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1、SGK 在中枢神经系统疾病中的研究进展【关键词】 信号转导 摘要 :血清和糖皮质激素调节蛋白激酶（SGK）是一个与蛋白激酶B（PKB.AKT）等第二信使蛋白具有极高的同源性的丝.苏氨酸（Ser.Thr）蛋白激酶。调节机制与其他蛋白激酶显著不同，SGK 除了受磷酸化.去磷酸化调节外，还存在快速转录水平上的调节机制。它可能作为多种细胞信号转导通路和细胞磷酸化级联反应的一个功能性交汇点，参与离子通道调节、细胞增殖、分化、存活及凋亡的信号转导，在中枢神经系统发育、神经元变性、凋亡过程中起重要作用。本文就 SGK的结构、功能及其在中枢神经系统疾病中的研究进展作一综述。 关键词 :血清和糖皮质激素调节蛋白

2、激酶（SGK）;信号转导;中枢神经系统疾病 血清和糖皮质激素调节蛋白激酶（serum and glucocorticoid-regulated protein kinase，SGK）是 1993年 Webster等在研究con8.hd6大鼠乳腺癌细胞时，通过糖皮质激素诱导转录表达的差异筛选发现的。当细胞受糖皮质激素或血清刺激时，SGK 基因在 30min内表达迅速升高 510 倍，故将其命名为血清和糖皮质激素调节蛋白激酶（SGK） 。该酶基因全长 2.4kb，编码一相对分子质量为 500000的蛋白激酶，从酵母到人类呈高度保守，在各种哺乳动物组织和细胞系中均有表达1 。近几年的研究表明，SGK

3、 同绝大多数蛋白激酶的调节机制不相同，它可能是多种细胞信号转导通路和细胞磷酸化级联反应的一个功能性交汇点，除了被糖皮质激素、血清、盐皮质激素诱导外，还可被高渗、低渗、紫外线照射、热休克、缺血、外伤等多种应激因素诱导激活，在调节离子通道、细胞体积、细胞增殖、细胞存活和凋亡的信号转导中起重要的作用2 。 1 SGK 的结构 SGK 属于丝.苏氨酸（Ser.Thr）蛋白激酶中的 AGC组蛋白激酶亚家族成员（cAMP 依赖的蛋白激酶 A，PKA;cGMP 依赖的蛋白激酶 G，PKG;PKC） ，AGC由氨基端（N 末端） 、中间催化结构域和羧基端（C 末端）3 部分组成。虽然 SGK缺少 PH（ple

4、ckstrin homology，PH）结构域，但它的结构与蛋白激酶 B（PKB.AKT）具有高度的相似性，尤其是它的催化结构域与PKB.AKT有 54%的同源性，与 PKB.AKT一样特异性识别 RXRXX（R 代表丝.苏氨酸残基，S.T）这一基序。更令人感兴趣的是，与 PKB.AKT一样，SGK也有两个特异性 Ser.Thr调节位点，一个是位于其催化结构域的活化环上的 Thr256，另一个是位于 C末端的 Ser422，与 PKB.AKT的Thr308、Ser473 极其相似。因此，很多 AKT的底物目前发现也是 SGK的底物，如糖原合成激酶-3（GSK-3） 、Forkead 转录因子成

5、员 FKHR-1、Bcl-2 家族中的促凋亡成员 BAD、Raf、IKK、CREB 等，但是 SGK与AKT磷酸化底物的位点不全相同，例如两者都能磷酸化 FKHRL-1的THr32，SGK 使 FKHRL-1的 ser315磷酸化，AKT 磷酸化 ser2531-2 。 2 SGK 的调节机制 与目前已发现的绝大多数蛋白激酶一般只受翻译后调节显著不同的是，SGK 还存在转录水平上的快速调节。研究发现，SGK 受多种不同的信号转导通路在转录水平上快速调节。SGK 除受糖皮质激素、盐皮质激素、血清及促性腺激素快速诱导转录表达外，SGK 的 mRNA和蛋白还受其他因素在转录水平上的快速调节，如胞外高

6、渗、低渗、紫外线照射、热休克、缺血、外伤等多种应激因素。除了快速的转录调节外，SGK 还受翻译后的磷酸化.去磷酸化调节。当细胞受到表皮生长因子（EGF） 、胰岛素样生长因子（IGF）等刺激时，SGK 通过磷酸化.去磷酸化方式在数分钟内快速被激活。SGK 半衰期很短，主要通过与 Nedd4-2相互作用，泛素化后被 26S蛋白酶降解3 。研究发现，同 PKB.AKT一样，SGK 也参与磷脂酰肌醇3激酶（PI-3K）信号转导通路，它也是通过磷酸肌醇依赖性激酶（PDK）来将其特异性调节位点磷酸化而激活。尽管 SGK同 PKB.AKT有很多相似性，但也有许多不同点，PDK1 的 PIF基序是激活 SGK

7、所必须的，位于SGK C-末端的疏水结构域中的 Ser422残基被磷酸化后与 PDK1的 PIF基序的疏水槽结合，促进 PDK1作用于 Thr256残基，从而完全激活SGK2，4 ，而 PKB.AKT的激活可以不依赖 PIF基序;PKB.AKT 的表达多是组成性表达，SGK 的表达更多受外界刺激影响而诱导性表达。目前认为 SGK与 PKB.AKT作用相似，是为了相互补充从而更好地调节机体功能5 。 3 SGK 的功能 初步研究发现，SGK 具有下列功能。 3.1 调节离子通道的功能 SGK 在调节钠离子的吸收和钾离子的分泌，维持体内钠、钾离子稳态方面起重要作用6 。具体机制尚不明确，除了 SG

8、K促进与离子通道相关的基因表达外，其作为一个醛固酮的下游调节因子，可增加细胞表面 ENaC的表达而促进细胞对 Na + 的吸收，SGK还与人的 Nedd4-2相互作用调节 ENaC的降解，从而调节 Na + 的吸收。Nedd4-2（包括该家族中的 Nedd4）是一种泛素连接酶，通过其结构中的WW基序与 ENaC的 PY基序结合，介导 ENaC的泛素化、胞吞及降解;SGK也含有 PY基序，可以与 Nedd4-2结合并相互作用使其磷酸化，Nedd4-2磷酸化后抑制其与 -ENaC 的结合，从而抑制 ENaC被胞吞及降解;SGK 还可以直接与 ENaC的 、 亚基的 C末端结合，减少 ENaC的降解

9、。有研究发现，SGK 与 Nedd4-2相互作用也介导了 SGK的泛素化及 SGK的降解，反馈调节 SGK，维 持离子相对稳态3 。SGK 还参与调节 K + 、Cl - 离子通道，Na + -K + -ATP酶活性，Na + -H + 交换等7 ，因此SGK可能在细胞容量、体积及渗透压的调节，离子平衡的维持等生理活动中起较为重要的作用，并参与高血压、糖尿病肾病、心肌肥大等病理过程。 3.2 SGK调节细胞增殖、分化、存活 在各种刺激或应激状态下，SGK表达迅速升高，并通过调节下游底物调节细胞周期，细胞增殖、分化，抑制细胞凋亡，促进细胞存活。在人乳腺上皮细胞中激活糖皮质激素受体，能够迅速诱导

10、SGK，从而启动一个抗凋亡的信号转导途径。另外，在没有生长因子作用下，异常的 SGK表达能够抑制细胞凋亡。而丧失激酶活性的 SGK在细胞中的表达，会拮抗糖皮质激素受体激活导致的对细胞凋亡的抑制作用。结果提示，SGK 是糖皮质激素受体介导的细胞存活信号转导中一个重要的下游应答底物。SGK 的亚细胞分布与细胞周期循环和激素密切相关。SGK 通过在胞质与胞核之间穿梭调节细胞的增殖、分化、存活8 。 3.3 SGK 参与的信号通路 涉及的信号转导通路如下。 3.3.1 PI-3K通路 SGK与 PKB.AKT一起介导 PI-3K细胞存活信号转导通路，它是 PI-3K信号转导通路的重要成员。信号通路 R

11、TK-PI-3K-PI（3，4，5）P3-PDK1.2-PKB.AKT（Thr308.ser473）在细胞增殖、生长、分化中起重要作用，生长因子、细胞因子通过激活 PI-3K家族介导众多的生物学效应，包括 DNA合成、细胞存活、葡萄糖转运、囊泡的转运、受体的聚集、细胞骨架的重排。SGK 参与该信号通路调节，而且起着更重要的作用，研究发现在各种刺激或应激状态下，SGK 表达迅速升高，而PKB的表达及活化改变不明显2 。 3.3.2 丝裂原活化的 MAPK通路 RTK-Ras-Raf-MEK-ERK信号转导通路在细胞增殖、生长、分化中起重要作用，Raf 蛋白是这一信号转导通路重要成员之一。它受多种

12、因素的调节，其中，SGK 可通过磷酸化 B-Raf上的Ser364抑制其活性，并且它对 B-Raf的抑制作用比 PKB.AKT更强9 。SGK 还参与 p38MAPK通路（即 MEKKs-MKK6，MKK3-p38MAPK）及 JNK通路。SGK 可能作为多种细胞信号转导通路和细胞磷酸化级联反应的一个功能性交汇点，通过下游作用底物参与多个信号通路调节及通路之间的对话。目前已发现了 SGK的很多下游作用底物 FKHRLI、B-Raf、GSK-3、p21WAF-1、BAD、CREB、IKK- 等2，4，5，812 ，这些底物大部分是核转录因子或凋亡调控因子，SGK 被激活后通过磷酸化这些底物调节细

13、胞增殖、分化，促进细胞存活，抑制细胞的凋亡。 4 SGK 在中枢神经系统的作用 SGK 在肾脏、心血管、子宫等外周器官的作用研究比较多，在中枢神经系统的作用所知甚少，早期有研究发现在脑损伤后损伤部位 sgk mRNA水平升高，提示 SGK可能参与轴突再生。对大鼠胚胎及出生后脑发育过程进行研究，发现 SGK的转录调节及分布有组织特异性和阶段特异性，在胚胎发育后期主要集中在大脑脉络丛表达，成年鼠仍在大脑脉络丛及海马 CA1、CA3 区维持高水平转录及表达，可能与 SGK调节脑渗透压及海马区分布高浓度的糖皮质激素受体（GR）有关。下面分别介绍 SGK在记忆及脑缺血、脑变性疾病中的表达和作用。 4.1

14、 SGK与记忆 动物实验发现，SGK 在记忆活动中有明显改变。由于海马与学习记忆密切相关，用 DD-PCR法筛选、确定鼠脑海马区与空间学习记忆有关的基因，用 Northern blot、原位杂交分析进一步确定基因表达量的改变及分布部位。用水迷宫训练筛选，根据鼠在学习、记忆训练中成绩的差异分学习快、慢及中等（对照组）3 组，分析各组基因表达，发现编码 SGK的基因在 3组的转录及表达有明显差异。Northern blot分析显示学习快组 sgkmRNA转录及表达较学习慢组大约升高 4倍，原位杂交结果显示升高的 SGK主要定位在海马的 CA1、CA3 区及齿状回，将编码SGK的基因突变并转染海马

15、CA1区（约占海马 CA1面积的 20%） ，结果明显损害老鼠在水迷宫训练的成绩，提示 sgk基因表达促进老鼠的空间学习及记忆，也揭示了在哺乳动物糖皮质激素增强记忆的分子机制:糖皮质激素与受体结合，诱导 SGK的转录及表达，SGK 的表达升高，促进与记忆有关的基因表达和蛋白质合成12 。用微阵序列分析测定鼠老化过程中记忆减退的中年鼠海马基因表达的改变13 ，也提示 SGK与记忆改变密切相关。SGK 影响记忆的具体过程尚有待于进一步研究，可能与促进谷氨酸受体的表达，从而增强海马 LTP有关，但是在不同的学习和记忆过程中，SGK 的各种同源体作用不同14-15 。 4.2 SGK与脑变性疾病 大部

16、分脑变性疾病病因不清，病程呈进行性加重，严重影响患者的生活质量。为了进一步研究脑变性疾病，用 MPTP诱导帕金森病（Parkinson disease，PD）模型，用 DEPD（digital expression pattern display） 、sq PCR（semiquantitative PCR）原位杂交（ISH）等方法测定 MPTP对脑细胞的毒性作用及对基因转录的影响。发现注射 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6 四氢吡啶（MPTP）后 SGK的转录水平迅速上调，在脑细胞出现明显的组织病理学改变以前达到最高峰，升高大约 5倍，SGK 的升高并不仅限于黑质的多巴胺能神经元，而是在全脑

17、广泛分布，优先在神经元表达，星形胶质细胞和少突胶质细胞也有表达，实验结果支持 SGK在 MPTP诱导的 PD动物模型中对脑细胞有保护作用16 。PD 患者也存在多种能诱导 SGK表达的因素，如氧化应激、环境毒素、线粒体损伤等。近来发现，享廷顿病（Hun-tington disease，HD）患者脑中 SGK表达增多，并保护纹状体神经元17 。尽管很多研究提示 SGK与变性疾病密切相关，但 SGK在脑变性疾病中的作用尚未明确。SGK可能通过其抗凋亡作用保护变性脑细胞，阻止脑细胞死亡;另有研究发现，SGK 保护脑细胞的机制还可能与其减少 -共核蛋白在脑细胞沉积有关。-共核蛋白在脑细胞沉积与 PD、

18、阿尔兹海默病（Alzheimer disease，AD） 、路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB） 、Pick病等密切相关，SGK 与 -共核蛋白、GSK-3 等相互作用可以减少 -共核蛋白的聚合及在脑细胞沉积，-共核蛋白的聚合导致 tau蛋白形成及神经纤维的缠结;在培养的大脑皮质或海马锥体细胞中应用 GSK-3 的非特异性抑制剂锂盐或特异性抑制剂 AR-AO14418能减少 tau蛋白的形成，减少脑细胞的死亡，为该类疾病的治疗提供了新的靶点1720 。 4.3 SGK与脑缺血 动物实验发现前脑局灶缺血 24h，大脑皮质 SGK-1表达明显增加，用全脑缺血模型

19、（双侧颈总动脉夹闭+尾静脉放血）血流阻断 10min后恢复灌注，升高并维持血压在正常范围，用 TaqManRT-PCR、ISH 方法测定 SGK在大鼠海马区的表达，分 3个时间点（复灌后1h、2h、4h） ，SGK 表达在复灌后 2h达到最高峰，主要分布在海马的CA2、CA3 区，提示 sgk作为一种即早基因，在全脑缺血应激条件下迅速被诱导、转录及表达，从而保护脑细胞21 。SGK 保护脑细胞的具体机制不清，可能与 SGK调节多种转录因子的转录、表达、转位及相互作用有关:例如 SGK磷酸化 FKHRL1，使其不能进入核内而定位于胞质。而FKHRL1是一核转录因子，它在核内促进一些细胞死亡相关基

20、因的转录表达（如 Fas配体）;SGK 还与 NF-B、P53、CREB 等转录因子密切相关，SGK通过磷酸化 IKK- 激活 IKK，使 IB 磷酸化，促进 IB 的泛素化及降解，而 IB 可掩盖 NF-B 的核定位信号，IB 降解后 NF-B 才能进入细胞核内，并与 B 增强子及启动子相互作用而促进基因表达。SGK通过这一机制调节基因转录及表达，从而促进细胞存活基因表达，抑制促细胞凋亡基因表达，保护脑细胞5，912 。 5 SGK 同源体 研究发现 SGK，是一个由多个成员组成的基因家族，SGK 同源体包括SGK2、SGK3，它们的催化结构域有高达 50%的氨基酸序列相同。在体外实验中，与

21、 SGK一样，SGK2、SGK3 也分别通过 PDK1磷酸化其活化环上的特异性 Thr调节位点 Thr193、Thr257 而将其激活。此外，SGK2、SGK3 也特异性识别 RXRXX（S.T）这一基序。但是，他们在很多方面具有显著的不同之处:SGK3 与 SGK一样在各组织中均有较高水平的表达，而 SGK2只在肝、肾、胰中表达;在有关记忆的研究中发现 SGK3与情景记忆和恐怖记忆关系更密切，主要通过促进 GLUR1的表达增强记忆14 。 6 展望 SGK 是一个 1993年发现的 Ser.Thr蛋白激酶，它参与多种信号转导途径。SGK 的作用特点决定它在人体内起着相当广泛的作用，许多生理和

22、病理过程中都包含了 SGK的作用。迄今已发现它在离子通道的调节、细胞增殖、存活信号转导中起重要作用。持续高水平的 SGK蛋白表达和激活与高血压、糖尿病性肾病及肿瘤等多种疾病密切有关，也广泛参与记忆、脑缺血、脑变性疾病（AD、PD、HD、DLB 等） 、脑外伤等中枢神经疾病病理过程。目前，关于 SGK家族的结构功能还存在着许多未知的领域，新发现的 SGK的各个同源体在结构调节上存在许多不同之处。相信随着人们对 SGK及其同源体结构功能研究的进一步深入，不但可以进一步揭示这些相关疾病的发生、发展机制，同时也能为治疗这些疾病提供新的手段和策略。 参考文献 : 1 Webster MK，Goya L，Ge Y，et al.Characterization of sgk，a novel member of the serine.threonine protein kinase gene family which is transcriptionally induced by glucocorticoids and serumJ.Mol Cell Biol，1993，13（4）:2031-2040.