凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1與運(yùn)動(dòng)性心肌肥大、細(xì)胞凋亡

武勝奇 張 琳 郝選明 鄧樹勛 (廣東外語(yǔ)藝術(shù)職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)部，廣東 廣州 50640)

1 凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1的生物學(xué)特性

凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)是一個(gè)分子量為170 kD的絲氨酸/蘇氨酸激酶，也叫絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶5(MAPKKK5)，是 MAPKKK家族成員之一，是由Wang等〔1〕1996年分離出來(lái)。ASK1是氧敏感性蛋白激酶，它的激活是缺氧引起凋亡過(guò)程中最重要的途徑。在氧氣缺乏時(shí)，原來(lái)結(jié)合在ASK1上的小分子蛋白Trx，在氧化還原反應(yīng)后與其分離，此蛋白在正常情況下起隔離ASK1而使之在胞質(zhì)內(nèi)保持失活狀態(tài)的作用。同時(shí)，各種代謝產(chǎn)物還會(huì)引起ASK1激活位點(diǎn)中關(guān)鍵的蘇氨酸位點(diǎn)的寡聚化和磷酸化，從而使ASK1完全活化〔2〕。不僅如此，磷酸化、自身聚合及與其他蛋白間的相互作用、TNF-α和Daxx(一種 Fas死亡受體連接蛋白)等都能激活A(yù)SK1。激活后 ASK1會(huì)級(jí)聯(lián)活化 MMK4/JNK和 MMK3/MMK6/p38信號(hào)途徑，最終導(dǎo)致凋亡的發(fā)生〔3〕。

2 運(yùn)動(dòng)性心肌肥大與細(xì)胞凋亡

在長(zhǎng)期適宜運(yùn)動(dòng)負(fù)荷影響下，心臟在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、代謝、功能方面產(chǎn)生一系列良好適應(yīng)，具有良好的細(xì)胞、亞細(xì)胞和分子結(jié)構(gòu)等生理基礎(chǔ)，使心臟功能增強(qiáng)，心臟發(fā)生生理性肥大。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心臟前負(fù)荷和后負(fù)荷的增強(qiáng)，其實(shí)質(zhì)是心臟的容量負(fù)荷和壓力負(fù)荷的增加。大量研究已證實(shí)，用心肌細(xì)胞受到牽張被拉長(zhǎng)或者受到機(jī)械應(yīng)力作用來(lái)模擬容量超負(fù)荷和壓力超負(fù)荷時(shí)，可以導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。Teiger等〔4〕在胸主動(dòng)脈縮窄引起的心臟肥大大鼠模型中觸發(fā)了心肌細(xì)胞的凋亡，第一次證實(shí)了心肌細(xì)胞的凋亡與心肌肥大的起始過(guò)程有關(guān)。朱全〔5〕的研究表明，即使在過(guò)度訓(xùn)練情況下，原本正常的心臟發(fā)生嚴(yán)重的、伴隨膜結(jié)構(gòu)完整性破壞的損害，也只是個(gè)別現(xiàn)象，可能大多只造成一些亞細(xì)胞水平的可逆性改變，如氧自由基損傷及鈣超載現(xiàn)象。提示了在運(yùn)動(dòng)超負(fù)荷情況下，產(chǎn)生細(xì)胞壞死的可能性非常小，而運(yùn)動(dòng)超負(fù)荷下的氧自由基增多、鈣過(guò)負(fù)荷、缺血、缺氧，AngⅡ的過(guò)量分泌，這些都是心肌細(xì)胞凋亡的誘發(fā)因素，提示了心肌細(xì)胞凋亡有可能參與心臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞的丟失。袁箭峰等〔6〕研究表明，運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷是在心臟結(jié)構(gòu)和功能重塑發(fā)生過(guò)程中一種現(xiàn)象，在其發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中存在有凋亡現(xiàn)象，且凋亡程度隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大而增大。

3 ASK1與心肌肥大、細(xì)胞凋亡

很多肥大刺激TNF、ROS、機(jī)械牽張等都可通過(guò)A SK 1誘發(fā)心肌細(xì)胞的凋亡。已知A SK1誘導(dǎo)凋亡的機(jī)制主要有:壓力激活蛋白激酶(JNK，p38)的活化，細(xì)胞色素C從線粒體的釋放，Caspase通路的激活，細(xì)胞核的碎裂以及與Fas結(jié)合蛋白Daxx的交互作用等〔7，8〕。已有許多研究揭示了ASK1下游的JNK，p38等促凋亡因子的作用。Tournier等〔9〕的研究發(fā)現(xiàn)，在缺乏JNK的個(gè)體中，接受紫外線輻射的成纖維細(xì)胞的線粒體不釋放細(xì)胞色素C，進(jìn)而不能啟動(dòng)凋亡程序，間接表明了JNK是激活細(xì)胞死亡程序必需的。Crenesse等〔10〕也發(fā)現(xiàn)了JNK在凋亡發(fā)生過(guò)程中明顯升高。同樣，p38在促凋亡過(guò)程中也發(fā)揮了重要作用，如Hao等〔11〕發(fā)現(xiàn)SLK(一種胚胎中心激酶)可以通過(guò)ASK1激活p38，從而激活缺氧等不利影響下的凋亡發(fā)生，妨礙腎臟的正常發(fā)生與分化。ASK1級(jí)聯(lián)反應(yīng)不僅自身能發(fā)揮重要的致凋亡作用，而且ASK1及其引起的反應(yīng)產(chǎn)物也能與大量的其他家族的凋亡相關(guān)基因和(或)其表達(dá)產(chǎn)物發(fā)生相互作用，從而放大了其引起的凋亡的效應(yīng)。ASK1可以通過(guò)其下游的JNK，通過(guò)Daxx在細(xì)胞核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄抑制作用和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的凋亡信號(hào)傳導(dǎo)作用，與Fas發(fā)生信號(hào)傳遞，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生〔12〕。Liu等〔13〕的研究則提示，腫瘤壞死因子(TNF)受體相關(guān)因子2(TRAF2)可以將TNF受體(TNFR)與ASK1和p38結(jié)合，引起ASK1級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活。而Park等〔14〕的研究發(fā)現(xiàn)，熱休克蛋白(Hsp)72的過(guò)量表達(dá)可以抑制ASK1和其下游的p38的激活，使細(xì)胞可以在不利條件下減少凋亡的發(fā)生。Hikoso等〔15〕認(rèn)為抑止ASK1的基因表達(dá)可以減緩心力衰竭的進(jìn)程，有望成為治療心力衰竭的新靶點(diǎn)。

4 ASK1誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

越來(lái)越多的研究表明，運(yùn)動(dòng)伴隨著氧利用的增加，導(dǎo)致了自由基增加的概率，從而對(duì)細(xì)胞大分子起反作用和對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈破壞。氧自由基在運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷中發(fā)揮重要的作用。能否有效地解除氧化作用造成的影響，即通過(guò)控制活性氧類(ROS)在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定與平衡是細(xì)胞對(duì)抗外界刺激免于損傷的主要保護(hù)機(jī)制。改變ROS的平衡會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的增殖、凋亡和衰老，從而影響著多種生理病理過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展〔16〕。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，多種因素通過(guò)不同的途徑直接或間接地誘導(dǎo)ROS形成。然而，ROS是通過(guò)怎樣的信號(hào)傳導(dǎo)通路尚未闡明。有研究表明一些細(xì)胞因子，如硫氧還蛋白，谷氧還蛋白，14-3-3等可與ASK1的不同位點(diǎn)結(jié)合并抑制其活性，而TNF/ROS可能就是通過(guò)阻斷這些抑制因子與ASK1的結(jié)合，從而激活A(yù)SK1〔17〕。

有學(xué)者提出H2O2能使TRX蛋白從ASK1上脫落下來(lái)，解除了其對(duì)ASK1的抑制作用，從而ASK1就寡聚化，在它的活化環(huán)上一個(gè)蘇氨酸的位點(diǎn) T845磷酸化，由此激活了 ASK1〔18〕。也有人認(rèn)為H2O2能直接使ASK1上S967位點(diǎn)去磷酸化，以至于14-3-3蛋白從該位點(diǎn)脫落，完成ASK1的激活過(guò)程〔19〕。還有研究認(rèn)為蛋白激酶D1(PKD1)介入H2O2-ASK1-JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑〔20〕。PKD1的RNA干擾使PKD1表達(dá)減弱和PKD1 KW轉(zhuǎn)染使PKD1沒有酶的活性，均能降低下調(diào)ASK1-JNK信號(hào)，而PKD 1的持續(xù)性活化則加強(qiáng)了整個(gè)通路的信號(hào)，提示PKD 1是位于ASK1上游的一個(gè)重要的信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白。進(jìn)一步研究表明，蛋白激酶D1在H2O2的激活下磷酸化，從細(xì)胞膜移位到胞質(zhì)，和ASK1形成復(fù)合物，使ASK1的活性發(fā)生改變，激活JNKs和P38MAPK，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

5 小結(jié)

心肌肥大和細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，各條通路之間存在各種交互聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)，相互制約。對(duì)肥大和凋亡信號(hào)通路的調(diào)控及核內(nèi)基因表達(dá)的調(diào)控是當(dāng)前該領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。在眾多的信號(hào)通路中，MAPK途徑起到了至關(guān)重要的作用，這不僅因?yàn)閹缀跛械姆蚀蟠碳ぞ苫罨疢APK級(jí)聯(lián)反應(yīng)，還因?yàn)镸APK可活化與肥大和凋亡基因結(jié)合的多種轉(zhuǎn)錄因子。MAPK上游激活劑MAPKKK在心肌微損傷中的作用也越來(lái)越受到關(guān)注。ASK1是最近被發(fā)現(xiàn)的MAPKKK家族的一員，已被作為調(diào)節(jié)心臟肥大及誘導(dǎo)心力衰竭的新的信號(hào)通路〔15〕，目前對(duì)于ASK1在心肌肥大以及從心肌肥大到心力衰竭不同階段中的作用研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，PKD1和ASK1表達(dá)是否與運(yùn)動(dòng)性心肌損傷有關(guān)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否能誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。因此對(duì)ASK1作用機(jī)制的研究有望為運(yùn)動(dòng)心臟損傷的治療提供理論依據(jù)和研究方向。

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