 保留在細胞質(zhì),在細胞因子刺激下的細胞上的M MP 21、M MP 23和M M

16、P 213表達將會減少。I B的過度表達可以減少炎癥細胞因子和M MPs 的表達,但并不減少抗炎細胞因子和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物的表達。因此,尋找直接抑制NF 2B 途徑的藥物,也將是治療RA 的一個有效措施。綜上所述,在類風濕性關節(jié)炎中,M MPs 的過度表達是基質(zhì)降解及關節(jié)損傷的重要因素,I L 21和T NF 2等細胞因子對M MPs 的誘導是通過以MAPK 家族為主的信號傳導途徑產(chǎn)生作用的。MAPK s 中的JNK 、ERK 和p38途徑作用方式以及效果存在異同點,兼以NF 2B 在其中所起的作用,使整個信號傳導的作用機制顯得交錯復雜,為我們在其中尋找治療靶點增加了難度。近幾年出現(xiàn)了眾多治療類風濕性關節(jié)炎的中藥成方,如桂枝芍藥知母湯、獨活寄生湯、烏頭湯加減、六味地黃湯等,還有一些單味中藥的提取物,如雷公藤、白芍總甙、蟲草多糖等