李蕊　王秀麗

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·綜述與講座·

細胞外信號調(diào)節(jié)激酶在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中的作用機制

李蕊王秀麗

【摘要】細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulate kinase,ERK)是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，介導多種信號的胞內(nèi)轉(zhuǎn)導。糖尿病、神經(jīng)損傷、化療藥物等引發(fā)的神經(jīng)痛及炎性痛的發(fā)生發(fā)展都與ERK的磷酸化增加有關，繼而認為紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的發(fā)生發(fā)展也與ERK活化密切相關。這一新的發(fā)現(xiàn)為臨床治療紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛提供了新的思路和研究方向。本文主要從ERK的基本特性、紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的可能機制及ERK參與其形成的可能機制以及影響ERK發(fā)揮作用的因素等方面進行了綜述。

【關鍵詞】細胞外信號調(diào)節(jié)激酶；紫杉醇；神經(jīng)痛

細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal- regulate kinase,ERK)是小膠質(zhì)細胞絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)家族中的一員,介導多種信號的胞內(nèi)轉(zhuǎn)導。ERK在各種疼痛中均發(fā)揮著重要作用，近年來ERK在神經(jīng)痛中的作用機制日益受到關注，尤其是在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中的作用成為研究熱點。紫杉醇作為一線抗癌藥物，對各種惡性腫瘤均有顯著療效，已廣泛用于腫瘤患者的臨床治療，但其在使用過程中表現(xiàn)出一種呈劑量依賴的神經(jīng)毒性，即紫杉醇所誘發(fā)的外周神經(jīng)病理性疼痛[1]，由于對目前臨床上所使用的鎮(zhèn)痛藥均不敏感，故臨床上仍缺乏有效的治療手段。根據(jù)研究提示，ERK可能在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中發(fā)揮重要作用。本文旨在對ERK在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中的作用機制及其研究進展做一綜述。

1ERK信號傳導通路

1.1ERK基本特性ERK是由Boulton等[2]于20世紀90年代初期分離鑒定的一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，是傳遞絲裂原信號的信號轉(zhuǎn)導蛋白。正常情況下ERK位于胞漿，被激活后轉(zhuǎn)位進入細胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，產(chǎn)生細胞效應。經(jīng)人工克隆和序列測定分析已知：ERK家族有5個亞族，包括ERK1～ERK5。ERK1和ERK2途徑在ERK家族中表達最為廣泛，ERK1/ERK2是兩個高度同源的亞族,相對分子量分別為44 kD和42 kD,具有絲氨酸(Ser)和酪氨酸(Tyr)雙重磷酸化能力。ERK5于1995年由 Zhou等[3]首次克隆，分子量為120 kD,也被稱為大絲裂原活化蛋白激酶 1(big MAP kinase1,BMK1),其N末端包含有蛋白激酶區(qū),與ERK1/2有很高的同源性，而C末端具有獨特的羧基末端結(jié)構(gòu)域，具有轉(zhuǎn)錄活性功能，這有別于其他MAPK家族成員。

1.2ERK信號傳導通路的激活MAPK家族主要包括3個并行的亞家族：ERK，p38MAPKS和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)。越來越多的證據(jù)表明，這3個MAPK通路通過不同的分子和細胞機制參與組織和神經(jīng)損傷后痛敏形成[4]。神經(jīng)損傷后，脊髓膠質(zhì)細胞(小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞)中的ERK、p38MAPKS和JNK通過不同的途徑被激活，導致促炎/早期痛覺的合成調(diào)節(jié)，從而提高和延長痛覺。

MAPK/ERK信號轉(zhuǎn)導通路被認為是多種刺激由細胞外向細胞內(nèi)傳導的交匯點。細胞因子、生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)、細胞應激等多種外源性刺激可通過Ca2+、AC/cAMP/PKA、N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受體、G蛋白偶聯(lián)受體等機制激活MAPK/ERK通路[5]。ERK5通路是一種非典型的MAPK通路，可被細胞應激如氧化作用和高滲透壓等刺激激活。

MAPK家族的信號轉(zhuǎn)導都是以三級激酶級聯(lián)的方式進行的，即上游激活蛋白→MAPK激酶的激酶(MAPKKK)→MAPK激酶(MAPKK)→MAPK。ERK1/2和ERK5信號轉(zhuǎn)導通路的相應級聯(lián)激活順序分別為:Ras-Raf-MEK-ERK途徑和MEKK2/3-MEK5-ERK5。MAPK/ERK信號通路都有絲氨酸-谷氨酸-酪氨酸(Thr-Glu-Tyr)活化基序，具有絲氨酸和酪氨酸雙重磷酸化能力。

2紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的可能機制

2.1紫杉醇的藥理特性及作用機制紫杉醇是一種復雜的二萜類化合物，紫杉烷衍生物是由四元雜環(huán)丁烷環(huán)組成，其C-13側(cè)鏈上為酯結(jié)構(gòu)，紫杉醇的二萜類化合物是其抗腫瘤的主要活性成分[6]。紫杉醇能催化微管蛋白迅速合成微管，并和微管結(jié)合到一起使其更加穩(wěn)定。紫杉醇藥物發(fā)揮其抗腫瘤作用是通過微管穩(wěn)定來阻礙細胞有絲分裂，發(fā)揮細胞毒性作用，導致細胞凋亡[6]。紫杉醇是否能對腫瘤細胞發(fā)揮作用取決于細胞膜上是否存在磷酸化的135-KD糖蛋白。對于非敏感的細胞，紫杉醇可被135-KD膜蛋白泵出胞外。

然而研究發(fā)現(xiàn)：腫瘤細胞能對紫杉醇產(chǎn)生耐藥性，這是通過激活MEK/ERK信號通路實現(xiàn)的[7]?；罨腅RK能夠誘導癌細胞增殖，抑制MEK/ERK信號通路能提高紫杉醇對肺癌細胞的細胞毒性作用。大黃酸(rhein lysinate，RHL)可通過激活 MEK/ERK信號通路，誘導細胞凋亡。RHL可通過降低ERK的磷酸化水平及提高caspase3和PARP裂解水平來增強紫杉醇在肺癌治療中的抗腫瘤活性。目前的研究結(jié)果顯示，RHL和紫杉醇在某些肺癌細胞株的治療有協(xié)同作用，這種協(xié)同作用可能與下調(diào)ERK活化水平有關[7]。

2.2紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的可能機制紫杉醇在臨床上用于抗腫瘤治療有顯著療效，但它在使用過程中會產(chǎn)生劑量依賴性的外周感覺神經(jīng)病變的不良反應，尤其是痛覺神經(jīng)的外周病變 。研究發(fā)現(xiàn)：在大鼠模型，高劑量注射紫杉醇(單次注射劑量>12.5 mg/kg)可使周圍感覺神經(jīng)軸突變性，能夠殺死其在背根神經(jīng)節(jié)中的細胞體，而低于這個劑量時觀察不到這種現(xiàn)象[8]。并且，有些患者也可能會發(fā)生這種現(xiàn)象。這表明，紫杉醇誘發(fā)的神經(jīng)毒性可能涉及至少2個病理機制：(1)紫杉醇劑量較低(4次累計劑量<32 mg/kg)時引起終端喬木變性(terminal arbor degeneration,TAD)；(2)當紫杉醇劑量增加(單次劑量12.5～80 mg/kg)時，導致外周神經(jīng)的軸突變性和ATF-3(activating transcription factor-3)上調(diào)；可能還有第三個機制，當劑量更高時，能殺死神經(jīng)細胞體。但是，紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛與周圍神經(jīng)軸索變性無關，只要TAD病變，就足以產(chǎn)生神經(jīng)疼痛。

國內(nèi)有研究顯示：紫杉醇通過激活脊髓星形膠質(zhì)細胞中的NF-κB(nuclear transcription factor-κB)，誘發(fā)大鼠神經(jīng)痛[9]。背根神經(jīng)節(jié)中衛(wèi)星細胞衍生的L-絲氨酸減少對促進紫杉醇誘導的致痛性外周神經(jīng)病變有重要作用[10]。衛(wèi)星細胞衍生的L-絲氨酸供應減少可能引起感覺異常，這種異常是通過外周感覺神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和(或)形態(tài)變化產(chǎn)生的。而應用L-絲氨酸可以使這種結(jié)構(gòu)和(或)形態(tài)變化恢復。目前人們普遍認為體內(nèi)神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)參與了糖尿病和紫杉醇引起的神經(jīng)病變，中樞神經(jīng)免疫激活包括介導中樞與外周神經(jīng)和血液系統(tǒng)之間的細胞激活，其中以小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞研究最為廣泛。研究表明：糖尿病神經(jīng)痛發(fā)生的細胞學及分子生物學機制是細胞凋亡引起的MAPKs通路的激活，紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的機制可能與其相似[11]。

2.3ERK在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中的作用神經(jīng)和脊髓損傷后，脊髓中小膠質(zhì)細胞和星型膠質(zhì)細胞中ERK磷酸化增加，活化的ERK對膠質(zhì)細胞胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導引起的炎癥和早期痛覺介質(zhì)的產(chǎn)生是必不可少的，提示:ERK在神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)痛的產(chǎn)生和維持中發(fā)揮重要作用[4]。

研究表明：在大鼠糖尿病神經(jīng)病變形成過程中，脊髓P38MAPK、ERK和JNK的磷酸化均增加[12]。另外，大鼠腹腔注射鏈脲佐菌素(STZ)誘導糖尿病神經(jīng)痛28 d后，機械縮足閾值減低，脊髓背角磷酸化ERK顯著增加，而鞘內(nèi)注射ERK抑制劑U0126，可明顯降低糖尿病大鼠的縮足反射閾值[12]，提示：在糖尿病神經(jīng)痛的產(chǎn)生和維持中脊髓ERK的活化發(fā)揮重要作用。介于ERK在糖尿病神經(jīng)痛中的調(diào)節(jié)機制，且紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛與糖尿病神經(jīng)痛可能有相似的分子生物學機制，認為ERK在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的調(diào)節(jié)機制中也發(fā)揮著重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)：脊髓背角神經(jīng)酰胺和1-磷酸鞘氨(sphingosine 1-phosphate，S1P)與紫杉醇誘導神經(jīng)痛的發(fā)展和維持密切相關[13]，其參與神經(jīng)痛的過程如下：激活氧化還原依賴的NF-κB和ERK，增加促炎性細胞因子和神經(jīng)興奮細胞因子(TNF-α、IL-1)釋放。在另外一個研究中發(fā)現(xiàn)：紫杉醇誘導的神經(jīng)疼痛的發(fā)展依賴于NADPH氧化酶活化引起脊髓過氧亞硝基陰離子產(chǎn)生增加，然后激活一系列氧化還原依賴的信號轉(zhuǎn)導途徑，如核因子κB、ERK和P38，最終導致膠質(zhì)細胞相關的促炎性細胞因子的釋放，并且紫杉醇誘導神經(jīng)痛模型中發(fā)現(xiàn)腰椎脊髓中NF-κB信號通路增強，促進NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位以及MAPKs ERK1/2磷酸化增加[14]。提示，ERK在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中有重要作用。

3影響ERK發(fā)揮作用的因素

3.1ERK與GABAB受體γ-氨基丁酸(GABA)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。作為重要的G蛋白偶聯(lián)受體，GABAB受體激動劑的鎮(zhèn)痛作用已得到肯定，國外的臨床報道顯示：巴氯芬(GABAB受體激動劑)對紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛有較好的臨床效果[1],提示GABAB受體可能在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中發(fā)揮著重要作用。ERK通路的活化與G蛋白偶聯(lián)受體密切相關，給予巴氯芬后發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的小腦神經(jīng)元中ERK依賴的CREB的磷酸化增加[15]，另一研究發(fā)現(xiàn)GABAB受體可通過調(diào)控腺苷酸環(huán)化酶的活性影響cAMP的水平，調(diào)節(jié)下游通路P-CREB和P-ERK的表達，GABAB受體的激活與CREB的磷酸化調(diào)節(jié)及P-ERK表達密切相關[16]。提示GABAB受體在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中的作用可能是通過調(diào)節(jié)ERK的活性變化發(fā)揮作用的。

3.2ERK與NF-κBNF-κB作為一個轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族，廣泛存在于各種真核細胞中，參與細胞增殖和凋亡過程。在研究中曾提出：TPA(12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetate)對Fas誘導Jurkat T細胞凋亡的抑制作用依賴ERK和NF-κB的激活和共同作用，而ERK和NF-κB的抗凋亡作用是通過影響線粒體膜破壞實現(xiàn)的[17]。研究發(fā)現(xiàn)：神經(jīng)損傷后，ERK和NF-κB活化增加，應用PD98059阻斷ERK后發(fā)現(xiàn)NF-κB活化減少。提示，ERK和NF-κB可能在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛中共同發(fā)揮作用[18]。

3.3ERK與AP-1激活蛋白AP-1(activator protein-1)是一種核轉(zhuǎn)錄因子。它通過調(diào)節(jié)基因的表達來應對多種刺激，包括細胞因子、生長因子、壓力、細菌和病毒感染；控制細胞分化，增殖和凋亡。研究表明：AP-1在引起細胞死亡中有重要作用，顯性負突變體c-Jun誘導細胞凋亡及c-Fos的作用與p53依賴的細胞凋亡途徑相關[19,20]。MAPK信號轉(zhuǎn)導途徑可以通過增加AP-1成分的豐富性和刺激他們的活性直接影響AP-1的活性[21]。

MAPK的激活促使轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB、AP-1等活化轉(zhuǎn)移入核，進而使一氧化氮(NO)、環(huán)氧化酶2(COX-2)、內(nèi)皮素 1(ET-1)、黏附分子等蛋白相關基因的表達增加，加重炎性反應，對糖尿病神經(jīng)病理性痛(DNP)的形成和發(fā)展至關重要，而活化的ERK還能通過磷酸化相關蛋白、關鍵受體、離子通道等非轉(zhuǎn)錄途徑來提高神經(jīng)元興奮性，產(chǎn)生痛覺過敏[22,23]。 研究表明：正常大鼠背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角中p-ERK1/2和AP-1表達極少，在鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)誘導的DNP模型中，大鼠背根神經(jīng)節(jié)和脊髓背角p-ERK1/2及AP-1表達上調(diào)，大鼠的痛覺過敏[24]。上述研究均提示p-ERK1/2和AP-1在DNP的發(fā)生、發(fā)展過程中有重要作用，繼而猜想它們可能也參與了在紫杉醇誘發(fā)神經(jīng)痛的發(fā)生發(fā)展過程。

3.4ERK與TNF-α腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)由炎性細胞產(chǎn)生，神經(jīng)系統(tǒng)也可產(chǎn)生。TNF-α有兩個受體：Ⅰ型(TNFR1)和Ⅱ型(TNFR2)，TNF-α的功能大多是通過TNFR1發(fā)揮作用的。

已有研究發(fā)現(xiàn)：神經(jīng)損傷后DRG和脊髓背角神經(jīng)中TNF-α和TNFR1表達上調(diào)。TNF-α參與神經(jīng)病變和炎癥等病理狀態(tài)引起的痛覺過敏。研究發(fā)現(xiàn)：ERK刺激TNF-α誘導TRPV1(transient receptor potential V1)受體表達增加,DRG神經(jīng)元表達TRPV1受體顯著增加，對腫瘤壞死因子引起的早期痛覺效應，特別是熱痛覺過敏有重要作用[25]。

紫杉醇作為抗腫瘤藥物被廣泛應用于臨床，然而，其誘發(fā)的神經(jīng)痛對目前所使用的鎮(zhèn)痛藥均不敏感，因此探尋其發(fā)病機制并尋找有效的治療方法有重要的臨床意義。

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(收稿日期：2015-10-15)

【中圖分類號】R 994.11

【文獻標識碼】A

【文章編號】1002-7386(2016)07-1078-04

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.07.041 10.3969/j.issn.1002-7386.2016.07.041

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