百草枯 (paraquat，PQ) 又名克芜踪，其化学名称为：1, 1′-二甲基-4, 4′联吡啶阳离子盐，分子式为C₁₂H₁₄N₂ ·2Cl，相对分子量为257.2，是一种广谱、触杀型有机杂环类除草剂，对人畜剧毒^[1]。因无特效解毒药和有效的治疗手段，口服百草枯病死率高达60%~87.5%，是目前国内中毒病死率最高的农药^[2]。百草枯可经胃肠、皮肤和呼吸道吸收，在体内主要对肺、肝、肾脏造成损害，尤其是肺脏损害较为严重，表现为肺水肿、肺出血及肺不张等急性肺损伤 (acute lung injury，ALI) 症状，并且能够进行性地发展为急性呼吸窘迫综合征 (acute respiratory distress syndrome，ARDS)，之后肺部损伤加重，不可逆的发展为肺间质纤维化^[3]。为提高百草枯中毒救治成功率，需要深入了解其中毒后导致肺损伤的机制，才能寻找有针对性的治疗手段，进一步完善临床治疗策略。百草枯诱导肺组织损伤的机制尚未完全清楚，目前研究较多的学说包括氧自由基学说，脂质过氧化损伤，细胞因子以及DNA损伤等^[4-6]，然而，没有一个学说能详细阐明百草枯致肺损伤的具体机制。近年来，随着细胞分子生物学的发展，细胞因子及其诱导的信号转导通路在肺损伤中的作用越来越受到人们的关注，尤其是MAPK家族介导的信号转导通路在众多疾病中扮演重要角色^[7-9]。本文从MAPK家族及其重要组成成员p38MARK (丝裂素活化蛋白激酶的一种) 在百草枯中毒致肺损伤中的表达及意义作综述。

1 MARK信号通路概述

MAPK是一种广泛存在于哺乳动物体内的一大类丝/苏氨酸蛋白激酶，可以被一系列的细胞外信号或刺激所激活，如物理应激﹑炎性细胞因子﹑生长因子﹑细菌复合物等。MAPK家族的信号通路主要包括细胞外信号调控的蛋白激酶 (ERK)、c-Jun N端激酶 (JNK)/应激激活的蛋白激酶 (SAPK)、p38MAPK以及ERK5/BMK1四条途径。其中，p38MAPK是由Berwster等^[10]于1993年研究发现，Han等^[11]用高渗和内毒素刺激小鼠肝脏细胞，从中分离纯化出相对分子量为3.8×10⁴由360个氨基酸组成的酪氨酸磷酸化蛋白激酶。p38MAPK信号通路作为MAPK家族的重要成员，他在细胞应激、炎症、凋亡以及细胞周期和生长等多种生理和病理过程中起重要作用，被认为是细胞众多信号转导通路的中转站。目前研究发现p38 MAPK有4个异构体，分别为p38α、p38β、p38γ和p38δ，不同结构亚型的分布具有组织特异性，虽然他们的氨基酸数目不同，但同源性超过50%。

2 百草枯中毒中p38MARK的表达 2.1 炎症反应

百草枯中毒时免疫细胞和炎性细胞分泌多种递质参与肺部损害，并最终导致肺部纤维化。有研究发现百草枯中毒可致大鼠肺组织Egr-1 mRNA表达上调，TNF-α、IL-1β释放增加^[12]。百草枯可以介导单核细胞产生大量的IL-6和TNF-α。p38第一次被证实与炎症反应相关就是因为其可介导IL-1β和TNF-α的产生^[13]，陈海华^[14]研究发现百草枯组大鼠中IL-1β、TNF-α炎症因子水平表达量较NS组显著增高，于3 d时达到高峰，随后开始回落至一个相对稳定的较高水平，SB203580(p38 MAPK抑制剂) 干预后可以显著降低百草枯组大鼠肺组织中IL-1β和TNF-α的表达水平，肺组织的湿干比百草枯组有所下降，肺组织病理情况如肺泡的渗出、炎性细胞的浸润等也较百草枯组有所好转。以上结果提示了p38介导的炎症反应有可能参与了百草枯中毒所致的急性肺损伤过程。佟飞等^[15]研究发现磷酸化p38MAPK及NF-κB均高于正常组，提示p38MAPK及NF-κB参与了百草枯致肺损伤的过程。而NF-κB又可以通过NF-κB通路调控多种细胞 (TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8) 诱导控制结缔组织重塑的酶类 (如MMPs) 的表达，促进纤维化形成。

2.2 氧化应激

百草枯进入体内后在还原型辅酶NADPH的作用下，将单电子还原为自由基后与分子氧化反应，形成超氧阴离子与联吡啶阳离子。再通过超氧化物歧化酶的作用，超氧离子转变为H₂O₂透过细胞膜，迅速形成OH^-，引起脂质过氧化等一系列链锁反应，进而导致肺损伤。

在氧化应激的作用下，活化后的p38蛋白参与了氧化应激损伤。具体过程是：MAPKKK家族成员中的ASKI (凋亡信号调节激酶Ⅰ) 在受到刺激后，沉默状态的ASKI通过寡聚化反应或者磷酸化变得有活性^[16]，过度表达和活化的ASKI磷酸化继而激活p38MAPK的上游激酶MKK3、6(公认的p38上游激酶)，从而激活p38信号级联反应。ROS (reactive oxygen species) 不但通过结构的修饰能够抑制大多数磷酸酶 (如PPS，MKP) 的活性，还可以有效的保护p38通路下不同级激酶的磷酸化状态^[17]，从而保证p38通路能够顺利的进行下去使上皮细胞和肺泡细胞凋亡。如果p38是被瞬间激活，通过p38蛋白调控NF-κB的过度表达使之发生核转位，再与肺纤维化相关因子 (如TGF-β1、IGF-1、PDGF等) 上的基因启动子NF-κBDNA结合位点相结合，使得这些细胞因子的转录增强，从而促进他们的高表达参与肺纤维化形成。

2.3 细胞凋亡

近几年研究发现，肺部细胞的凋亡在肺损伤中扮演着重要角色。细胞凋亡过程与Bcl-2蛋白家族成员有着密切的相关，其中主要包括抗凋亡基因Bcl-2以及促凋亡基因Bax^[18]。胞内Bcl-2/Bax竞争性的二聚体化过程造成细胞对凋亡信号比较敏感。当胞内Bcl-2高度表达时可形成Bcl-2/Bcl-2同源二聚体和Bcl-2/Bax异源二聚体促进细胞凋亡。p38MAPK通过诱导Bax的转位和增强TNF-α表达等多种途径来诱导细胞凋亡。有研究表明百草枯组TNF-α、Bax、Bcl-2均高于对照组^[19]。也有研究发现，p38MAPK通过抑制前凋亡信号的产生参与介导了细胞存活信号通路来抑制细胞的凋亡^[20]。张志坚等^[21]研究发现乌司他丁可明显改善大鼠肺泡上皮的通透性，减轻百草枯中毒后肺水肿程度，其机制可能与改善肺泡上皮细胞屏障功能及减少细胞凋亡有关。肺泡上皮细胞的凋亡使肺泡上皮不能及时修复基膜破损，难以恢复正常的结构和功能，使肺泡活性物质分泌障碍炎性物质堆积等，引起肺部早期纤维化并且具有不可逆性。

2.4 钙稳态失衡

百草枯急性中毒时细胞内钙超载，使ATP合成受到抑制进而分解加速，影响细胞产生能量，细胞内钙超载逐渐加重。黄嘌呤氧化酶来源于黄嘌呤脱氢酶的转化，蛋白酶被激活后氧自由基的生成开始增多，造成细胞膜及其细胞骨架的破坏，能量的合成受到抑制。另一方面，过多的钙以磷酸盐的形式蓄积于细胞质中的线粒体内，使线粒体的结构及功能破坏逐渐加重。在给予乙二胺四乙酸以及依地酸钙钠处理后，肺泡壁充血、出血减轻，细胞内的钙离子浓度明显降低，钙超载明显减轻，氧化性损害得到了有效缓解，从而证实百草枯中毒肺损伤可能与胞内钙超载有关。

傅映晖等^[22]研究发现尼莫地平 (钙通道阻滞剂) 对视网膜的缺血再灌注造成的损伤具有保护作用，而该保护作用可通过抑制p38MAPK mRNA的表达来实现。细胞内钙超载作为p38MAPK激活路径的下游，在细胞损伤的发病机制中起到重要作用。缺氧缺糖与Aβ双重激活p38MAPK路径，促进炎性反应，引发细胞内钙超载。

2.5 线粒体功能障碍

线粒体是细胞中制造能量的结构，作为维持生命活动的最重要的细胞器之一，在肺组织细胞的能量代谢、神经递质合成、脂肪酸氧化、细胞调亡等过程中，线粒体均起到非常重要的作用。线粒体通过氧化磷酸化产生ATP，给机体提供能量。在氧化磷酸化过程中，线粒体产生一定量的氧自由基，同时，生物体内又存在着抗氧化体系，在生理条件下，维持着动态平衡，从而保证细胞的正常功能。一旦这种平衡被破坏，线粒体的损伤将导致一连串的组织细胞功能损害，最终导致相应疾病的发生发展。Castell等^[23]研究证实了线粒体是百草枯诱导活性氧产生的源头。有研究发现阻断线粒体K_ATP⁺通道可以抑制p38MAPK的活化^[24]。在百草枯急性中毒中p38MAPK通路在肺纤维化的发生发展中发挥重要的作用。

2.6 p38MAPK对NF-κB的影响

NF-κB是ALI (急性肺损伤) 炎症反应的主要转录因子和炎症介质，能与多种基因启动子或增强子部位上的κB位点特异性结合继而促进其转录的一类蛋白质，在细胞因子瀑布级联式效应中发挥着关键的作用。肺损伤的不同严重程度可以导致NF-κB的持续活化，在ALI的炎症介质网络调控中，起到了中心环节作用，所以阻断NF-κB的途径对发生或已发生的肺部炎症是有利的。目前研究发现，MAPK信号通路家族中的p38MAPK与NF-κB关系最为密切，是激活NF-κB的主角。郭静等^[25]研究发现骨关节炎组p-p38(磷酸化p38) 与NF-κB蛋白表达之间存在明显的正相关，提示p-p38的增加可能进一步引起NF-κB的表达增加。同时这一实验结果也表明，p38MAPK与NF-κB信号通路之间可能存在着串话。因此通过抑制p38MAPK的表达可以抑制NF-κB活性。

在百草枯中毒早期就有多种促炎性细胞因子 (如H₂O₂、TGF-β1、TNF-α、IL-1等) 的释放，他们都可激活p38通路。目前研究表明，当肺内多形核白细胞 (PMN) 穿越血管内皮屏障时，p38MAPK信号通路参与了此过程在肺组织内聚集、活化的全过程，并且促进炎症反应的发生发展^[26]。NF-κB通路与其可在下游聚合，调控单核/巨噬细胞和中性粒细胞以及内皮细胞 (TNF-α、IL-lβ、IL-6、IL-8) 及黏附分子高表达，炎症反应效应进一步被放大。另一方面，还可控制诱导结缔组织重塑酶类 (如MMPS) 高度表达^[27]，继而促进肺纤维化的形成。刘明伟等^[28]研究结果显示，百草枯组较对照组的p38MAPK表达明显增加，NF-κB的活化显著增强，肺组织内的炎症细胞聚集逐渐增加，此外炎症介质和MMP-9也较对照组有所增加。因此，抑制p38MAPK得高表达，阻断其与NF-κB的关联效应，抑制炎症介质的瀑布式产生，对百草枯中毒造成的肺损伤可能有保护性的作用。

3 结语和展望

虽然百草枯中毒机制尚未完全清楚，但近年来众多研究显示细胞因子及其信号转导通路在百草枯中毒致肺损伤发生机制的信号级联中起非常重要的枢纽作用。其中，p38MAPK通路是参与炎症反应、氧化应激、细胞凋亡、钙稳态失调及线粒体功能障碍的重要信号系统。因此，在信号通路水平阻断和调控p38MAPK的表达和活性，将可能成为百草枯急性中毒致肺损伤的一条新途径。但是p38MAPK在维持机体防御功能方面也有重要的作用，那么如何选择性抑制p38MAPK的激活及制定适当的剂量标准，从而调控抑制炎性因子、致纤维化因子的基因表达与干扰正常的细胞功能之间的微妙平衡将成为进一步研究的方向。