mapk信號通路與骨質(zhì)疏松的相關(guān)性

mapk信號通路與骨質(zhì)疏松的相關(guān)性

1986年，stgul和超聲在t33-p1脂質(zhì)細胞提取物中檢測到了具有激胰島素活性的蘇氨酸白激酶，該酶具有高磷酸化量的多孔知識分子，如微管和蛋白質(zhì)2（模式-2）。后發(fā)現(xiàn)此類蛋白具有受到促細胞分裂素、生長因子多肽等刺激后發(fā)生酪氨酸磷酸化的特點,才正式更名為絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinases,MAPKs),MAPKs是真核生物細胞內(nèi)廣泛存在的一類介導細胞反應(yīng)的重要信號傳導系統(tǒng)。它受到很多信號分子刺激后發(fā)生磷酸化而活化,例如生長因子、細胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細胞應(yīng)激源等?；罨腗APK參與細胞增殖、分化、遷移、凋亡及應(yīng)激反應(yīng)等生理過程。這篇綜述將詳細介紹MAPK信號通路與骨質(zhì)疏松(osteoporosis,OP)關(guān)系的最新研究進展,探究OP的發(fā)病機制,為臨床治療骨質(zhì)疏松提供新的思路和方法。1mapk信號通路激活MAPK信號通路包括三種核心激酶(MAP3K、MAPKK和MAPK),另外可能存在上游(MAP4K)和下游組件(MAPKAPK)。MAPK信號通路激活是通過執(zhí)行保守的三級酶促級聯(lián)反應(yīng):磷酸化的MAP3K激活MAPKK(磷酸化),最終激活MAPK(磷酸化)。MAPK信號通路主要包括ERK1/2通路、JNK通路、P38通路和ERK5通路。1.1耐藥抑制劑激活細胞增生ERK1/2通路受到生長因子、激素、G蛋白藕聯(lián)受體配體、細胞因子、TGF、滲透壓等刺激后激活。ERK1/2信號通路經(jīng)典的激活途徑:Ras→Raf→MEK1/2→ERK1/2。激活的ERK1/2通過核轉(zhuǎn)位進入細胞核,激活其下游的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Ets-1、ATF-2、c-Fos、c-Myc、Elk-1或NF-κB,或激活胞質(zhì)和胞核激酶MNKs、MPKAP-2、RSK、MSKs等調(diào)控細胞的生存、增殖和分化。HyeKyungKim等報道膠原蛋白水解物可以刺激ERK1/2磷酸化,最終導致成骨細胞(osteoblast,OB)分化和增殖。隨后,他們構(gòu)建了骨質(zhì)疏松模型(OVX)鼠,口服膠原蛋白水解物后,腰椎骨密度(bonemineraldensity,BMD)增加。結(jié)合上述研究可以發(fā)現(xiàn)ERK1/2與骨質(zhì)疏松的治療有關(guān)。1.2jsk基因及轉(zhuǎn)導因子c-Jun氨基末端激酶(JNK)位于胞質(zhì),又稱應(yīng)激活化蛋白激酶(stressactivatedproteinkinase,SAPK),可被紫外線和γ射線輻射、炎性細胞因子(IL-6,IL-1和TNF-α)和細胞毒性藥物激活。JNK基因包括JNK1(SAPKα)、JNK2(SAPKβ)、JNK3(SAPKγ)。JNK1和JNK2在幾乎所有的細胞中都表達,JNK3則主要在腦、心、睪丸中表達。JNK通路激活途徑:MEKK1-4、MLK1-3和DLK→MKK4、MKK7→JNKs。JNK可以激活不同的轉(zhuǎn)錄因子(AP-1,c-Jun,ATF-2,Elk-1,c-Myc,p53,Bad,MLK2)和一些Bcl-2家族成員。Li等和Young-SoolHah等人通過研究表明JNK通路在OB分化和生存中有重要作用。Kim等研究結(jié)果表明JNK-Fra-1通路在水溶珍珠素(water-solublenacrefactor,WSNF)誘導的OB礦化過程中發(fā)揮重要作用。上述研究結(jié)果說明JNK通路與骨形成有關(guān)。1.3p2p8通路p38可以被炎性介質(zhì)(TNFα,IL-6或IL-1)或抗炎因子(EGF,TGF-β)、紫外輻射、熱或滲透性休克等刺激后激活。目前發(fā)現(xiàn)p38MAPK有4個異構(gòu)體,分別為p38α(MAPK14)、p38β(MAPK11)、p38γ(MAPK12)、p38δ(MAPK13)。p38α、p38β在各種組織細胞中廣泛存在,p38γ和p38δ僅在肌肉、睪丸、胰腺、肺、腎或內(nèi)分泌腺中表達。P38通路激活途徑:Mlk1-3,MEKK1-4,TAK,ASK1/2→MEK3和MEK6→P38。P38激活后可激活轉(zhuǎn)錄因子ATF-2,NF-ΚB,Elk-1,Max,MEF-2,Max,p53,Stat1等。DoYeonKim等研究結(jié)果表明BMP通過激活p38MAPK-Smad信號通路增強C2C12細胞成骨分化和礦化。Sik-WonChoi等實驗說明P38通路通過增加OB生成和減少破骨細胞(osteoclast,OC)分化改善骨質(zhì)疏松。可見,P38通路通過促進骨形成和抑制破骨細胞分化改善骨質(zhì)疏松。1.4erk5激活ERK5(extracellularsignal-regulatedkinase5)又稱大MAPK-1(BMK-1),可以被高滲壓、低氧、氧化劑、流體剪切力、生長因子激活。ERK5激活途徑:MEKK2/MEKK3→MEK5→ERK5。作者所在的實驗室李鵬等報道受到周期性流體剪切力作用后,成骨細胞中ERK5磷酸化增加、細胞增殖。ERK5信號通路在血管生成、心臟發(fā)展、神經(jīng)細胞分化中發(fā)揮重要作用,但是在骨質(zhì)疏松發(fā)生和發(fā)展過程中的作用還不清楚。2骨折發(fā)生的原因OP在老年人中發(fā)病率高,在中國約有9000萬OP患者。OP相關(guān)性骨折常導致患者致殘甚至死亡。OP是由于OB形成不足和OC骨吸收亢進導致的。OP相關(guān)因子主要包括RANKL、OPG、1,25(OH)2D3、PTH、BMP、TGF-β、IL-1、IL6、TNF-α和雌激素。2.1rakenl的激活OB分泌的核因子-κB受體活化因子配體(receptoractivatorofnuclearfactorkappaBligand,RANKL)是破骨細胞分化所必須的細胞因子。RANKL作用于破骨祖細胞的RANK,激活TNF受體相關(guān)因子,最終激活一系列信號通路,包括NF-κB、NFATc1、AP-1和MAPK,進而誘導其分化為成熟的多核破骨細胞。YuichiMine等研究結(jié)果表明IL-33通過激活ERK和P38通路增加MC3T3-E1細胞中RANKLmR-NA表達。與細胞分泌RANKL相比,人為局部注射sRANKL的大鼠可建立一種新的快速的局部骨質(zhì)疏松模型,可用于研究骨質(zhì)疏松治療藥物的療效。相反,利用人抗RANKL單抗(德尼抗體)可用于治療骨質(zhì)疏松和腫瘤相關(guān)骨代謝失調(diào)。此外,Sik-WonChoi等研究結(jié)果顯示:馬臺樹脂醇通過阻斷BMMs中RANKL誘導的P38和ERK磷酸化,下調(diào)NFATc1表達,從而抑制骨髓巨噬細胞(BMMs)分化為破骨細胞。WuX等研究結(jié)果表明咖啡酸3,4二羥苯乙酯通過抑制RANKL誘導的MAPK磷酸化(包括ERK1/2,P38和JNK及其下游的AP-1/c-Fos)阻止去勢骨丟失。可見,通過抑制RANKL或RANKL激活的MAPK通路能阻止骨質(zhì)疏松的發(fā)展。骨保護素(osteoprotegerin,OPG)是OB表達的可溶性腫瘤壞死因子受體超家族中的成員。OPG能特異性地與RANKL結(jié)合,抑制OC生成、分化和成熟。DanLiang等報道鋅通過激活ERK1/2通路調(diào)節(jié)部分OPG表達。成骨細胞通過分泌OPG與RANKL結(jié)合抑制骨吸收,改善骨質(zhì)疏松。2.21erk1/2是調(diào)節(jié)ca2+回流的催化劑1,25(OH)2D3通過調(diào)控細胞內(nèi)Ca2+在骨重建中發(fā)揮重要作用。AngelaRosso等報道ERK1/2抑制劑PD98059顯著減少1α,25(OH)2-維生素D3誘導的Ca2+流入。P38抑制劑SB239063完全阻斷1α,25(OH)2-維生素D3誘導的Ca2+流入。說明ERK1/2尤其是P38在1α,25(OH)2-維生素D3誘導的Ca2+流入中發(fā)揮重要調(diào)控作用。MAPK通路在1,25(OH)2D3調(diào)節(jié)成骨細胞分化和礦化,改善骨質(zhì)疏松中發(fā)揮的作用還不完全清楚。2.3/bmps傳導BMPs是TGF-β超家族成員,包括多種亞型,其中BMP-2、4、5、6和7都具有很強的成骨活性。BMPs和TGF-β同時調(diào)控成骨細胞和破骨細胞的分化和功能,平衡骨形成及骨吸收。TGF-β/BMPs傳導通過經(jīng)典的Smad信號通路和非經(jīng)典的P38信號通路在骨形成中發(fā)揮重要作用,這兩條通路共同調(diào)控Runx2基因表達控制骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化。與此相反,SukyeeKwok等研究表明TGF-β1通過激活ERK和MAPK通路磷酸化Runx2,抑制骨鈣素表達,對成骨前體細胞分化發(fā)揮抑制作用?？赡躎GF-β激活的通路不同,在成骨細胞分化中發(fā)揮的作用也不同。EricDJensen等和MortenA等研究結(jié)果表明BMP2和TGF-β可促進破骨細胞分化。上述實驗結(jié)果說明BMPs和TGF-β可同時促進成骨細胞和破骨細胞分化,影響骨質(zhì)疏松的發(fā)生。2.4erk1/2、3gd-1和jken1在骨自穩(wěn)態(tài)中的調(diào)節(jié)作用IL-1局部累積可導致嚴重骨丟失和骨折延遲愈合。HengartnerNE等報道在成骨細胞中加入IL-1β后磷酸化ERK1/2和JNK增加,成骨細胞趨向血小板源生長因子(PDGF-BB)能力下降。ERK1/2抑制劑PD98059和JNK抑制劑可分別完全和部分逆轉(zhuǎn)上述效應(yīng)。說明IL-1β通過ERK1/2、P38通路抑制成骨細胞趨向PDGF-BB等細胞因子的能力,最終影響骨重建,參與炎性骨疾病和骨質(zhì)疏松的發(fā)展。IL-6在骨自穩(wěn)態(tài)中的生理作用比較復(fù)雜,在成骨細胞和破骨細胞不同成長階段發(fā)揮的作用也不同。KondoA等研究表明緩激肽通過激活ERK1/2和P38通路誘導IL-6合成,而JNK通路對IL-1誘導的IL-6表達發(fā)揮負性調(diào)節(jié)作用。2.5tnf-促進成骨細胞分化的作用機制TNF-α抑制成骨細胞分化和增強破骨細胞生成,在骨重建中發(fā)揮重要作用。Huang等在ST2鼠骨髓間充質(zhì)干細胞中加入低濃度TNF-α(0.01和0.1ng/ml),48h后轉(zhuǎn)錄因子Runx2和Osx以及ALP表達增加。高濃度TNF-α(﹥1ng/ml)則抑制上述產(chǎn)物表達。長期性刺激(4周)后,礦化小結(jié)呈劑量依賴性減少。由此推測,TNF-α既抑制又促進成骨細胞分化的作用可能與TNF-α濃度、作用時間和細胞所處的不同分化階段有關(guān)。在TNF-α介導的T細胞活化和增殖中,激活的信號通路包括:NF-κB、AP-1、NFATc1和MAPK。MAPK通路可能參與TNF-α調(diào)節(jié)的骨重建,影響骨質(zhì)疏松的發(fā)生。2.6pth和ptsp對成骨細胞增殖的調(diào)控PTH同時促進骨骼中合成代謝及分解代謝。PTH通過激活PKA依賴途徑抑制MAPK磷酸化,從而抑制成骨細胞增殖。但低濃度PTH可通過激活PKC依賴途徑增強MAPK磷酸化,促進成骨細胞增殖。SonaliSharma等研究結(jié)果表明PTH可通過PKC依賴途徑激活P38通路,從而調(diào)控成骨細胞中細胞周期和凋亡蛋白CARP-1的表達,抑制成骨細胞凋亡。說明PTH也有抑制成骨細胞凋亡的作用。PTH抗骨質(zhì)疏松的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于臨床,如FDA認證的PTH1-34每日皮下注射可治療骨質(zhì)疏松。可見,PTH和PTH相關(guān)蛋白(PTHrP)類似物可用于骨質(zhì)疏松的治療。2.7植物激素對kobophenola表達的影響雌激素作用于雌激素受體,促進成骨細胞增殖和破骨細胞凋亡,發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松的作用。LiaoMH等報道在MC3T3-E1細胞中添加10μm木黃酮后,ERK1/2、P38和JNK磷酸化呈時間依賴性增強,AP-1表達增加,最終導致骨礦化增加。KwakJH等報道在MG-63細胞中加入25μg/ml和50μg/ml植物雌激素KobophenolA,發(fā)現(xiàn)磷酸化P38顯著增加,cyclinB1和CDK1蛋白表達增加,G2M期細胞比例顯著增加。P