RhoA／ROCK信號通路在糖尿病結腸動力障礙中的作用

孫曉萌 湯玉蓉 朱 瀅 林 琳

糖尿病（DM）胃腸動力障礙是DM常見的并發(fā)癥，嚴重影響患者的生活質(zhì)量和降糖藥物的作用，其發(fā)病機制涉及氧化應激［1］、腸神經(jīng)元減少［2］、糖基化終末產(chǎn)物形成［3］、Cajal間質(zhì)細胞減少［4］等多個方面。隨著研究的深入，胃腸平滑肌肌源性因素在該病中的作用受到關注，越來越多的研究認為，平滑肌是維持胃腸運動的基礎，胃腸動力性疾病的發(fā)生與平滑肌收縮性的改變密切相關，因此，胃腸平滑肌細胞（SMC）自身病變對該病的發(fā)生起關鍵作用。RhoA／ROCK信號通路在體內(nèi)普遍存在，參與調(diào)節(jié)包括SMC在內(nèi)的多種細胞的功能。最近，有關RhoA／ROCK信號通路在DM并發(fā)癥中的作用成為研究熱點。因此，本文擬探討RhoA／ROCK信號通路在DM結腸動力障礙中的可能作用。

1 DM結腸動力障礙

DM是多病因多系統(tǒng)的代謝性疾病，約75%DM患者有胃腸癥狀，常見的有吞咽困難、早飽、惡心、腹瀉、腹脹和便秘等，其中便秘是最常見的癥狀［5］。孔維等［6］采用直腸測壓法分別測定 DM 伴便秘患者和正常健康者的肛門直腸壓力以及直腸對容量刺激的感覺閾值，結果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比較，DM伴便秘患者的靜息壓、最大自主收縮壓和排便壓無明顯差異，推測DM便秘發(fā)病可能與結腸慢傳輸有關，DM伴便秘患者可能存在結腸動力障礙。DM結腸動力障礙的臨床特點是結腸蠕動減慢、排空延遲，其中以左半結腸及直腸乙狀結腸為著［7］。Touw等［8］分段檢測DM大鼠結腸收縮性發(fā)現(xiàn)，與正常大鼠相比較，DM大鼠全結腸收縮性均明顯減弱，尤以中段結腸收縮性減弱最為顯著。

既往研究認為，DM自主神經(jīng)病變是導致DM胃腸并發(fā)癥的主要原因，Chandrasekharan等［1］研究發(fā)現(xiàn)DM結腸動力障礙與氧化應激增加及腸神經(jīng)元減少有關。隨著研究的深入，越來越多的證據(jù)顯示DM結腸收縮性減弱與平滑肌自身病變密切相關。張亞萍等［9］通過對正常大鼠及DM大鼠結腸超微結構的研究發(fā)現(xiàn)，與正常大鼠相比較，DM大鼠結腸超微結構變化顯著，尤以SMC和微血管最為明顯，電鏡下顯示SMC排列紊亂，胞內(nèi)可見較多較大的沿質(zhì)膜分布的溶解性空泡，線粒體腫脹，空泡樣變。此外，孫曼怡等［10-11］在研究DM結腸動力障礙與結腸平滑肌病變的關系時發(fā)現(xiàn)，DM大鼠結腸SMC凋亡較對照組顯著增加、SMC數(shù)目明顯減少，進一步證實了平滑肌肌源性因素在DM結腸動力障礙中的作用。以上研究提示SMC結構或數(shù)目的改變與其功能的改變密切相關，SMC病變很可能是DM胃腸動力障礙的病因之一。

2 RhoA／ROCK信號通路

2.1 RhoA與ROCK蛋白

Rho蛋白是一種小分子三磷酸鳥苷結合蛋白，目前已從哺乳動物中分離出20種Rho蛋白家族成員。Rho家族分為六個亞家族，其中研究較多的是RhoA、Rac1和Cdc42。RhoA分布于人體大多數(shù)細胞中，如具有收縮功能的心肌細胞、平滑肌細胞以及具有侵襲生長能力的腫瘤細胞等［12-14］。RhoA蛋白一般以與二磷酸鳥苷結合的非活化的Rho-GDP形式存在于細胞質(zhì)中，在激動劑等細胞外刺激因素作用下，GDP轉變?yōu)镚TP，Rho-GDP因此活化為Rho-GTP，并且轉移到細胞膜上。RhoA的功能即是通過這兩種形式不斷轉換來實現(xiàn)其分子開關作用，調(diào)節(jié)細胞間的信號轉導［15］。

ROCK是RhoA蛋白下游最主要的效應分子之一［16］，是一種相對分子質(zhì)量約為160 000的絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，其分子結構包括氨基端的催化結構域、中間結合Rho的α卷曲螺旋結構域和羧基端的催化結構域以及Cys／His區(qū)。ROCK有ROCKⅠ和ROCKⅡ兩種異構體，兩者分布廣泛，在各種組織中均有表達，其中ROCKⅠ主要在非神經(jīng)組織中表達，在大腦中幾乎不表達；而ROCKⅡ主要在大腦、脊髓等神經(jīng)系統(tǒng)表達［17］。

RhoA／ROCK信號通路參與調(diào)節(jié)細胞的多種功能，包括應力纖維和黏著斑的形成、細胞骨架的重組、細胞的分化、基因的表達和細胞凋亡等。RhoA／ROCK信號通路激活對于不同組織的細胞可能產(chǎn)生不同的效應，其中對平滑肌組織的生物學效應主要是調(diào)節(jié)SMC收縮。

2.2 RhoA／ROCK通路與SMC收縮

SMC的收縮是一個復雜的事件，其調(diào)節(jié)機制尚未完全闡明。公認的經(jīng)典途徑是鈣依賴性機制，即各種刺激導致細胞內(nèi)鈣離子濃度增加，鈣離子與鈣調(diào)蛋白結合，進而激活鈣離子／鈣調(diào)蛋白依賴的肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK），激活的MLCK進一步磷酸化肌球蛋白輕鏈（MLC），促進肌動蛋白和肌球蛋白之間的橫橋周期，導致SMC收縮［18］。

目前認為，SMC收縮除了受細胞內(nèi)鈣離子濃度的影響外，還受到非鈣依賴性機制的調(diào)節(jié)，即鈣敏化機制。研究表明，鈣敏化機制對維持SMC收縮有重要作用，近年來已成為研究熱點。MLC的磷酸化水平是決定SMC收縮的一個關鍵因素，其磷酸化水平除受到MLCK的正向調(diào)控外，還受到非鈣離子依賴性的肌球蛋白輕鏈磷酸酶（MLCP）的負向調(diào)控，MLCP促使已磷酸化的MLC去磷酸化，引起平滑肌舒張。鈣敏化機制主要就是通過抑制MLCP活性使MLC磷酸化增加，導致平滑肌收縮增強，即通過抑制MLCP活性使平滑肌收縮或調(diào)節(jié)裝置對鈣離子的敏感性增加。研究顯示，這種鈣敏化機制主要是通過三聚體G蛋白，RhoA及其下游效應分子ROCK介導的。

MLCP是由一個相對分子質(zhì)量為38 000的催化亞基、一個130 000的MLC結合亞基MYPT1和一個21 000功能尚不清楚的亞基共同組成。MLCP是ROCK最主要的底物之一，活化的ROCK可以與MLCP調(diào)節(jié)亞單位MYPT1結合，使其Thr-853和Thr-696位點發(fā)生磷酸化而導致MLCP失活，引起MLC磷酸化水平增加、平滑肌收縮增強。同時，ROCK也可以直接磷酸化MLC，促進平滑肌收縮。但在生理狀態(tài)下，鈣敏化機制主要是由ROCK所介導的MLCP失活來調(diào)節(jié)的［19］。研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素可通過抑制RhoA信號來減輕支氣管平滑肌的收縮，進而抑制過敏性支氣管哮喘時的氣管高反應性［20］。此外，應用ROCK抑制劑可減弱苯腎上腺素誘導的血管收縮［21］。以上研究均表明RhoA／ROCK信號通路與平滑肌收縮密切相關。

3 RhoA／ROCK通路與DM結腸動力障礙

研究表明，高血糖可引起一系列代謝紊亂，如氧化應激、糖基化末產(chǎn)物的形成等［22-24］。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，高血糖也可以誘導多種器官組織中RhoA／ROCK信號通路活性異常，參與DM多種并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。研究證實，RhoA／ROCK信號通路在DM心肌收縮功能障礙中有重要作用。誘導型一氧化氮合成酶可以上調(diào)RhoA蛋白表達，導致下游效應分子ROCK激活，活化的ROCK進一步激活LIM 激酶，最終引起DM 心肌功能障礙［25］。此外，RhoA／ROCK信號通路也可以通過直接磷酸化，激活蛋白激酶C，并且與PDK-1／AKT信號通路相互作用而參與DM 心肌病變［26］。研究表明，RhoA／ROCK信號通路除了參與血管平滑肌的收縮，還與病理狀態(tài)下的血管SMC增殖和遷移有關［27］。

目前，RhoA／ROCK信號通路與DM并發(fā)癥的機制研究主要集中在心血管、腎臟、視網(wǎng)膜以及神經(jīng)系統(tǒng)等方面，而在DM胃腸病變中的研究較少。平滑肌是維持胃腸運動的基礎，胃腸動力性疾病的發(fā)生與平滑肌收縮性的改變密切相關。RhoA／ROCK信號通路是非鈣離子依賴途徑調(diào)節(jié)平滑肌收縮的主要途徑之一。研究表明，RhoA／ROCK信號通路是調(diào)節(jié)血管平滑肌收縮的主要途徑，可控制細胞遷移、增殖、分化、凋亡、存活和基因轉錄［28］。Bhetwal等［29］在探討DM大鼠胃平滑肌功能障礙導致DM胃輕癱的具體機制時發(fā)現(xiàn)，與對照組相比較，DM大鼠胃平滑肌組織中ROCK的表達減少，同時DM大鼠胃平滑肌組織中MYPT1的磷酸化水平也減少，提示DM胃輕癱與RhoA／ROCK信號通路被抑制有關。此外，Ohama等［30］在探討炎癥性腸病（IBD）腸運動功能紊亂的機制時也發(fā)現(xiàn)，鈣敏感蛋白MYPT1是導致IBD腸平滑肌收縮性減弱的關鍵分子之一。ROCK是通過磷酸化MYPT1來抑制 MLCP活性、調(diào)控平滑肌收縮的，因此，MYPT1的磷酸化水平常用來反映平滑肌收縮的程度。上述研究結果提示，RhoA／ROCK信號通路抑制與病理性胃腸平滑肌收縮性減弱密切相關。但是，目前尚未有該鈣敏化通路中相關蛋白的表達或者活性改變與DM結腸動力障礙關系的研究報道。高血糖是否可改變結腸平滑肌組織RhoA／ROCK信號通路的活性，高血糖是否通過與DM心肌等病變相似的病理機制導致DM胃腸病變等問題尚需進一步探索。

4 小結

大量研究證實RhoA／ROCK信號通路參與多種平滑肌病變相關疾病（如哮喘、高血壓等）。然而，該通路在DM胃腸平滑肌病變中的作用以及該信號通路與其他信號通路的交叉調(diào)節(jié)等許多方面尚不明確。探討RhoA／ROCK信號通路在DM結腸平滑肌病變中的作用，對于闡明DM結腸動力障礙的發(fā)生機制和建立新的治療策略具有深遠意義。

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