P38/MAPK通路、Nrf2/Are通路及AMPK通路在百草枯中毒中的研究进展

P38/MAPK通路、Nrf2/Are通路及AMPK通路在百草枯中毒中的研究进展

作者一：徐煜城 ,作者二：刘丽洁    ,通信作者：张志强

滨州医学院附属医院急诊科， 滨州  256603

【摘要】百草枯中毒是急诊科常见的急危重症，对病人造成严重的损伤，为病人家庭带来了巨大的负担，文章对近十年研究较多的通路进行了分析，选取了其中的三条通路，即P38/MAPK通路、Nrf2/Are通路及AMPK通路，描述了三条通路的生理作用及其在百草枯中毒中起到的作用，分析了作用于该通路且在动物实验或人体实验中可用的药物，为治疗百草枯中毒提供了新的思路。

【关键词】百草枯中毒;P38;Nrf2;AMPK;

1. 百草枯中毒与治疗现状

百草枯（Paraquat, PQ）中毒是急诊科常见的急危重症之一，百草枯中毒后可引起多器官的损害，因百草枯为肺上皮细胞存在的胺类转运体的底物，摄入百草枯后，短时间内即可在肺蓄积，最终肺内百草枯浓度可达到血液的10-90倍，而且当血液中百草枯浓度下降后，百草枯仍可以逆浓度梯度转运进肺上皮细胞，故肺为百草枯中毒的靶器官[1, 2]。百草枯中毒机制复杂，目前大部分研究支持百草枯引起细胞内的氧化应激反应[3-5]。针对百草枯的治疗，除了目前常用的方案外，本文旨在通过分析百草枯中毒的机制，从干预信号通路的角度来寻找潜在的治疗药物。

2. 中毒机制分析及药物干预
   1. P38/MAPK途径

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联参与多种细胞功能,包括细胞增殖、迁移、凋亡。P38是该途径中的一组关键蛋白，研究表明P38/MAPK通路可以被热休克、亚硝酸盐、IL-1等激活，另外本课题组前期的实验证明了P38蛋白在百草枯中毒时可以被ROS激活进而增强MAPK通路的表达，抑制P38/MAPK通路可以减轻百草枯所造成的肺损伤[6]。当P38被激活后，对下游多种信号分子产生作用，如MAPKAPK3、P53、HSPB1、IL1、IL6、IL10、TNFα等，这些信号分子会进一步抑制细胞增殖、促进细胞的凋亡、促进炎症反应，同时上述炎症分子对P38通路起到正反馈作用，进一步启动炎症级联“瀑布”效应，造成炎症过度活化[7]。因P38α的活性受到Wip1的抑制，Wip1随着P53的转录而增强，对整个途径起到负反馈的作用，在受损细胞的恢复中起到了重要作用[8]。因此，设想百草枯中毒时炎症过度活化，该通路调节失衡，通过外源性的药物干预抑制该通路可起到一定的作用，于是我们设计实验证明胃饥饿素或者Klotho蛋白可以通过抑制ROS/P38通路来减轻百草枯的毒性作用，减少细胞凋亡[4, 6]。除此之外，葛根素对于百草枯中毒所致的急性肾损伤也具有保护作用，减轻了肾小球的病变程度及炎细胞的浸润，减少了血清中的炎症指标及肌酐、尿素氮的水平，实验证明该药的作用机制与抑制肾脏中MAPK的活性有关[9]。阿司匹林丁香酚酯作为一种具有潜在抗炎和抗氧化作用的新型药物，可以通过抑制ROS/P38介导的线粒体凋亡途径进一步抑制PQ诱导的细胞凋亡，且这种效果与阿司匹林丁香酚酯的剂量呈正相关[10]。

2.2Nrf2/Are途径及其调控

Nrf2是抗氧化应激的关键因子，Nrf2在细胞浆中与Keap1蛋白结合，并受到Keap1的抑制，表现除较低的活性，氧化应激状态下，亲电子代谢产物或者ROS可以抑制Keap1的活性[11]，进而导致Keap1与Nrf2解偶联，Nrf2磷酸化并进入细胞核，与启动子区域的抗氧化原件（ARE）结合，进一步增强通路下游的信号分子的表达，如HO1、CAT、SOD、GST及II相解毒酶等，这些信号分子参与代谢细胞内的ROS，减轻其对细胞造成的损伤[12]。其中HO1被认为是最容易诱导的酶，而且在百草枯中毒时明显升高，HO1及其催化产物通过抗氧化、抗凋亡、抗增殖、抗炎等方面保护组织器官[13]。同时有实验表明，Nrf2还可以抑制IRF3二聚化来限制炎症因子的释放，敲除Nrf2基因的小鼠更容易出现高氧所诱发的肺炎[14]。当百草枯中毒时,细胞内过量的ROS激活Nrf2/Are途径，Nrf2表达增加，进一步促进抗氧化酶的表达[15]。最新的证据表明内源性代谢产物衣康酸可以通过烷基化Keap1使其失活，增强Nrf2的功能，这可以作为调控该通路的一种思路[11]。另外，硫辛酸也是一种常用的Nrf2蛋白的诱导剂，同时硫辛酸可以诱导Nrf2/Are下游产物的生成，相较于其他抗氧化方法，硫辛酸是目前唯一一种具备水溶性和脂溶性的抗氧化药物，容易透过细胞膜发挥作用,对于治疗百草枯中毒效果明显[16]。阮丹等的实验证明了柚皮素也可以有效的提高Nrf2在细胞内的表达量，进一步减轻百草枯导致的氧化应激[15]。

2.3AMPK信号通路

AMPK即AMP依赖的蛋白激酶，是一组调节能量代谢的分子，维持着机体能量稳态，维持细胞生理活动的正常运转

[17]。总的来说，AMPK会上调ATP生成的通路，下调ATP分解的通路，激活的AMPK还会上调PFKFB1、NAD+等，下调GS、HMGR、ACC1/2，这些信号分子均可作用与ATP的生成与消耗，共同维护着细胞能量的稳态[18]。而激活的AMPK除了调节细胞代谢外，还可以减轻炎症反应，通过增强AMPK的表达可以减轻诸如自身免疫性脑脊髓膜炎、LPS诱导的肺损伤、病毒诱导的气道炎症[19]。针对该通路的调控，临床抗炎常用的药物乌斯他丁可以通过激活AMPK来抑制LPS诱导的急性肺损伤[20]。除了急性肺损伤外，百草枯中毒存活的病人后期需面临不可逆的肺纤维化，而二甲双胍恰好可以激活AMPK抑制嗜酸性炎症，使器官周围纤维化和粘蛋白分泌减少，即抑制肺纤维化的进展，为长期的治疗提供了可能[21]。

3. 问题与展望

百草枯中毒机制复杂，涉及众多通路，而且通路之间存在相互作用，除本文提到的三条通路外，仍有其他的关于百草枯中毒机制的假说，如补体系统、钙超载、Wnt/β-catenin通路等等。本课题组目前也正在尝试通过上调可识别百草枯分子的外排泵，来直接减少细胞内百草枯的含量，继而通过增加百草枯排泄的方法来减轻百草枯对机体的损害，但具体机制仍需进一步探讨。综上，我们临床上及实验室为了征服百草枯中毒所迈出的每一步都是艰难的，同时需加强院前急救，联合多种治疗方法，提高百草枯中毒患者的存活率及预后生活质量。

4. 参考文献

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