张益梅，李经伦
(西南医科大学附属第一医院 神经内科，四川 泸州 646000)
【摘要】活化蛋白-1(AP-1)是一类二聚体的反式调节因子，其作用十分广泛，对细胞的增殖、存活和凋亡等重要生理过程具有调控作用。许多体内外实验均证实，AP-1与脑血管疾病、神经退行性疾病、癫痫和脑胶质瘤等神经系统常见疾病有密切联系。本文就AP-1的组成、调节及其与以上疾病的关系作简要综述。
【关键词】活化蛋白-1(AP-1)；c-Jun；JNK；信号传导
活化蛋白-1(activated protein-1，AP-1)是一类重要的真核细胞转录因子，是诸多细胞信号传导途径在细胞核内的交汇点，有细胞内信号传导的第三信使之称，是基因转录调控的分子开关，能与许多基因上的AP-1位点结合，启动多种与细胞分裂和增殖相关基因的转录，参与细胞的增殖、分化和凋亡等过程。
AP-1是一个集体名词，主要由Jun蛋白(v-Jun、c-Jun、Jun-B、Jun-D)、Fos蛋白(v-fos、c-fos、Fos-B、Fra1、Fra2)、激活转录因子(activating transcription factor，ATF；包括ATF2、ATF3/LRF1、B-ATF)、Jun二聚化伴侣(JDP1、JDP2)[1]、Maf蛋白(v-Maf、c-Maf、Nrl)家族组成的同源或异源二聚体[2]。在不同细胞中AP-1的组成不同。这些蛋白都属于亮氨酸拉链蛋白，它们的一级结构都具有一个保守的亮氨酸拉链(leucine zipper)结构，即蛋白质分子肽链上每7个氨基酸重复出现一个亮氨酸残基，这些亮氨酸残基都在α螺旋同一个方向上出现，两个相同结构的两排亮氨酸残基能以疏水键结合成二聚体，通过这一特殊结构家族间或不同家族成员相互作用，形成不同的二聚体。Jun蛋白和ATF蛋白可形成同源二聚体，Jun蛋白的结构高度同源，其除了可形成同源二聚体外，还可与AP-1家族的其他蛋白ATF和Fos蛋白结合形成更稳定的异源二聚体。Jun同源和Jun-Fos异源二聚体识别相同的DNA结合位点，叫TPA反应元件(其序列为TGAG/CTCA)，Jun-ATF 异源二聚体和ATF同源二聚体识别称为CRE的序列(TGACGTCA)[3], Fos蛋白、Maf蛋白则不能形成同源二聚体，Maf蛋白只与c-fos形成异源二聚体，而不能结合c-Jun。在哺乳动物体内，AP-1的主要成分是Jun和Fos。单独的c-Jun和c-fos是没有生物学功能的。Jun蛋白可以形成同源二聚体，亦可与Fos或Fras形成更加稳定的异源二聚体，而Fos则只能与Jun形成异源二聚体，故可以用c-Jun蛋白的表达量来反映AP-1的表达[4]。不同的二聚体形式，其稳定性及与DNA的结合能力不同，在静息状态下，AP-1的分子结构以c-Jun同源二聚体为主，当细胞受到佛波酯(TPA)、血清、生长因子、细胞因子、神经递质和紫外线等刺激时，c-Jun和c-fos的表达水平增高，此时AP-1以c-Jun、c-fos异源二聚体的形式存在，此形式较c-Jun同源二聚体稳定，且与DNA连接和诱导转录能力也大大增强。
AP-1的活性调节十分复杂，包括自身组分的差异表达、转录水平调节、翻译后调节及与其他癌蛋白和辅助蛋白相互作用的调节，其中翻译后调节是AP-1的主要调节方式[5]。自身组分的差异表达是对其功能最基本的调节。AP-1成员之间存在着相互促进或拮抗作用。c-Jun是AP-1的主要成分，如前所述，它可通过亮氨酸拉链与其他蛋白形成复合物，如Jun-B、Jun-D、ATF家族成员，不同的组合其作用不尽相同。在某些情况下，Jun-B可与Jun、Fos或Fos-B形成非活化的异源二聚体，通过竞争与AP-1位点的结合来抑制AP-1的活化，Jun-B表现出抑制c-Jun的活性效应，而Jun-D对c-Jun具有一定的增强作用。许多细胞外信号主要通过控制构成AP-1成分蛋白的转录，从而调控AP-1蛋白的表达量及转录因子活性。AP-1的翻译后调节主要是磷酸化调控。转录因子在磷酸化水平的调控主要有3类：一是调控胞核移位。这类转录因子包括NF-κB、NF-AT等；二是调控其DNA结合能力，转录因子被磷酸化后其DNA的结合能力可表现为增强(如SRF、E2F、E4F)，也可表现为抑制(如c-Myb、Oct-1、Ets-1)；三是调控转录激活能力，包括刺激转录激活(如CREB、c-Jun、c-Myc等)、刺激转录抑制(如c-Fos)和抑制转录激活(如ADR1)[6]。c-Jun是AP-1的核心成分，人源形式全长由331个氨基酸组成，转录激活结构域位于N端，DNA结合结构域位于C端。目前发现c-Jun分子内含有8个磷酸化位点，包括S63、S73、T91、T93、T231、S243、S249、Y170。c-Jun可以同时被磷酸化正向和负向调控。其中磷酸化位点S63/S73/T91/T93的磷酸化增强其转录激活能力，磷酸化位点T231/S243/S249的磷酸化抑制其DNA结合能力。负责c-Jun N端磷酸化的激酶是c-Jun N端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)[7]，因其可被紫外线照射、γ射线辐射、渗透压、缺血再灌注、热休克、炎症细胞因子(TNF-α、EGF、IL-1等)等细胞外应激信号激活，JNK也被称作为应激活化蛋白激酶(stress activated protein kinase,SAPK)。JNKs家族于1990年被发现，是丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)家族成员之一。编码JNK的基因包括jnk1、jnk2、jnk3，其相应的编码产物是JNK1、JNK2、JNK3。其中前两者的表达不具有组织特异性，主要在生物学和病理过程中发挥作用，而JNK3仅存在于脑、心脏、睾丸等组织，尤其与神经细胞死亡有密切关系。JNK信号通路在细胞应激反应及器官发育的细胞改变中都起着重要作用。JNK信号通路的活化是通过多级蛋白激酶的磷酸化级联反应实现的，此信号传递网络包括以下关键激酶：MAPK激酶激酶(MAPKKK)、MAPK激酶(MAPKK)、MAPK/JNK。c-Jun是JNK信号通路的靶，c-Jun作为其主要的下游基因，活化后能够调节其自身及其他基因的生成，导致其诱导生成的速度更快。MAPKKK和MAPK只能催化Ser/Thr磷酸化，而MAPKK为既能磷酸化Thr又能磷酸化Tyr的双功能激酶。JNK被上游激酶MAPKK4/7磷酸化激活后，可进一步使核内转录因子c-Jun氨基末端的S63和S73磷酸化，进而激活c-Jun从而增强其转录活性，c-Jun氨基末端的磷酸化还可促进c-Jun/c-Fos异源二聚体及c-Jun同源二聚体形成，从而结合到许多靶基因启动子区的AP-1位点，增强特定基因的转录活性[8]。后来研究又发现JNK还可使T91和T93发生磷酸化。T231、S243和S249这3个位点在非刺激状态下处于磷酸化状态，当细胞受到应激时，上述3个位点去磷酸化，使c-Jun的活性升高，磷酸化以上位点的激酶分别是糖原合成酶激酶3(GSK3)、酪蛋白激酶Ⅱ(CKⅡ)和cyclin B(周期素B)/P34cdc2[9]。有研究发现，T231和S243磷酸化后c-Jun的DNA结合能力受到抑制，而S249磷酸化并不影响c-Jun的DNA结合能力，因而得出T231和S243才是影响c-Jun的DNA结合能力的真正位点。c-Jun蛋白还可与一些辅助激活因子结合，从而影响其活性。这类因子包括CREB结合蛋白(CREB binding protein,CBP)、c-Jun N端激活结构域结合蛋白 1(c-Jun activation domain binding protein 1, JAB1)、抑癌蛋白RB、激活信号辅助整合因子-2(activating signal cointegrator 2, ASC-2)。
3.1 AP-1与脑血管疾病 卒中是全球第3大致死性疾病及首位致残性疾病，其中缺血性卒中约占60%～80%，是神经内科最常见的疾病，其致残率非常高。脑缺血早期可出现神经元坏死和凋亡。前者主要见于缺血核心区，而后者则主要见于缺血半暗带，缺血半暗带内的神经元仍具有活性，其损伤是可逆性的。在缺血半暗带内多存在缺血再灌注的现象。在缺血再灌注的情况下激活JNK信号通路，JNK活化后由细胞质转位至细胞核，通过磷酸化激活核内转录因子c-Jun，从而激活凋亡信号导致细胞凋亡。大鼠脑缺血再灌注模型实验表明，在缺血前30 min注入苦瓜多糖能显著抑制JNK3、c-Jun和FasL表达，同时也能抑制Cytc的释放和胱天蛋白酶-3信号级联反应，从而发挥神经保护作用[9]。这提示，JNK3/c-Jun信号通路参与了缺血再灌注导致的细胞凋亡。盐酸法舒地尔可通过抑制JNK通路的凋亡信号发挥抗凋亡作用[10]。有研究者通过建立体外OGD/R模型和体内MCAO模型，研究发现薯蓣素可以通过抑制NF-κB和AP-1转录活性而对脑缺血再灌注损伤发挥神经保护作用，进而可以运用于治疗缺血性中风[11]。杜荆素是一种山楂提取物，在大脑中动脉闭塞模型中，它可以明显上调p-ERK1/2和下调p-JNK、p-p38的表达而减小脑梗死体积和促进神经功能的恢复。Wang等[12]研究发现杜荆素对脑缺血再灌注损伤的保护效应可能是通过调节MAPK和细胞凋亡信号通路实现的。GADD45β-Ⅰ是一个新型的MAPKK7抑制剂，它可以抑制MAPKK7的活性从而调节JNK的活性。在电凝法和血栓栓塞大脑中动脉闭塞模型提前30 min注入GADD45β-Ⅰ可以减小梗死面积[13]。Liu等[14]研究发现HET0016可以通过调节MMP-9和抑制JNK信号通路而预防缺血再灌注后脑水肿及血脑屏障的破坏。MKP-1信号是中风的内源性保护机理，MKP-1缺失或抑制导致中风后c-Jun-N-terminal激酶(JNK)激活和小胶质细胞p38激活，引起白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子α(TNFα),p-c-Jun/c-Jun增加引起炎症和凋亡反应[15]。
3.2 AP-1与神经退行性病变 阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)是最常见的老年期神经系统变性疾病。神经元内的神经纤维缠结和β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein，Aβ)与神经元变性紧密相关，其中Aβ的聚集是导致突触和神经细胞死亡的重要原因。JNK信号通路的激活与肿瘤的发生和神经退行性病变有着密切联系[16]。Akhter等[17]研究发现JNK通路下游的c-Jun通过上调BCL-2和p53而引起阿尔茨海默病细胞凋亡。Zhou等[18]应用JNK抑制剂SP600125治疗阿尔茨海默病模型大鼠，发现可以有效减缓疾病的进展和改善其认知功能障碍。Mohammadi等[19]研究报道应用JNK抑制剂SP600125可以改善Aβ诱导的老鼠的空间记忆。有研究报道阿尔茨海默病患者脑组织和脑脊液中JNK3水平的增高与认知功能的减退有明显的相关性[20]。Aβ在阿尔茨海默病的发病机理中发挥着重要作用，橙油素可以调节磷酸化c-Jun促进γ-分泌酶的活动进而导致Aβ产生增多，应用JNK抑制剂SP600125可以减轻以上反应[21]。
帕金森病(Parkinson，s disease，PD)是一种慢性中枢神经系统退行性疾病，主要以静止震颤、肌肉僵直和运动减少为临床症状。其发病机理尚不清楚，目前普遍认为是由于遗传和环境内外因素通过多种途径引起中脑黑质多巴胺能神经元丧失和纹状体多巴胺含量显著减少有关。研究发现，c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)通路是PD多巴胺能神经元死亡的关键调节器，神经元与JNK相关的细胞凋亡是被与c-Jun相关的凋亡前转录因子介导的，该通路是临床上研究神经保护药物治疗的潜在靶点[22]。在MPTP诱导的小鼠PD模型中，Thioredoxin-1通过下调JNK、caspase-12 等因子而抑制内质网应激反应，从而起到神经保护的作用[23]。有学者研究发现，在小鼠PD模型中，短期的左旋多巴治疗通过c-Jun(Ser73)的磷酸化有利于神经细胞的存活，而长期的左旋多巴治疗通过c-Jun(Ser63)的磷酸化引起细胞死亡，对于PD患者长期左旋多巴治疗的临床评价还有待于进一步研究[24]。Huang等[22]研究发现，JNK通路引起的多巴胺能神经元死亡，其下游效应器除了c-Jun外，ATF2也发挥了作用，部分或完全删除ATF2的DNA结合域的多巴胺能神经元的退化明显减轻。
3.3 AP-1与癫痫 癫痫是由多种原因导致的脑部神经元高度同步化异常放电所致的临床综合征。其病因和发病机理至今不明。有研究发现，多种细胞因子如TNF-α、IL-8、IL-6等都参与了癫痫炎症过程，因而有学者认为脑内的炎症过程可能是癫痫发作的一个常见而有决定性的病理机理[25]。炎性介质可以增加血管的通透性，使血清蛋白进入脑内影响离子缓冲能力，增强周围神经兴奋性和抑制胶质细胞摄取谷氨酸，从而导致神经元的过度兴奋。近年来，许多研究表明，AP-1是细胞炎症反应关键转录因子，它可以调节细胞炎性因子基因表达，导致炎症持续和发展，进而影响疾病的严重程度和对治疗的反应[26]。Bobrovnikova-Marjon等用AP-1蛋白的突变形式封闭AP-1活性后，发现IL-8的表达明显受到抑制[25]。李艳等[27]研究了AP-1在颞叶癫痫模型小鼠海马的表达变化，结果表明癫痫小鼠海马AP-1蛋白表达上升，8 h时为表达最高峰，24 h有所下降，但仍明显高于对照组。因而推测，AP-1高表达与癫痫发病可能关系密切。癫痫的发生是否会引起细胞死亡通路的激活仍然是具有高度争议的问题，有学者通过获得性局限性皮质发育不良大鼠模型研究发现，在癫痫发生早期神经元和神经胶质细胞即开始有选择性地分别激活c-Jun磷酸化和caspase-3通路，同时伴随细胞色素C的增加，这种现象在癫痫反复发生时更显著，因而认为在获得性局限性皮质发育不良大鼠模型癫痫复发可以引起细胞死亡通路的激活，从而引起一系列病理变化最终引发癫痫持续状态[28]。
3.4 AP-1与脑胶质瘤 脑胶质瘤是中枢神经系统常见的原发脑肿瘤，大约占中枢神经系统恶性肿瘤的40%，因具有较强侵袭转移性和对放疗、化疗不敏感的特点，恶性程度比较高，预后差，平均生存时间14.6个月。即使通过积极手术、化疗和放疗等综合治疗，仍具有较高的复发率。姜黄素是一种辐射敏化剂，在癌症的治疗中受到广泛关注，用低剂量姜黄素预处理人类胶质瘤U87细胞，可以上调DUSP-2的表达和抑制ERK、JNK磷酸化，减少c-Jun的表达，使细胞周期停留在G2期，从而可以增强肿瘤细胞对射线的敏感性[29]。Parra等[30]用siRNAs干扰JNK活性后，发现可以增强胶质瘤细胞对顺铂的敏感性和降低肿瘤细胞DNA修复能力。研究发现各种恶性神经胶质瘤细胞表达大量的内皮素-1，通过激活MAPK和AP-1信号通路，导致MMP-9、MMP-13的表达而促进肿瘤的侵袭和转移[31]。Chikano等[32]研究发现通过JNK通路调节，c-Jun的表达上调能促进糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β)表达从而增加胶质瘤细胞的侵袭和转移能力，GSK-3β有希望成为一个新的生物治疗靶点。
近些年，对于AP-1信号传导通路的研究已经取得了明显的进步，AP-1与神经系统许多疾病的发生、发展密切相关，如脑血管疾病、神经退行性病变、癫痫、脑胶质瘤等，而且将AP-1作为一个分子治疗靶，利用AP-1抑制剂进行疾病的治疗，在临床上也取得了可喜的成绩，随着今后对AP-1的进一步研究，可为临床疾病治疗提供新的思路，同时对寻找新的药物靶点和筛选新药都具有重要的理论意义。
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通信作者：李经伦，ljl031611@163.com
【中图分类号】R741.02
【文献标识码】A
DOI：10.11851/j.issn.1673-1557.2017.01.002
优先数字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1688.R.20170111.1123.004.html
(收稿日期：2016-06-02)