焦点论坛 Open Access
Copyright ©The Author(s) 2004. Published by Baishideng Publishing Group Inc. All rights reserved.
世界华人消化杂志. 2004-01-15; 12(1): 158-160
在线出版日期: 2004-01-15. doi: 10.11569/wcjd.v12.i1.158
乙型和丙型肝炎病毒对ERK信号转导途径的影响
张健, 成军
张健, 成军, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心, 全军病毒性肝炎防治研究重点实验室 北京市 100039
通讯作者: 成军, 100039, 北京市西四环中路100号, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心、全军病毒性肝炎防治研究重点实验室. cj@genetherapy.com.cn
电话: 010-66933391 传真: 010-63801283
收稿日期: 2003-06-24
修回日期: 2003-07-01
接受日期: 2003-07-16
在线出版日期: 2004-01-15

N/A

关键词: N/A
引文著录: 张健, 成军. 乙型和丙型肝炎病毒对ERK信号转导途径的影响. 世界华人消化杂志 2004; 12(1): 158-160
N/A
N/A
Correspondence to: N/A
Received: June 24, 2003
Revised: July 1, 2003
Accepted: July 16, 2003
Published online: January 15, 2004

N/A

Key Words: N/A
0 引言

在病毒性肝炎的发病机制中, 病毒蛋白对肝细胞信号转导通路的影响是病毒感染以后形成慢性感染、肝纤维化、肝细胞癌的重要的分子生物学机制, 对于慢性肝炎的预后也有重要意义[1-3]. 细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK) 亚族之一. MAPK是生物体内重要的信号转导系统之一, 参与介导生长、发育、分裂、分化、死亡以及细胞间的功能同步等多种细胞过程. 在哺乳动物细胞中已发现和克隆了ERK、JNK/SAPK、p38/RK、ERK5/BMK1 四个MAPK亚族. 这些MAPK能被多种炎性刺激所激活, 并对炎症的发生、发展起重要调控作用. MAPK对细胞从整个G1期到S期起决定性作用. 具有双重特异性的MAP激酶的激酶(MEK1 和 MEK2) 磷酸化和激活后, 可以激活ERK1 和 ERK2. 激活的ERK可使许多效应蛋白磷酸化, 这些效应蛋白包括细胞进展至S期所必需的蛋白表达的转录因子[4]. MAP激酶系统很明显在细胞周期的G1期起作用, 也可能在G2/M期起作用. 已经证明细胞进入有丝分裂期后, 内源性ERK1和ERK2生化活性降低[5-6], 也有人认为正常的MEK/ERK活性对细胞进入有丝分裂期是必需的[7-8].

1 ERK与乙型肝炎病毒

乙型肝炎病毒(HBV)对肝细胞信号转导系统的影响, 不仅是HBV蛋白对肝细胞中信号转导的影响, 还包括肝细胞蛋白与HBV DNA调节序列的结合及调节. 但是, HBV蛋白对于肝细胞信号转导通路的影响是HBV感染以后形成慢性病毒感染、肝纤维化及肝细胞癌的重要的分子生物学机制. 乙型肝炎病毒X(HBx)蛋白是一种具有双重作用的转录激活因子, 在培养细胞中表达后, 可在细胞质刺激信号转导途径和细胞核内的转录因子中起到转录激活作用. 在细胞质内, HBx表现为刺激Ras-Raf-MAPK系统, HBx与MAPK信号转导系统的作用在HBV的各种蛋白中表现十分明显, 这可以部分解释其转录激活作用机制[9].

Benn et al[10]发现HBx蛋白对ERKs和c-Jun氨基端激酶(JNKs)有刺激作用. JNK被HBx活化后, c-Jun氨基端发生磷酸化, 引起AP-1 DNA结合活度的产生和活化, 包括瞬时的c-Fos蛋白的从头合成和c-Jun的持续合成. 新的c-Jun合成可被共表达的MAP激酶致活酶(MEKK-1)所阻断, 这就证明HBx通过激活JNK信号途径促进c-Jun的合成. c-Fos基因与Raf-C4共表达, Raf-C4发生接触反应突变后可阻断c-Fos的活性, 表明HBx通过作用于Ras-Raf途径产生c-Fos. HBx对 ERK和JNK途径的活化作用导致AP-1-c-Jun二聚体复合物积累.

Nijhara et al[11]通过研究发现, 伴随病毒核蛋白颗粒介导的HBV DNA的传递, 很大一部分肝细胞以剂量依赖性方式表达HBx蛋白, 进而导致肝细胞的ERK活性明显增强. HBx诱导的ERK活性可持续30d.有趣的是, 发现c-Jun氨基末端激酶(JNKs)活性也可以持续30d.这种构成的ERK和JNK激活作用作为HBx持续表达的结果也导致更下游元件刺激作用的持续, 例如c-Jun和c-Fos蛋白水平的增高伴随激活蛋白1结合活性的持续诱导.

HBx也可通过刺激细胞内的信号转导途径调节转录作用. Henkler et al[12]研究了HBx对MAP激酶(Erk)和JNK/SAPK激活作用的效率, 证实在静止细胞中对Erk/MAP激酶有刺激作用. 然而, 在分离的细胞中, AP-1独立的Erk激活作用和c-Jun (丝氨酸-63)的磷酸化作用可被HBx诱导, 而对Erk-2则不同. 这些证据提示HBx杂乱的激活Erk和JNK应答途径, 这种对信号系统的全面作用可能受外部丝裂原刺激素影响.

2 ERK与丙型病毒性肝炎

丙型肝炎病毒(HCV)是一种正链RNA病毒, 其致病机制与DNA病毒和逆转录病毒有明显的区别. MAPK/ERK及其介导的细胞内信号转导是HCV蛋白作用的重要靶位.通过与ERK的作用, HCV核心蛋白与MEK相互作用影响细胞的有丝分裂过程. 在有丝分裂期间MEK与ERK有活性分离现象. 有丝分裂的MEK1活性和其与ERK活性的分离作用依赖于细胞周期蛋白B-Cdc2的激活. 这种分离作用有许多机制. MEK1的氨基末端区域包含一个ERK结合区, 这个区域的突变, 由于炭疽毒素致死因子或胱冬肽酶引起的蛋白分解缺失, 导致MEK1激活ERK的能力消失[13-14]. 不论在何种细胞, ERK结合区的缺失都可以完全抑制细胞质ERK的活性, 但是对MEK1DN51激活的细胞膜结构的ERK来说, ERK结合区并不是必需的. 这种现象可能的机制为由于支架蛋白(例如MP-1)可同时结合MEK和ERK, 因此可从MEK1DN51补偿ERK结合区缺失的影响[15]. 然而, 截短型的MEK1DN51在有丝分裂期激活膜结合ERK的能力消失, 说明抑制MEK对ERK激活能力的还有另外的有丝分裂特异性机制. 由于ERK可以上调细胞周期蛋白B-Cdc2抑制剂WEE1激酶, 因此可以延长进入有丝分裂期的时间[16-17]. 可以推测膜相关的有丝分裂激活因子MEK1除了ERK之外还可能调节其他因子.

HCV核心蛋白具有致瘤特性, 但是其具体机制仍不很清楚. 为阐明HCV核心蛋白激活MEK-ERK途径的确切机制, Fukuda et al[18]在一些细胞系中瞬时表达HCV蛋白, 并且应用Gal4-Elk1萤虫素酶测定法、体内MAPK激酶测定及斑点杂交分析研究信号转导途径. 结果发现, 当面对丝分裂素信号时, HCV核心蛋白在MEK下游增强Elk1的激活作用, 而对ERK活性和Elk1的磷酸化作用并无影响. 这些证据表明, HCV核心蛋白可能通过作用于典型的磷酸化作用过程中激活Elk1. Giambartolomei et al[19]发现在表达HCV核心蛋白的稳定细胞系中响应EGF 的Raf/MEK/Erk 途径的持续激活.HCV基因型1和3的核心蛋白激活MEK1 和Erk1/2 MAP激酶, 并且在血清缺乏条件下通过体外激酶测定内源性的Raf1 和免疫检测过磷酸化的Erk1 和 Erk2, 发现HCV核心蛋白的表达引起Raf1和MAP激酶基础活性增高. 此外, Erk1/2和下游转录因子Elk-1的响应有丝分裂刺激物EGF的活性显著延长. HCV核心蛋白直接激活MAP激酶系统的能力和延长其响应有丝分裂刺激物的活性可能促成HCV感染的肝细胞致瘤性转化.

Yao et al[20]发现HCV核心蛋白通过抑制ERK和MEK的磷酸化作用抑制补体依赖的调节途径的人T淋巴细胞应答. 补体蛋白参与对抗病原体的早期先天的免疫应答, 并且在清除宿主血液循环内的病毒抗原起到重要作用. 当感染HCV后, 个体首先在血液循环中表达的是HCV核心蛋白, 他可以通过与补体C1q受体的球状区域(gC1qR)的相互作用抑制人T细胞的增生. 为研究HCV核心蛋白/gC1qR诱导的对T细胞增生的抑制作用的机制, Yao et al检测了在T细胞激活早期阶段核心蛋白的作用. HCV核心诱导的ERK/MEK有丝分裂素激活蛋白激酶的功能缺陷导致IL-2 和IL-2Rα基因转录抑制, 这种抑制作用会导致白介素2(IL-2)产生和白介素2受体(IL-2R)表达的抑制. 重要的是, 抗- gC1qR抗体处理后具有逆转HCV核心诱导的抑制ERK/MEK磷酸化作用的能力, 这就提示HCV核心和gC1qR的相互作用可以干扰ERK/MEK丝分裂素激活蛋白激酶的活化. 这些结果说明HCV核心诱导的以补体依赖方式对T细胞活化的阻碍作用对病毒感染后HCV的持续存在起到主要作用.

Zhu et al[21]通过研究发现白介素-1(Interleukin-1, IL-1)在慢性丙型肝炎患者体内的产量下降, 说明IL-1与丙型肝炎病毒的清除有关. 应用亚基因组复制细胞系, 他们发现IL-1可以有效的抑制亚基因组RNA复制及病毒蛋白表达, 这种抑制效应与ERK的激活作用有关.

MAPK/ERK与细胞的增生和组织的增生过程密切相关. 赵兰娟 et al[22]应用人肝癌细胞系HepG2进行了研究. HepG2细胞中MAPK/ERK蛋白在受到HCV E2蛋白的刺激以后发生磷酸化修饰, 而且MAPK/ERK的磷酸化与作用的HCV E2蛋白的浓度有关, 是一种剂量和时间依赖性的效应. MAPK/ERK在HepG2受到HCV E2蛋白的刺激后被激活, 表明HCV E2参与了细胞内信号转导, 而且可能在HCV感染的致病过程中发挥重要作用.

编辑: N/A

1.  成 军. 慢性病毒性肝炎发病机制的分子生物学研究. 世界华人消化杂志. 2002;10:125-128.  [PubMed]  [DOI]
2.  成 军, 李 莉, 张 玲霞, 陈 菊梅. 丙型肝炎病毒感染与脂类代谢的相关性. 肝脏. 2002;7:56-58.  [PubMed]  [DOI]
3.  成 军. 慢性丙型病毒性肝炎肝脏脂肪变的机制及其意义. 世界华人消化杂志. 2002;10:999-1003.  [PubMed]  [DOI]
4.  Lavoie JN, L'Allemain G, Brunet A, Muller R, Pouyssegur J. Cyclin D1 expression is regulated positively by the p42/p44MAPK and negatively by the p38/HOGMAPK pathway. J Biol Chem. 1996;271:20608-20616.  [PubMed]  [DOI]
5.  Tamemoto H, Kadowaki T, Tobe K, Ueki K, Izumi T, Chatani Y, Kohno M, Kasuga M, Yazaki Y, Akanuma Y. Biphasic activation of two mitogen-activated protein kinases during the cell cycle in mammalian cells. J Biol Chem. 1992;267:20293-20297.  [PubMed]  [DOI]
6.  Edelmann HM, Kuhne C, Petritsch C, Ballou LM. Cell cycle regulation of p70 S6 kinase and p42/p44 mitogen-activated protein kinases in Swiss mouse 3T3 fibroblasts. J Biol Chem. 1996;271:963-971.  [PubMed]  [DOI]
7.  Wright JH, Munar E, Jameson DR, Andreassen PR, Margolis RL, Seger R, Krebs EG. Mitogen-activated protein kinase kinase activity is required for the G(2)/M transition of the cell cycle in mammalian fibroblasts. Proc Natl Acad Sci USA. 1999;96:11335-11340.  [PubMed]  [DOI]
8.  Hayne C, Tzivion G, Luo Z. Raf-1/MEK/MAPK pathway is necessary for the G2/M transition induced by nocodazole. J Biol Chem. 2000;275:31876-31882.  [PubMed]  [DOI]
9.  Klein NP, Schneider RJ. Activation of Src family kinases by hepatitis B virus HBx protein and coupled signaling to Ras. Mol Cell Biol. 1997;17:6427-6436.  [PubMed]  [DOI]
10.  Benn J, Su F, Doria M, Schneider RJ. Hepatitis B virus HBx protein induces transcription factor AP-1 by activation of extracellular signal-regulated and c-Jun N-terminal mitogen-activated protein kinases. J Virol. 1996;70:4978-4985.  [PubMed]  [DOI]
11.  Nijhara R, Jana SS, Goswami SK, Rana A, Majumdar SS, Kumar V, Sarkar DP. Sustained activation of mitogen- activated protein kinases and activator protein 1 by the hepatitis B virus X protein in mouse hepatocytes in vivo. J Virol. 2001;75:10348-10358.  [PubMed]  [DOI]
12.  Henkler F, Lopes AR, Jones M, Koshy R. Erk-independent partial activation of AP-1 sites by the hepatitis B virus HBx protein. J Gen Virol. 1998;79:2737-2742.  [PubMed]  [DOI]
13.  Duesbery NS, Webb CP, Leppla SH, Gordon VM, Klimpel KR, Copeland TD, Ahn NG, Oskarsson MK, Fukasawa K, Paull KD. Proteolytic inactivation of MAP-kinase-kinase by anthrax lethal factor. Science. 1998;280:734-737.  [PubMed]  [DOI]
14.  McGuire TF, Trump DL, Johnson CS. Vitamin D(3)-induced apoptosis of murine squamous cell carcinoma cells. Selective induction of caspase-dependent MEK cleavage and up-regulation of MEKK-1. J Biol Chem. 2001;276:26365-26373.  [PubMed]  [DOI]
15.  Schaeffer HJ, Catling AD, Eblen ST, Collier LS, Krauss A, Weber MJ. MP1: a MEK binding partner that enhances enzymatic activation of the MAP kinase cascade. Science. 1998;281:1668-1671.  [PubMed]  [DOI]
16.  Colanzi A, Deerinck TJ, Ellisman MH, Malhotra V. A specific activation of the mitogen-activated protein kinase kinase 1 (MEK1) is required for Golgi fragmentation during mitosis. J Cell Biol. 2000;149:331-339.  [PubMed]  [DOI]
17.  Bardwell AJ, Flatauer LJ, Matsukuma K, Thorner J, Bardwell L. A conserved docking site in MEKs mediates high-affinity binding to MAP kinases and cooperates with a scaffold protein to enhance signal transmission. J Biol Chem. 2001;276:10374-10386.  [PubMed]  [DOI]
18.  Fukuda K, Tsuchihara K, Hijikata M, Nishiguchi S, Kuroki T, Shimotohno K. Hepatitis C virus core protein enhances the activation of the transcription factor, Elk1, in response to mitogenic stimuli. Hepatology. 2001;33:159-165.  [PubMed]  [DOI]
19.  Giambartolomei S, Covone F, Levrero M, Balsano C. Sustained activation of the Raf/MEK/Erk pathway in response to EGF in stable cell lines expressing the Hepatitis C Virus (HCV) core protein. Oncogene. 2001;20:2606-2610.  [PubMed]  [DOI]
20.  Yao ZQ, Nguyen DT, Hiotellis AI, Hahn YS. Hepatitis C virus core protein inhibits human T lymphocyte responses by a complement-dependent regulatory pathway. J Immunol. 2001;167:5264-5272.  [PubMed]  [DOI]
21.  Zhu H, Liu C. Interleukin-1 inhibits hepatitis C virus subgenomic RNA replication by activation of extracellular regulated kinase pathway. J Virol. 2003;77:5493-5498.  [PubMed]  [DOI]
22.  赵 兰娟, 刘 厚奇, 曹 洁. 丙型肝炎病毒E2蛋白对HepG2细胞MAPK/ERK的激活. 生物化学与生物物理学报. 2001;33:691-695.  [PubMed]  [DOI]