JNK信号转导通路与糖尿病并发症

丹妮，何军华

(1.山西医科大学，山西 太原 030001；2.山西医科大学第二医院，山西 太原 030001)

综 述

JNK信号转导通路与糖尿病并发症

丹妮1，何军华2*

(1.山西医科大学，山西 太原 030001；2.山西医科大学第二医院，山西 太原 030001)

大量研究发现：糖尿病的机体大多处于炎症或者氧化应激状态，并多伴有炎症因子及其他应激分子水平的升高，从而激活c-jun氨基端激酶(JNK)信号转导通路，参与糖尿病慢性并发症的发生和(或)发展。同时更多进一步的研究还表明选择性抑制JNK的激活将可能为糖尿病并发症治疗提供一个新方向。以下就该领域目前的研究做一综述。

1 JNK信号通路

丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是哺乳动物细胞内广泛存在的一类丝/苏氨酸蛋白激酶，在信息从细胞外传递到细胞核内的过程中发挥着重要作用。目前已证实4条MAPK信号转导通路：细胞外调节蛋白激酶(ERK)通路；c-jun氨基末端激酶通路；p38通路；ERK5通路[1]。其中JNK信号通路是MAPK家族重要成员之一，能被多种细胞外刺激因素如生长因子、细胞因子、应激等所激活，从而广泛参与凋亡、增殖、代谢、运输及DNA损伤修复等细胞生命过程。JNK定位于胞质，包含双磷酸化功能区(由三种氨基酸Thr、Pro和Tyr组成)，可与c-jun N端的活化Ⅸ结合并使其第63和73位丝氨酸残基磷酸化；JNK的活化是通过磷酸化其氨基末端残基来实现的，一旦被激活，JNK便从胞浆移位到细胞核中。JNK有3种异构体，分别为JNK1、JNK2和JNK3，它们被不同的基因编码。JNK1、JNK2在各种组织细胞中均有广泛表达，而JNK3只在脑组织中特异表达[2]。MAPK信号通路是多级蛋白激酶的级联反应，MAPK，MAPK激酶(MAPKK)和MAPK激酶的激酶(MAPKKK)[3]为其中3个关键激酶。JNK是3个激酶模块中的重要部分，其中上游激酶包括MAPKKKs和MAPKKs，它们通过级联式反应依次磷酸化并激活JNK。激活JNK的MAPKKs有两种，为MKK4和MKK7。而激活JNK的MAPKKKs则有11种，如ASKl等。MKK4、MKK7通过对JNKⅧ区Thr-183、Tyr-185双位点磷酸化而激活JNK，该反应在细胞核内和胞浆中进行。JNK一旦被激活，便从胞浆中移位到细胞核。MKK7主要由细胞因子激活，MKK4主要由环境应激激活。有实验证实，只有MKK7可以特异性地激活JNK，而MKK4不但可以激活JNK，而且同时也能激活p38MAPK。MKK4和MKK7是比较确定的JNK的直接上游激酶[4]，但二者的功能不同，MKK4优先磷酸化Tyr185位点，而MKK7优先磷酸化Thr183位点[5]。磷酸化的JNK可以和活化转录因子(ATF2)以及c-jun的氨基末端区域结合，并使转录因子的活性区域发生磷酸化。转录因子ATF2和c-jun均属于亮氨酸拉链家族一员，它们可以同二聚体或以异二聚体复合物的形式和许多基因启动子上的激活蛋白(AP-1)和AP-1样位点结合，从而提高AP-1的转录活性，促进基因的表达和增加蛋白质的合成。

2 JNK信号通路与糖尿病肾病

糖尿病肾病是糖尿病微血管病变的重要并发症，一定程度上影响着糖尿病患者的生存质量，严重时则危及患者生命。有研究表明，JNK信号通路的活化参与了糖尿病肾病的发病过程：可明显增加细胞外基质成分如Ⅳ型胶原蛋白的表达[6]；可以加速诱导肾脏组织中足细胞的损伤及凋亡[7]，破坏肾小球滤过屏障的完整性，并导致蛋白尿的产生。

Jiang等[8]研究发现，Ang Ⅱ可通过JNK/SAPK信号通路诱导肾小球系膜细胞AP-1活化，促进肾小球系膜细胞增殖，而JNK抑制剂SP600125能部分抑制Ang Ⅱ诱导的AP-1活化及系膜细胞增殖，JNK通过其下游的AP-1而启动TGF-β1基因转录，从而发挥其促肾脏纤维化的作用。Gao等[9]研究发现c-Jun剂量依赖性地促进SP-1介导的TGF-β1转录，磷酸化c-Jun及SP-1水平的升高促进了TGF-β1的表达，而JNK抑制剂SP600125降低了TGF-β1表达，延缓了糖尿病肾病进展。孙亮亮和刘志民[10]指出氧化应激可激活JNK/SAPK信号通路，其下游信号通路通过活化caspase-3蛋白诱导足细胞凋亡。Makkinje等[11]在研究基因33mRNA时发现，基因33mRNA在糖尿病肾病(DN)早期和疾病进展过程中均呈持续升高状态，而基因33的激活需要JNK参与，基因33反过来又可以选择性激活JNK，间接提示了JNK通路在DN的发展过程中扮演着重要角色。Hong等[12]在研究1型糖尿病大鼠模型时发现，高血糖通过激活RAS系统诱导C57BL/6J大鼠肾脏损伤，而JNK特异性抑制剂SP600125干预治疗后可以降低大鼠尿素氮、尿微量白蛋白水平，在一定程度上减轻其肾脏损伤。

3 JNK信号通路与糖尿病大血管并发症

糖尿病心肌病是糖尿病大血管并发症之一，不但加速心血管疾病进展，而且严重威胁患者的生存。有研究发现在高血糖导致的心肌肥大模型中，JNK、p38处于上调状态[13]。氧化应激、JNK和p38的激活引起糖尿病心肌收缩与舒张功能障碍，而大麻二酚可通过下调以上通路减缓糖尿病心肌病和其他心血管疾病的进展[14]。高血糖可使心肌细胞内DAG增加，从而使JNKl激活，激活的JNKl能磷酸化IRS-1，IRS-1则受ISN或胰岛素样因子(IGF-1)所刺激，由此JNKl就能对Insulin/IGF-1的IRS-1通路起调节作用，之后IRS-1继续激活P13K，进一步P13K通过激活Akt/PKB通路，造成心肌肥厚和心脏衰竭[15]。在研究乳酸和低剂量依达拉奉减轻心肌细胞凋亡与p38-JNK通路的关系时，张国明等[16]在研究乳酸和低剂量依达拉奉减轻心肌细胞凋亡与p38-JNK通路关系时发现，缺血再灌注造成大鼠心肌组织损伤，并检测到超氧化物歧化酶、细胞凋亡指数、磷酸化p38和磷酸化JNK表达升高，而通过联合注射乳酸和低剂量依达拉奉后，p38-JNK通路得到恢复，减少了细胞凋亡。Liu等[17]研究发现与正常组大鼠相比，糖尿病组大鼠心肌组织中JNK1、p-JNK、IRS1表达水平明显增加，提示JNK通路可能加速了糖尿病心肌纤维化的进展。Li等[18]研究证实高血糖引起心肌组织中JNK、p38 MAPK的活化，硫辛酸可以通过减少JNK及p38 MAPK的活化对大鼠糖尿病心肌病产生保护作用。在研究高血糖与巨噬细胞移动抑制因子(MIF)的关系时发现高血糖增加了AC16人类心肌细胞内源性MIF、磷酸化JNK及caspase-3的表达，而JNK阻断剂SP600125的干预抑制了细胞的凋亡和caspase-3的活化，提示高血糖-MIF-JNK这一通路有望成为治疗糖尿病心肌病的新靶点[19]。

4 JNK信号通路与糖尿病视网膜病变

糖尿病视网膜病变是糖尿病(DM)的又一重要的微血管并发症，包括视网膜微血管病变(DR)及神经病变。有研究发现在DR早期就出现了由高糖引起的视网膜血管内皮细胞的凋亡；高糖通过增加细胞内钙离子流入和钙离子依赖蛋白激酶的激活引起视网膜血管内皮细胞凋亡增加，同时增加了JNK磷酸化和Fas受体表达水平，而JNK抑制剂SP600125能够部分阻断Fas受体表达[20]。张曙光等[21]研究JNK2在早期糖尿病小鼠视网膜中的作用时发现，DM组小鼠与正常小鼠相比，随DM病情的延长，JNK2的表达上调，神经节细胞凋亡率增加，提示JNK2可能参与了小鼠早期(RGCs)的凋亡过程。李晓艳等[22]发现在研究糖尿病大鼠视网膜神经细胞凋亡与caspase-3关系时发现，随着糖尿病病程延长，糖尿病组大鼠视网膜较正常组大鼠caspase-3基因表达增强，并与细胞凋亡的严重程度呈正相关，由此可以推测糖尿病大鼠早期视网膜神经细胞的凋亡与caspase-3的表达增强有关，而caspase-3是JNK凋亡通路的一个重要执行者。Miranda等[23]在研究非诺贝酸对人永久视网膜色素上皮细胞(ARPE-19)凋亡、生存通路的影响时发现，糖尿病状态下的高糖和低氧环境增加了JNK磷酸化，而非诺贝酸抑制caspase-3的活化，同时下调了Bcl的表达，从而对ARPE-19细胞产生保护作用。

5 JNK信号通路与糖尿病周围神经病变

糖尿病周围神经病变临床上主要表现为对称性疼痛和感觉异常，下肢症状较上肢多见。近年来研究显示JNK活化与糖尿病神经病变密切相关。有研究提示，在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中可发现坐骨神经细胞核中磷酸化的JNK和c-jun明显增多，JNK的活化及其对底物c-jun转录的影响在一定程度上改变了神经元的表型并由此导致神经传导速度减慢，从而提示JNK参与了糖尿病神经病变的发生及发展。相应的Middlemas等[24]研究发现神经营养因子-3可抑制JNK的活化，从而阻止了STZ糖尿病大鼠模型的神经传导速度的减慢。Ho等[25]在观察醛糖还原酶基因敲除的糖尿病小鼠时发现，这些小鼠不同程度地出现了坐骨神经感觉及运动神经传导速度的减慢，并且伴随着JNK活化水平的增加；而使用醛糖还原酶抑制剂干预后，JNK活化得到抑制，由此阻止了糖尿病小鼠神经传导速度减慢，减轻了神经损伤。以上研究提示对JNK通路的阻断有可能是治疗糖尿病神经病变的一个潜在方向。综上所述，JNK信号通路已成为当前糖尿病研究的热点领域，它是导致糖尿病慢性并发症发生、发展的重要环节。随着JNK信号通路与糖尿病慢性并发症关系的进一步深入研究，阻断JNK将可能成为糖尿病并发症治疗的新策略，而JNK将可能成为糖尿病慢性并发症治疗的新靶点。

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(本文编辑：王作利)

2016-12-08

*本文通讯作者：何军华