基质金属蛋白酶MAPKs途径在类风湿性关节炎发病中的作用-

1、【综述】基质金属蛋白酶MAPK s途径在类风湿性关节炎发病中的作用周静,周桂琴,肖诚,吕爱平(中国中医研究院基础理论研究所,北京100700关键词:类风湿性关节炎;信号传导;MAPK s;M MPs中图分类号:R22031文献标识码:A文章编号:100623250(2004062封三202类风湿性关节炎是一种常见的炎症性关节炎,它的主要病理表现在细胞因子的生成、滑液的增生,软骨及骨关节的炎症反应及损伤。局部由单核细胞、巨噬细胞产生的因子如I L21、肿瘤坏死因子和白三烯B4,能刺激白细胞移行进入滑膜。局部产生前列腺素E2的扩血管作用也能促进炎症细胞进入炎症部位,能吞噬免疫复合物及释放溶酶体,包

2、括中性蛋白酶和胶原酶,破坏胶原弹力纤维,使滑膜表面及关节软骨受损。关节软骨的软骨细胞嵌于无血管组织的基质里,包含有型胶原(C纤维和蛋白多糖和细胞复合体等,关节软骨被蛋白水解酶降解是骨性关节炎关节损伤的特点,基质金属蛋白酶(M MPs在类风湿性关节炎(RA的细胞外基质降解中起着重要作用,M MPs能够降解所有的软骨成分,因此M MPs可以明显影响关节的损伤程度。中医药治疗类风湿性关节炎有较明显的临床优势,现代中药药理研究也表明中药能通过调节M MPs而达到治疗目的。但是,中药治疗作用与有关基质金属蛋白酶MAPK s途径的相关研究较少。本文主要是对基质金属蛋白酶MAPK s途径在类风湿性关节炎发病

3、中的作用,以及可能存在的其他信号传导途径进行综述,以拓宽中药治疗类风湿性关节炎作用机制的研究范围。1MMPs与类风湿性关节炎M MPs家族中,起降解胶原作用的主要是M MP2 1和M MP213。M MP21(胶原酶21十分丰富,许多组织上都有M MP21表达,包括滑液和表皮的纤维母细胞、平滑肌细胞、软骨细胞、巨噬细胞、内皮细胞、角质细胞和多种肿瘤细胞,它可以有效地降解间质胶原。M MP213(胶原酶23在软骨细胞上表达,并且对型胶原的水解作用比别的M MP更为有效,因此可能对关节的降解有着特别的作用;M MP213还有降解基底膜蛋白多糖的能力,通过连接此蛋白多糖的硫酸乙酰肝素链,使释放的bF

4、G F(碱性成纤维细胞生长因子保存在细胞外基质中。M MP8(胶原酶2为中性粒细胞所释放,近来在没有嗜中性粒细胞存在的情况下,在关节损伤时也会出现,说明软骨细胞或者是滑膜细胞可以产生这种酶。M MP29也可以成为一个诱导因素,但它的作用在关节炎的结缔组织损伤中显得比较次要,因为它只有在胶原的3倍螺旋链被其他间质酶解开后,才能发挥它的降解作用。M MP22和M MP214是结构性的表达,只有很轻微的调节作用,它们对于关节炎的病理变化关系不大。因此,M MP21、M MP28、M MP213对于解开胶原的3倍螺旋链有着不可替代的作用,链解开后,胶原就极易被其他的M MP降解。我们以下主要了解对M

5、MP21和M MP213调控的信号传导途径。2MAPK s途径与类风湿性关节炎大多数M MPs的表达是由生长因子、激素、细胞因子及细胞转化来转录调节的。从M MPs的前体开始,它的蛋白水解酶活性被精确控制。在正常细胞上M MPs表达的很少,它们的正常表达可以重构结缔组织。在病理状态下,M MPs水平明显提高,导致异常的结缔组织破坏。类风湿性关节炎病变局部,滑膜上被激活的巨噬细胞产生I L21和T NF2等炎症因子,I L和T NF2受体各自召集一系列特定的受体相关蛋白。将刺激信号传导入细胞内,I L21和T NF2在细胞内促进共有的磷酸化作用进而推动M MPs的转录诱导作用。细胞因子对M MP

6、21、M MP213的调节是十分重要的一部分,随着I L21和T NF2的增加,这些胶原酶表达水平明显上升。调节这些磷酸化作用的一组蛋白为丝裂原活性蛋白激酶(MAPK s,MAPK家族是由c2Jun N2终端激酶(JNK、细胞外信号转导激酶(ERK和p38激酶组成。MAPK途径通过保守的三级酶促级联反应(MAPK激酶激酶MAPKKKMAPK激酶MAPKKMAPK激活转录因子,调节特定的基因表达,MAPK一旦被激活,则迅速由胞浆转运至核内,作用于靶目标。I L21为强有力的炎症因子,可作用于周围几乎所有的细胞,并可有效地诱导软骨细胞上M MP213的表达。I L21与它的型受体连接,可诱导多样的

7、磷酸依赖性信号传导途径来调节基因的表达,该途径主要通过MAPK s产生作用。I L21对M MP213的诱导作用需要通过JNK、p38及转录因子NF2B的作用;I L21对M MP21的诱导与其对M MP213的诱导所需的途径不同,在软骨肉瘤细胞诱导M MP21需要p38和MEK(细胞外信号调节激酶途径的MAPK激酶,而不需要JNK、NF2B。T NF2可以激活酪氨酸激酶,从而导致一系列蛋白分子的酪氨酸残基磷酸化,其中包括ERK、JNK、p38。实验发现,高剂量T NF可以在对照组的T 细胞里诱导NF2B和JNK的强烈活化。相反,T细胞的T NF2R配基受到低剂量T NF的慢性刺激可以导致JN

8、K活性的减弱,而NF-K B和ERK的活性不变,慢性T NF刺激导致的基因表达和T NF短暂性参与所产生的程序性基因转录是不一样的。在TRAF2 (T细胞受体相关因子缺失的情况下也会出现T NF 所诱导的JNK活性的减弱。细胞缺乏RIP(受体相互作用蛋白时,与TRADD(T NF受体相关的死亡区域蛋白相关联的另一个编辑蛋白出现T NF调节的NF2B活性的减弱。由上可知,I L21、T NF2对M MP的诱导作用应该是通过相同的早期受体后反应,并都通过MAPK s信号转导通路。假设MAPK s通过AP21的效应而对RA中的基膜重构而发挥重要的调节作用,在MAPK 的转录作用中,JNK和ERK对活

9、性蛋白21(AP21家族成员c2Jun进行磷酸化和激活,以及使c2Jun与c2 F os二聚化促进多重的M MP基因转录,JNK与p38通过磷酸化EIK21、ATF22来促进AP21转录因子活化。此外,JNK磷酸化c2Jun,接着c2Jun可直接活化AP21控制的靶基因,ATF22和EIK21可诱导更多的c2Jun和c2F os产生。在众多M MP基因的转录中, AP21起中间调节作用,还可调节M MP213的基因表达,M MP213的AP21位点对于DNA的激活是必要的,AP21位点的改变可阻断TG F2对M MP213活化的诱导作用。MAPK s三个家族都对M MPs的诱导具有一定的作用。

10、为了明确各家族在信号传导中所扮演的角色,可以特异性阻断某个传导途径的效应,从而估计各个途径所可能起的作用。JNK可活化AP21转录因子,AP21由Jun和F os 家族成员组成,属于bZ jp类DNA结合蛋白。AP21中Jun和F os组成的改变,及蛋白磷酸化所引起的转录后改变都可调节AP21的功能。JNK在c2Jun上磷酸化两个N2末端丝氨酸(氨基酸63,73位点,从而提高转录活性。除了c2Jun,JNK也可以在磷酸化ATF2和EIK A22的基础上调节其他基因的表达。使用JNK抑制剂SP600125可以抑制JNK的功能,并且可以抑制成纤维样滑膜细胞上c2Jun的磷酸化作用;SP600125

11、还可以阻滞I L21诱导的c2Jun mRNA表达,核蛋白与包含有AP21DNA片段的结合活性同样被抑制。JNK有JNK1、JNK2和JNK3三个亚型,虽然JNK主要的亚型是JNK22,但同样存在JNK21蛋白和信使RNA(mRNA表达。因此,在实验中,我们使用JNK22敲除的关节炎小鼠,来明了敲除了此基因是否可以有效保护关节。结果表明,JNK22的缺失在一定程度起到了关节保护作用,但M MPs和AP21的活性并未受到影响,这说明要达到最佳治疗效果,必须同时阻断JNK21和JNK22。在JNK1缺失的小鼠和JNK2缺失的小鼠中,I L21对M MP3和M MP13的诱导作用、AP21的结合活性

12、都受到抑制。SP600125可以适度减轻小鼠足趾肿胀程度,而骨和软骨损伤有十分明显的减轻。这使我们设想:可能存在两条分别调节炎症反应和关节损伤的独立且又互补的途径。SP600125虽然可以抑制c2Jun的磷酸化活性,但无法将c2Jun控制至最低水平,这提示存在有其他对AP21的活化存在作用的途径。PD98059可抑制MEK1、MEK2这两种具有磷酸化和活化ERK21和ERK22作用的酶。在使用PD98059时,可看到佛波醇酯、生长因子和增殖反应被阻滞;并可看到受I L21刺激纤维母细胞上,M MP21的活化明显受到抑制, PD98059减少I L21刺激的纤维母细胞和滑膜细胞上c2Jun磷酸化

13、和M MP21基因的表达。但这个抑制剂的作用并不如JNK抑制剂那么显著。I L21诱导M MP21需要p38,软骨细胞上I L21必(下转第80页的标书很少,中标的也就更少。例如,针刺手法是针灸研究的重要内容之一,而对它的研究目前仍是一个薄弱环节。近6年来,仅有2份有关申请获得了资助。有关针灸治病机理研究方面的申请一直较多,但存在着有些疾病针灸临床疗效不确切带来的可信度差,结果难以评价的问题。若针灸治疗这些疾病的疗效都不确切,就更谈不上进行机理研究了。因而,针灸临床疗效评价的研究就显得尤为迫切和必要。为此,本学科将“针灸防治疾病的基础与临床疗效评价”作为2002年支持的一个主要研究方向发布在了

14、项目指南上。但令人遗憾的是,有关这方面的申请很少,至今为止,只有1份申请获得了资助。以上是近几年该领域在本学科的申请与资助情况简介与分析,供大家参考。收稿日期:2004204216作者简介:王昌恩,教授,男,医学博士,国家自然科学基金委员会生命科学九处处长,中医学与中药学学科主任。(上接封四须要有p38才可诱导M MP 213。此外,表皮纤维母细胞上对M MP 213的诱导同样需要p38,p38抑制物S B203580在软骨移出物和动物模型上具有抗感染的作用,通过S B203580抑制p38,可以阻断I L 21所诱导的胶原分解,而蛋白多糖的降解不受影响。胶原诱导性关节炎(CI A 中,用S

15、B203580抑制T NF 2和I L 26的生成,可减轻足趾的感染,并抑制关节损伤的形成。3其他途径与类风湿性关节炎除了MAPK s 家族对M MPs 的诱导作用以外,NF 2B 家族成员从细胞质向核转录的转位作用也与M MPs 有关。NF 2B 为一种转录因子,可调节包含M MP 21在内的所有炎症因子,I L 21可以增加NF 2B的活性,I L 21通过一个对NF 2B 诱导性激酶有活化作用的级联来活化NF 2B ,此级联可磷酸化及活化NF 2B 激酶的抑制因子(I B 。如果NF 2B 被一定水平的I B 保留在细胞质,在细胞因子刺激下的细胞上的M MP 21、M MP 23和M M

16、P 213表达将会减少。I B的过度表达可以减少炎症细胞因子和M MPs 的表达,但并不减少抗炎细胞因子和基质金属蛋白酶抑制物的表达。因此,寻找直接抑制NF 2B 途径的药物,也将是治疗RA 的一个有效措施。综上所述,在类风湿性关节炎中,M MPs 的过度表达是基质降解及关节损伤的重要因素,I L 21和T NF 2等细胞因子对M MPs 的诱导是通过以MAPK 家族为主的信号传导途径产生作用的。MAPK s 中的JNK 、ERK 和p38途径作用方式以及效果存在异同点,兼以NF 2B 在其中所起的作用,使整个信号传导的作用机制显得交错复杂,为我们在其中寻找治疗靶点增加了难度。近几年出现了众多治疗类风湿性关节炎的中药成方,如桂枝芍药知母汤、独活寄生汤、乌头汤加减、六味地黄汤等,还有一些单味中药的提取