胞外信號調(diào)節(jié)激酶5與心血管疾病關(guān)系的研究進展

王建茹　劉　萍

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院，上?！?00032)

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·綜述·

胞外信號調(diào)節(jié)激酶5與心血管疾病關(guān)系的研究進展

王建茹劉萍

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院，上海200032)

〔關(guān)鍵詞〕胞外信號調(diào)節(jié)激酶5；心血管疾??；信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)5是MAPK家族新發(fā)現(xiàn)的成員。ERK5在哺乳動物的不同組織中廣泛表達，具有調(diào)控細胞增殖、遷移、分化、衰老、凋亡等多種功能，其中包括內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、巨噬細胞等。它參與了氧化應(yīng)激、剪切力、缺血、低氧、炎癥等刺激信號的傳導(dǎo)，在血管的發(fā)育、維持心血管完整性、心肌的分化增殖以及心血管系統(tǒng)發(fā)育等方面都發(fā)揮著重要作用，與許多心血管疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切關(guān)系〔1〕。

1ERK5的簡介

ERK5基因(也叫MAPK7)定位于人染色體17p11.2，全長5.824 kb，是一個由2 451個堿基對組成的開放閱讀框，可以編碼成816個氨基酸的蛋白質(zhì)，其分子量約為102 kDa〔2〕。

基因序列分析顯示，ERK5的激酶區(qū)與 ERK1/2 分子有66%的序列同源性，該區(qū)含有TEY序列，上游激酶(MEK5)通過雙磷酸化TEY序列激活ERK5。ERK5的C端轉(zhuǎn)錄激活區(qū)可以完成自身磷酸化，從而保證其直接調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，在傳統(tǒng)MAPKs中，這一功能是ERK5所獨有的。此外，研究證明刪除C末可端導(dǎo)致ERK5激酶活化增強，這提示ERK5的C末端具有自我抑制的功能〔3〕。

與傳統(tǒng)的MAPK信號通路一樣，ERK5信號通路也是執(zhí)行三級酶促級聯(lián)反應(yīng)，即各種刺激因素→MAPKKK(MEKK2/3)→MAPKK(MEK5)→MAPK(ERK5)。該通路胞外刺激因素有應(yīng)激刺激(包括氧化應(yīng)激、滲透壓、高滲震動、流體剪切力、氧化應(yīng)激、高糖、缺血、低氧、紫外線、電離輻射)、生長因子(包括EGF、FGF2、VEGF、NGF、PDGF、BDNF、TGF-β)、細胞因子(LIF、IL-6)、血清、佛波醇酯等〔4～9〕。激活的MEKK2/3可以特異性的使MEK5的Ser311/Thr315磷酸化，激活MEK5。MEK5對ERK5具有高度的特異性，是其唯一的上游激酶，對其它MAPK家族成員沒有激活作用。MEK5有兩個同分異構(gòu)體即MEK5α和MEK5β，MEK5α與ERK5結(jié)合，通過雙磷酸化激活ERK5，而MEK5β則通過阻斷MEK5α與ERK5的結(jié)合對ERK5信號通路起著負性調(diào)節(jié)作用?；罨腅RK5即可通過磷酸化其羧基端的殘基，增強自身的轉(zhuǎn)錄活性，同時又可使MEK5廣泛磷酸化，反饋調(diào)節(jié)自身的磷酸化過程?；罨腅RK5從胞漿轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，并與其下游底物結(jié)合發(fā)生磷酸化反應(yīng)，從而將胞外刺激信號傳到細胞核內(nèi)。研究報道現(xiàn)已證實的ERK5信號通路的底物主要有MEF2家族成員(A、C、D)、c-Myc、Sap-1a〔1,4,7〕、 SGK、BAD(Bcl2)、Cx43、〔6,7〕、 CREB、PKB、PP2A、MKP3〔4〕、c-Fos、Fra-1、AP-1〔7〕、HIF1-α、LKLF、PPARγ〔10〕、KLF2、4〔11〕、p90RSK〔2〕、Bim〔12〕、Nrf2〔13〕、NFATc4〔14〕等。通過三級酶促級聯(lián)反應(yīng)將刺激信號傳到細胞核內(nèi)，ERK5激活其下游底物，介導(dǎo)底物的轉(zhuǎn)錄、表達，調(diào)控著廣泛的生物學(xué)過程。

2ERK5與心血管疾病

2.1ERK5與高血壓現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認為高血壓的發(fā)病與交感神經(jīng)系統(tǒng)、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)的活化、氧化應(yīng)激增強、血管張力增高以及血管壁重塑等有關(guān)。血管內(nèi)皮平滑肌細胞(VSMCs)的狀態(tài)和功能變化影響和調(diào)控著血管的結(jié)構(gòu)和功能，VSMCs的增殖、肥大及凋亡異常導(dǎo)致血管變窄、管壁增厚是高血壓發(fā)病的機制之一。在RAAS系統(tǒng)中，血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)是高血壓血管重塑的重要調(diào)控因子，不僅具有收縮血管的作用，還能促進血管平滑肌細胞增殖、肥大以及誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。研究證實ERK5在保持血管結(jié)構(gòu)完整性及VSMC的增殖方面發(fā)揮著重要作用〔15〕。Zhao等〔16〕報道AngⅡ可以以時間劑量依賴的方式，快速使ERK5的Thr218/Tyr220殘基磷酸化，從而激活下游的MEF2C導(dǎo)致人主動脈平滑肌細胞增殖，然而使用siRNA技術(shù)沉默ERK5后細胞增殖則被抑制，這闡述了高血壓發(fā)病的一個新的分子機制并提示調(diào)控ERK5的活性可能成為治療高血壓血管重構(gòu)提供了新的治療靶點。另外，參與VSMCs增殖調(diào)控的基因主要有c-myc、c-fos、c-jun等，而這些基因又與ERK5信號通路密切相關(guān)。

2.2ERK5與心肌肥厚心肌肥厚是心臟對各種不同的刺激因素所產(chǎn)生的適應(yīng)性反應(yīng)，在早期具有代償意義，但長時間的心肌肥厚可使心肌細胞凋亡、心肌功能障礙導(dǎo)致心力衰竭、心律失常甚至死亡。研究證明ERK5參與了心肌肥厚的病理過程。Kimura等〔17〕報道ERK5基因敲除的小鼠，心肌肥厚及纖維化被抑制，而Bad、p53蛋白水平和心肌細胞凋亡卻增加，證明ERK5在心肌肥厚的重塑與心肌細胞存活中的重要作用是通過調(diào)控MEF2的活性來實現(xiàn)的。Chen等〔18〕報道，比較5～6個月的Zucker肥鼠與Zucker瘦鼠，兩者在全心重量、左心室重量、全心重量與脛骨長度比、超聲心動圖室間隔、左室后壁厚度、心肌形態(tài)學(xué)變化和收縮期血壓以及IL-6、MEK-5、ERK-5、p-ERK 5等蛋白表達水平方面前者高于后者，這說明 IL-6/MEK5/ERK5通路在Zucker肥鼠體內(nèi)被激活，參與了心肌肥厚的病理變化。心肌肥厚是一個復(fù)雜的病理過程，有多種神經(jīng)體液因子、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及基因表達參與。研究顯示Ang-II、ET-1、兒茶酚胺等多種神經(jīng)內(nèi)分泌因子參與了心肌肥厚的病理過程〔19〕。Ang-Ⅱ可以使磷酸稀酮式丙酮酸羧激酶(PCKε)和ERK5磷酸化，從而導(dǎo)致MEF2C活化和大鼠心肌細胞肥厚，說明Ang-Ⅱ/PCK/ERK5/MEF2C參與了心肌肥厚的病理過程；也有報道Ang-Ⅱ可激活Gαq/PKCζ/ERK5通路，在心肌肥大及心肌纖維化的過程中發(fā)揮重要作用〔20〕。Chu等〔20〕報道內(nèi)皮素(ET-1)誘導(dǎo)黏著斑激酶-S910(FAK-S910)磷酸化參與了Src /MEK5/ERK5和PKCδ/MEK5/ERK5兩個信號通路，局部黏著斑激酶(FAK)絲氨酸磷酸化在心肌肥厚中細胞伸長和新肌節(jié)合成具有重要作用。肝素結(jié)合表皮生長因子(HB-EGF)在多種細胞中都有表達，其中包括心肌細胞，可被Ang-Ⅱ、ET-1和心肌中不同的生長因子反式激活，又可被α-腎上腺素體激動劑苯腎上腺素增強在心肌中的表達，并可通過PI3K-Akt、MAPK、JAK-STAT通路誘導(dǎo)心肌肥厚〔2〕。Lee等〔21〕報道HB-EGF與EGF受體結(jié)合刺激ERK5-MEF2A-COX-2信號通路誘導(dǎo)心肌細胞肥厚。

2.3ERK5與動脈粥樣硬化(AS)普遍認為AS是一種病因多樣性和病機復(fù)雜性的疾病，由內(nèi)皮功能障礙啟動，然后單核細胞滲透到動脈壁、泡沫細胞形成、平滑肌細胞增殖，其病理改變涉及炎癥反應(yīng)、內(nèi)皮細胞功能障礙、巨噬細胞的功能障礙、平滑肌細胞增殖等〔22～24〕。

平穩(wěn)層流剪切力通過激活ERK5抑制內(nèi)皮細胞的凋亡，從而表現(xiàn)出抗AS的作用，持續(xù)性激活的MEK5可活化ERK5促進內(nèi)皮細胞的活性和減少凋亡，顯性負調(diào)節(jié)ERK5可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞的凋亡，增加內(nèi)皮滲透性和斑塊的不穩(wěn)定性〔4〕。有學(xué)者報道KLF4與KLF2均參與了平穩(wěn)層流介導(dǎo)的MEK5/ERK5/MEF2 通路，在抗炎、調(diào)節(jié)內(nèi)皮穩(wěn)定等方面具有重要作用〔11，25〕。同時，平穩(wěn)層流也可介導(dǎo)ERK5/Nrf2信號通路，在抗AS中發(fā)揮著重要作用〔13〕。另外，Komaravolu等〔26〕報道ERK5通過KLF2下調(diào)p21激活激酶-1抑制內(nèi)皮細胞的遷移，驗證存在ERK5/KLF2/PAK1 這一先前未被發(fā)現(xiàn)的信號軸。Heo 等〔27〕報道巨噬細胞ERK5的活化不僅可以增加大量抗動脈粥樣硬化分子的表達如調(diào)理素以及巨噬細胞上的“食我”和“尋我”信號分子，還可以促進M2型分化狀態(tài)，而去除巨噬細胞的ERK5后，M1型基因表達增加，促進AS斑塊的形成并削減晚期斑塊纖維冒的厚度。血管平滑肌的增殖和遷移在AS的進展過程中至關(guān)重要，研究證明ERK5通過PDGF/Gab1/SHP-2/MEK5-ERK5信號通路在血管平滑肌的增殖和遷移發(fā)揮著作用〔28〕。

2.4ERK5與心肌缺血/再灌注目前，ERK5在心肌缺血/再灌注方面的研究較少，但已經(jīng)證實ERK5對心肌缺血/再灌注具有保護作用。Takeishi等〔29〕報道缺血預(yù)處理能瞬間活化ERK5，其不僅使ERK5活化增加近3倍，還可使活化高峰盡快出現(xiàn)。Cameron等〔30〕通過建立心肌特異的MEK5α的結(jié)構(gòu)活性形式即CA-MEK5-α轉(zhuǎn)基因(Tg)小鼠并遭受缺血/再灌注，發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比Tg小鼠心室內(nèi)內(nèi)源性的ERK5激活以及connexin 43的磷酸化增加了3到4倍，并伴有caspase-3活化下降的現(xiàn)象，CA-MEK5α-轉(zhuǎn)基因小鼠的心臟收縮功能恢復(fù)顯著提高并且缺血/再灌注后損傷降低。以上研究雖已證實ERK5在心臟缺血再灌注損傷中具有心肌保護作用，然而其具體機制尚不清楚，大致機制可能與ERK5的活化拮抗心肌細胞凋亡、誘導(dǎo)Cx43磷酸化及激活PPARγ有關(guān)〔30〕。

2.5ERK5與心力衰竭大量的證據(jù)表明由細胞凋亡導(dǎo)致的心肌細胞的損傷可以使心肌肥厚轉(zhuǎn)向心力衰竭，并可以顯著地加重心力衰竭的發(fā)生，流行病學(xué)證明心肌細胞的凋亡在心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展過程中是一個重要的病理變化〔31〕。研究證實PDE3A的下調(diào)和ICER的上調(diào)(即PDE3A/ICER反饋環(huán))在心肌細胞凋亡的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用，可促進心肌細胞的凋亡〔32〕。Yan等〔32〕報道體外實驗顯示IGF-1可以誘導(dǎo)ERK5活化，可通過ERK5/MEF2的活化抑制PDE3A/ICER反饋環(huán)并降低異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心肌細胞的凋亡，同時建立CA-MEK5-α轉(zhuǎn)基因小鼠模型，心肌特定的CA-MEK5-α表達逆轉(zhuǎn)了壓力負荷過度或阿霉素導(dǎo)致的PDE3A的下調(diào)和ICER的上調(diào)，抑制了心肌細胞的凋亡和隨之的心肌功能障礙，這表明活化的ERK5通過抑制PDE3A/ICER反饋環(huán)的途徑，抑制心肌細胞凋亡的進展，指出了一個治療晚期心力衰竭的新的切入點。Woo等〔31〕報道采用CA-MEK5-α轉(zhuǎn)基因小鼠和雜合子CHIP+/-小鼠證明ERK5-CHIP信號通路通過降低ICER的表達可抑制心肌細胞的凋亡。然而，Takeishi等〔33〕報道在人心力衰竭的過程中，ERK5的活化顯著下降，同時心力衰竭的動物模型也表現(xiàn)出ERK5的活化顯著下降。Kacimi等〔34〕報道采用高血壓、慢性充血性心力衰竭的遺傳模型，左心室肥厚時ERK5活性增加，而在慢性充血性心力衰竭時ERK5水平恢復(fù)正常。因此，在心力衰竭中ERK5的活化及其可能的心肌保護機制仍需探討。

3展望

綜上所述，ERK5在許多心血管疾病中扮演著重要的角色，是一個非常重要的研究方向。現(xiàn)階段，有關(guān)ERK5在心血管疾病中的作用有了一定程度的認識，但是仍然存在著一些問題。比如ERK5在心肌缺血/再灌注損傷中的具體機制，心力衰竭尤其是心肌肥厚導(dǎo)致的心力衰竭中ERK5的活化及其可能的心肌保護機制。另外，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是包括心血管疾病在內(nèi)的多種臨床疾病發(fā)生、發(fā)展機制的重要因素，涉及心血管疾病的信號通路繁多且復(fù)雜，各信號通路之間還存在著信號串?dāng)_等錯雜關(guān)系。在心血管疾病的發(fā)病機制中，ERK5信號通路與其他信號通路之間的相互作用有待深入探討。深入研究ERK5在不同心血管疾病中的作用，同時考慮ERK5信號通路與其他MAPKs家族甚至其他信號通路之間的相互作用，將有助于進一步闡釋多種心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展機制，能更好地解釋臨床有效的治療藥物和措施的干預(yù)靶點，并為心血管疾病的防治提供新的方法和思路。

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〔2015-12-27修回〕

(編輯袁左鳴)

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(No.81573739)

通訊作者：劉萍(1966-)，女，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，主要從事中西醫(yī)結(jié)合防治心血管疾病的研究工作。

〔中圖分類號〕R54

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)13-3315-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.13.109

第一作者：王建茹(1988-)，男，在讀博士，主要從事中西醫(yī)結(jié)合心血管疾病的診療和預(yù)防工作。