p38MAPK在糖尿病心肌病中的作用研究进展

【摘要】 p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase， p38mapk）是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号系统的重要分支，是主要分布于细胞浆的一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它在糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy， DCM）发病中起重要作用，可被多种因素激活，在微血管病变、心肌间质纤维化、心肌肥厚、心肌凋亡中扮演着重要角色。深入研究p38MAPK在DCM中的分子机制，有助于阐明DCM发病机制，为防治DCM提供新靶点。

【关键词】 p38MAPK； 糖尿病心肌病； 微血管病变； 心肌间质纤维化； 心肌肥大； 心肌凋亡

【Abstract】 p38 mitogen-activated protein kinase （p38MAPK） is an important member of the mitogen-activated protein kinase （MAPK） superfamily， which is mainly distributed in the cytoplasm and a serine/threonine kinase. It plays an important role in the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy （DCM）， such as microvascular disease， myocardial fibrosis， cardiac hypertrophy， myocardial apoptosis and so on， which can be activated by a variety of factors. Studying the role of p38MAPK is helpful to further clarify the pathogenesis of DCM， as well as to provide new target for DCM treatment.

【Key words】 p38 mitogen-activated protein kinase； Diabetic cardiomyopathy； Microvascular disease； Myocardial fibrosis； Cardiac hypertrophy； Myocardial apoptosis

First-author’s address： Affiliated Hospital of Guangdong Medical College， Zhanjiang 524001， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2015.13.049

糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy， DCM）是独立于冠心病、高血压等的特异性心肌病，可诱发心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死，已成为糖尿病患者的主要死因。病理表现为心肌肥厚、弥漫性心肌壁内微血管病变，毛细血管密度降低、内皮及内皮下纤维增生和基膜增厚。其发病机制复杂，涉及心肌细胞代谢障碍、心肌微血管病变、心肌纤维化、自主神经病变、胰岛素抵抗及炎症因子等多个方面。近年研究发现p38MAPK在DCM的发生发展中占有重要的地位，它参与血管活性物质和细胞因子的产生，引起细胞生长、增殖和分化，是DCM发病的重要信号通路。本文就p38MAPK在糖尿病心肌病中的作用作一综述。

1 p38MAPK的结构与调节机制

p38MAPK是1993年Brewster等[1]发现，由360个氨基酸组成的38KD的蛋白，与细胞外信号调节激酶1/2（extracellular-signal regulated kinase， ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase， JNK）一起构成MAPK系统信号系统的3个主要分支。MAPK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可由活性氧应激性刺激激活，另外可以通过与生长因子受体及G蛋白偶联受体结合而激活。p38MAPK有6种异构形式，分别为p38MAPK α1/α2、p38MAPK β1/β2、p38γMAPK和p38δMAPK，不同亚型的分布具有组织特异性，p38α、p38β广泛分布于各种组织，p38γ主要分布于骨骼肌，p38δ主要分布于腺体组织，其中p38α和p38γ是心脏表达较多的亚型[2-3]。p38MAPK各亚型间存在同源相似结构，其同源相似程度不同，对药理学抑制剂敏感程度也不同。p38α和p38β具有高度同源性，而p38γ和p38δ仅有60%同源性，前两者对吡啶咪唑类抑制剂（如SB203580等）敏感，后两者则对抑制剂SB203580耐受。

p38MAPK通路可被热休克、紫外线、渗透压变化、细胞因子、缺氧、高糖、氧化应激、非酶糖基化和高胰岛素血症等激活，磷酸化p38MAPK转位入胞核，使核转录调节因子磷酸化，从而调节基因转录，参与多种细胞生理过程，包括细胞增殖、生长、分化、凋亡等，并参与细胞转化、恶化等病理过程。p38MAPK信号通路的激活为三级酶促级联反应――MAPK激酶激酶（MAPKkinasekinases， MKKKs）、MAPK激酶（MAPKkinases， MKKs）和MAPK。MAPK磷酸酶可使p38MAPK去磷酸化而失活。p38在体内主要由MKK3、MKK4和MKK6激活，还可通过不依赖于MKK的机制TGF-β激活性激酶1结合蛋白1途径和酪氨酸323磷酸化的途径自我激活。

2 p38MAPK与DCM

目前有证据表明，p38 MAPK信号通路在DCM微血管病变、心肌间质纤维化、心肌肥大、心肌肥大等发病环节起重要作用，是参与DCM发病的重要信号通路。

2.1 p38MAPK与DCM微血管病变 DCM主要病理表现为微血管病变，引起灌注不足，相当于冠状动脉血流储备不足，减少了心肌灌注，严重时导致心肌细胞凋亡，引起心肌重构，顺应性及心功能下降。DM时很多因素如胰岛素抵抗、高胰岛素血症、炎症和细胞因子等都可以诱导p38MAPK的活化，p38MAPK通过影响单核-巨噬细胞、血管内皮细胞和血管平滑肌细胞等参与微血管病变。Brownlee[4]研究发现胰岛素抵抗通过Ras-Raf-MEK-p38MAPK通路引起血管重构，其机制为减少内皮抗粥样硬化分子NO的生成，促进1型纤溶酶原抑制物的生成和血管平滑肌的增殖能力。KIM等[5]研究证实高胰岛素血症可以活化p38MAPK通路使血管发生重构，其机制为使单核细胞血管内皮细胞黏附分子（VCAM-1）的表达增加，VCAM-1的增加有利于单核细胞对内皮的黏附，从而加快动脉粥样硬化的发生进程。Whiteside等[6]发现高糖可明显促进血小板源性生长因子、内皮素-1、血管紧张素Ⅱ诱导的p38MAPK激活，激活的p38MAPK可促进血管平滑肌细胞的肥大、增殖、迁移，还可使细胞外基质的沉积，导致血管重构。Shanmugam等[7]研究发现晚期糖基化终末产物（advanced glycation end-products， AGEs）与血管细胞和单核细胞上的AGE受体结合可激活p38 MAPK和ERK1/2通路，使环加氧酶-2表达上调，促进血管炎症反应发生，另外可激活单核细胞引起血管细胞功能紊乱。郭志坚等[8]研究发现，AGEs可使细胞内p38MAPK激活，进而使血管内皮细胞单核细胞趋化蛋白（MCP-1）的合成和分泌增加，MCP-1的增加有利于单核细胞的迁移和浸润，导致血栓形成增加，MCP-1的增加同时有利于血管平滑肌的增殖和迁移，最终引起血管重构，而p38MAPK的特异抑制剂SB203580能够抑制上述作用。

2.2 p38MAPK与心肌间质纤维化 心肌间质纤维化主要表现细胞外基质分泌增多或降解下降，最终导致细胞外基质沉积。持续高糖等因素可刺激TGF-β1的表达[9]。TGF-β1作为明确的促纤维化生长因子，可促进组织修复，可使损伤心肌及周围正常心肌细胞的Ⅰ、Ⅲ型胶原沉积以及胶原酶降解，同时使金属蛋酶组织抑制剂合成增加[10]，整合蛋白水平表达上调并促进CFs表型转化为肌成纤维细胞[11]，参与心肌纤维化。TGF-β1与其受体结合后，可以激活TAK1，TAK1能进一步激活MKK3/6和p38MAPK，从而参与心脏重塑过程。Zhang等[12]的研究表明，TAK1在转基因鼠体内被激活后，可促进p38MAPK的磷酸化，导致心肌间质纤维化、心肌肥大、心肌凋亡、心功能恶化及死亡率增高等情况的发生。Thandavarayan等[13]用非转基因糖尿病大鼠同p38MAPK显性负突变的转基因糖尿病大鼠试验，研究显示p38MAPK在糖尿病心肌重构中扮演重要角色，其中包括心肌间质纤维化，其机制是糖尿病时TGF-β1活化激动p38MAPK通路使胶原蛋白Ⅲ沉积最终导致心肌间质纤维化。这些研究表明TGF-β1-TAK1-p38MAPK信号通路可能在糖尿病心肌间质纤维化中扮演着重要的角色。另外，Daoud等[14]研究提示，AGEs通过激活p38MAPK等信号通路，使成纤维细胞基质金属蛋白酶（MMP-2、MMP-9、MMP-13等）的表达水平上调，导致心肌纤维化。

2.3 p38MAPK与心肌肥大 心肌肥大是DCM的主要病理改变之一，是心脏对外界刺激的一种代偿性反应，主要表现心肌细胞的直径增宽及长度增加、体积增大、蛋白合成增加。在TG大鼠DCM模型的研究中，p38αMAPK的激活在左心室心肌细胞肥厚、氧化应激、心功能不全过程中起到关键作用[13]。Chen等[15]用高糖培养心肌细胞48 h后测量心肌细胞时发现其表面积较正常糖浓度组细胞显著增加，实时RT-PCR分析显示心肌肥厚性标志物心钠素和血管紧张素原都较正常糖浓度组表达增加，而引起肥大原因是高糖时内皮素-1和钠氢交换体-1增多，通过激活MAPK通路导致。Luo等[16]发现应用瑞舒伐他汀干预后的2型糖尿病大鼠模型组与未应用瑞舒伐他汀的2型糖尿病大鼠对照组相比，超声心动图和组织病理学明显改善，同时MAPK和核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3炎症小体）的表达减少，这表明瑞舒伐他汀可能通过抑制MAPK和NLRP3炎症小体途径减轻了2型糖尿病大鼠模型的心肌细胞肥厚。Soetikno等[17]研究发现，实验组给予8周姜黄素100 mg/（kg・d）干预，生长因子、NF-κB、ANFmRNA、NADPH氧化酶的表达均降低，心肌细胞肥厚及心肌纤维化减轻，同时抑制p38MAPK和ERK1/2的磷酸化，提示姜黄素可能通过抑制p38MAPK通路对抗心肌细胞肥厚和纤维化。Lakshmanan等[18]研究发现，转基因大鼠（自发性糖尿病大鼠SDT）比正常大鼠产生更多的超氧阴离子自由基，心脏肥大明显的同时p38 MAPK、AMPKα1和JNK的磷酸化水平也显著升高，提示p38MAPK信号通路在糖尿病心肌肥厚中可能发挥重要作用。

2.4 p38MAPK与心肌凋亡 心肌细胞凋亡是DCM重要的发病机制，研究证实，高糖、AGEs、氧化应激等因素可通过p38MAPK通路引起心肌细胞凋亡，机制可能与P53、bax、bcl-2、bcl-xl、氧化应激等有关。Huang等[19]研究发现，高糖时可通过激活p38MAPK通路促进p53蛋白磷酸化，使Bcl-2蛋白表达下调，而Bax蛋白表达上调，从而激活casepase凋亡途径引起心肌细胞凋亡，而p38MAPK抑制剂SB203580可以抑制p53的活化而减少心肌凋亡。Chen等[20]研究表明，高糖培养24 h的H9c2心肌细胞，p-P38表达增加，凋亡细胞增加，活性氧产生增加，以及线粒体膜电位下降，而SB203580可以抑制p-P38表达，减少活性氧产生，抑制线粒体膜电位下降，减少心肌细胞凋亡。Li等[21]研究表明，心肌细胞在高糖及AGEs前体作用下，可以使AGEs及ROS产生增多，进而激活p38 MAPK及ERK通路，引起DNA凋亡片段和caspase-3凋亡蛋白增加，最终导致心肌细胞凋亡。Thandavarayan等[14]研究显示，非转基因糖尿病大鼠同p38 MAPK显性负突变的转基因糖尿病大鼠相比，心肌细胞凋亡增多，p38 MAPK活性升高，而bcl-xl表达水平下调，提示p38 MAPK可通过下调bcl-xl促进糖尿病心肌细胞凋亡。Xu等[22]研究证明，在高糖处理H9c2心肌细胞后，ROS产生增多，进一步激活p38MAPK通路引起心肌细胞凋亡，而外源性硫化氢可通过抑制p38MAPK和ERK1/2通路发挥心肌保护作用。

综上所述，糖尿病心肌病的发病机制尚未清楚，其主要发病环节包括微血管病变、心肌间质纤维化、心肌细胞肥厚、凋亡等，而激活的p38MAPK信号转导通路在DCM的发病过程中发挥重要作用，对p38MAPK在DCM中的作用及分子机制的深入研究，将有助于进一步阐明DCM的发病机制。DCM目前没有特异性的治疗方法，主要的治疗手段包括控制血糖、血脂、血压、改善胰岛素抵抗、拮抗RASS系统及改善心肌纤维化等，研究发现瑞舒伐他汀可通过抑制MAPK通路减轻2型糖尿病大鼠模型的心肌细胞肥厚[16]，Xu等[22]证实硫化氢可通过抑制P38MAPK通路抵抗高糖引起的心肌损害，而林永廉等发现[23]大蒜素可通过抑制P38MAPK通路减少糖尿病大鼠心肌细胞凋亡，通过对P38MAPK通路的抑制研究，将有助于发现防治DCM的新靶点。

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（收稿日期：2014-12-22） （本文编辑：王宇）