凋亡信號調節激酶1與運動性心肌肥大、細胞凋亡

武勝奇 張 琳 郝選明 鄧樹勛 (廣東外語藝術職業學院基礎部，廣東 廣州 50640)

1 凋亡信號調節激酶1的生物學特性

凋亡信號調節激酶1(ASK1)是一個分子量為170 kD的絲氨酸/蘇氨酸激酶，也叫絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶5(MAPKKK5)，是 MAPKKK家族成員之一，是由Wang等〔1〕1996年分離出來。ASK1是氧敏感性蛋白激酶，它的激活是缺氧引起凋亡過程中最重要的途徑。在氧氣缺乏時，原來結合在ASK1上的小分子蛋白Trx，在氧化還原反應后與其分離，此蛋白在正常情況下起隔離ASK1而使之在胞質內保持失活狀態的作用。同時，各種代謝產物還會引起ASK1激活位點中關鍵的蘇氨酸位點的寡聚化和磷酸化，從而使ASK1完全活化〔2〕。不僅如此，磷酸化、自身聚合及與其他蛋白間的相互作用、TNF-α和Daxx(一種 Fas死亡受體連接蛋白)等都能激活ASK1。激活后 ASK1會級聯活化 MMK4/JNK和 MMK3/MMK6/p38信號途徑，最終導致凋亡的發生〔3〕。

2 運動性心肌肥大與細胞凋亡

在長期適宜運動負荷影響下，心臟在形態、結構、代謝、功能方面產生一系列良好適應，具有良好的細胞、亞細胞和分子結構等生理基礎，使心臟功能增強，心臟發生生理性肥大。運動過程中心臟前負荷和后負荷的增強，其實質是心臟的容量負荷和壓力負荷的增加。大量研究已證實，用心肌細胞受到牽張被拉長或者受到機械應力作用來模擬容量超負荷和壓力超負荷時，可以導致心肌細胞凋亡。Teiger等〔4〕在胸主動脈縮窄引起的心臟肥大大鼠模型中觸發了心肌細胞的凋亡，第一次證實了心肌細胞的凋亡與心肌肥大的起始過程有關。朱全〔5〕的研究表明，即使在過度訓練情況下，原本正常的心臟發生嚴重的、伴隨膜結構完整性破壞的損害，也只是個別現象，可能大多只造成一些亞細胞水平的可逆性改變，如氧自由基損傷及鈣超載現象。提示了在運動超負荷情況下，產生細胞壞死的可能性非常小，而運動超負荷下的氧自由基增多、鈣過負荷、缺血、缺氧，AngⅡ的過量分泌，這些都是心肌細胞凋亡的誘發因素，提示了心肌細胞凋亡有可能參與心臟實質細胞的丟失。袁箭峰等〔6〕研究表明，運動性心肌微損傷是在心臟結構和功能重塑發生過程中一種現象，在其發生、發展過程中存在有凋亡現象，且凋亡程度隨著運動強度的增大而增大。

3 ASK1與心肌肥大、細胞凋亡

很多肥大刺激TNF、ROS、機械牽張等都可通過A SK 1誘發心肌細胞的凋亡。已知A SK1誘導凋亡的機制主要有:壓力激活蛋白激酶(JNK，p38)的活化，細胞色素C從線粒體的釋放，Caspase通路的激活，細胞核的碎裂以及與Fas結合蛋白Daxx的交互作用等〔7，8〕。已有許多研究揭示了ASK1下游的JNK，p38等促凋亡因子的作用。Tournier等〔9〕的研究發現，在缺乏JNK的個體中，接受紫外線輻射的成纖維細胞的線粒體不釋放細胞色素C，進而不能啟動凋亡程序，間接表明了JNK是激活細胞死亡程序必需的。Crenesse等〔10〕也發現了JNK在凋亡發生過程中明顯升高。同樣，p38在促凋亡過程中也發揮了重要作用，如Hao等〔11〕發現SLK(一種胚胎中心激酶)可以通過ASK1激活p38，從而激活缺氧等不利影響下的凋亡發生，妨礙腎臟的正常發生與分化。ASK1級聯反應不僅自身能發揮重要的致凋亡作用，而且ASK1及其引起的反應產物也能與大量的其他家族的凋亡相關基因和(或)其表達產物發生相互作用，從而放大了其引起的凋亡的效應。ASK1可以通過其下游的JNK，通過Daxx在細胞核內的轉錄抑制作用和細胞質內的凋亡信號傳導作用，與Fas發生信號傳遞，導致細胞凋亡的發生〔12〕。Liu等〔13〕的研究則提示，腫瘤壞死因子(TNF)受體相關因子2(TRAF2)可以將TNF受體(TNFR)與ASK1和p38結合，引起ASK1級聯反應的激活。而Park等〔14〕的研究發現，熱休克蛋白(Hsp)72的過量表達可以抑制ASK1和其下游的p38的激活，使細胞可以在不利條件下減少凋亡的發生。Hikoso等〔15〕認為抑止ASK1的基因表達可以減緩心力衰竭的進程，有望成為治療心力衰竭的新靶點。

4 ASK1誘導細胞凋亡的信號轉導途徑

越來越多的研究表明，運動伴隨著氧利用的增加，導致了自由基增加的概率，從而對細胞大分子起反作用和對細胞結構產生強烈破壞。氧自由基在運動性心肌微損傷中發揮重要的作用。能否有效地解除氧化作用造成的影響，即通過控制活性氧類(ROS)在細胞內的穩定與平衡是細胞對抗外界刺激免于損傷的主要保護機制。改變ROS的平衡會導致細胞的增殖、凋亡和衰老，從而影響著多種生理病理過程的發生和發展〔16〕。運動過程中，多種因素通過不同的途徑直接或間接地誘導ROS形成。然而，ROS是通過怎樣的信號傳導通路尚未闡明。有研究表明一些細胞因子，如硫氧還蛋白，谷氧還蛋白，14-3-3等可與ASK1的不同位點結合并抑制其活性，而TNF/ROS可能就是通過阻斷這些抑制因子與ASK1的結合，從而激活ASK1〔17〕。

有學者提出H2O2能使TRX蛋白從ASK1上脫落下來，解除了其對ASK1的抑制作用，從而ASK1就寡聚化，在它的活化環上一個蘇氨酸的位點 T845磷酸化，由此激活了 ASK1〔18〕。也有人認為H2O2能直接使ASK1上S967位點去磷酸化，以至于14-3-3蛋白從該位點脫落，完成ASK1的激活過程〔19〕。還有研究認為蛋白激酶D1(PKD1)介入H2O2-ASK1-JNK信號轉導途徑〔20〕。PKD1的RNA干擾使PKD1表達減弱和PKD1 KW轉染使PKD1沒有酶的活性，均能降低下調ASK1-JNK信號，而PKD 1的持續性活化則加強了整個通路的信號，提示PKD 1是位于ASK1上游的一個重要的信號調節蛋白。進一步研究表明，蛋白激酶D1在H2O2的激活下磷酸化，從細胞膜移位到胞質，和ASK1形成復合物，使ASK1的活性發生改變，激活JNKs和P38MAPK，誘導細胞凋亡。

5 小結

心肌肥大和細胞凋亡信號轉導通路是一個復雜的調節網絡，各條通路之間存在各種交互聯系，相互協調，相互制約。對肥大和凋亡信號通路的調控及核內基因表達的調控是當前該領域的熱點課題。在眾多的信號通路中，MAPK途徑起到了至關重要的作用，這不僅因為幾乎所有的肥大刺激均可活化MAPK級聯反應，還因為MAPK可活化與肥大和凋亡基因結合的多種轉錄因子。MAPK上游激活劑MAPKKK在心肌微損傷中的作用也越來越受到關注。ASK1是最近被發現的MAPKKK家族的一員，已被作為調節心臟肥大及誘導心力衰竭的新的信號通路〔15〕，目前對于ASK1在心肌肥大以及從心肌肥大到心力衰竭不同階段中的作用研究還遠遠不夠，PKD1和ASK1表達是否與運動性心肌損傷有關，在運動過程中是否能誘導心肌細胞凋亡尚無文獻報道。因此對ASK1作用機制的研究有望為運動心臟損傷的治療提供理論依據和研究方向。

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