鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ與血管重塑的研究進(jìn)展

董　杰，李　慧

山西省中醫(yī)院(太原 030001)，E-mail：123djyaya@163.com

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鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ與血管重塑的研究進(jìn)展

董杰，李慧

山西省中醫(yī)院(太原 030001)，E-mail：123djyaya@163.com

摘要：血管重塑與多種心血管疾病密切相關(guān)。血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)表型轉(zhuǎn)換是血管重塑和內(nèi)膜增生的顯著特征，也是基因表達(dá)變化的結(jié)果。Ca2+信號(hào)可以通過調(diào)節(jié)VSMC增殖，遷移和基因轉(zhuǎn)錄促進(jìn)血管重塑。鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)可以通過促VSMC表型轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，遷移和基因表達(dá)。因此，Ca2+信號(hào)可能通過CaMKⅡδ促進(jìn)VSMC表型轉(zhuǎn)換和血管重塑。

關(guān)鍵詞：心血管疾病；內(nèi)膜增生；血管重塑；血管平滑肌細(xì)胞；鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ

心血管系統(tǒng)疾病是我國(guó)常見高發(fā)病。近年發(fā)現(xiàn)，多種心血管疾病與血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)異常增殖、遷移及凋亡密切相關(guān)。機(jī)體受到不良刺激后，VSMC會(huì)從靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變成增生狀態(tài)，并從血管中層向內(nèi)膜遷移，形成新的血管內(nèi)膜，這是血管重塑和內(nèi)膜增生的一個(gè)顯著特征[1]。鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)是細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子及調(diào)節(jié)蛋白，在心血管疾病中起關(guān)鍵的作用。本研究就近年來國(guó)內(nèi)外CaMKⅡ在血管重塑中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1CaMKⅡ的結(jié)構(gòu)

CaMKⅡ分子量約為600 kD，由12個(gè)或14個(gè)亞基組成。每個(gè)亞基含3個(gè)不同的單元域，即氨基端的催化域、中間的調(diào)節(jié)域及羧基端的結(jié)合域。CaMKⅡ?qū)俣嗷蚣易?，分別編碼α、β、γ、δ四個(gè)亞基，在心臟中以CaMKⅡδ表達(dá)為主。目前發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物心臟中主要表達(dá)CaMKⅡδB和CaMKⅡδC兩種剪接體，這兩種剪接體由于結(jié)構(gòu)與細(xì)胞定位不同而發(fā)揮不同功能[2]。

2CaMKⅡ在血管重塑過程中的作用

血管重塑的根本原因之一是VSMC發(fā)生表型轉(zhuǎn)化。VSMC增生、肥大、表型轉(zhuǎn)化是血管重塑的重要內(nèi)容。當(dāng)內(nèi)皮損傷后，VSMC增殖、遷移至血管內(nèi)膜，導(dǎo)致內(nèi)膜增生，致使動(dòng)脈粥樣硬化和再狹窄。CaMKⅡ不同亞型的表達(dá)、定位及活性是調(diào)控VSMC表型轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵點(diǎn)。上調(diào)CaMKⅡ的表達(dá)導(dǎo)致結(jié)合生長(zhǎng)因子引起大鼠VSMC中Ca2+信號(hào)增強(qiáng)及基因轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)合成表型和血管重塑。CaMKⅡ?qū)SMC的收縮、生長(zhǎng)和遷移起重要作用。上調(diào)CaMKⅡδ2的表達(dá)或下調(diào)CaMKⅡγ的表達(dá)均可啟動(dòng)VSMC增殖。采用siRNA技術(shù)抑制CaMKⅡδ2表達(dá)發(fā)現(xiàn)VSMC增殖減輕；而在大體實(shí)驗(yàn)損傷反應(yīng)中，幾乎可以完全阻止新生內(nèi)膜的形成[3]。因此，改變CaMKⅡδ的功能可以調(diào)節(jié)VSMC增殖和血管重塑，但CaMKⅡδ在血管重塑中確切的分子機(jī)制尚不清楚。

2.1CaMKⅡ與血管平滑肌細(xì)胞增殖大量研究證實(shí)Ca2+信號(hào)通路和CaMKⅡ參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用siRNA技術(shù)抑制CaMKⅡδ的表達(dá)或突變CaMKⅡδ2抑制CaMKⅡ活性，在細(xì)胞周期中通過影響G2/M期轉(zhuǎn)化，抑制VSMC增殖[4]。近期研究顯示，體外培養(yǎng)CaMKⅡδ基因敲除小鼠VSMC，其增殖速度落后于對(duì)照組。更有證據(jù)表明，CaMKⅡδ影響G2/M周期轉(zhuǎn)化是依賴于p53和p21基因表達(dá)[5]。因此，下調(diào)CaMKⅡδ的表達(dá)可能是由于阻止VSMC通過細(xì)胞周期中的G1/S限制點(diǎn)，使其不能進(jìn)入S期來實(shí)現(xiàn)其抑制VSMC增殖的作用，但機(jī)制尚不清楚。

2.2CaMKⅡ與血管平滑肌細(xì)胞遷移CaMKⅡ可被多種理化因素激活，如血小板衍生生長(zhǎng)因子等。用藥物或siRNA來抑制CaMKⅡδ可阻止VSMC的遷移，激活CaMKⅡ能促進(jìn)VSMC極化[6]。因此，在細(xì)胞遷移過程中，CaMKⅡ的表達(dá)和定位可以協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的活動(dòng)。CaMKⅡ可能間接地與其他細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子相互作用而影響細(xì)胞遷移。在VSMC中將CaMKⅡ加入到活化的ERK1/2途徑中可以應(yīng)對(duì)Ca2+依賴性激活，它的影響依賴于src-家族酪氨酸激酶的活性，PYK2，EGF受體酪氨酸激酶的轉(zhuǎn)錄激活。激活Rac通路和在單層刮傷實(shí)驗(yàn)中高爾基體分化時(shí)，在VSMC中也發(fā)現(xiàn)CaMKⅡδ表達(dá)增高[6]。黏著斑激酶(FAK)通過Rac、酪氨酸激酶及ERK1/2信號(hào)通路使細(xì)胞遷移[7]，因此CaMKⅡ也許是其潛在的靶基因，但導(dǎo)致細(xì)胞遷移的具體機(jī)制尚且未知。

2.3 CaMKⅡ與血管平滑肌細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄CaMKⅡ在細(xì)胞核內(nèi)有活性，能識(shí)別Ca2+信號(hào)的頻率、幅度和持續(xù)時(shí)間，是介導(dǎo)細(xì)胞核鈣調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵因子。VSMC上存在的多種鈣離子相關(guān)通道與血管重塑性疾病相關(guān)聯(lián)，如L-型鈣離子通道、TRPC、鈣庫(kù)上IP3R通道及鈣激活的鉀通道等。在合成表型細(xì)胞中激活K+通道、IP3受體和TRPC通道，可以使相應(yīng)的促細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的基因轉(zhuǎn)錄[8]。Ca2+信號(hào)在激活轉(zhuǎn)錄耦合的模型中可能是通過調(diào)節(jié)Rho/ROCK、磷酸酶和CaMKs途徑。但CaMKⅡ具體調(diào)節(jié)VSMC基因轉(zhuǎn)錄機(jī)制仍未知。

CaMKⅡ潛在的轉(zhuǎn)錄因子的靶點(diǎn)之一是環(huán)磷酸腺苷(cAMP)反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)。CREB可被蛋白激酶A、蛋白激酶C和CaMK等磷酸化。CREB不僅介導(dǎo)胞內(nèi)cAMP的轉(zhuǎn)錄信息，同時(shí)也介導(dǎo)胞內(nèi)鈣的轉(zhuǎn)錄[9]。CREB表達(dá)的下調(diào)與一些血管疾病有關(guān)，暗示它在調(diào)節(jié)正常VSMC功能中起到重要的作用。有報(bào)道稱[10]，VSMC基因轉(zhuǎn)錄是依賴Ca2+途徑激活CREB導(dǎo)致的，并且在凝血酶的刺激下，CREB1與細(xì)胞增殖活性呈正相關(guān)。在體外實(shí)驗(yàn)中，CaMKⅡ與CaMKⅣ能使CREB的Set133磷酸化，利用反義寡核苷酸或同源基因重組使CaMKⅣ失活，最大限度阻止了CREB的Ser133B磷酸化反應(yīng)。CaMKⅣ的活性與CREB的Ser133磷酸化與去磷酸化呈現(xiàn)出較好的時(shí)間相關(guān)性[11]。

CaMKⅡ通過促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路，激活肌球蛋白輕鏈激酶，肌球蛋白輕鏈20磷酸化，使VSMC對(duì)收縮張力反應(yīng)性增加[12]。研究表明，抑制大鼠VSMC中CaMKⅡ活性，導(dǎo)致對(duì)血管緊張素Ⅱ刺激的肥厚增生性反應(yīng)減弱，這一過程可能是CaMKⅡ調(diào)控HDAC4/MEF2信號(hào)通路所致[13]。此外，在CaMKⅡN基因敲除小鼠模型上，損傷一側(cè)頸動(dòng)脈后會(huì)引起新生內(nèi)膜形成減少。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CaMKⅡ能夠激活A(yù)kt/Mdm2信號(hào)通路，通過抑制p21表達(dá)，調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖，刺激血管損傷后新生內(nèi)膜的形成[5]。

3靶向CaMKⅡ研究進(jìn)展

在心血管疾病動(dòng)物模型中，CaMKⅡ的表達(dá)和活性均明顯增加。因此，通過抑制CaMKⅡ的表達(dá)可減少心血管疾病的病死率，CaMKⅡ的抑制劑包括化學(xué)合成的抑制劑、生物合成的抑制性多肽三磷酸腺苷(ATP)及抑制性蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)CaMKⅡ抑制劑能夠降低血管細(xì)胞黏附分子-1的表達(dá)，推測(cè)抑制CaMKⅡ可延緩動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生；鈣調(diào)蛋白物特異性抑制劑(AIP)是一種新合成的多肽類物質(zhì)，1 μmol/L AIP就可以完全抑制CaMKⅡ的活性[14-15]。

MicroRNAs(miRNAs)是一類非編碼小RNA，在許多疾病發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。VSMC中存在大量的miRNAs，它們參與了血管重塑過程中多種細(xì)胞應(yīng)答過程。其中miR-21是參與血管重塑的一個(gè)重要的miRNA，在VSMC和內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)揮關(guān)鍵作用[16]。通過miRNA抑制劑調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)水平亦可間接治療血管重塑，但目前合成的miRNA抑制劑在活體水平的轉(zhuǎn)入技術(shù)需要更深入的證明和評(píng)估。

4展望

血管重塑是一個(gè)復(fù)雜過程，與血管平滑肌細(xì)胞異常增殖和遷移具有密切關(guān)系，但確切機(jī)制尚不清楚。目前研究表明CaMKⅡ?qū)ζ交〖?xì)胞收縮、生長(zhǎng)和遷移起重要作用。因此，CaMKⅡ抑制劑有望成為一類有效治療心血管疾病的藥物。隨著對(duì)CaMKⅡ的深入研究，將進(jìn)一步明確其在心血管疾病發(fā)生和發(fā)展中的重要作用，為臨床疾病的治療提供新的思路和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]Morla AO，Mogford JE.Control of smooth muscle cell proliferation and phenotype by integrin signaling through focal adhesion kinase[J].Biochemical and Biophysical Research Communications，2000，272(1)： 298-302．

[2] Peng W，Zhang Y，Zheng M，et al.Cardioprotection by CaMKⅡ-deltaB is mediated by phosphorylation of heart shock factor 1 and subsequent expression of inducible heat shock protein 70[J]. Circulation Research，2010，106(1)：102-108.

[3]Singer HA.CaMKⅡ function in vascular remodeling[J].Physiol，2012，590(6)：1349-1356.

[4]House SJ， Ginnan RG， Armstrong SE，et al.Calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ-δ isoform regulation of vascular smooth muscle cell proliferation[J]. Am J Physiol Cell Physiol，2007，292(6)：C2276-C2287.

[5]Li W，Li H，Sanders PN，et al.The multifunctional CaMKⅡδcontrols neointima formation after carotid ligation and VSMC proliferation through cell cycle regulation by p21[J].Biol Chem，2011，286(10)： 7990-7999.

[6]Ginnan R，Singer HA. CaM kinase Ⅱ-dependent activation of tyrosine kinases and ERK1/2 in vascular smooth muscle[J].Am J Physiol Cell Physiol，2002，282(4)：C754-C761.

[7] Webb DJ，Donais K， Whitmore LA，et al. FAK-Src signaling through paxillin， ERK and MLCK regulates adhesion disassembly[J].Nat Cell Biol，2004，6(2)：154-161.

[8] 李慧穎，張毅，楊紹松，等.平滑肌細(xì)胞鈣離子相關(guān)通道與血管重構(gòu)性疾病 [J].心臟雜志， 2011，2(6)：807-810.

[9]李麗，李家富.CREB磷酸化在心肌肥厚作用中的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述， 2008，14(1)：43-45

[10]Tokunou T， Ichiki T， Takeda K，et al.cAMP response element-binding protein mediates thrombin-induced proliferation of VSMC[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2001，21(11)， 1764-1769.

[11]Lemrow SM， Anderson KA， Joseph JD， et al.Catalytic activity is required for calcium/calmodulin-dependent protein kinaseⅣ to enter the nucleaus[J]．J Biol Chem， 2004， 279(12)： 11664-11671．

[12]Silfani FN， Freeman EJ. Phosphloinositide 3-kinase regulates angiotensin 11-induced cytosolic phospholipase A2activity and growth in vascular smooth muscle cells[J]．Arch Biochem Biophys，2002， 402(1)： 84-93．

[13] Li H， Li W， Gupta AK，et al.Calmodulin kinase Ⅱ is required for angiotensin Ⅱ-mediated vascular smooth muscle hypertrophy[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2010， 298 (2)： H688-H698.

[14]侯軍，施菊妹.鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ及其抑制劑在細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控中的作用及機(jī)制 [J].國(guó)際輸血及血液學(xué)雜志，2012， 35(1)：70-73.

[15]逯星竹，畢學(xué)苑，于曉江，等.鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ與心血管疾病的研究進(jìn)展 [J].生理科學(xué)進(jìn)展，2014，45(1)：32-36.

[16]Yang G， Pei Y， Cao Q， et al.MicroRNA-21 represses human cystathionine gamma-lyase expression by targeting at specificity protein-1 in SMC[J]. Cell Physiol， 2012， 227(9)：3192-3200.

(本文編輯薛妮)

中圖分類號(hào)：R329.2R256.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10．3969/j．issn．1672-1349．2016．08．015

文章編號(hào)：1672-1349(2016)08-0846-03

(收稿日期：2015-09-27)