血管平滑肌鈣動員和鈣敏感機(jī)制在高血壓中的改變

汪 燕，周慧軒，王 莉

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院麻醉科，上海 200233)

原發(fā)性高血壓的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜。在高血壓實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃团R床患者中，常發(fā)現(xiàn)動脈血管壁結(jié)構(gòu)和功能的異常，包括:動脈血管壁增厚、血管收縮增強(qiáng)以及血管舒張減弱。上述因素共同導(dǎo)致血管平滑肌(vascular smooth muscle，VSM)張力增加，進(jìn)而引起周圍血管阻力和血壓的升高。眾所周知，VSM的張力大小與血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)內(nèi)Ca2+離子濃度和肌絲對Ca2+的敏感性密切相關(guān)。高血壓時(shí)，VSMC的鈣動員和鈣敏感機(jī)制均發(fā)生變化，促使VSM過度收縮。因此，本文擬針對高血壓時(shí)，VSMC中鈣動員和鈣敏感的改變及其發(fā)生機(jī)制的最新研究進(jìn)展作一簡要闡述。

1 血管平滑肌收縮的調(diào)節(jié)機(jī)制

肌球蛋白是VSM的一種收縮蛋白，其20 ku的調(diào)節(jié)性輕鏈MLC20的磷酸化和去磷酸化是血管舒縮調(diào)控的終末路徑，也是血管舒縮調(diào)節(jié)機(jī)制中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要介質(zhì)。而MLC20的磷酸化受MLCK和MLCP的雙向調(diào)節(jié)。血管收縮劑與VSMC的膜受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞膜磷酯酰肌醇雙磷酸(phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate，PIP2)水解，產(chǎn)生三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)和甘油二酯(diacylglycerol，DAG)。IP3與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+通道結(jié)合，促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放。同時(shí)，激動劑通過激活細(xì)胞膜上的電壓門控、受體門控等各種Ca2+通道，促進(jìn)細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流。細(xì)胞內(nèi)Ca2+與鈣調(diào)蛋白(Calmodulin，CaM)結(jié)合形成鈣 －鈣調(diào)蛋白(Ca2+-CaM)復(fù)合物，進(jìn)而激活MLCK，促進(jìn) MLC20磷酸化，導(dǎo)致肌動蛋白和肌球蛋白相互作用，引起VSM收縮［1－3］。除了上述Ca2+依賴的收縮機(jī)制外，在細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度相等時(shí)，由激動劑誘導(dǎo)的血管收縮幅度和MLC20磷酸化水平明顯大于單純由去極化引起的收縮幅度和MLC20磷酸化水平，且VSM收縮幅度和細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度并非嚴(yán)格的線性相關(guān)，說明在VSM收縮過程中，還有鈣敏感機(jī)制的參與［4］。鈣敏感機(jī)制主要是調(diào)節(jié)MLCP的磷酸化水平。PIP2分解生成的DAG激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，使其下游的MLCP抑制蛋白(PKC-potentiated phosphatase inhibitor protein-17 ku，CPI-17)發(fā)生磷酸化，抑制 MLCP，使 MLC20磷酸化水平增高，促進(jìn)VSM收縮。另一方面，激動劑以及部分內(nèi)流的Ca2+還可以激活小G蛋白RhoA，進(jìn)而激活Rho相關(guān)激酶(Rho-associated kinase，ROCK)，使 MLCP的調(diào)節(jié)亞基MYPT1磷酸化，也抑制MLCP活性，使VSM收縮增強(qiáng)［6］。

2 血管平滑肌鈣動員機(jī)制在高血壓中的改變

原發(fā)性高血壓的發(fā)病機(jī)制涉及多種因素。其中VSMC中Ca2+動員的異常，是高血壓重要的病理生理改變之一。Ca2+動員包括兩方面:①細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，②肌漿網(wǎng)Ca2+釋放。

2.1 細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流在高血壓中的改變 與Wistar Kyoto大鼠(WKY)相比，在靜息狀態(tài)時(shí)自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rat，SHR)VSMC內(nèi)的Ca2+濃度升高，由血管收縮劑誘導(dǎo)的 VSMC中Ca2+內(nèi)流增加［5－6］。

研究者們發(fā)現(xiàn)存在于SHR的VSMC膜上的L型Ca2+通道 (L-type Ca2+channel，LTCC)，不僅表達(dá)程度比WKY高，而且敏感性也增強(qiáng)，使用LTCC的阻斷劑后可以明顯減少Ca2+內(nèi)流［5，7］。Lawton 等［7］通過膜片鉗技術(shù)觀察到，不同周齡的SHR腸系膜動脈VSMC的Ca2+內(nèi)流增加，利用Western blot的方法發(fā)現(xiàn)LTCC的α1c亞單位表達(dá)較對照組明顯增高。所以，SHR腸系膜動脈VSMC收縮功能的增強(qiáng)可能是由于LTCC的密度增加、Ca2+通道的開放數(shù)量增多、以及LTCC對于觸發(fā)Ca2+內(nèi)流的各種因素的敏感性增強(qiáng)，從而使Ca2+內(nèi)流增加，VSM收縮性增強(qiáng)。Santana等［8］研究表明，LTCC又稱Cav1.2通道，是由穿孔亞基 Cav1.2α1和修飾亞基β和α2δ-1亞基組成的三聚體，在SHR的動脈VSMC膜上，LTCC表達(dá)的增加與修飾亞基α2δ-1的增加密切相關(guān)。Kharade等［9］用Ang-Ⅱ處理2周形成的高血壓C57BL/6小鼠進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在腸系膜動脈VSMC膜上，LTCC表達(dá)上調(diào)，其中，Cavβ3亞基是起關(guān)鍵作用的調(diào)節(jié)亞基。上述研究雖然均表明，在高血壓模型中，LTCC表達(dá)增高，但是具體是何種亞基起決定性作用，尚存在爭議。另外，Cox等［10］發(fā)現(xiàn)，VSMC膜上的電壓依賴性Ca2+通道的失活特性在SHR和WKY中有差別，SHR的Ca2+通道失活的時(shí)間，以及從失活狀態(tài)恢復(fù)的時(shí)間較WKY明顯縮短。這也導(dǎo)致了SHR中電壓依賴性Ca2+通道活性增強(qiáng)，Ca2+內(nèi)流增加。

VSMC膜上除了LTCC外，還存在瞬時(shí)受體電位通道(transient receptor potential channel，TRPC)，以 TRPC 亞型為主，是一種非選擇性陽離子通道。TRPC不僅可以直接介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流，還可以通過引起細(xì)胞膜去極化從而激活LTCC，增加 LTCC 的 Ca2+內(nèi)流。近期研究發(fā)現(xiàn)［11－12，38］，SHR 動脈平滑肌上的TRPC表達(dá)比WKY多，米蘭高血壓大鼠的腸系膜VSMC膜上，TRPC6的表達(dá)增高，敲除TRPC基因或使用TRPC抑制劑均可以降低血壓。那么TRPC的上游信號分子具體是什么呢?Wenzel等［13］研究發(fā)現(xiàn)，存在于基膜結(jié)構(gòu)中的一種稱之為層黏連蛋白九肽(laminin nonapeptide，LNP)的小分子肽具有較強(qiáng)的血管收縮作用，它通過激活非選擇性陽離子通道，引起細(xì)胞膜去極化，進(jìn)而導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流。由此推測，LNP在高血壓的發(fā)生中可能起到了不可忽視的作用，但是尚未有充足的證據(jù)證實(shí)這一觀點(diǎn)。

2.2 細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫釋放在高血壓中的改變 在高血壓模型SHR 中，肌漿網(wǎng) Ca2+庫的 Ca2+存儲能力增強(qiáng)［5－6］。此外，Nomura和 Asano等［14－15］在研究 SHR 和 WKY 肌漿網(wǎng)對Ca2+的緩沖功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，無論是在腸系膜動脈還是在頸動脈中，SHR的肌漿網(wǎng)對于外部Ca2+的重新攝取能力較WKY均有明顯提高。

Linde等［16］對米蘭高血壓大鼠模型的離體腸系膜動脈的研究發(fā)現(xiàn)，血管收縮劑誘導(dǎo)肌漿網(wǎng)鈣泵釋放增加，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度與對照組相比明顯增高。這可能是由于肌漿網(wǎng)IP3受體I型數(shù)量增加，以及肌漿網(wǎng)鈣泵(SERCA2)表達(dá)增高。此外，他們還發(fā)現(xiàn)［17］，內(nèi)源性毒毛花苷可以增強(qiáng)鹽敏感性高血壓大鼠的肌漿網(wǎng)膜上鈣泵的表達(dá)，增加ATP誘導(dǎo)的肌漿網(wǎng)Ca2+釋放，提示內(nèi)源性毒毛花苷在鹽敏感性高血壓大鼠的鈣動員改變中起重要作用。Yazawa等［18］分析了實(shí)驗(yàn)鼠骨骼肌細(xì)胞中的肌漿網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)，肌漿網(wǎng)的膜上有一種名為“TRIC”(trimeric intracellular cation)的通道。帶正電荷的K+可以經(jīng)由這種通道進(jìn)入肌漿網(wǎng)，從而保證肌漿網(wǎng)能夠正常釋放Ca2+。他們培育出一種“TRIC”通道缺損的小鼠。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)鼠心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)不能正常釋放Ca2+，導(dǎo)致肌漿網(wǎng)內(nèi)Ca2+蓄積，使小鼠出現(xiàn)重度心力衰竭。TRIC通道包括兩種亞型，TRIC-A和TRIC-B。Yamazaki等［19］研究發(fā)現(xiàn)，TRIC-A基因的過表達(dá)可以使小鼠產(chǎn)生低血壓表型，相反，敲除TRIC-A基因則可以使小鼠發(fā)生自發(fā)性高血壓。上述研究表明，TRIC-A基因在調(diào)節(jié)血壓中起關(guān)鍵作用。此外，他們還發(fā)現(xiàn)［20］，TRIC-A的單核苷酸多態(tài)性也大大增加了高血壓的風(fēng)險(xiǎn)，限制了抗高血壓藥物的療效。

3 血管平滑肌鈣敏感機(jī)制在高血壓中的改變

鈣敏感機(jī)制主要包括由ROCK和PKC兩種激酶介導(dǎo)的信號通路。高血壓時(shí)，不僅VSM中Ca2+動員發(fā)生改變，肌絲對于Ca2+的敏感性也發(fā)生改變。

3.1 ROCK在高血壓中的活性增強(qiáng) ROCK在高血壓模型和高血壓患者中均被激活［21－22］。Uehata 等［23］的研究首次提出，Rho相關(guān)激酶介導(dǎo)的鈣敏感性參與體內(nèi)血壓水平的調(diào)節(jié)，且在3種高血壓大鼠模型中，Rho相關(guān)激酶介導(dǎo)的鈣敏感性均增強(qiáng)。Ryu等［24］研究顯示，在SHR模型的腸系膜動脈中，由鞘氨醇磷脂膽堿(sphingosylphosphorylcholine，SPC)誘導(dǎo)的動脈收縮幅度比WKY明顯增高，同時(shí)Rho相關(guān)激酶介導(dǎo)的鈣敏感性增強(qiáng)。Freitas等［25］通過對里昂高血壓大鼠(LH)的研究發(fā)現(xiàn)，由α-腎上腺素受體激動劑誘導(dǎo)的血管收縮過程中，ROCK介導(dǎo)的鈣敏感信號通路比正常血壓的大鼠強(qiáng)，但是這一現(xiàn)象只存在于小動脈中。且和其他高血壓模型不同的是，由ROCK誘導(dǎo)的LH小動脈平滑肌的過度收縮性不依賴于MYPT1和CPI-17的磷酸化，提示ROCK介導(dǎo)的抑制并不影響LH小動脈平滑肌的過度收縮性。Nunes等［26］發(fā)現(xiàn)在高血壓患者的白細(xì)胞中，ROCK的活性增強(qiáng)，且ROCK抑制劑Y-27632或法舒地爾，以及一種新型的強(qiáng)選擇性Rho激酶抑制劑SAR407899，均可以劑量依賴性地降低SHR的血壓。

關(guān)于在高血壓模型和高血壓病人中，Rho/ROCK的活性增強(qiáng)的機(jī)制，Shi和馬明明等［27－28］認(rèn)為，這是 RAAS系統(tǒng)上調(diào)和活性氧自由基的產(chǎn)生增多的結(jié)果。這也許是高血壓的病理生理機(jī)制之一。此外，近年來關(guān)于ROCK基因多態(tài)性與高血壓發(fā)生關(guān)系的研究逐漸成為熱點(diǎn)，且爭議頗多。Liu等［29］對中國漢族人口心血管疾病與ROCK基因多態(tài)性做了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)二者之間的相關(guān)性不顯著。相反，Seasholtz等［30］則發(fā)現(xiàn)ROCK2的基因多態(tài)性與全身血壓的改變密切相關(guān)。另外，Yao等［31］利用基因敲除技術(shù)敲除高血壓小鼠的ROCK1或ROCK2基因，發(fā)現(xiàn)，ROCK2基因?qū)τ谘獕旱恼{(diào)節(jié)起到了關(guān)鍵的作用。以上研究結(jié)果的差異，可能是由于物種及人群選擇的偏倚，研究方法的差異等所致。

3.2 PKC活性在高血壓中的改變 除了由ROCK介導(dǎo)的鈣敏感機(jī)制外，PKC也可以通過使CPI-17磷酸化，抑制MLCP，參與鈣敏感機(jī)制對VSM收縮的調(diào)節(jié)。在SHR的VSM中，PKC表達(dá)增高，活性增強(qiáng)。與WKY的主動脈相比，SHR由NE誘導(dǎo)的主動脈收縮反應(yīng)更容易被PKC的抑制劑H-7抑制［32］。PKC激動劑PDBu促使PKC從細(xì)胞質(zhì)遷移至細(xì)胞膜，這種現(xiàn)象在SHR中比WKY明顯。PDBu可以引起持續(xù)的血管收縮和灌注壓升高，這種效應(yīng)可以被PKC抑制劑抑制，且對SHR的抑制效應(yīng)比WKY更為明顯［32］。說明PKC能夠增強(qiáng)VSM收縮蛋白的鈣敏感性，并且在高血壓模型中被過度激活。PKC有很多亞型都參與了高血壓中VSM對于激動劑的過度收縮反應(yīng)。比如，Ca2+依賴的PKC-α在高血壓時(shí)激活增高，且在VSM中過度表達(dá);非Ca2+依賴的PKC-ε在增加肌絲鈣敏感性中也起到關(guān)鍵作用，與高血壓時(shí)血管過度收縮有關(guān)［33］。

與之相反的是，近來也有報(bào)道稱［24］，PKC抑制劑對于SPC誘導(dǎo)的SHR腸系膜動脈的收縮幅度沒有影響，PKC在血管收縮劑誘導(dǎo)的SHR血管收縮過程中作用不大。Bal等［34］在SHR和WKY離體股動脈中觀察到，PKC的抑制劑對于SHR的股動脈收縮沒有影響，但是能減弱WKY股動脈的收縮幅度，說明PKC在血管收縮中的作用，WKY比SHR更明顯。Budzyn等［35］發(fā)現(xiàn)在SHR中，5-HT誘導(dǎo)的血管收縮反應(yīng)增強(qiáng)，這與過氧化物離子水平增高以及NO的調(diào)節(jié)作用降低有關(guān)，但是與高血壓時(shí)Rho激酶或PKC過度激活無關(guān)，至少在高血壓早期與之無關(guān)。有研究表明［36］，G蛋白信號途徑調(diào)節(jié)蛋白2(regulator of G protein signaling 2，RGS2)的表達(dá)水平與血壓密切相關(guān)，Rgs2基因敲除的小鼠發(fā)生了高血壓。在Ang-Ⅱ誘導(dǎo)血管收縮的同時(shí)，存在一條負(fù)反饋調(diào)節(jié)途徑，即PKC-iPLA2β-PKA通路，導(dǎo)致RGS2轉(zhuǎn)錄水平增高，從而降低血壓。由此可見，PKC抑制劑對于高血壓模型的血管收縮效應(yīng)的抑制作用不明顯的研究結(jié)果，有可能是由于PKC介導(dǎo)的負(fù)反饋效應(yīng)部分抵消了其過度激活引起的縮血管效應(yīng)。

對于PKC在高血壓中過度激活的機(jī)制尚不十分明確，Touyz等［37］研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性高血壓患者的RAAS系統(tǒng)過度激活，導(dǎo)致活性氧自由基產(chǎn)生增多，氧化應(yīng)激水平較正常人明顯升高，這與高血壓中PKC活性增高密切相關(guān)。然而具體的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)

綜上所述，在高血壓發(fā)生發(fā)展過程中，VSMC的鈣動員和肌絲對于Ca2+的敏感性均比正常明顯增強(qiáng)，使用LTCC和TRPC的阻斷劑，敲除TRPC基因或肌漿網(wǎng)上TRIC-A基因，均可以降低高血壓 VSMC 中的鈣動員程度［7，11，20］，而使用ROCK和PKC的抑制劑則可以減弱肌絲對于Ca2+的敏感性［26－27，33］。這為治療原發(fā)性高血壓提供了新靶點(diǎn)，即除了利用經(jīng)典的Ca2+阻斷劑治療高血壓外，還可以通過干擾細(xì)胞膜上TRPC的表達(dá)，抑制肌漿網(wǎng)TRIC-A基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，以及通過抑制PKC和ROCK介導(dǎo)的鈣敏感通路上的某一信號分子，從而達(dá)到治療高血壓的目的。然而，在高血壓中，鈣動員和鈣敏感的過度激活具體是如何產(chǎn)生的及其與基因多態(tài)性之間的關(guān)系，其上游信號通路有哪些，鈣動員和鈣敏感相互之間有何種聯(lián)系，二者對高血壓時(shí)血管平滑肌過度收縮的貢獻(xiàn)大小，以及各通路抑制劑作用的分子靶點(diǎn)是什么，還有待進(jìn)一步研究。

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