中枢和周围神经在受到急性和慢性损伤后,常会引起一系列生理功能的改变，如组织缺血、细胞死亡以及轴突脱髓鞘等,进而影响机体的正常运作。而研究表明MAPK通路对神经损伤有重要作用^[1]，对于该信号通路机制在神经损伤性疾病防治中的研究应用,也逐步有了进展。在过去的几年中,通过分子生物学技术^[2]克隆和分离到MAPK激酶家族中各成员的基因,从而能够更好地研究MAPK信号通路。 1 MAPK信号通路组成

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。MAPK信号转导途径是介导细胞反应的重要信号系统，参与了细胞的生长、发育、分裂死亡以及细胞间多种生化反应信号的识别、传递以及放大等处理过程。通过对MAPK信号通路的研究，有助于更进一步了解各类疾病，如黑色素瘤、乳腺癌、以及阿尔茨海默症等神经退行性疾病的发生和可能的控制、治疗手段。目前研究认为MAPK主要由细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase,ERK 1/2)、氨基末端激酶(Jun N-lerminal kinase,JNK)、p38 MAPK 和ERK 5 4条信号转导途径组成^[3]。MAPK的激活途径很保守^[4]，为3级酶促级联反应，即每种MAPK被特异的MAPK激酶激活，连续激活，MAPK信号通路正是通过严格执行这种保守的3级酶促级联反应激活其下游的转录因子等参与细胞的各项功能调节，并与多种疾病的发生、发展密切相关，其中MAPK是该信号通路的枢纽。不同的胞外刺激活化不同的MAPK信号通路,作用于不同的底物,引起特定的细胞生理反应。目前研究认为细胞受应激刺激如紫外线照射、渗透压改变、热休克及细胞炎症因子影响将主要激活JNK和p38 MAPK通路,而ERK 1/2由许多丝裂原如上皮生长因子、血小板衍生生长因子和胰岛素等激活^[5]；ERK 5由胞外刺激因素包括高渗压、低氧、氧化剂和流体切应力等激活。p38 MAPK和JNK属于“应激诱导”的MAPK，参与细胞凋亡、癌基因转化及炎症反应，而ERK 1/2被认为是与细胞增殖、转化、分化相关的MAPK，但近年来也有研究表明ERK 1/2信号通路可在神经元细胞凋亡中起重要调节作用^[6]；ERK 5的活化对于细胞增殖和分化等生理过程是必需的^[7]。因此MAPK信号通路的作用具有剌激特异性及细胞特异性。在不同的神经细胞模型中,JNK和p38 MAPK的激活表现为促进细胞凋亡,而ERK 1/2的激活则具有抗细胞凋亡作用。在小脑颗粒细胞中,JNK和p38 MAPK均牵涉到细胞凋亡中,小脑颗粒细胞培养时撤去神经细胞因子,可激活JNK,促进细胞凋亡^[8]；ERK5通过促进胰岛素在神经元中的表达而促进细胞存活，激活ERK 5 信号通路调节胰岛素表达将是治疗神经退行性疾病的一种潜在方法^[9]。对ERK 5 缺陷小鼠模型研究发现，小鼠胚胎期神经分化发生障碍，表明ERK 5信号通路是神经细胞分化所必需的^[10]。研究表明，MAPK信号转导通路在细胞内具有生物进化的高度保守性，通过其相互调控而介导不同的细胞生物学反应^[11]。 1.1 ERK 1/2信号通路

ERK 1/2 定位于染色体1p34～35，全长3 118 bp，开放阅读框编码978个氨基酸残基。由ERK 1和ERK 2组成,相对分子量分别为44 kD和42 kD。与ERK 1/2相关的细胞内信号转导途径被认为是经典的MAPK信号途径。各种外界信号刺激均可激活ERK，如神经递质、神经营养因子等，ERK 1/2通过磷酸化激活，而活化的ERK 1/2(p-ERK 1/2)可磷酸化各种核转录因子和其他蛋白激酶底物，调控相关基因转录、蛋白合成等，进而通过调节长时程增强、轴突生长、突触前膜神经递质的释放而影响神经元的兴奋，并通过参与突触蛋白合成，调节突触可塑性，影响学习记忆功能^[12]。Ma等^[13]在研究三七皂苷R 1减弱Aβ诱导PC 12细胞损伤通过抑制活性氧和调制MAPK激活的实验中发现，Aβ作用下的PC 12细胞引起p-ERK 1/2活性明显降低，同时伴随着PC 12细胞突触囊泡明显减少，突触结构丧失，突触数目明显减少，提示ERK 1/2信号转导通路参与了Aβ诱导的神经突触毒性损伤。 1.2 JNK/SAPK通路

JNK又被称为应激活化蛋白激酶(stress activated kinase,SAPK),是1990年被发现的促分裂原活化蛋白激酶,为MAPK家族的主要成员之一。目前，从成熟人脑细胞中已克隆了10个JNK异构体，它们分别由JNK 1、JNK 2和JNK 3基因编码，分子量46 000的JNK 1和分子量55 000的JNK 2在各种组织中广泛表达，而JNK 3选择性在脑细胞中表达^[14]。JNK最初被发现是一种特异性磷酸化核内转录因子c-Jun的激酶，并因此被命名为c-Jun氨基末端激酶。JNK可以和c-Jun的氨基末端活性区域结合，并在丝氨酸63和丝氨酸73两个位点使c-Jun磷酸化^[15]。多种信号刺激都可介导JNK的活化，如生长因子、细胞因子和环境应激。活化的JNK调节胚胎发育、细胞生长、癌基因转化、细胞分化和细胞凋亡等多种生命过程。许多研究证明JNK信号通路与细胞凋亡有密切关系^[16]。在某些类型的细胞中，JNK和(或)p38 MAPK的激活促进炎症进而引起细胞凋亡。基因敲除鼠的研究］表明MAPK磷酸酶在JNK信号通路中起负性调节作用^[17]，这可能有利于疾病治疗新方法的研究，但需要进一步的研究来确定JNK在疾病发生发展中的分子机制。 1.3 P38 MAPK通路^[18]

p38是p38 MAPK通路的主要蛋白，由360个氨基酸残基组成的相对分子质量为38 000的蛋白，与JNK同属SAPK，一样可以由紫外线、渗透压变化、细胞因子和生理应激等激活。它的激活途径很保守^[19]，经过典型的3级激酶级联反应磷酸化激活p38，随即可磷酸化Sta 1、MEF 2、ATF-2等转录因子或下游激酶，影响靶基因的转录或翻译，调控炎症反应或细胞存活。最近研究表明，p38不仅参与炎症反应，还与缺血缺氧、炎症因子、内毒素、高渗透压、牵张和剪切应力等细胞应激时信号转导有关^[20]，调控应激情况下的炎症相关基因表达、细胞骨架重构、细胞能量代谢、细胞增殖和凋亡。目前p38 MAPK的研究取得了很多重要的进展。 1.3.1 调控细胞凋亡

细胞凋亡^[21]是在特定时空中发生的、受机体严密调控的细胞“自杀”现象。诱导凋亡的因素如紫外线、高渗环境、细胞因子、细菌成分和生理应激等，能启动细胞内的一系列反应，最终导致邻近的酪氨酸与苏氨酸被双位点上特异激酶磷酸化，引起p38 MAPK通路激活，p38 MAPK通路激活后再移位到相应的转录因子上,使基因转录开始启动。细胞凋亡受多种信号通路的调控，如激活JNK和p38 MAPK信号通路能促进细胞凋亡,而激活ERK信号通路能抑制细胞凋亡。杜昆等^[22]人通过人重组TNF-α诱导细胞凋亡，在化学抑制剂U 0126 的作用下，检测沙眼衣原体抑制死亡受体介导的细胞凋亡与ERK信号通路的关系。进一步证实该信号通路与沙眼衣原体抑制死亡受体介导的细胞凋亡有关。由于ERK信号通路并不能直接发挥抗凋亡作用，最终需要激活其下游信号因子并调节宿主细胞凋亡蛋白表达而发挥作用，但沙眼衣原体调节宿主细胞凋亡蛋白的表达是否与其激活MAPK/ERK信号通路有关，这还有待于进一步深入研究。 1.3.2 参与炎性反应

炎性刺激^[23],如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白细胞介素1(interleukin,IL-1)、一氧化氮(nitric monoxide,NO)、前列腺素(prostaglandin E 2,PGE 2)等,均可通过介导单核细胞、内皮细胞和中性粒细胞等免疫细胞中p38的激活，从而引起炎性反应。当应激、炎症因子等刺激细胞，细胞通过激活p38，活化的p38移位入核，磷酸化核内转录因子如NF-κB、AP-1等，参与应激过程中各种细胞反应的细胞内信号传导，如引起炎性介质ICAM-1、IL-1 等过度表达，进而引起多形核白细胞(polymorphonuclear，PMN)黏附聚集，导致组织细胞间的炎症损伤反应^[24]。因此有研究发现，一种乙酸乙酯提取物可以通过抑制NF-κB激活和MAPK信号通路(P38和JNK)来防止炎症反应^[16]。 1.3.3 参与缺血/再灌注损伤

缺血/再灌注损伤一直是备受医学界关注的问题,是目前医学研究的热点之一。活性氧会导致缺血/再灌注损伤发生及相应器官功能不全或衰竭，如心、脑、肝、肾等。许多研究证实,细胞因子通过多种途径参与组织缺血/再灌注损伤，细胞因子的产生与p38 MAPK途径密切相关,再灌注所产生的氧化物可使p38 MAPK得以激活,进而使得细胞因子产生增多，引起组织缺血/再灌注损伤。而p38 MAPK抑制使组织缺血/再灌注损伤得到保护^{[25, 26]} 1.4 ERK 5信号通路

ERK 5^[27]是由816个氨基酸构成的120 kD蛋白，长度几乎是其他MAPK家族成员的2倍，对其进行序列分析后显示与ERK 1/2相似，都在N末端包含有蛋白激酶区，但是ERK 5的C末端却有一个独一无二的COOH，这个独特的大丝裂原活化蛋白激酶1(big mitogen-activated protein kinase 1)C末端包含有400个氨基酸的扩展，所以也被称作BMK1，这有别于MAPK家族的其他成员。ERK 5通路是一种非典型的MAPK通路，可以被多种胞外刺激因素激活，包括高渗压、低氧、氧化剂、流体切应力等^[5]。ERK 5的级联反应也是由3个相应顺序激活。目前的研究认为，ERK 5的活化对于细胞增殖和分化等生理过程是必需的，程群等^[28]的实验表明，ERK 5在成骨细胞内作为信号分子介导了细胞内外信息的交流，诱导了成骨细胞的增殖与分化。Sohn等^[29]的研究表明，对胸腺细胞发育成熟起关键作用的是ERK 5，而不是ERK 1/2，揭示了ERK 5有介导分化T淋巴细胞的作用。这些都证实ERK 5是细胞增殖与分化、器官发生与胚胎发育中不可缺少的信号蛋白。另外有些数据表明，ERK 5激酶是一种关键的信号通路可参与调节室管膜下区-嗅球通路下成体神经的发生^[30]，并提供有力的证据表明这种成体神经担任不同形式的嗅觉行为职能。 2 MAPK信号通路与神经损伤 2.1 MAPK信号通路与神经元凋亡

不同的胞外刺激活化不同的MAPK信号通路，作用于不同的底物，引起特定的细胞生理反应。目前认为，活性氧和TNF等可通过激活应激反应的蛋白激酶JNK和p38 MAPK诱导细胞凋亡，但也可以通过激活ERK 1/2或磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)等抑制细胞凋亡，提示不同信号转导通路在维持促凋亡和抗凋亡通路间存在某种平衡机制，一旦这种平衡被打破，就会表现出不同的病理损害。大量研究证实，MAPK在神经损伤的发生过程中参与细胞凋亡，加重神经损伤的发生过程，同时也参与了神经元的分化，促进了神经损伤的修复^[31]。

研究表明,在神经退行性疾病中,祌经元细胞中的JNK/SAPK、ERK 1/2、p38、ERK 5均被广泛激活^[32]，且在疾病发病机制中的具体作用不同，许多研究表明JNK参与神经元死亡^[33]，JNK信号通路显性负相元件过表达可逆转神经营养因子撤退诱导的PC 12细胞凋亡，敲除JNK 3基因可减轻红藻氨酸盐诱导的小鼠海马椎体细胞凋亡,JNK抑制剂可阻止caspase的激活,进而阻止细胞凋亡;又如血管性痴呆是因慢性缺氧导致的与年龄相关的常见神经变性疾病，研究发现P38 MAPK抑制剂SB 202190对海马细胞凋亡具有保护作用和一定空间学习能力^[34]。该研究结果侧面验证海马结构(包括海马体，齿状回，菌丝层，和海马旁回)对于记忆形成至关重要。这个特定区域中的内侧颞叶结构极易受到缺血再灌注损伤，而由缺氧导致的p38 MAPK信号通路可能引发神经细胞凋亡，进而导致功能缺损性血管性痴呆。

ERK 1/2可通过神经营养因子受体激活,进而引发级联反应,促进细胞存活与生长,在体外,ERK 1/2激活可保护祌经元细胞,拮抗细胞凋亡或坏死,但是有研究表明ERK 1/2可能在神经细胞死亡中起作用^[35],皮层神经元细胞暴露于谷氨酸盐或毒死蜱可激活ERK 1/2,导致细胞凋亡,抑制ERK 1/2,可明显降低细胞凋亡率，如羧肽酶可以通过激活ERK 1/2和AKT信号通路，来上调抗凋亡蛋白质Bcl 2的表达量，从而在应激条件下可以调节神经元的保护作用。研究发现敲除P38α的小胶质细胞相比于野生型小胶质细胞在LPS诱导下会产生更少的TNFa响应^[36]，结果不仅表明促炎性细胞因子TNFα参与导致轴突变性和神经元死亡。且LPS激活小胶质细胞P38αMAPK信号途径的一个重要机制，是通过上调促炎细胞因子TNFα神经元损伤完成的。近年来不断有研究证明阿尔茨海默病的发病机制与胰岛素信号转导通路异常有密切关系，阿尔茨海默病患者脑内存在胰岛素缺乏和胰岛素信号转导障碍，而Gustavsson^[9]的研究发现，ERK 5信号通路在调节胰岛素在神经元中的表达起到正性调节作用，激活ERK 5信号通路调节胰岛素表达将是治疗神经退行性疾病的一种潜在方法。活化的ERK 5通过促进胰岛素在神经元中的表达的促进神经细胞存活。p38 MAPK激活主要参与细胞凋亡。由此可见，JNK/SAPK、ERKl/2、p38在不同剌激、不同疾病中的作用不同。JNK/SAPK、ERKl/2、p38和ERK 5在神经系统中的相互关系、与疾病潜在诱发因素之间的关系、与其他信号通路如NF-kB以及下游分子信号之间的关系，仍不完全清楚。 2.2 MAPK信号通路在神经元兴奋性毒性损伤中的作用

谷氨酸是中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质。谷氨酸受体的活化作用在正常情况下起着至关重要的作用。如N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methy1-D-aspartate,NMDA)受体活化介导神经元快速兴奋性突触传递过程，与神经系统发育过程中神经网络的形成、学习和记忆过程中的突触传递、可塑性改变等生理过程有密切关系；NMDA过度活化介导脑缺血、颅脑损伤、神经变性疾病所致的神经元死亡的神经兴奋性中毒作用。越来越多的证据^[37]显示，兴奋性中毒是一种神经元急性死亡和慢性脑组织损伤疾病，如中风/缺血和某些神经退行性疾病的发病机制。为了进一步探讨神经元凋亡在NMDA兴奋毒性所致大鼠皮层神经元死亡中的所占比例，并分析NMDA致神经元凋亡的MAPK信号通路机制，Yang^[38]通过使用半胱天冬酶抑制剂和测定乳酸脱氢酶活性，研究NMDA(100 μmol/L，2 h)兴奋毒性所致的神经元凋亡；并使用MAPKs选择性抑制剂，分别采用半胱天冬酶-3活性检测，末端标记法和膜联蛋白染色方法，进一步观察MAPKs通路中细胞外信号调节激酶(ERK 1/2)、c-JunN-末端激酶(JNK)和p38 MAPK 3条不同途径在NMDA所致神经元凋亡中的作用。以上研究表明，NMDA介导的大鼠皮层神经元死亡除坏死外，还包含有一小部分神经元凋亡；p38 MAPK途径，而非JNK和ERK途径，介导了NMDA诱导的神经元凋亡，抑制与此相关的凋亡信号通路可发挥神经保护作用；且在Xing等^[39]研究中，对神经元进行3种神经毒性的处理(L-谷氨酸，硝普钠，和氧糖剥夺)，对其神经毒性进行了评估发现：这3种刺激均导致神经元死亡和轴突变性，野生型诱导的神经毒性程度和p38β基因敲除后的程度无显著不同。与此相反，选择性抑制神经元p38α有神经保护作用。表明神经元p38β在多种毒性损诱导的神经毒性损伤中不起作用，而p38α中的神经元有助于神经功能障碍的响应。JNK途径可能介导了NMDA所致的神经元坏死而非凋亡。 2.3 MAPK信号通路在创伤性脑损伤中的作用

创伤性脑损伤(traumaticbraininjury，TBI)是由外力击打头部或头部旋转所导致的闭合性或穿透性头部损伤和脑功能障碍。TBI引起损伤可分为原发性损伤和继发性损伤两个阶段。早期的研究认为，ERK 1/2／MAPK通路在细胞中主要发挥着促进生长的作用^[40]，而在细胞损伤后ERK 1/2信号通路的激活有利于细胞的存活和自我修复。但是，近期的研究表明ERK 1/2信号通路的激活也会引起神经元的损伤和凋亡，如边寰等^[41]建立小鼠TBI模型，研究MAPK通路中的ERKl／2通路、JNK通路和p38 MAPK通路的激活及在TBI中的作用及机制。研究结果表明，在小鼠TBI损伤后可分别引起ERK 1/2通路、JNK通路和p38 MAPK通路的激活；抑制ERK 1/2通路和JNK通路可减轻TBI引起的脑水肿、神经功能损伤和细胞凋亡，抑制p38 MAPK通路则加重TBI引起的脑水肿、神经功能损伤和细胞凋亡。ERK 1/2通路和JNK通路的激活发挥促进损伤形成的作用，而p38 MAPK通路的激活则起到神经保护的作用；且ERK 1/2通路的激活受到JNK通路的促进和p38 MAPK通路的抑制，表明MAPK通路之间存在相互调节。 3 影响MAPK信号通路在神经损伤中的应用 3.1 MAPK抑制剂对神经元损伤的保护作用

基于p38 MAPK所具有的的重要的生物学功能，其抑制剂的研究也得到了迅速的发展，10余年已有上百种抑制剂被报道^[42]。其中以SB 203580的应用最为广泛。SB 203580^[43]是p38 MAPK的一种特异性抑制剂，主要作用于三磷酸腺苷结合位点T 106，使p38失去与三磷酸腺苷结合的能力，从而使其失去激酶活性，最终实现对p38 MAPK通路的抑制。如全氟己烷磺酸(perfluorohexanesulfonate，PFHxS)是一种来自人体血液中的全氟烷基化合物，其潜在神经毒性已被发现。许多研究已经表明，长期暴露于该化学物质下会增加神经变性疾病的风险，如帕金森氏病^[44]。在这项研究中发现NMDA受体拮抗剂会降低PFHxS诱导的细胞凋亡。且PFHxS会增加ERK 1/2，JNK和p38 MAPK的活性。在比较不同抑制剂的处理中，ERK抑制剂-PD 98059，细胞凋亡显著减少；而p38 MAPK抑制剂-SB 203580中，是没有效果的。JNK抑制剂-SP 600125使细胞凋亡明显增加。此外，由PFHxS诱导的ERK激活被MK801阻断而不是被抗氧化剂阻断。以上结果表明，PFHxS诱导多巴胺能神经元细胞凋亡，其中NMDA受体介导的ERK信号通路起着促凋亡作用以及JNK发挥抗凋亡作用。此研究结果有助于理解PFHxS引起的神经毒性的细胞机制。 3.2 急性抗抑郁药物通过影响MAPK信号通路达到抗抑郁的治疗作用

抗抑郁药药效发挥通常需要数周，但这些药物的第一个分子反应可能在急性给药后就已经出现。ERK 1/2/MAPK信号转导途径是抗抑郁药的作用目标，并是参与细胞塑性的重要途径。在重度抑郁症中，前额叶皮层和海马是抑郁症患者最可能受影响的部位。近期工作发现，慢性应激后在大鼠中记录到过度激活的ERK 1/2信号是重度抑郁症一个促发因素，在这项研究中，Benedetto^[45]通过蛋白印迹手段，得出结论即2种抗抑郁数均可以抑制神经元p-ERK 1/2的表达，且提出了该抗抑郁数的作用可以防御皮质神经元ERK 1/2的产生，从而减轻对易感染神经细胞的有害作用。因此，抗抑郁数可能在胶质细胞和神经元间建立了一个功能正常的胶质-神经网络，并恢复谷氨酸稳态。 3.3 IL-6通过影响MAPK信号通路起神经保护作用

白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)是一种多效细胞因子，在许多组织和细胞中担任各种生物效应。在大脑，IL-6和IL-6受体在神经元和星形胶质细胞中的各种脑区，包括海马、新皮质和小脑中表达^[46]。脑IL-6的表达相对较低，但却明显地导致一些大脑疾病，引起大脑损伤和病理状态。在神经系统疾病中IL-6的水平有其功能上的意义，它可能反映了补偿性神经保护或神经退行性病变的机制。例如IL-6可减轻体内脑缺血损伤或体外谷氨酸及NMDA兴奋毒性损伤^[47]。

为了揭示参与信号转导途径的IL-6的神经保护作用，Fang^[48]将出生后8 d的婴儿大鼠暴露于IL-6(120 ng/mL)8 d，用NMDA(100 μM)预处理15或30 min。用动态细胞内Ca²⁺荧光强度、细胞内磷脂酶A 2(cytosolicphospholipaseA 2，cPLA 2)的表达、培养的小脑颗粒神经元在激光扫描共聚焦显微镜测量下细胞凋亡和坏死数目作为检测指标，并分别用实时荧光定量PCR和蛋白印迹和膜联蛋白染色手段进行研究。结果表明：NMDA神经元的刺激引起细胞内Ca²⁺过载，cPLA 2的的表达上调，并增加了细胞死亡；慢性IL-6预处理可防止NMDA导致的神经元Ca2+过载、cPLA2表达上调，以及细胞凋亡和坏死。IL-6的这些作用提示其可预防NMDA及其受体的神经兴奋毒性。 4 问题及展望

目前，对于MAPK通路与神经损伤关联性方面的研究越来越多。已经明确激活的MAPK介导神经损伤后的神经细胞凋亡过程，但是在激活MAPK通路的同时还有哪些因子共同参与，他们相互作用的具体机制还不够清楚。不同的神经损伤方式对于MAPK的活化效应有何影响，MAPK家族中多种异构体在不同神经损伤中表达是否相同，是否产生不同的作用，也尚未明确。另外不同性质的神经纤维对于MAPK的激活有无区别尚无报道，这些都有待于进一步的研究探索。同时尽管对MAPK信号通路的研究取得了一些进展，但要完全揭示其作用机制仍需进行深入研究，如进一步阐明MAPK信号通路相关的生物学功能、与疾病的关系，以及对不同MAPK级联通路之间交叉及整合作用机制的进一步研究等。相信随着对MAPK通路的不断研究和认识，临床以MAPK为靶点的、更为有效的基因阻断治疗药物的研制，必将对一些疾病的防治领域研究工作产生巨大的推动作用。