Rho/Rho激酶與心血管疾病

李永東1，2(綜述)，阿拉坦高勒1(審校)

(1.內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特010021;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院心內(nèi)科，內(nèi)蒙古包頭104010)

心血管疾病是全球性的重大公共衛(wèi)生問題，全球每年約有1700萬人死于心血管疾病。心血管疾病病死率高，影響人類壽命的同時(shí)也使生活質(zhì)量下降。近20年來我國心血管疾病一直處于上升趨勢。有許多研究發(fā)現(xiàn)，心血管疾病與Rho/Rho激酶信號通路有密切聯(lián)系。1985年從海兔屬動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)Rho基因是Ras基因的一個(gè)同源基因，有3個(gè)亞型。Rho激酶(Rho associated coiled-coil forming protein serine/threonine kinase，ROCK)是最早發(fā)現(xiàn)的Rho效應(yīng)物。研究者通過大量試驗(yàn)逐漸摸索Rho激酶導(dǎo)致心血管疾病的機(jī)制，研發(fā)Rho激酶抑制劑，為心血管疾病治療帶來新思路。

1 Rho/Rho激酶的結(jié)構(gòu)及分布

Rho激酶包括ROCK1和ROCK2兩種，都是位于小鳥苷三磷酸(guanosine triphosphate，GTP)結(jié)合蛋白R(shí)hoA下游的靶點(diǎn)[1-3]。小 GTP 結(jié)合蛋白屬于Rho家族，在細(xì)胞形成、遷移、增殖及凋亡過程中起調(diào)節(jié)作用[4]。ROCK包括N端激酶域，中間的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域包括Rho結(jié)合結(jié)構(gòu)域;C端是富含半胱氨酸的PH結(jié)構(gòu)域。兩種亞型均在哺乳動(dòng)物中表達(dá)。ROCK1也叫做ROKβ 或 p160ROCK，定位在第 18 號染色體[3，5]。ROCK2 也叫做ROKα與 Rho激酶有關(guān)，定位在第 2號染色體[6-7]。ROCK1和ROCK2在氨基酸序列中的表達(dá)有65%相似，在他們表達(dá)的激酶域中有92%相似[8]。ROCK的C端像是N端激酶域的自動(dòng)調(diào)節(jié)抑制劑。Rho和ROCK的Rho結(jié)合區(qū)域以活化的GTP結(jié)合形式相互作用，通過C端PH結(jié)構(gòu)域?qū)端結(jié)構(gòu)域去抑制，增加ROCK活性，導(dǎo)致一個(gè)活化“開放”的激酶域產(chǎn)生[9]。這一開放區(qū)域可以被花生四烯酸結(jié)合到PH結(jié)構(gòu)域或通過胱天蛋白酶3或顆粒酶B C端裂解所誘導(dǎo)[10-13]。這個(gè)ROCK的開閉結(jié)構(gòu)與強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良相關(guān)的細(xì)胞分裂周期蛋白42結(jié)合激酶和強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良蛋白激酶活化作用很相似，并且符合ROCK C端結(jié)構(gòu)域過度表達(dá)或有缺陷的ROCK的研究，有ROCK負(fù)顯性突變體作用[14]。ROCK可通過N端轉(zhuǎn)磷酸作用被Rho活化或通過其他小GTP結(jié)合蛋白被抑制，如Gem和Rad。雖然ROCK1和ROCK2從早期胚胎到成年小鼠組織內(nèi)均有表達(dá)，但ROCK2信使RNA在心肌細(xì)胞和血管組織高表達(dá)，而ROCK1在免疫細(xì)胞及局限在細(xì)胞中心體中大量表達(dá)[8，15]。

2 Rho激酶的功能

刺激酪氨酸激酶和G蛋白偶聯(lián)受體可致Rho活化，上游的ROCKs通過募集和活化Rho鳥苷酸交換因子被激活[6，16]。通過ROCK磷酸化或抑制肌球蛋白輕鏈磷酸酶，可增加肌球蛋白輕鏈磷酸化作用，通過肌漿球蛋白和纖維性肌動(dòng)蛋白作用使細(xì)胞收縮。ROCKs通過增加肌動(dòng)球蛋白收縮和黏著來調(diào)控細(xì)胞極性和遷移。ROCKs可以通過肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架膜突起和介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞滲透性來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞吞噬活動(dòng)[17]。ROCK可通過人胰島素受體底物1磷酸化作用抑制胰島素信號，解開胰島素受體對磷酸酰肌醇3-激酶作用[18]。ROCK可以通過增加胰島素樣生長因子誘導(dǎo)人環(huán)腺苷酸應(yīng)答元件結(jié)合蛋白磷酸化作用來調(diào)節(jié)細(xì)胞大小[19]。這些可能成為ROCK抑制劑減少心肌肥大的潛在機(jī)制。ROCK可能是從許多組織如脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞中逐漸分化而來。

3 Rho激酶與心血管疾病

3.1 Rho激酶與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病 冠狀動(dòng)脈痙攣可引起變異型心絞痛、不穩(wěn)定型心絞痛、心肌梗死及猝死等。研究發(fā)現(xiàn)，冠狀動(dòng)脈痙攣患者心肌缺血Rho/ROCK信號途徑激活，心肌RhoA表達(dá)上調(diào)，ROCK活性增加[20]。ROCK活性增高使激活的人肌球蛋白輕鏈激酶磷酸化，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，肌球蛋白輕鏈磷酸化促使冠狀動(dòng)脈血管平滑肌收縮，導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈痙攣。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給予Rho激酶抑制劑，抑制Rho/ROCK信號途徑活性，可阻止冠狀動(dòng)脈痙攣反應(yīng)[21]。研究發(fā)現(xiàn)，Rho激酶抑制劑可明顯增加冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病患者的運(yùn)動(dòng)耐量，并減輕心絞痛的發(fā)作程度[22-24]。相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豬經(jīng)長期白細(xì)胞介素1β處理引起冠狀動(dòng)脈痙攣后用法舒地爾(fasudil)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射，其可以抑制冠狀動(dòng)脈痙攣[25]。用精氨酸加壓素引起大鼠慢性心肌缺血，用fasudil注射后冠狀動(dòng)脈痙攣癥狀緩解[26]。已有臨床試驗(yàn)研究，穩(wěn)定性心絞痛患者和具有穩(wěn)定型心絞痛患者病變但具有胸痛癥狀的患者行冠狀動(dòng)脈造影檢查，分別給予fasudil和硝酸甘油治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于有粥樣硬化狹窄病變的受損血管，fasudil擴(kuò)冠效果強(qiáng)于硝酸甘油[27]。國外的大量研究發(fā)現(xiàn)，Rho激酶抑制劑治療穩(wěn)定性心絞痛患者，可以使患者的運(yùn)動(dòng)耐量明顯得到改善，亦可減輕心絞痛癥狀使其發(fā)作時(shí)間縮短，頻率變少，程度變輕，還可降低硝酸甘油耐藥性[25]。

3.2 Rho激酶與高血壓 GTP-RhoA水平上升活化增加可以導(dǎo)致GDP-RhoA/GTP-RhoA的平衡失調(diào)，在高血壓患者中發(fā)現(xiàn)RhoA增加。在高血壓小鼠模型中發(fā)現(xiàn)RhoA表達(dá)增加，并且在自發(fā)性高血壓大鼠上游ROCK的RNA增加[28-29]。上游的RhoA激活也許包括了一些膜受體和離子通道亦被激活，并且通過三聚體G蛋白和多種RhoA伴侶，如RhoA鳥嘌呤核苷酸交換因子進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[30]。然而，RhoA/Rho激酶激活可能在導(dǎo)致高血壓過程中占有次要地位。血管中Rho激酶活性提高代表血管的正反饋機(jī)制開啟，增加了正常人的血管阻力[31]。一些其他因素也可致高血壓，如腎性高血壓大鼠模型中激活腎素血管緊張素系統(tǒng)作用，在自發(fā)性高血壓大鼠中增加組織中血管緊張素Ⅱ且提高了鹽敏感大鼠的內(nèi)皮素1[32-33]。內(nèi)皮功能紊亂和一氧化氮低產(chǎn)量，血管舒張能力受損。大鼠平滑肌細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力改變使RhoA活化[34]。這些與高血壓相關(guān)的因素都與RhoA活化相關(guān)，隨后使ROCK活化。在正常人或高血壓患者的血管中Ca2+敏感都可激活RhoA。ROCK有助于動(dòng)脈緊張[6]。

3.3 Rho激酶與心力衰竭 心肌受損、心室重構(gòu)等因素都可導(dǎo)致心力衰竭。近年來，臨床治療力圖限制或逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)維持心臟收縮功能[35]。盡管藥物治療在進(jìn)步，但心肌梗死后心力衰竭預(yù)后仍不佳。ROCK的兩種亞型可被小GTP酶RhoA激活。ROCK在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞支架結(jié)構(gòu)中有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，可促進(jìn)平滑肌收縮、基因表達(dá)、維持細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)、維持細(xì)胞凋亡和存活[36]。增加ROCK活性與還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶失調(diào)有關(guān)，可刺激增加生長因子使心臟肥厚，凋亡細(xì)胞增加。在小鼠模型中長期應(yīng)用非選擇性ROCK抑制劑fasudil可降低24 h心肌梗死面積，逆轉(zhuǎn)左心室重構(gòu)現(xiàn)象，降低左心室功能受限及心肌缺血[9，37]。

3.4 Rho激酶與支架內(nèi)再狹窄 近年來，支架植入術(shù)技術(shù)越來越成熟，被廣泛運(yùn)用在冠狀動(dòng)脈及顱內(nèi)外血管狹窄患者中，這些手術(shù)可以有效緩解血管狹窄引起的缺血癥狀，但術(shù)后發(fā)生支架內(nèi)再狹窄的病例依然存在，且其產(chǎn)生機(jī)制目前還不清楚，在臨床仍是一個(gè)挑戰(zhàn)[38-39]。目前認(rèn)為置入的支架對血管壁造成直接損傷，支架還誘導(dǎo)周圍血管平滑肌分化、遷移、增殖，相關(guān)細(xì)胞因子和生長因子激活產(chǎn)生炎性反應(yīng)，最終引起血管新生內(nèi)膜形成而發(fā)生支架內(nèi)再狹窄[40-41]。支架內(nèi)再狹窄的主要機(jī)制是內(nèi)膜增生、血栓形成。支架內(nèi)血栓形成可以促進(jìn)內(nèi)膜增生[42]。Rho/Rho激酶能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，促進(jìn)新生內(nèi)膜形成、縮窄性重構(gòu)、血栓形成、肌動(dòng)蛋白骨架重構(gòu)、細(xì)胞黏附和轉(zhuǎn)移、細(xì)胞因子基因表達(dá)及細(xì)胞周期調(diào)控。Matsumoto等[43]試驗(yàn)證實(shí)，支架置入直接刺激動(dòng)脈血管壁引起Rho激酶活化，而Rho激酶會(huì)通過上述機(jī)制導(dǎo)致支架內(nèi)再狹窄。Rho激酶抑制劑fasudil在細(xì)胞水平可以調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、遷移、黏附、骨架重構(gòu)、炎性細(xì)胞運(yùn)動(dòng)等，在分子基因水平調(diào)節(jié)炎癥、血栓形成、氧化、纖維化等。臨床應(yīng)用證實(shí)，fasudil可以用于心絞痛、高血壓、冠狀動(dòng)脈痙攣、冠狀動(dòng)脈再通術(shù)后再狹窄和動(dòng)脈硬化等，且有較好的治療作用[44]。

4 展望

大量研究證明了Rho/Rho激酶與多種心血管疾病有密切的聯(lián)系。Rho激酶表達(dá)上調(diào)會(huì)促進(jìn)許多心血管疾病的發(fā)生及發(fā)展。目前有許多動(dòng)物試驗(yàn)證明Rho激酶抑制劑可以改善和治療心血管疾病，可以減輕臨床癥狀，且優(yōu)于現(xiàn)在常用的一些心血管疾病治療藥物。截至目前為止，fasudil是唯一上市應(yīng)用于臨床上的Rho激酶抑制劑。現(xiàn)在仍有許多科研人員在進(jìn)行Rho激酶抑制劑的試驗(yàn)及研發(fā)工作。相信在未來，可以更加充分地認(rèn)識(shí)Rho激酶表達(dá)上調(diào)導(dǎo)致心血管疾病的機(jī)制，并將Rho激酶抑制劑很好地應(yīng)用于臨床。

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