Rho／ROCK信號通路與神經系統(tǒng)疾病

王松林（綜述） 劉學源（審校）

Rho／ROCK是機體各組織中普遍存在的一條信號轉導通路，介導的信號通路參與細胞的收縮、黏附、遷移、增殖、細胞骨架的形成等多種細胞生物學行為和功能［1－2］。目前越來越多的證據表明，Rho／ROCK在神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，對Rho／ROCK信號通路的研究將為某些神經系統(tǒng)疾病的診斷治療提供新的思路。

1 Rho／ROCK信號通路的組成

Rho／ROCK信號通路的關鍵分子包括Rho GTP酶、Rho激酶（Rho associated kinase，ROCK）及其作用底物。

1.1 Rho GTP酶

Rho蛋白是一種Ras相關單體GTP酶，是由約200-300個氨基酸組成的只有一個亞基的多肽，分子量為20-30 kDa。它廣泛分布于哺乳動物的組織細胞中，被稱為小G蛋白超家族。RhoA、Racl和Cdc42是目前研究最多的Rho家族成員，其中研究比較透徹的是RhoA［3］。

許多因素可導致Rho蛋白的激活：髓鞘相關抑制因子（MAG、OMgp、Nogo）通過NgR先與p75NTR形成復合物，然后與 MAG、OMgp、Nogo結合，通過第二信使cAMP和Ca2＋激活 Rho蛋白，啟 動下游 Rho／ROCK 信 號 通路［4，5］；ERM（ezrin／radixin／moesin）家族對Rho蛋白的活化起正反饋作用［6］。C3轉移酶則通過二磷酸腺苷（ADP）使Rho蛋白失活，抑制了Rho蛋白移動到胞膜從而抑制其生物學作用［7］。

1.2 ROCK

ROCK為絲／蘇氨酸蛋白激酶，已發(fā)現的ROCK分為ROCK I（ROCKβ）和 ROCK II（ROCKα），完整的 ROCK I和ROCK II約含有1300個氨基酸，分子量約為160 KDa，其分子結構自N端依次含有激酶催化結構域（kinase domain／catalytic domain，CD）、Rho蛋白結構域 （Rho-binding domain，RBD）、PH 結構域（pleckstrin-homology domain）和半胱 氨 酸 富 集 結 構 域 （cysteine-rich repeat domain，CRD）［8，9］。

在靜息狀態(tài)下ROCK的RBD和PH區(qū)與CD區(qū)相互作用，抑制了其活性，當激活狀態(tài)的Rho蛋白主要是RhoA，激活的GTP·RhoA與RBD相互作用時改變了ROCK的構型，從而解除了RBD與PH對它的抑制，暴露ROCK的催化活性中心，即被激活。激活的ROCK發(fā)生定向轉位與肌球蛋白輕鏈（myosin light chain，MLC）靠近，將 MLC磷酸化而發(fā)生肌絲收縮作用，同時也能將肌球蛋白輕鏈磷酸酶（myosinLight chain phosphase，MLCP）磷酸化而使 MLCP失活，阻止了磷酸化的MLC脫磷酸失活，促進肌絲收縮，從而影響肌動肌球蛋白的聚合，造成生長錐萎陷、軸突回縮［10］，這一過程稱為ROCK參與MLC磷酸化的經典途徑。

ROCK I和ROCK II兩者具有高度的同源性，研究發(fā)現，ROCKⅠ主要存在于非神經組織如心臟、肺、骨胳肌等細胞；ROCKⅡ主要存在于中樞神經系統(tǒng)，如大腦皮質、海馬錐體神經元、小腦浦肯野細胞等［11］。

1.3 作用底物

MLC和MLCP是最早發(fā)現的ROCK的經典作用底物。另外，Rho激酶的底物還包括肌球蛋白磷酸酶的肌球蛋白結合亞單位（myosinbinding subunit，MBS）、ERM 家族蛋白、內收蛋白 （Adducin）、LIM激酶等。在神經系統(tǒng)中Rho／ROCK的一些作用底物包括CRMP2、vimentin、GFAP、NF、MAP2和tau等［8］。

2 Rho／ROCK信號通路與疾病

Rho／ROCK信號通路參與了細胞的多種功能，Rho和或ROCK的高表達或過度激活在多種疾病發(fā)病過程中起重要作用。Rho可以被多種細胞因子和炎應介質活化，包括血小板源性生長因子（PDGF）、轉化生長因子－β（TGF-β）、血管緊張素II（AngⅡ）、內皮素-1（ET-1）、白介素-1（IL-1）等均能激活Rho／ROCK信號通路，而這些細胞因子和血管活性物質是介導炎疾損傷與纖維組織增生性疾病發(fā)生的重要物質，Rho／ROCK信號通路整合在這些炎癥介質的受體后效應中，參與這些疾病的病理生理過程［12，13］。

Rho／ROCK信號通路參與血壓調節(jié)，研究表明Rho／ROCK信號通路參與血管緊張素Ⅱ-1型受體（AT1-R）的信號傳導［14］，同時也發(fā)現中樞神經系統(tǒng)內的Rho激酶主要分布于延髓的孤束核，應用Rho激酶抑制劑，降低孤束核ROCKⅡ的活性可使血壓持續(xù)下降［15］。Rho／ROCK參與血管平滑肌細胞DNA的合成及細胞遷移［16］，通過向下調節(jié)一氧化氮合酶（eNOS）的表達［17］，調節(jié)低密度脂蛋白的水平等機制來參與動脈粥樣硬化（AS）發(fā)展。Rho／ROCK參與正性調節(jié)細胞外基質（extraeellularmatrix，ECM）的積聚，導致肝、肺及腎間質的纖維化［18］。Rho／ROCK信號通路還與肺動脈高壓、糖尿病視網膜病變，腫瘤的發(fā)生［19－21］等疾病相關。

3 Rho／ROCK信號通路與神經系統(tǒng)疾病

3.1 Rho／ROCK與缺血性腦血管病

缺血性腦血管?。╨schemic cerebrovascular disease）是各種原因導致的血供不足導致氧氣和葡萄糖的供給不足，引起細胞內代謝失衡并通過氧化應激，炎癥反應和凋亡等多種途徑導致細胞死亡。

眾所周知，心腦血管疾病的病理基礎是AS，Rho／ROCK參與血管平滑肌細胞DNA的合成及細胞遷移，向下調節(jié)eNOS的表達，調節(jié)低密度脂蛋白的水平等機制來參與動脈血管內膜的增生、血管痙攣及狹窄的發(fā)生［16，17］。

無論是急性還是慢性缺血性腦血管病，在腦缺血的病程中，血管平滑肌的收縮導致血管狹窄都是一個重要的因素。平滑肌細胞的張力取決于胞漿內磷酸化／脫磷酸化的MLC相互轉換的動態(tài)平衡，MLC的磷酸化水平是決定平滑肌收縮程度的一個重要因素。MLC的磷酸化水平受到依賴Ca2＋／鈣調蛋（calmodulin，CaM）的肌球蛋白輕鏈激酶（myosin light chain kinase，MLCK）和鈣離子非依賴的 MLCP的雙重調節(jié)，而Rho／ROCK是一條非Ca2＋依賴的信號通路，因此通過磷酸化MLC直接激活和磷酸化抑制MLCP的活性來增加MLC的磷酸化水平，增強血管收縮力，但是導致了微循環(huán)障礙［22］，導致了腦缺血［23］。Steven等發(fā)現在急性腦梗死后的48小時血漿中MBS和P-MBS表達量明顯升高［24］。

腦血管痙孿（CVS）是蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）最嚴重的并發(fā)癥之一，常常引起嚴重的缺血性腦損害。研究發(fā)現，SAH后蛛網膜下腔的凝血塊釋放的氧合血紅蛋白，血管內皮細胞釋放的ET-1，血管周圍炎性細胞釋放的炎性因子IL-6、TNF-α等，還包括生長因子PDNF等參與了血管痙攣的發(fā)生［25，26］。其中氧合血紅蛋白由于脂質過氧化反應產生氧自由基，誘導ET-1產生并與一氧化氮（NO）結合，阻止NO的血管舒張作用，同時破壞NO合成酶使血管內皮細胞產生的NO減少，引起血管痙攣發(fā)揮著重要作用。這些細胞因子和炎性介質包括氧合血紅蛋白能激活Rho／ROCK信號通路［27］，因此進一步加重腦血管痙攣。由此也說明短暫的腦血管痙攣在短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attack，TIA）發(fā)病中的作用機制。

3.2 Rho／ROCK與阿爾茨海默病

阿爾茨海默?。ˋlzheimer＇s disease，AD）是以進行性認知功能減退包括記憶障礙和癡呆為特征的神經變性疾病，其基本病理是老年斑中心的β淀粉樣蛋白（βamylid，Aβ）沉積和神經元內的神經元纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFT）。目前研究認為，Aβ的神經毒性蓄積作用，引起腦內炎癥級聯(lián)反應、神經原纖維纏結、軸突損傷等最終導致神經元死亡，是各種原因誘發(fā)AD的共同途徑［28，29］。

在AD研究中Petratos等發(fā)現腦內Aβ可能是通過活化Rho激酶磷酸化腦衰調節(jié)蛋白-2（collap sinresponse mediator protein 2，CRMP-2干擾神經微管蛋白的聚合，從而抑制神經的生長［30］。Salminen等報道了Aβ可以阻滯蛋白激酶A（proteinkinase，PKA）并刺激ROCK介導的信號途徑，并以此途徑加強肌動蛋白微絲的解聚最終引起突觸損傷［31］。Desire等同樣指出Rho蛋白是引起Aβ產生增加的重要物質之一［32］。另外Aβ在腦內聚集發(fā)揮神經毒性作用，刺激膠質細胞釋放如IL-1、GFAP、TNFa等，這些細胞因子可以激活Rho蛋白或是Rho／ROCK的作用底物，進一步通過Rho／ROCK通路加重神經元的損傷。

在以C型尼曼－皮克病（Niemann-Pick dieases C，NPC）小鼠為模型研究神經變性性疾病中發(fā)現NPC與AD在神經元變性機制中，細胞骨架結構的破壞，NFT的形成以及膽固醇代謝障礙等方面相似［33－34］，Rho／ROCK 信號通路在 NPC小鼠神經元骨架變性中發(fā)揮著重要作用，ROCKⅡ表達在腦組織的皮層神經元、海馬的錐體細胞及小腦浦肯野神經元，在以上的部位可以使vimentin、GFAP、NF-L等磷酸化，使得中間絲蛋白解體［35，36］。

近年來發(fā)現他汀類藥物在AD的防治中發(fā)揮著重要作用，而發(fā)揮作用的途徑則是通過抑制異戊二烯化影響Rho／ROCK信號途徑，進而影響APP的代謝及Aβ的沉積。多項研究結果表明Rho／ROCK信號通路參與了他汀類藥物的多重效應及其作用機制［37］。

3.3 Rho／ROCK與多發(fā)性硬化

多發(fā)性硬化（multiple selerosis，MS）是發(fā)生在中樞神經系統(tǒng)（central nervous system，CNS）白質內的由CD4＋T細胞介導的脫髓鞘性自身免疫性疾病，它具有標志性的病理事件包括外周T淋巴細胞活化進入CNS、血腦屏障功能障礙、軸突變性、髓鞘脫失以及反應性膠質細胞增生等。實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephafomyelitis，EAE）是研究MS的較好的動物模型，在對EAE的研究中發(fā)現血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）功能障礙和神經軸突損害是MS發(fā)病機制中的重要事件，研究證實［38，39］，Rho／ROCK通路的激活參與MS的病理過程。

Rho／ROCK信號通路激活，促進內皮細胞胞質F-actin收縮，同時使內皮細胞間的緊密連接蛋白（occludin）破壞，導致內皮細胞間頂端連接復合體（apical junctional complex，AJC）破壞，結果使 BBB的通透性增加［40，41］。激活的 Rho／ROCK影響肌動肌球蛋白的聚合，造成軸突回縮，研究者在應用ROCK特異性抑制劑法舒地爾采用鞘內注射的方法，結果促進了損傷軸突和髓鞘的形成，促進EAE的恢復，在對EAE的研究發(fā)現ROCKⅡ的表達明顯上升，鹽酸法舒地爾能夠顯著改善EAE的癥狀［42］。另外，Rho和ROCK提升MLC的磷酸化水平，增加肌動肌球蛋白的收縮力從而促使CD4＋T細胞在細胞外基質（extracellular matrix，ECM）中的遷移進入CNS［43］。

3.4 Rho／ROCK與其他神經系統(tǒng)疾病

在對脊髓損傷后阻礙軸突再生的研究中發(fā)現Rho／ROCK信號通路的激活發(fā)揮了重要作用，研究發(fā)現Rho／ROCK通路可被髓鞘相關抑制因子（MAG、OMgp、Nogo）和膠質瘢痕中的CSPGs激活，從而影響肌動肌球蛋白的聚合，造成生長錐萎陷、軸突再生障礙［44］，應用Rho或ROCK抑制劑均解除了神經生長的抑制，促進神經軸突的生長［45］。

研究中發(fā)現Rho和ROCK的表達與膠質瘤的惡性程度成正相關［46］，應用ROCK抑制劑Y27632能抑制膠質瘤細胞的遷移和增殖［47］。對于Rho／ROCK參與腫瘤發(fā)病的機制尚不清楚，推測Rho／ROCK仍然以影響細胞骨架、影響腫瘤細胞的遷移和其他致腫瘤通路發(fā)生了交叉對話（crosstalk）相關。

綜上，Rho／ROCK信號通路通過調節(jié)細胞骨架蛋白的合成、降解、移動和收縮影響細胞的基本生命過程。從胚胎發(fā)育到正常的生理、疾病的發(fā)生發(fā)展過程都起了非常重要的作用。Rho／ROCK信號通路的異常激活在缺血性腦血管病和神經變性疾病中所起的作用是近年來研究的熱點，因此對Rho／ROCK信號通路的研究將為某些神經系統(tǒng)疾病的診斷治療提供新的思路。

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