RhoRho激酶与心血管疾病

Rho/Rho激酶与心血管疾病摘要：Rho蛋白是一种三磷酸鸟苷(GTP)结合蛋白，Rho激酶(ROCK)是最早发现的Rho效应物，Rho/
Rho激酶信号通路是体内普遍存在的一条信号通路,它通过调节细胞内肌动蛋白骨架的聚合状态而扮演着
分子开关
的角色,参与细胞形态维持、细胞粘附与迁移、细胞增殖与凋亡、基因转录、平滑肌收缩等多种生物学行为。研究发现，Rho/Rho激酶与心血管疾病有关，如冠状动脉粥样硬化性心脏病高血压心力衰竭等，其抑制剂可以治疗许多心血管疾病，目前已经在临床上应用该文对Rho/Rho激酶与心血管疾病关系予以综述。关键词:Rho/Rho激酶心血管疾病Rho激酶抑制剂StudyontheCorrelationbetweenＲho/ＲhoKinaseandCardiovascularDiseasesWANGHongleiAbstract:RhoproteiniskindofGTPbindingprotein.Rhokinase(ROCK)isaRhoeffectortheearliestdiscovered.Rho
/Rho-kinasesignalngpathwayisaubiquitousoneinvivo.Itplaysaroleof
molecularswitch
byregulatingthepolymeticstateofintracellularactincytoskeletonandparticipatesintheregulationofvariouscellularfunctions,includingcellpolarity,celladhesionandmigration,cellproliferationandapoptosis,genetictranscription,smoothmusclecellcontraction.StudieshaveshownthatRho/Rhokinaseiscorrelatedwithcardiovasculardiseases,suchascoronaryheartdisease(CHD),hypertension,heartfailure,etc.anditsinhibitorfasudilcanbeusedintreatingmanykindsofcardiovasculardiseasesinclinicalpractice.HereistomakeareviewofthecorrelationbetweenRho/Rhokinaseandcardiovasculardiseases.Keywords:Rho/RhoKinaseCardiovasculardiseaseRhokinaseinhibitor1Rho蛋白生物学效应1.1Rho蛋白分类Rho蛋白是一种小分子三磷酸鸟苷(guanosinetriphosphate，GTP)结合蛋白，为Ras超家族中的一个亚群，分子量为20~30kDa，是由约200~300个氨基酸组成的只有一个亚基的信号多肽[1]。它广泛分布于哺乳动物的组织细胞中，被称为小G蛋白超家族，.哺乳动物Rho家族至少有10个成员，包括Rho(异构体A至E、G)、Rac(异构体1~3)、Cdc42和TC10[2]，RhoGTP酶家族是细胞表面的信号链接到多个细胞内反应的细胞内信号传感器。除了控制细胞间粘附，极化，囊泡运输和细胞周期，它们最出名的是其在调节细胞迁移所需的肌动蛋白动力学的作用［3］。它们通过动态调节肌动蛋白骨架来影响细胞的多态性和细胞的分裂增殖，而Rho在介导抑制轴突再生，引起生长锥塌陷过程中起着重要作用。1.2Rho蛋白结构与活性调控Rho蛋白和其他的小G蛋白一样，具有保守的GTPase结构域、GTP/GDP结合域和效应物结合域[4]。另外Rho蛋白还有一个经翻译后修饰的C末端,这个脂质末端与一些调节因子以及膜结构相互作用,如细胞膜、包涵体和高尔基体等.Rho蛋白在细胞内与GTP和GDP有高度的亲和力,并且具有低水平的内在GTPase活性[5]Rho蛋白活性受3种细胞因子调节(1)鸟苷酸交换因子(guaninenucleotideexchangefactorsGEFs):调控小Ｇ蛋白GDP/GTP的转换,GTP通过其Ｃ端与特异性靶区作用而定位于胞膜，
（2）GTP酶激活蛋白(GTPaseactivatingproteins,GAPs),提高RhoGTPase的内在GTP酶活性,加速GTP酶的水解,使Rho蛋白恢复到GDP结合的失活状态;(3)GDP解离抑制因子(GDPdissociationinhibitors,GDIs)抑制GDP/GTP的转换和GTP的水解,从而抑制Rho蛋白的激活[6]。Rho蛋白具有GTP酶活性，在细胞信号转导通路中以GTP结合形式(活性状态)和二磷酸鸟苷结合形式(非活性状态)存在，通过二者间相互转换引发或终止细胞级联活化反应，产生多种生物学效应。2Rho激酶2.1Rho激酶的结构和分类迄今利用酵母双杂交体系和亲和层析法已鉴定出50多种Rac，Rho，Cdc42的下游效应物和靶蛋白[7]。一类有代表性的效应物是Rho激酶家族。其中最早发现的Rho激酶又称Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶(Rhoassociatedcoiled-coilformingproteinserine/threoninekinase，ROCK)是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，其一级结构自N端依次含有激酶催化结构域(kinasedomain/catalyticdomain，CD)、Rho蛋白结合结构域(Rho-bindingdomain，RBD)、PH结构域(pleckstrin-homologydomain)和半胱氨酸富集结构域(cysteine-richrepeatdomain，CRD)(图1A)，ROCK的晶体结构已经阐明，机体的ROCK以同源二聚体的形式存在，静息状态下没有活性，二聚体的形成通过PH结构域相互缠绕实现(图1B，C)[5]ROCK全片段的晶体结构也已经构建。图1A:ROCK的一级功能结构；B:ROCK的晶体结构；C:ROCK整体结构示意图Rho激酶有ROCK1(ROCKβ)和ROCK2(ROCKα)两种异构体;人类ＲOCK1与ＲOCK2基因分别定位在第18号染色体和第2号染色体上［8］，两者在氨基酸序列中的表达有65%相似，在它们表达的激酶域中有92%相似。ROCK1与ROCK2分布广泛，普遍表达在各种组织，大脑和骨骼肌以ROCK2表达为主，在肺脏肝脏脾脏肾脏和睾丸以ROCK1表达为主［9］，在血管平滑肌和心脏，两种蛋白均有表达[10]。生物化学分离技术分离发现，Rho激酶绝大部分分布在细胞质内，并且用免疫细胞化学技术能够发现Rho激酶遍布细胞溶胶。当细胞转染RhoGTP或用生长因子刺激以后，部分Rho激酶易位到细胞膜上。2.2Rho激酶活性的调节机制Rho激酶是一种GTP结合蛋白的重要效应分子，可以通过Rho/Rho激酶信号通路参与细胞的多种生理功能及细胞过程。静息状态下的ROCK没有酶活性，因为ROCK的激酶活性存在一种自我抑制机制，C末端为激酶活性负调节区域，因为C末端折回其催化结构域，形成自动抑制环，使ROCK处于非活性状态。即ROCK的RBD，PHD和CRD等结构域能通过一种返折机制将ROCK的催化活性中心覆盖，使其不能与ATP及其下游底物大分子多肽/蛋白结合。在生理条件下当结合GTP的Rho与RBD结合，改变了ROCK的空间结构，破坏催化结构域与C末端之间的负调节相互作用，活性中心暴露从而表现催化活性，使激酶活化，对细胞外信号作出反应。研究表明，RhoA结合的RBD晶体结构是平行的卷曲螺旋二聚体，即整个激酶也是二聚体，这表明蛋白质低聚化可以调节ROCK的活性，可能是通过N末端的转磷酸作用。除此之外。其他物质如花生四烯酸(arachidonicacid，AA)、神经磷酸胆碱，它们可以直接激活ROCK，而不依赖Rho。另外参与细胞凋亡的caspase-2，3（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-cysteinylaspartatespecificproteinase）也能将ROCK(ROCKI)的返折部分水解[11]，切掉ROCK
C末端的自动抑制结构域，从而激活ROCK
。3Rho/Rho激酶与心血管疾病3.1Rho/Rho与高血压动脉高血压是一个主要的危险因素，是最常见的心血管疾病之一。由于血管收缩的增加和动脉壁重塑引起的周围血管阻力增加导致高的动脉压的水平。此外，心输出量增加，降低了肾钠/水排泄和一个扭曲的CNS用于血压调节是高血压发病机制的关键组成部分。许多因素，特别是肾素血管紧张素-醛固酮系统和活性氧（ROS）在高血压病理生理学牵连[12-13]另一方面，心血管细胞在各种压力，如压力，舒展，缺氧和血管紧张素Ⅱ影响下产生ROS导致血管氧化还原状态的变化;这些变化进而激活特定的信号通路导致平滑的肌肉收缩和增殖，诱导炎症反应和内皮依赖性舒张的损害[14]。血管平滑肌的收缩状态决定血管腔的大小，血管平滑肌紧张度的异常增大参与了血管疾病的发生机制。更好地理解调节血管紧张度的分子机制对于为预防和治疗血管疾病是至关重要的。高血压最重要的发病机制就是血管阻力的增加，但是其分子机制还未完全阐明。Rho／Rho激酶信号通路可以通过对VSMC(血管平滑肌细胞)的各种作用介导血管紧张度的改变，调节血管阻力甚至参与高血压的发生和发展[15]。ROCK信号的动脉高血压中的作用已被广泛使用研究，ROCK抑制剂如Y27632和舒地尔对各种高血压模型大鼠给药，均有显著的降压作用，而对正常大鼠血压无影响，总之，Rho激酶在高血压患者血压升高的发病机制中具有重要的作用［16］长期给予Rho激酶抑制剂法舒地尔等可显著抑制血压的升高。3.2Rho/Rho激酶与肺高血压肺动脉高压（PH）是一种无法治愈的疾病，本病的特点是持续的血管收缩，渐进血管重塑和不可逆的右心脏功能不全。而缺氧性肺血管收缩（HPV）是已知的导致的上升肺动脉压的主要病理生理学因素，生物机制导致HPV和血管重塑是多重的[17]。它被认为是分子间的相互作用和交叉参与PH的发病机制，扰动物质控制血管张力，细胞生长和细胞凋亡之间的生理平衡[18]。有研究表明，Rho/RhoA的通路及其下游效应物，Rho激酶（ROCK-1和ROCK-2）信号通路在不同的肺动脉高压（PH）的实验模型中，包括慢性缺氧，野百合碱，博莱霉素，分流和血管内皮细胞生长因子受体的抑制作用以及慢性缺氧引起的PH的发病机制中起重要作用[19]。肺动脉高压与低氧，内皮功能障碍，血管平滑肌细胞和过度收缩相关增殖，增强ROS产生和炎性细胞迁移，对于其中Rho激酶是基本上参与。另外有研究表明长期用法舒地尔治疗会抑制野百合碱诱导大鼠的肺动脉压和小鼠缺氧诱发的肺动脉高压的发生[20]。3.3Rho/Rho激酶与动脉粥硬化动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)的特征是慢性炎症，脂质积聚和动脉壁的纤维化，从而导致斑块的积聚，从而导致平滑肌收缩功能的递减和内皮松弛。对于动脉粥样硬化目前公认的发病机制是“损伤反应学说”ET（内皮细胞endothelialcell，ET）受损是AS发生的始动因素，巨噬细胞血管平滑肌细胞的增殖和迁移在AS中起到重要的作用[21]多项动物研究已经证明，ROCK对于动脉粥样硬化的多个炎症步骤是关键的，而且ROCK选择性抑制剂会导致eNOS(内皮一氧化氮合酶endothelialNOsynthaseeNOS)的表达上调，血管炎症减少，并减少动脉粥样硬化斑块的形成[22-23]使用加速动脉粥样硬化的小鼠模型中，诸如载脂蛋白E缺陷小鼠，观察到在主动脉中动脉粥样硬化的早期阶段依赖ROCK的平滑肌收缩增加（不改变ROCK表达式）动脉粥样硬化病变的形成过程中，ROCK活性，正如ERM磷酸化所指示的一样，可以通过Y27632处理受到抑制，在某些区域和细胞类型包括内皮细胞，脂肪细胞外膜周和巨噬