Rho/Rho激酶信號通路異常激活與心血管疾病

陳 娜， 李 芳

(1.大連醫(yī)科大學 七年制臨床醫(yī)學專業(yè)，遼寧 大連 116044；2.大連醫(yī)科大學 免疫教研室，遼寧 大連 116044)

《2002年世界衛(wèi)生報告》中，世界衛(wèi)生組織與世界各地專家合作，收集并分析了當今世界對人類健康造成威脅重大的疾病，其中心血管疾病(包括腦血管疾病)的死亡率最高，全球每年因心血管病死亡約1 700萬人。可見心血管病已成為全球性公共衛(wèi)生問題。而Rho/Rho激酶信號通路異常激活在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。近幾年，Rho激酶的抑制劑更是成為了研究的熱點之一。

1 Rho/Rho激酶信號通路的作用機制

1.1 Rho蛋白與Rho激酶

Rho蛋白是一種小分子三磷酸鳥苷(guanosinetriphosphate，GTP)結(jié)合蛋白，目前已從哺乳動物中分離出20種Rho蛋白家族成員。Rho蛋白家族分為3大類:Rho、Rac、Cdc42，其中Rho具有RhoA、RhoB和RhoC三種異構(gòu)體。Rho蛋白的下流靶點Rho激酶(Rho associated kinases，ROCKs)是一種分子量約為160 kD (≈16．0×104)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其分子由位于N末端的激酶結(jié)構(gòu)域、中間的螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)(包含Rho結(jié)合區(qū)域)及C末端的PH結(jié)構(gòu)域(PHD)構(gòu)成。Rho激酶與多種細胞功能相關(guān)，如平滑肌的收縮、細胞粘附和胞質(zhì)分裂。這種酶的過度表達與心血管疾病有著密切關(guān)系[1]。Rho激酶有ROCK1(ROCK β)和ROCK2(ROCK α)兩種異構(gòu)體；二者分布廣泛，大腦和骨骼肌以ROCK2表達為主，在肺臟、肝臟、脾臟、腎臟和睪丸以ROCK1表達為主[2]。在血管平滑肌和心臟，兩種蛋白均有表達[3]。

1.2 細胞水平的Rho激酶

1.2.1 Rho激酶和血管平滑肌細胞：Rho/Rho激酶信號通路是血管平滑肌收縮的主要調(diào)節(jié)途徑，控制細胞遷移、增殖、分化、凋亡、存活和基因轉(zhuǎn)錄[4]。平滑肌收縮的主要調(diào)節(jié)機制是肌球蛋白輕鏈(myosin light chain，MLC)的磷酸化和去磷酸化[5]。MLC主要通過鈣離子/鈣調(diào)蛋白激活的肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain phosphase kinase，MLCK)磷酸化，并通過鈣離子非依賴性的肌球蛋白輕鏈磷酸酶(myosin light chain phosphase，MLCP)去磷酸化[2]。Rho/Rho激酶途徑對平滑肌細胞收縮移動起著不可忽視的作用。MLCP可通過其肌球蛋白結(jié)合亞基(myosin bindingsubunit，MBS)與磷酸化的MLC結(jié)合，使其去磷酸化，引起平滑肌舒張。Rho激酶可通過磷酸化MBS，從而導致MLCP失活；ROCK2直接作用在MBS，對血管平滑肌的收縮有著決定性的作用，而ROCK1的作用相對較弱。Rho激酶也可直接磷酸化MLC，促使平滑肌收縮。綜上所述，Rho激酶可通過直接磷酸化MLC及使MLCP失活雙重途徑增強MLC的磷酸化水平，促進平滑肌細胞收縮。Rho/Rho激酶通過以上途徑參與了心血管疾病的發(fā)病機制[3]。

1.2.2 Rho激酶和內(nèi)皮細胞：內(nèi)皮產(chǎn)生的一氧化氮(NO)在血管張力的調(diào)節(jié)，抑制血小板凝集，抑制平滑肌細胞的增殖和防止淋巴細胞招募至血管壁方面起著重要作用。NO生物利用性的增加，部分依賴于增強內(nèi)皮一氧化氮合成酶(eNOS)的活性和降低氧自由基對NO的滅活作用。激活Rho激酶降低了eNOS mRNA的穩(wěn)定性，進而降低eNOS的表達[3]。

Kawanami等[6]的體內(nèi)和體外實驗證實Rho激酶通過上調(diào)單核細胞趨化蛋白-1的表達來介導凝血酶介導的內(nèi)皮細胞的激活。Rho/Rho激酶信號通路參與了內(nèi)皮屏障功能，炎癥，淋巴細胞穿透內(nèi)皮，血小板激活，血栓，基因表達和氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)[7]。此外，Rho激酶抑制劑可以增加微血管內(nèi)皮細胞的定向運動力[8]，這在抑制腫瘤血管新生方面起著重要作用。

1.2.3 Rho激酶和動脈外膜：在一個豬的冠狀動脈粥樣硬化的模型中，應(yīng)用法舒地爾(一種選擇性Rho激酶抑制劑)有效地降低了巨噬細胞在動脈外膜的聚集以及向中膜的遷移。動脈外膜炎癥細胞的聚集對動脈粥樣硬化病理發(fā)展和經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)后急性冠脈綜合征和冠脈再狹窄的發(fā)生的重要性已經(jīng)被證實[2]。此外，在豬的冠狀動脈模型中，Rho激酶抑制劑通過降低血管炎癥，促進細胞凋亡，降低膠原的沉積來抑制支架內(nèi)新生內(nèi)膜的形成[9]。

1.2.4 Rho激酶和心肌細胞：ROCK1和ROCK2的線粒體RNA在發(fā)育中的心臟中均有表達。Rho激酶抑制劑能夠阻斷培養(yǎng)的雞胚和老鼠胚胎的心臟中胚層和心臟管融合。在培養(yǎng)的老鼠胚胎中，Rho激酶抑制劑降低了細胞的增殖，但是并沒有導致細胞程序性死亡，說明在心臟的發(fā)育中，Rho激酶調(diào)節(jié)心肌細胞分裂但不調(diào)節(jié)心肌細胞凋亡[10]。在心內(nèi)膜墊的發(fā)育，心肌肥大和心臟纖維化中，Rho激酶信號也參與了細胞的增殖和遷移。Hattori等[11]已經(jīng)證明Rho激酶在因促炎細胞因子表達上調(diào)而發(fā)生的心肌梗死后的左室重構(gòu)的發(fā)病機制中起了重要作用，說明Rho激酶可能是預(yù)防梗死后心衰的潛在的治療靶點。

1.3 Rho激酶信號通路及調(diào)節(jié)的主要細胞功能

Rho激酶與MBS/MLC actin/myosin 相互作用，參與細胞收縮；ROCKs與MYPT-1/MLC細胞骨架組織作用，參與細胞遷移；Rho激酶與p27kip1，ERK1/2及細胞周期蛋白作用，參與細胞增殖；Rho激酶與Akt，Bax，Bcl2作用，參與細胞凋亡和存活；Rho激酶與轉(zhuǎn)錄因子作用，參與基因表達分化[12]。

2 Rho激酶和心血管疾病

2.1 Rho激酶與高血壓

有研究發(fā)現(xiàn)Y-27632這一選擇性Rho激酶抑制劑對各種高血壓模型大鼠給藥，均有顯著的降壓作用，而對正常大鼠血壓無影響。根據(jù)這一現(xiàn)象提出了Rho/Rho信號傳遞系統(tǒng)與高血壓發(fā)病有關(guān)。長期給予Rho激酶抑制劑法舒地爾可顯著抑制血管中膜變厚及血管周圍的纖維化。人在給予Rho激酶抑制劑法舒地爾后，高血壓患者上肢血管阻力減少，血流量增多，均比正常人明顯。說明Rho激酶與高血壓患者外周血管阻力增大有關(guān)?？傊?，Rho激酶在高血壓患者血壓升高的發(fā)病機制中具有重要的作用[13]。

2.2 Rho激酶與冠心病

冠心病是多種冠狀動脈病的結(jié)果，但冠狀動脈粥樣硬化占冠狀動脈性心臟病的絕大多數(shù)(95%～99%)。而動脈粥樣硬化的發(fā)病機制是一個復雜的過程，涉及炎性細胞、血管內(nèi)皮細胞的功能障礙、平滑肌細胞增殖、細胞外基質(zhì)的變化和血栓的形成。Rho激酶可以促進單核細胞向內(nèi)皮下遷移，增加內(nèi)皮細胞通透性，促進纖溶酶原激活劑抑制物-1的表達，促進血管平滑肌細胞遷移以及促進血管平滑肌細胞增生[14]。Rho激酶主要是通過炎癥刺激導致血管損傷和促進肌球蛋白輕鏈磷酸化，引起冠狀動脈痙攣而在動脈粥樣硬化的形成中起作用[15]。已有證據(jù)表明動脈粥樣硬化中Rho激酶的表達明顯上調(diào)[3]。采用Rho激酶抑制劑法舒地爾對糖尿病合并冠心病大鼠動脈粥樣硬化模型進行干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)法舒地爾可抑制Rho激酶表達，能明顯減少內(nèi)膜厚度，從而抑制動脈管腔狹窄和斑塊形成，延緩心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展[16]。另外，已有臨床試驗證實， 變異性心絞痛用硝酸甘油治療后再給予Rho激酶抑制劑治療，可疊加性地擴張痙攣的冠狀動脈，更好地治療變異性心絞痛[17]。同時，多項研究表明，急性心肌梗死發(fā)生后Rho 激酶的活性增高，說明Rho 激酶信號通路參與了心肌重構(gòu)及心臟功能的衰竭。動物實驗證實，冠脈結(jié)扎術(shù)前1 h，腹腔注射法舒地爾30 mg /kg，能夠保護缺血心肌，減少心肌梗死面積，且該作用與其抗心肌細胞凋亡的效應(yīng)有關(guān)[18]。

2.3 Rho激酶與肺動脈高壓

肺動脈高壓(PH)的形成與進行性肺動脈射血壓力的增高，肺血管收縮和重構(gòu)以及炎癥有關(guān)。研究表明，慢性缺氧和野百合堿所致大鼠PH模型以及嚴重PH患者肺組織和肺動脈中Rho激酶活性均顯著增高[19]。大量實驗事實證明了Rho激酶參與了PH的形成[20]。在PH患者肺組織切片中可見，Rho激酶的表達和活性遠遠高于對照組。而且，PH的嚴重性和持續(xù)時間與Rho激酶的活性成相關(guān)性[21]。對中度PH的患者靜脈注射法舒地爾可以有效降低肺動脈壓力和肺血管抵抗力[22]。同樣，PH的患者靜脈吸入10 min法舒地爾可以大大降低肺動脈平均壓力[23]。收集自多個實驗室的證據(jù)證實了Rho激酶信號通路在許多PH的模型中起著重要作用，比如，慢性缺氧，VEGF受體抑制和新生淡黃色大鼠中度缺氧導致的PH[24]。此外，Rho激酶信號通路介導了嚴重阻塞性PH大鼠的血管收縮和在慢性缺氧性PH中的肺小動脈的Rho激酶依賴性的肌張力的增加[25]。還有研究證明，Rho激酶抑制劑法舒地爾注射液治療COPD合并PH的療效顯著。

2.4 Rho激酶與心衰

心肌中Ca2 +的穩(wěn)定性對于心臟功能尤為重要。心衰表現(xiàn)為心臟的收縮和舒張功能發(fā)生紊亂，這些均與Ca2+有密切關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)，心衰時由于心臟活動誘導心肌纖維對Ca2 +敏感性增加，引起蛋白激酶過度磷酸化蘭尼堿受體，導致調(diào)節(jié)蛋白分離，使通道打開，從而使肌漿網(wǎng)上的蘭尼堿受體功能發(fā)生紊亂[26]。即使經(jīng)過了最佳的內(nèi)科治療，穩(wěn)定性心衰患者的循環(huán)白細胞中Rho 激酶的活性還是明顯增高，這與左心室病理性重構(gòu)和收縮功能障礙有密切關(guān)系[27]。RhoA 通過與Rho激酶結(jié)合，刺激MMP-3、MMP-9 基因表達引起細胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，進而引起心肌重塑和心功能惡化。法舒地爾能抑制Rho信號分子誘導的通路，通過抑制應(yīng)力纖維的合成，進而抑制心肌組織局部纖維化[28]。同時，Rho 激酶抑制劑通過增加內(nèi)皮型eNOS的表達，提高eNOS的活性及NO產(chǎn)量，松弛血管平滑肌、抑制內(nèi)皮細胞增殖，減輕血管重構(gòu)，增加心肌細胞的收縮力，改善心功能，從而達到糾正心衰的目的[29]。

3 展 望

大量研究證實了Rho/Rho激酶信號通路參與了多種病理機制，總的來說，許多疾病均與Rho 激酶表達的上調(diào)有關(guān)，因此不可否認的Rho激酶是一個重要的治療靶點。所以，進一步了解Rho 激酶各種亞型的生理作用以及各種亞型的特異抑制劑是十分必要的，特異和有效的Rho 激酶信號通路藥理調(diào)節(jié)劑對于心血管疾病的干預(yù)仍是必不可少的。目前為止，法舒地爾是唯一已經(jīng)用于臨床的Rho激酶抑制劑。相信，在不久的將來，更多的ROCK抑制劑將會被研制出來并應(yīng)用于臨床。

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