MKK7

MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）通路是细胞内一种重要的信号传导途径，广泛参与调控细胞生长、分化、死亡、应激反应等多种生物学过程。MAPK通路对于细胞应对外界环境变化具有核心作用，涉及到多种疾病的发生发展，包括癌症、炎症性疾病等。 一、MAPK通路的组成 MAPK通路主要由三类蛋白激酶组成，它们按照特定的顺序激活： 1.MAPKKK（MAPK激酶激酶）：最上游的激酶，响应信号分子的刺激。 2.MAPKK（MAPK激酶）：由MAPKKK激活，进一步放大信号。 3.MAPK：最终的执行者，被MAPKK激活后，转移到细胞核内，通过磷酸化特定的基因调控蛋白，影响基因表达。 图：MAPK通路的基本组成（来自Targeting the Raf-MEK-ERK mitogen-activated protein kinase cascade for the treatment of cancer.） 二、MAPK通路的主要分支 MAPK通路可以分为几个主要分支，每个分支由不同的MAPK蛋白构成，主要包括：ERK通路，JNK通路和p38 MAPK通路。 1. ERK通路（Extracellular signal-Regulated Kinases） ERK通路，也称为经典的MAPK通路，主要响应生长因子和一些其他刺激。它通常与细胞增殖和分化过程相关联。 主要组成： ●上游激酶：包括Ras小GTPase，它激活RAF激酶（如BRAF）。 ●中间级激酶：RAF激活MEK1和MEK2（MAPK/ERK激酶）。 ●下游激酶：MEK激酶进一步激活ERK1和ERK2。 生物学功能： ●细胞增殖：ERK通路的激活促进细胞周期蛋白的表达，推动细胞周期进程。 ●细胞分化：在某些细胞类型中，ERK激活是细胞分化必需的。 ●生存信号：ERK可以激活抗凋亡蛋白，如Bcl-2，帮助细胞逃避程序性细胞死亡。 MAPK/Erk 信号级联放大通过生长和分化中涉及的各种不同受体进行激活，包括受体酪氨酸激酶 (RTKs)、整合素以及离子通道。由不同的刺激物激活的级联反应的特定组分差异较大，但通路的结构通常包含一组对接蛋白（Shc、GRB2、Crk 等），它们将受体连接到一个鸟苷酸交换因子上（SOS、C3G 等），信号则转导至小分子 GTP 结合蛋白 (Ras，Rap1)，后者再激活级联中的核心单位，包括一个 MAPKKK (Raf)、一个 MAPKK (MEK1/2) 和 MAPK (Erk)。激活的 Erk 二聚物可在胞质中调控靶蛋白，也可转运入胞核，在核内磷酸化多种调控基因表达的转录因子。 图：生长和分化中的 MAPK/Erk（来自Cell signaling） 2. JNK通路（c-Jun N-terminal Kinases） JNK通路，也称为应激激活蛋白激酶通路，主要响应应激信号，如紫外线照射、热休克和炎症因子。 主要组成： ●上游激酶：包括MKK4和MKK7。 ●下游激酶：它们激活JNK1、JNK2和JNK3。 生物学功能： ●细胞应激反应：JNK通路在细胞对环境应激做出反应中发挥关键作用。 ●调节细胞死亡：JNK的活化通常与细胞凋亡相关，尤其是在病理条件下。 ●炎症反应：JNK能够调节多种炎症细胞因子的表达。 应激活化蛋白激酶 (SAPK)/Jun 氨基末端激酶 (JNK) 是 MAPK 家族的成员，可由各种不同环境应激、炎症细胞因子、生长因子以及 GPCR 激动剂激活。应激反应信号经 Rho 家族（Rac、Rho、cdc42）的小分子 GTP 酶传递到这个级联。和其他 MAPK 一样，膜近端激酶是一个 MAPKKK（通常为 MEKK1–4），或是混合性谱系激酶（MLK）中一员，能磷酸化并激活 MKK4 (SEK) 或 MKK7（即 SAPK/JNK 激酶）。此外， MKK4/7 能由生发中心激酶 (GCK) 家族成员以独立于 GTP 酶的方式激活。SAPK/JNK 转运入胞核后可调节多种转录因子的活性。 图：SAPK/JNK信号级联放大（来自Cell signaling） 3. p38 MAPK通路 p38 MAPK通路同样响应应激信号，包括细胞因子和环境应激，常与细胞生存和炎症反应相关。 主要组成： ●上游激酶：包括MKK3、MKK4和MKK6。 ●下游激酶：p38 MAPK有四个不同的同源体：p38α、p38β、p38γ和p38δ。 生物学功能： ●炎症反应：p38 MAPK是许多炎症介质表达的调节者，对免疫细胞的活化起重要作用。 ●细胞周期调控：p38在某些情况下可以抑制细胞周期的进程，从而影响细胞增殖。 ●细胞分化：特别是在骨骼肌细胞和神经细胞的分化中，p38 MAPK的激活对某些分化途径至关重要。 p38 MAPK（α、β、γ 和 δ）是 MAPK 家族的成员，各种环境应激和炎症细胞因子均可将其激活。对于其他 MAPK 级联，膜近端组分是一个 MAPKKK，其为典型的 MEKK 或混合性谱系激酶 (MLK)。MAPKKK 磷酸化并激活 MKK3/6，后者即是 p38 MAPK 激酶。MKK3/6 也可在凋亡因素的刺激下直接由 ASK1 激活。p38 MAPK 参与调节 HSP27、MAPKAPK-2 (MK2)、MAPKAPK-3 (MK3) 和其他几种转录因子，包括 ATF-2、Stat1、Max/Myc 复合体、MEF-2 和 Elk-1，而 CREB 通过激活 MSK1 间接调控。 图：p38 MAPK信号转导相互作用通路（来自Cell signaling） 三、MAPK通路的激活机制 MAPK通路通常是通过细胞表面的受体如受体酪氨酸激酶（RTKs）或G蛋白偶联受体（GPCRs）接收信号，触发一系列下游事件： 1.受体激活：受到外界信号分子（如生长因子）的结合后，受体自身活化或聚合，激活与其相连的适配蛋白。 2.Ras蛋白的激活：在ERK通路中，适配蛋白进一步激活小G蛋白Ras。 3.MAPKKK的激活：Ras激活RAF家族蛋白（MAPKKK的一种），后者激活MEK（MAPKK）。 4.MAPK的激活：MEK进一步激活ERK，ERK磷酸化核内的靶蛋白，如转录因子，从而改变基因表达。 四、MAPK通路的生理与病理意义 MAPK通路在维持正常细胞功能和发展中起着关键作用，但当这些通路异常激活或抑制时，可能导致多种疾病的发生： ●癌症 MAPK通路的持续激活常见于多种肿瘤，促进肿瘤细胞的增殖和存活。 MAPK信号通路与细胞增殖和分化密切相关。在许多恶性肿瘤中发现MAPK信号的持续激活。细胞增殖在很大程度上有助于肿瘤发生。肿瘤转移和侵袭是致命原因。在哺乳动物MAPK通路中，ERK通路是研究最充分的，在大约三分之一的人类癌症中失调。 ERK1/2通路在肿瘤细胞的增殖、分化、转移和侵袭中起重要作用。 温等人发现乙型肝炎病毒x蛋白通过p38/MAPK通路使p53基因失活，从而诱导原发性肝癌（PLC）。Kim MS等人证明，p38 MAPK是Ras诱导的乳腺癌细胞侵袭和转移的关键信号分子。许多研究表明，p38 MAPK通路在细胞外刺激产生的MMP（基质金属蛋白酶）中发挥重要的调节功能。MMP是一种与肿瘤侵袭和迁移密切相关的蛋白水解酶。此外，p38 MAPK通路促进维持肿瘤细胞生长所必需的肿瘤血管生成。 癌症经常暴露于各种压力条件下，例如缺氧和炎症。许多MAPK通路都参与应激信号传导。因此，一些激酶在癌症中被应激激活，以响应炎症、DNA 损伤和细胞凋亡。缺氧状态在实体瘤中广泛存在。缺氧信号刺激MKP-1的激活。MKP-1 进一步激活 SAPK/JNK，从而激活 c-Jun。活性 c-Jun 促进多个下游基因转录，这对癌细胞的增殖和存活很重要。 MAPK信号转导的畸变会影响大多数致癌过程，对癌症的发展和进展至关重要。大多数癌症相关病变，如受体酪氨酸激酶的过表达、受体酪氨酸激酶的激活突变、激活配体的持续自分泌或旁分泌产生、Ras 突变和 B-Raf 突变导致 ERK 信号转导的组成型激活。据报道，c-Jun 的 JNK 活性和磷酸化在 Ras 诱导的肿瘤发生中起关键作用。 ●炎症性疾病 在炎症性疾病中，MAPK通路通过影响细胞因子、生长因子和应激反应等因素的表达和活性，起到了至关重要的调控作用。 MAPK通路参与调控包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素（如IL-1, IL-6）等多种炎症性细胞因子的产生。这些细胞因子是炎症反应中的关键介质，能够激活更多的免疫细胞和促进炎症反应的发展。MAPK通路通过调节各种趋化因子和黏附分子的表达，影响免疫细胞（如巨噬细胞、T细胞）的活化、迁移和入侵到炎症部位。在炎症和其他应激条件下，JNK和p38 MAPK的激活促进细胞应对损伤和恢复平衡。 由于MAPK通路在炎症反应中的核心角色，研究者开发了多种针对该路径的抑制剂，以治疗如类风湿性关节炎、银屑病等炎症性疾病。例如，p38 MAPK抑制剂已被证明可以减轻炎症反应，通过减少炎症性细胞因子的产生。 ●神经退行性疾病 在神经退行性疾病的研究中，MAPK通路显示出其在神经保护和神经损伤中的双重作用，这些疾病包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）等。 AD中，异常的tau蛋白磷酸化与MAPK通路的过度活化有关。特别是JNK和p38 MAPK在tau磷酸化和神经纤维缠结的形成中起着重要作用。PD中，JNK和p38 MAPK的活化与多巴胺神经元的死亡相关。MAPK通路参与了氧化应激和炎症反应的调控，这些都是PD的关键病理过程。在HD中，JNK的激活与疾病相关的神经毒性密切相关。JNK抑制剂显示出在预防神经退行方面的潜力。 五、MAPK通路的治疗应用 由于MAPK通路在多种疾病中的核心作用，该通路的组分成为了药物开发的重要靶点。目前已有多种针对MAPK通路的抑制剂被开发用于治疗特定类型的癌症（如BRAF抑制剂在黑色素瘤中的应用）和其他疾病。此外，针对JNK和p38 MAPK的抑制剂也在被研究中，以期治疗炎症和神经退行性疾病。 六、总结 MAPK通路是一条复杂的信号传导途径，涉及到多种生理和病理过程。对其深入研究不仅有助于我们理解细胞如何响应外界信号并调控各种细胞功能，还可以为疾病的预防和治疗提供新的策略。随着研究的深入，未来可能会发现更多的关于这一信号通路的调控机制和治疗潜力。 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

撰文丨王聪肝脏疾病是一个全球性的健康问题，每年导致200多万人死亡。近几十年来，肝脏疾病的死亡人数增加了50%，预计在未来20年内还将翻倍。虽然肝脏是一个可以自我再生的器官，但这种再生特性也有其局限性。特别是在慢性和急性肝脏疾病或手术切除大部分肝脏后，肝细胞无法再充分再生，从而导致致命的肝功能衰竭。肝移植是终末期肝病患者的唯一选择，然而，由于供体器官稀缺，只有10%的患者能够接受挽救生命的肝移植。早在2013年，Lars Zender 团队在 Cell 期刊发表论文【1】，通过体内RNAi筛选，发现MKK4是肝脏再生的主要调控因子，抑制MKK4能够显著提高肝细胞的再生能力。此外，他们成立了一家名为HepaRegeniX的公司，致力于开发用于肝脏疾病治疗的MKK4抑制剂。2024年3月14日，德国图宾根大学的 Lars Zender 团队联合美国梅奥医学中心及初创公司HepaRegeniX的研究人员合作，在 Cell 期刊发表了题为：First-in-class MKK4 inhibitors enhance liver regeneration and prevent liver failure 的研究论文【2】。这项临床前和临床1期研究表明，研究团队开发的First-in-class（首创新药）HRX-215（MKK4抑制剂）能够抑制肝细胞中的MKK4蛋白，从而促进肝脏再生，这可能预示着肝癌手术和肝脏移植的新时代，甚至有可能显著改善急性和慢性肝病的治疗。由于之前没有任何药物能够增加受损肝脏的再生能力，因此HRX-215临床数据的发表的是肝脏再生领域的一个里程碑。在之前的研究中，Lars Zender 团队揭示了抑制MKK4能够提高肝脏能力的机制，MKK4是一种MAP2激酶，是应激活化蛋白激酶（SAPK）/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号网络的一部分。当细胞暴露于不同的应激刺激时，MKK4可以被激活。MKK4的下游底物JNK1也被MKK7激活，抑制MKK4可以解锁急性或慢性损伤肝脏中肝细胞的内源性再生能力，这主要通过MKK7和JNK1解除SAPK信号通路，转向由转录因子ATF2和ELK1介导的下游促再生转录程序。在这项最新研究中，研究团队首先验证了抑制MKK4的安全性，小鼠研究显示，长期抑制MKK4的表达，对各个器官及体重未产生任何毒性症状，也没有出现任何促进肿瘤的现象。这些数据支持了通过抑制MKK4来促进肝脏再生而不增加肝脏肿瘤风险的思路。研究团队基于MKK4蛋白结构开发了一款小分子抑制剂——HRX-215，在动物模型中进行的临床前研究表明，HRX-215（MKK4抑制剂）促进了小鼠和猪模型的肝脏再生能力，在肝病小鼠模型中显示出抗脂肪变性和抗纤维化作用，而猪在致死性的85%肝脏切除后，未接受治疗的6只猪只有1只存活，切除前使用HRX-215治疗的6只猪存活4只，切除后使用HRX-215治疗的6只猪存活5只。因此，HRX-215能够通过提高肝脏再生能力，从而实现以前不可能的肝脏手术。例如，在晚期肝癌患者中，往往无法切除所有癌变肝组织，因为这样大量切除会导致剩余肝脏衰竭。此外，HRX-215还能够为更多肝衰竭患者提供拯救生命的肝移植，因为在它的帮助下，可能只需要移植更小尺寸的肝脏组织。接下来，为了评估HRX215的安全性、耐受性和药代动力学，研究团队在48名健康志愿者中进行了一项安慰剂对照（治疗组36人，安慰剂组12人）的探索性1期人体临床研究。结果显示，治疗没有报告严重或危重不良事件，治疗组和安慰剂组之间轻度至中度不良反应率相当（治疗组36.1% vs. 安慰剂组41.7%）。全血细胞计数显示HRX215治疗组和安慰剂组之间没有显著差异。研究团队还通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）研究了HRX215的药代动力学，结果显示HRX215被快速吸收，并在达到最大浓度后呈双相消除。随着剂量的增加，药物暴露呈比例增加。当在进餐后给药时，HRX215的吸收延迟，但生物利用度显著提高。总体而言，这项1期临床研究观察到HRX215良好的药代动力学、安全性和耐受性，为未来的2期临床研究奠定了基础。该研究的领导者、Lars Zender 教授表示，HRX-215不仅是肝癌手术切除中急需的治疗选择，而且还能够帮助克服肝移植领域面临的器官短缺这一主要问题，在HRX-215帮助下，对于健康捐赠者而言，将他们的肝脏中较小的左半叶进行活体移植，对健康捐赠者的风险较小，但这部分肝脏太小，难以在移植后接管受体的肝脏功能。而在HRX-215的帮助下增强肝脏再生能力，从而让较小的肝脏左半叶移植成为可能。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.03.026https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.023

导读肝脏具有独特的再生能力，在发生损伤后肝细胞迅速启动增殖程序，进行损伤修复。然而，在急性或慢性肝病中以及肝切除术后，肝细胞再生能力往往受损，无法恢复肝脏质量和功能。疾病相关的微环境通过复杂的细胞间互作降低肝细胞再生能力，但人们对潜在的分子机制知之甚少。德国图宾根大学的 Lars Zender 团队在肝再生领域深耕十余年，2013 年曾在 Cell 报道通过体内 RNAi 筛选鉴定出丝裂原活化蛋白激酶激酶 4（MKK4）是肝细胞再生的关键调控因子。压力信号活化 MKK4，进而活化 JNK1/2/3 和 p38，而 MKK4 的敲低上调 MKK7/JNK1 活化的 ATF2、ELK1 促再生转录程序，从而恢复肝细胞再生能力。尽管许多实验室以及初创公司进行 MKK4 抑制剂的开发，其靶向性、疗效仍不理想。2024 年 3 月 14 日，来自德国图宾根大学的 Lars Zender 和新加坡南洋理工大学等研究团队联合在 Cell  发表了题为 First-in-class MKK4 inhibitors enhance liver regeneration and prevent liver failure 的文章。在证明系统性 MKK4 的抑制促肝再生的基础上，开发了强效、选择性的 MKK4 抑制剂，在多种动物模型中证明了安全有效性，并进入 Ⅰ 期临床试验。图源：Cell研究思路作者原创创新点1. 基于结构学的开发使抑制剂具有高选择性；2. 通过严谨的临床前实验证明 HRX215 具有良好的耐受性和安全性；3. HRX215 具有强大的促肝再生能力，为更大范围肝肿瘤切除以及肝小叶移植提供基础。主要研究内容1. 敲低 MKK4 促进小鼠肝脏再生，并且长期安全为了模拟 MKK4 抑制剂的系统作用，研究员构建了 dox 诱导的 MKK4 敲低鼠（CAG-rtTA; TRE-shMKK4），dox 诱导后进行部分肝切除（PH），显示 MKK 的敲低使 Ki67 阳性细胞增多，证明 MKK4 的系统性抑制促进肝再生。Dox 处理 12 个月后，shMKK4 鼠的体重以及组织病理学形态正常，表明了 MKK4 抑制剂的安全性。Figure 1. MKK4 的敲低促进小鼠肝脏再生，并且长期安全（图源：Cell ）2.  强效、选择性小分子 MKK4 抑制剂的开发和表征首先，研究员开始进行药物发现。因为受限于尚无足够分辨率的蛋白结构，他们从已报道的蛋白激酶抑制剂的脱靶谱中，选择了对 MKK4 具高脱靶亲和力的 vemurafenib（BRAFV600E 抑制剂）作为原型，经过 C 环置换、烷基磺酰胺修饰后产生二代抑制剂；接着解析了与激酶结构域的 NMR 结构，基于经验对 C 环修饰后，最终将选择性最高的 HRX215 作为临床候选药物。经过细胞和体内实验表明，HRX215 具细胞膜通透性，并且半衰期（3.4-3.9 h）允许进一步的体内药理学分析。Figure 2. 强效、选择性小分子 MKK4 抑制剂的开发和表征（图源：Cell ）3. HRX215 促进肝增殖、稳定肝细胞接着，研究员在体内探究 HRX215 的药效、安全性。与敲低 MKK4 一致，HRX215 以剂量依赖性方式促进 PH 后的肝细胞增殖，并且不诱导未手术肝的增殖；此外，HRX215 处理与 MKK4 敲低的肝的术后表达谱高度相关，表明 HRX215 的选择性。除了促进肝细胞增殖，肝 MKK4 的抑制具有肝保护功能。TUNEL 显示，HRX215 抑制 CCl4 诱导的肝损伤模型中的肝细胞凋亡；凋亡相关磷酸化蛋白阵列显示，HRX215 抑制 PH 后的肝细胞凋亡。最后评估安全性。通过血浆、肝脏代谢组学显示，HRX215 仅引起自身代谢物的变化；GAN-NASH 模型中，12 周的 HRX215 治疗不增加肿瘤数量，甚至降低肿瘤尺寸，但不影响异常增生，表明 HRX215 抑制肿瘤进展。Figure 3. HRX215 促进 PH 后的肝细胞增殖，减轻 CCl4 肝损伤模型中细胞凋亡（图源：Cell ）Figure 4. HRX215 长期治疗的安全性（图源：Cell ）4. HRX215 阻止 PHLF为了更好地验证人肝切除术后的情况，作者使用猪 PH 模型，其中 85% 肝切除会引发肝切除术后肝衰竭（PHLF），是严重的临床问题。与小鼠模型一致，HRX215 增加再生肝的体积，促进肝细胞增殖。在 85% 肝切除模型中，HRX215 有效阻止急性肝衰竭的发生（ICP 增加），维持肝的正常功能（代谢、合成凝血蛋白）。重要的是，HRX215 治疗阻止术后昏迷，以及肝脏变小、灌注不足，表明 HRX215 介导的肝再生有效阻止 85% 肝切除术后的致命 PHLF。Figure 5. HRX215 增加猪 85% 肝切除术后的肝再生（图源：Cell ）Figure 6. HRX215 阻止 85% 肝切除术后的肝衰竭（图源：Cell ）5. HRX215 具有良好的安全性、药代动力学特征最后在 48 名男性志愿者中进行Ⅰ期临床试验，显示 HRX215 不会引发不良反应。使用 LC-MS/MS 研究药代动力学，发现 HRX215 被快速吸收，达到最大浓度后以双相方式被清除；暴露量与剂量正相关；进食后给药延迟吸收但提高生物利用度。Figure 7. HRX215 的首次人体Ⅰ期临床试验（图源：Cell ）文章小结本文在证明系统性 MKK4 抑制剂肝再生的基础上，进行了 MKK4 小分子抑制剂的开发、临床前评估以及Ⅰ期临床毒性评估。图源：Cell参考文献：Zwirner S, et al. First-in-class MKK4 inhibitors enhance liver regeneration and prevent liver failure. Cell. 2024 Mar 28;187(1-19).声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓