摘要丝裂原活化蛋白激酶家族(MAPKs)参与细胞凋亡的信号转导过程。在多数细胞中，JNK/SAPKs和p38诱导细胞凋亡，ERK促进细胞增殖；但在另一些细胞中则情况相反。MAPKs途径与死亡受体途径之间存在一定的联系，它们间的交互作用尚待进一步研究。

学科分类号Q51

凋亡是细胞死亡的特殊形式，在细胞的形态和结局方面有特征性的改变。染色质浓缩、边聚，进而形成“半月”或“马蹄”形核、细胞膜出芽、胞质进行性浓缩、细胞骨架改变、凋亡小体形成等为其典型特征。近年来，借助于分子生物学和遗传学手段，对凋亡产生的效应及调节机制特别是信号转导途径进行了进一步的研究。细胞外信号可以通过不同途径激活数种信号转导系统，对凋亡产生截然不同的效应，使凋亡的信号转导途径变得极为复杂。在哺乳动物细胞，有几种平行的激酶级联反应最终导致丝裂原活化蛋白激酶家族(MAPKs)的激活，现有研究表明，MAPKs途径在介导细胞凋亡过程中起着重要的作用。

一、MAPK信号转导途径

在细胞质中，MAPK级联反应至少包含三个顺序激活的成分：MAPKKK、MAPKK和MAPK。每一种激酶又由不同组分构成，MAPKKK由c-Raf、B-Raf、MEKK等构成，MAPKK含MEK、SEK、MKK₃、MKK₆等成员，而MAPK包括ERK、JNK/SAPK、p38等主要组分，其中许多成分又含有不同的亚型，而且还在不断发现新的属于MAPKs的激酶。各种生长因子及应力刺激等细胞外信号与细胞膜上受体结合后，通过不同的途径激活不同的MAPK家族成员，介导不同的反应。研究得最为清楚的一条信号途径是Ras-Raf-MEK1/2-ERK1/2，此后又发现了MAPK家族的多个成员及多条反应途径，如Rac/cdc42-PAKs-MEKK1-MEK4-JNK/SAPKs、TAK-MEK3/MEK6-p38等，而各反应途径之间还存在交叉，使MAPK级联反应成为一个复杂的网络系统。许多细胞外信号可以通过MAPKs来诱导或活化c-fos和c-jun等转录因子。c-fos和c-jun等转录因子形成异源二聚体形式的转录复合物，即活化蛋白AP-1(activator protein-1)。作用于不同的MAPKs的生长因子及其信号可以激活AP-1，使其与DNA结合。在此，MAPKs为细胞质和细胞核信号之间的枢纽^［1］。

几乎在所有哺乳动物细胞中，丝裂原都可以激活ERK1/2，此途径是丝裂原信号的基础途径。Lavoie等(1996)报道，细胞周期蛋白cyclin D1的转录需要ERK的长期激活及核滞留，说明ERK参与细胞周期的调节。JNK/SAPK和p38也在丝裂原信号中起作用。大部分资料显示p38抑制细胞增殖，它的激活抑制cyclin D1的转录，从而可能抑制细胞周期的进程。

二、MAPKs与细胞凋亡

过去的研究均集中在MAPKs信号途径与细胞增殖的关系。近年来，人们发现还有另一些平行的MAPK激酶级联反应，由其它MAPKKK、MAPKK和MAPK成员构成，它们与细胞凋亡有关。应激刺激如热休克、细胞因子、蛋白合成抑制剂、抗氧化剂、紫外线及DNA损伤因子都可以激活这些MAPKs使细胞增殖和分化受到抑制。

(一)JNK/SAPKs途径通过对不同细胞模型的研究发现，JNK/SAPKs途径的激活参与了不同刺激所致凋亡的启动。Graves等(1996)发现，在人类B淋巴瘤细胞株B104中，交联型IgM可以诱导细胞产生缓慢而持续的JNK/SAPKs活性，引起B104细胞凋亡的ionomycin刺激细胞后产生类似的JNK/SAPK反应，而环孢菌素A可以抑制IgM和ionomycin引起的细胞凋亡。研究发现环孢菌素A抑制了JNK/SAPKs的激活，提示凋亡的产生需要JNK/SAPKs活化。神经酰胺和鞘氨醇可以抑制淋巴细胞U937的增殖，引起DNA降解及细胞凋亡。研究其机制发现，它们都能刺激p46-JNK1/p54-JNK2的活性，同时抑制p42-ERK1/p44-ERK2的活性。MEK抑制剂PD-98059能增强p46-JNK1/p54-JNK2活性，使细胞发生凋亡。虽然神经酰胺和鞘氨醇引起的效应相同，其作用机制却不同，神经酰胺通过刺激JNK途径引起细胞凋亡，而鞘氨醇却是通过抑制ERK途径引起细胞凋亡。同时，这两种脂质都可以刺激p38活性。然而p38抑制剂并不能阻断细胞凋亡的发生，说明p38在此为非主要途径。而淋巴细胞的存活依赖于JNK/SAPKs和ERK系统之间平衡状态的维持：ERK级联反应占优势时细胞增殖，而此平衡倾向于JNK/SAPK级联反应时则启动细胞凋亡^［2］。

除药物诱导的凋亡外，在一些DNA损伤刺激如紫外线和射线引起的细胞凋亡过程中也有JNK/SAPKs的激活。Chen等(1996)发现，在紫外线、射线及抗Fas抗体处理所致的细胞凋亡中，JNK持续地激活。在转染的细胞中过度表达活性JNK最终导致细胞凋亡，而转染了MEK或JNK显性阴性突变体的细胞却能抵抗紫外线和射线而不发生凋亡。Franklin等^［3］的研究也表明，在紫外线引起的U937细胞凋亡过程中，以MAPK磷酸酶1抑制JNK/SAPK活性后细胞得以存活，说明JNK/SAPKs确实参与了损伤刺激所致的细胞凋亡。JNK/SAPKs活性的持续时间对于细胞的结局也有重要影响，JNK/SAPKs长期激活导致T细胞发生凋亡，但一过性激活却促进T细胞增殖。

(二)p38途径目前的多数实验证实p38激酶级联反应与JNK/SAPKs途径的作用相似。Frasch等(1998)研究了HL-60细胞，发现在应激刺激如紫外线及抗Fas抗体引起的细胞凋亡过程中，均存在p38 MAPK的激活。特异性的p38抑制剂可以阻断应激刺激所致的凋亡，却不能阻断抗Fas抗体引起的凋亡。说明在其信号转导过程中两者存在不同的通路：依赖于 p38 MAPK激活的途径和不依赖p38 MAPK的抗Fas途径。此外，在诱导人类B淋巴瘤细胞B104及淋巴细胞U937凋亡过程中，均发现JNK/SAPKs激活的同时也存在p38 MAPK的激活，虽然有时它并非主要致凋亡途径。

最近一些证据提示细胞凋亡在多种心血管疾病中发挥重要作用，其中心肌细胞凋亡是心肌肥大向心衰转化的关键因素。Wang等^［4］采用主动脉缩窄引起超压力负荷造成大鼠心肌肥大模型，发现p38 MAPK的激活参与了心肌细胞肥大。但观察MKK3bE转染后72小时的细胞，却发现细胞与对照组相比数目减少了50％。单独转染野生型p38α时，细胞形态无明显变化，将p38α与MKK3bE共转染则p38α部分抑制MKK3bE引起的细胞肥大，并促使细胞凋亡。而p38β不影响MKK6bE转染心肌细胞的形态与生存状况；野生型p38β与MKK3bE共转染后则加强MKK3bE诱导的心肌细胞肥大，存活细胞也增加，这些结果提示p38β激活后诱导心肌细胞肥大并启动心肌细胞存活，而p38α则是拮抗这种效应并引起细胞凋亡。用p38α和p38β的显性阴性突变体重复此实验得到相反的结果，从而进一步证实了这一作用。p38 MAPK对于心肌细胞作用的最终效应取决于其两种亚型与MAPKs信号的下游途径竞争的结果。

(三)ERK途径ERK是MAPK家族中研究得最为清楚的成员，其通路Ras-Raf-MEK-ERK参与细胞多种功能活动。有较多的研究资料显示，与前述JNK/SAPK和p38不同，Ras-Raf-MEK-ERK信号通路的激活促进细胞增殖，抑制细胞凋亡。

培养的心肌细胞撤除血清后，用cardiotrophin-1可以保护其免遭凋亡，此作用可以被MEK抑制剂阻断，说明MEK-ERK途径介导了细胞的抗凋亡作用。此外在新生鼠心室肌细胞，阻断ERK的激活后，氧化剂所致的细胞凋亡作用加强，也提示ERK途径参与了新生心肌细胞的抗凋亡信号途径^［5］。Guillonneau等^［6］研究老年性视网膜色素内皮细胞，发现撤除血清所致的细胞凋亡水平由于内源性酸性成纤维细胞生长因子(FGF1)合成及分泌增加而下降，FGF1的这种作用是通过激活ERK2而介导的，用MEK1抑制剂使ERK的活性降低、合成减少后，凋亡细胞数目增加。调节蛋白Bcl-2的抗凋亡效应依赖于其BH3和BH4结构域间的丝氨酸残基磷酸化，而Raf-MEK-ERK信号途径参与了Bcl-2的磷酸化，这为ERK激活和细胞存活之间提供了潜在的联系。

虽然多数研究表明ERK途径主要参与细胞增殖活动，但有实验发现在人B细胞中ERK参与诱导细胞凋亡，在U937细胞中蟾蜍灵可以通过激活Ras-Raf-MEK-ERK引起细胞凋亡，此作用又可以被Bcl-2过度表达所阻断，这些都与前述作用相反。

MAPK_S参与细胞凋亡，但目前还很难概括出它们的具体功能，在不同的细胞及不同的刺激条件下，MAPKs介导的功能也不尽相同。最近有人用金丝桃素(hypericin)对肿瘤进行光动力学治疗，发现hypericin诱导Hela细胞凋亡过程中，JNK1和p38虽然大量激活，但以抑制剂阻断其活性却促进了细胞的凋亡，这提示JNK/p38的激活并非Hela细胞凋亡的诱因而是起对抗凋亡作用^［7］。前面也曾提到，在B细胞中ERK和JNK/SAPKs对凋亡起相反作用，JNK/SAPK保护细胞，而ERK促进细胞凋亡；而在其它模型中，JNK/SAPK与ERK之间的阴阳关系仍然存在，但JNK/SAPKs则促进而不是抑制细胞凋亡。

三、MAPKs与死亡受体信号途径

启动凋亡的一条最具特征性的途径即通过细胞外死亡信号蛋白(TNF-α、FasL、TRAIL、Apo-3L)与它们相应的细胞表面受体结合。通过死亡受体的信号转导包含一套独特的蛋白，在死亡受体与其相应配体结合后，死亡受体结构域介导蛋白与这些蛋白间相互作用，将细胞内的接头蛋白募集到细胞膜，诱导细胞凋亡。

Liu等(1996)的实验表明，CD95和TNF-R1诱导细胞凋亡与JNK/SAPKs和p38的激活有关，但还不清楚激活激酶是否对凋亡直接起作用，或者仅是构成死亡受体信号通路的另一条途径。在研究TNF-R1引起的凋亡与JNK/SAPKs之间的关系时，发现接头蛋白TRAF2与JNK/SAPKs激活有关，却与凋亡无关。此外，FADD显性阴性突变体可以抑制凋亡但并不能抑制激酶活性，而TNF所激活的p38也与细胞死亡无关^［8］，这些都表明TNF-R1的细胞