細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2在心血管系統(tǒng)疾病中的作用

王 璇(綜述)，龔和禾(審校)

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，南京210001)

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮著重要作用，從細(xì)胞受到刺激至細(xì)胞出現(xiàn)相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)，其通過MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路多級(jí)激酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，包括3個(gè)關(guān)鍵的激酶:MAPK、MAPKK和MAPKKK。MAPKKK對(duì)MAPKK的絲氨酸、蘇氨酸雙位點(diǎn)磷酸化而將其活化，進(jìn)而使MAPKK對(duì)MAPK進(jìn)行蘇氨酸、絲氨酸雙位點(diǎn)磷酸化。胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)作為MAPK家族中的一員，是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，負(fù)責(zé)傳遞絲裂原信號(hào)。它正常定位于胞質(zhì)，激活后轉(zhuǎn)位至胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，產(chǎn)生細(xì)胞效應(yīng)。許多轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)為ERK信號(hào)通路調(diào)控體內(nèi)心肌細(xì)胞的增殖凋亡等提供了大量的證據(jù)，而信號(hào)通路特異性抑制劑在實(shí)驗(yàn)中的使用則揭示了目的蛋白在疾病病理過程中的特定作用［1］。

1 ERK1/2概述

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中至少存在5種ERK亞族:ERK1、ERK2、ERK3、ERK4、ERK5。ERK1/2是由 Boulton等［2］于20世紀(jì)90年代初期分離鑒定的一種蛋白激酶，是ERK家族中第一個(gè)被克隆，亦是表達(dá)最多、研究最多的成員。ERK1/2是兩個(gè)高度同源的亞類，相對(duì)分子質(zhì)量分別為44×103和42× 103，是一類分布于胞質(zhì)中具有絲氨酸和酪氨酸雙重磷酸化能力的ERK，可被各種生長因子、離子射線、過氧化氫等活化，磷酸化激活的ERK1/2由胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，激活轉(zhuǎn)錄因子或核糖體S6激酶，影響核DNA活性，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程及細(xì)胞周期，這些轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)一步調(diào)節(jié)它們各自靶基因的轉(zhuǎn)錄，刺激表達(dá)存活相關(guān)基因，引起特定蛋白的表達(dá)或活性改變，最終調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝和功能，影響細(xì)胞產(chǎn)生特定的生物學(xué)效應(yīng)。

2 ERK1/2與心血管系統(tǒng)疾病

2.1 ERK1/2與心肌肥厚 正常成人的心肌細(xì)胞是不可再生的，受到外界因素等刺激后，發(fā)生一系列病理改變，最終通過蛋白合成增加或者降解減少導(dǎo)致心肌肥厚。生物壓力負(fù)荷和神經(jīng)元介質(zhì)因子是心肌肥厚的主要觸發(fā)因素［3］。壓力負(fù)荷所介導(dǎo)的心肌肥厚反應(yīng)需要壓力敏感型離子通道、整合素、細(xì)胞支架蛋白等組成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的參與，而神經(jīng)介質(zhì)則通過其下游的信號(hào)途徑調(diào)控已知的包括內(nèi)皮素1、血管緊張素Ⅱ、胰島素樣生長因子1和兒茶酚胺類等［4］。

Ras/Raf/絲裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)/ERK細(xì)胞信號(hào)傳遞通路是脊椎動(dòng)物中克隆的第一個(gè)MAPK途徑，也是目前研究最為徹底的MAPK通路。Ras是一個(gè)小GTP連接蛋白，相當(dāng)于分子開關(guān)，連接著細(xì)胞膜酪氨酸激酶受體和下游的信號(hào)傳遞系統(tǒng)Raf被激活后由細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位至細(xì)胞質(zhì)，從而激活MEK1和ERK1/2，產(chǎn)生一系列的生物學(xué)效應(yīng)。Harris等［5］通過Raf基因剔除動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在壓力負(fù)荷作用下，此動(dòng)物模型組與對(duì)照組相比，ERK表達(dá)受抑制且心肌肥厚減少，可見Raf信號(hào)途徑在壓力負(fù)荷所介導(dǎo)的心肌肥厚反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。Ras/Raf/MEK/ERK細(xì)胞信號(hào)傳遞通路只是Ras所介導(dǎo)的信號(hào)途徑的一種，既往研究發(fā)現(xiàn)此途徑與代償性心肌肥厚有關(guān)，是一種生理性適應(yīng)，而通過Ras介導(dǎo)的其他調(diào)控途徑則多導(dǎo)致肥厚型心肌病，即病理性改變［3］。當(dāng)壓力負(fù)荷持續(xù)存在，基因表達(dá)程序?qū)l(fā)生變化，導(dǎo)致心肌收縮功能障礙、細(xì)胞外結(jié)構(gòu)重構(gòu)，即發(fā)展為失代償性心肌肥厚，這種生理性適應(yīng)發(fā)展為病理性改變的具體機(jī)制目前尚未闡明［6-7］。

對(duì)于ERK1/2介導(dǎo)心肌肥厚的下游靶點(diǎn)已有研究報(bào)道，包括磷酸化轉(zhuǎn)錄因子Ets結(jié)構(gòu)域蛋白1及鋅指轉(zhuǎn)錄因子［8-9］。鋅指轉(zhuǎn)錄因子是多數(shù)鈣表達(dá)的結(jié)構(gòu)基因和肥大性反應(yīng)基因的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子，其活性改變對(duì)心肌細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄有重要影響［10］。ERK 1/2直接磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2基因，進(jìn)而激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白，后者是一種重要的蛋白合成調(diào)節(jié)劑［11］。此外，p70、S6激酶的激活也與ERK有關(guān)，通過調(diào)節(jié)翻譯的效率，增加肥厚性反應(yīng)中的蛋白積累［12］。Lorenz等［13］研究發(fā)現(xiàn)了 ERK1/2的自身磷酸化位點(diǎn)，這種自身磷酸化只在心肌肥厚刺激因素下發(fā)生，可能是ERK1/2途徑的一種新的調(diào)節(jié)機(jī)制。

2.2 ERK1/2與心肌凋亡 心肌細(xì)胞凋亡是心肌功能退化、局部炎癥、纖維性重構(gòu)的主要原因。體外實(shí)驗(yàn)表明，在氧化應(yīng)激、缺血/再灌注等損傷下，Ras/Raf/ MEK/ERK通路起到心肌保護(hù)作用，其中MEK或ERK的特異性抑制劑可減弱這種保護(hù)作用［14-15］。同時(shí)，有實(shí)驗(yàn)證實(shí)Raf基因剔除模型的心肌細(xì)胞凋亡增加［5］。

再灌注損傷挽救激酶(reperfusion injury salvage kinase，RISK)信號(hào)通路是近年來研究較多的心肌再灌注時(shí)干預(yù)的靶點(diǎn)，是指一組促存活蛋白激酶，主要包括磷脂酰肌醇3激酶、蛋白激酶B和ERK1/2，機(jī)械干預(yù)(如缺血預(yù)適應(yīng)和缺血后處理)和藥物干預(yù)(如他汀、腺苷、心房鈉尿肽等)均能激活RISK信號(hào)通路，使心肌梗死面積減少最多達(dá)50%［16］。ERK1/ 2作為其中一條重要的通路，有強(qiáng)大的心臟保護(hù)作用。目前已經(jīng)明確Ras/Raf/MEK/ERK通路可調(diào)控細(xì)胞凋亡的下游靶點(diǎn)，包括caspase-9、蛋白激酶 C、p53等。線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔被認(rèn)為是RISK信號(hào)通路的最終效應(yīng)器，RISK信號(hào)通路可能通過磷酸化作用激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶，上調(diào)Bcl-2蛋白家族中的抗凋亡成員，抑制其促凋亡成員，從而抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔的開放，保護(hù)心肌［16］。也有學(xué)者認(rèn)為，線粒體ATP敏感型鉀通道(KATP)也是RISK信號(hào)通路的最終效應(yīng)器，RISK的激活能使KATP開放，從而激活蛋白激酶C，激活的蛋白激酶C在線粒體中與磷酸化的ERK1/2形成一個(gè)蛋白激酶C復(fù)合物，使凋亡前蛋白Bad磷酸化并失活，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡［17］。目前，心肌缺血/再灌注損傷的 MEK1、MEK2、ERK1或ERK2基因靶向小鼠(或顯性陰性表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠)在試驗(yàn)中的應(yīng)用有望確定MEKERK通路在抗細(xì)胞凋亡效應(yīng)中的全部作用。

雌激素的心臟保護(hù)作用已被廣泛報(bào)道。在心肌細(xì)胞中，雌激素通過激活ERK1/2誘導(dǎo)早期生長反應(yīng)基因1和心鈉肽的快速表達(dá)，發(fā)揮心臟保護(hù)作用。在體外雄性大鼠心肌細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)激活G蛋白耦聯(lián)雌激素受體可抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔開放，而ERK1/2抑制劑PD98059可取消這種保護(hù)作用。研究認(rèn)為，G蛋白耦聯(lián)雌激素受體的心臟保護(hù)作用也是由ERK1/2途徑介導(dǎo)的［18］。

2.3 ERK1/2與血管平滑肌增殖 血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖是血管成形術(shù)后再狹窄、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成等的病理基礎(chǔ)。在血管病變部位，VSMC在新生內(nèi)膜形成過程中由分化表型暫時(shí)變成分化程度較低、更接近胚胎期的未分化表型，表型發(fā)生轉(zhuǎn)化的VSMC在增殖的同時(shí)合成與分泌各種細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)，在血管成形術(shù)后再狹窄、動(dòng)脈粥樣硬化等發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。

VSMC增殖需要細(xì)胞周期素及周期素依賴激酶抑制蛋白在時(shí)間和空間上的協(xié)調(diào)作用，正常冠狀動(dòng)脈中膜的VSMC是基本靜止的，以較低的比率(約0.05%)增殖，主要停留在G0/G1期。血管損傷后，VSMC遷移到動(dòng)脈的內(nèi)層，由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入細(xì)胞周期，細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期要求細(xì)胞周期素-周期素依賴激酶復(fù)合物的激活［19］。有文獻(xiàn)報(bào)道氧化型低密度脂蛋白能夠通過 Ras/Raf/MEK/ERK途徑誘導(dǎo)VSMC增殖［20-24］，其部分機(jī)制是此途徑可增加細(xì)胞周期素D1蛋白表達(dá)和相關(guān)激酶的活性［25-27］。

在對(duì)離體培養(yǎng)的人大隱靜脈平滑肌細(xì)胞磷酸化的ERK1/2進(jìn)行阻斷后，平滑肌細(xì)胞的增殖受抑制，凋亡增加，細(xì)胞由合成型向收縮型轉(zhuǎn)變［28］。最近，Dong等［29］通過體外實(shí)驗(yàn)表明，黃芩苷(一種黃酮類化合物)通過抑制血小板源性生長因子受體介導(dǎo)的ERK1/2途徑，抑制細(xì)胞周期素依賴激酶激活并增加p27(負(fù)性調(diào)節(jié)細(xì)胞周期素依賴激酶2)的聚集，從而抑制VSMC增殖。

3 小結(jié)

心血管疾病對(duì)人類健康有較大的危害，多年來發(fā)病率仍持續(xù)增長，ERK1/2作為MAPK家族的成員之一，參與了多種心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展。目前，關(guān)于ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究發(fā)展迅速，許多基于ERK1/2的試驗(yàn)使用其特異性抑制劑治療相關(guān)疾病，并取得了一定成果，對(duì)通路中ERK1/2的上、下游蛋白和各種激酶的激活機(jī)制尚待進(jìn)一步探討。相信隨著對(duì)其分子機(jī)制的進(jìn)一步研究，ERK1/2在預(yù)防和治療心血管疾病方面將發(fā)揮更大的作用。

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