Rho／ROCK信号通路与神经系统疾病

王松林（综述） 刘学源（审校）

Rho／ROCK是机体各组织中普遍存在的一条信号转导通路，介导的信号通路参与细胞的收缩、黏附、迁移、增殖、细胞骨架的形成等多种细胞生物学行为和功能［1－2］。目前越来越多的证据表明，Rho／ROCK在神经系统疾病的发生发展中具有重要作用，对Rho／ROCK信号通路的研究将为某些神经系统疾病的诊断治疗提供新的思路。

1 Rho／ROCK信号通路的组成

Rho／ROCK信号通路的关键分子包括Rho GTP酶、Rho激酶（Rho associated kinase，ROCK）及其作用底物。

1.1 Rho GTP酶

Rho蛋白是一种Ras相关单体GTP酶，是由约200-300个氨基酸组成的只有一个亚基的多肽，分子量为20-30 kDa。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。RhoA、Racl和Cdc42是目前研究最多的Rho家族成员，其中研究比较透彻的是RhoA［3］。

许多因素可导致Rho蛋白的激活：髓鞘相关抑制因子（MAG、OMgp、Nogo）通过NgR先与p75NTR形成复合物，然后与 MAG、OMgp、Nogo结合，通过第二信使cAMP和Ca2＋激活 Rho蛋白，启 动下游 Rho／ROCK 信 号 通路［4，5］；ERM（ezrin／radixin／moesin）家族对Rho蛋白的活化起正反馈作用［6］。C3转移酶则通过二磷酸腺苷（ADP）使Rho蛋白失活，抑制了Rho蛋白移动到胞膜从而抑制其生物学作用［7］。

1.2 ROCK

ROCK为丝／苏氨酸蛋白激酶，已发现的ROCK分为ROCK I（ROCKβ）和 ROCK II（ROCKα），完整的 ROCK I和ROCK II约含有1300个氨基酸，分子量约为160 KDa，其分子结构自N端依次含有激酶催化结构域（kinase domain／catalytic domain，CD）、Rho蛋白结构域 （Rho-binding domain，RBD）、PH 结构域（pleckstrin-homology domain）和半胱 氨 酸 富 集 结 构 域 （cysteine-rich repeat domain，CRD）［8，9］。

在静息状态下ROCK的RBD和PH区与CD区相互作用，抑制了其活性，当激活状态的Rho蛋白主要是RhoA，激活的GTP·RhoA与RBD相互作用时改变了ROCK的构型，从而解除了RBD与PH对它的抑制，暴露ROCK的催化活性中心，即被激活。激活的ROCK发生定向转位与肌球蛋白轻链（myosin light chain，MLC）靠近，将 MLC磷酸化而发生肌丝收缩作用，同时也能将肌球蛋白轻链磷酸酶（myosinLight chain phosphase，MLCP）磷酸化而使 MLCP失活，阻止了磷酸化的MLC脱磷酸失活，促进肌丝收缩，从而影响肌动肌球蛋白的聚合，造成生长锥萎陷、轴突回缩［10］，这一过程称为ROCK参与MLC磷酸化的经典途径。

ROCK I和ROCK II两者具有高度的同源性，研究发现，ROCKⅠ主要存在于非神经组织如心脏、肺、骨胳肌等细胞；ROCKⅡ主要存在于中枢神经系统，如大脑皮质、海马锥体神经元、小脑浦肯野细胞等［11］。

1.3 作用底物

MLC和MLCP是最早发现的ROCK的经典作用底物。另外，Rho激酶的底物还包括肌球蛋白磷酸酶的肌球蛋白结合亚单位（myosinbinding subunit，MBS）、ERM 家族蛋白、内收蛋白 （Adducin）、LIM激酶等。在神经系统中Rho／ROCK的一些作用底物包括CRMP2、vimentin、GFAP、NF、MAP2和tau等［8］。

2 Rho／ROCK信号通路与疾病

Rho／ROCK信号通路参与了细胞的多种功能，Rho和或ROCK的高表达或过度激活在多种疾病发病过程中起重要作用。Rho可以被多种细胞因子和炎应介质活化，包括血小板源性生长因子（PDGF）、转化生长因子－β（TGF-β）、血管紧张素II（AngⅡ）、内皮素-1（ET-1）、白介素-1（IL-1）等均能激活Rho／ROCK信号通路，而这些细胞因子和血管活性物质是介导炎疾损伤与纤维组织增生性疾病发生的重要物质，Rho／ROCK信号通路整合在这些炎症介质的受体后效应中，参与这些疾病的病理生理过程［12，13］。

Rho／ROCK信号通路参与血压调节，研究表明Rho／ROCK信号通路参与血管紧张素Ⅱ-1型受体（AT1-R）的信号传导［14］，同时也发现中枢神经系统内的Rho激酶主要分布于延髓的孤束核，应用Rho激酶抑制剂，降低孤束核ROCKⅡ的活性可使血压持续下降［15］。Rho／ROCK参与血管平滑肌细胞DNA的合成及细胞迁移［16］，通过向下调节一氧化氮合酶（eNOS）的表达［17］，调节低密度脂蛋白的水平等机制来参与动脉粥样硬化（AS）发展。Rho／ROCK参与正性调节细胞外基质（extraeellularmatrix，ECM）的积聚，导致肝、肺及肾间质的纤维化［18］。Rho／ROCK信号通路还与肺动脉高压、糖尿病视网膜病变，肿瘤的发生［19－21］等疾病相关。

3 Rho／ROCK信号通路与神经系统疾病

3.1 Rho／ROCK与缺血性脑血管病

缺血性脑血管病（lschemic cerebrovascular disease）是各种原因导致的血供不足导致氧气和葡萄糖的供给不足，引起细胞内代谢失衡并通过氧化应激，炎症反应和凋亡等多种途径导致细胞死亡。

众所周知，心脑血管疾病的病理基础是AS，Rho／ROCK参与血管平滑肌细胞DNA的合成及细胞迁移，向下调节eNOS的表达，调节低密度脂蛋白的水平等机制来参与动脉血管内膜的增生、血管痉挛及狭窄的发生［16，17］。

无论是急性还是慢性缺血性脑血管病，在脑缺血的病程中，血管平滑肌的收缩导致血管狭窄都是一个重要的因素。平滑肌细胞的张力取决于胞浆内磷酸化／脱磷酸化的MLC相互转换的动态平衡，MLC的磷酸化水平是决定平滑肌收缩程度的一个重要因素。MLC的磷酸化水平受到依赖Ca2＋／钙调蛋（calmodulin，CaM）的肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）和钙离子非依赖的 MLCP的双重调节，而Rho／ROCK是一条非Ca2＋依赖的信号通路，因此通过磷酸化MLC直接激活和磷酸化抑制MLCP的活性来增加MLC的磷酸化水平，增强血管收缩力，但是导致了微循环障碍［22］，导致了脑缺血［23］。Steven等发现在急性脑梗死后的48小时血浆中MBS和P-MBS表达量明显升高［24］。

脑血管痉孪（CVS）是蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）最严重的并发症之一，常常引起严重的缺血性脑损害。研究发现，SAH后蛛网膜下腔的凝血块释放的氧合血红蛋白，血管内皮细胞释放的ET-1，血管周围炎性细胞释放的炎性因子IL-6、TNF-α等，还包括生长因子PDNF等参与了血管痉挛的发生［25，26］。其中氧合血红蛋白由于脂质过氧化反应产生氧自由基，诱导ET-1产生并与一氧化氮（NO）结合，阻止NO的血管舒张作用，同时破坏NO合成酶使血管内皮细胞产生的NO减少，引起血管痉挛发挥着重要作用。这些细胞因子和炎性介质包括氧合血红蛋白能激活Rho／ROCK信号通路［27］，因此进一步加重脑血管痉挛。由此也说明短暂的脑血管痉挛在短暂性脑缺血发作（transient ischemic attack，TIA）发病中的作用机制。

3.2 Rho／ROCK与阿尔茨海默病

阿尔茨海默病（Alzheimer＇s disease，AD）是以进行性认知功能减退包括记忆障碍和痴呆为特征的神经变性疾病，其基本病理是老年斑中心的β淀粉样蛋白（βamylid，Aβ）沉积和神经元内的神经元纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFT）。目前研究认为，Aβ的神经毒性蓄积作用，引起脑内炎症级联反应、神经原纤维缠结、轴突损伤等最终导致神经元死亡，是各种原因诱发AD的共同途径［28，29］。

在AD研究中Petratos等发现脑内Aβ可能是通过活化Rho激酶磷酸化脑衰调节蛋白-2（collap sinresponse mediator protein 2，CRMP-2干扰神经微管蛋白的聚合，从而抑制神经的生长［30］。Salminen等报道了Aβ可以阻滞蛋白激酶A（proteinkinase，PKA）并刺激ROCK介导的信号途径，并以此途径加强肌动蛋白微丝的解聚最终引起突触损伤［31］。Desire等同样指出Rho蛋白是引起Aβ产生增加的重要物质之一［32］。另外Aβ在脑内聚集发挥神经毒性作用，刺激胶质细胞释放如IL-1、GFAP、TNFa等，这些细胞因子可以激活Rho蛋白或是Rho／ROCK的作用底物，进一步通过Rho／ROCK通路加重神经元的损伤。

在以C型尼曼－皮克病（Niemann-Pick dieases C，NPC）小鼠为模型研究神经变性性疾病中发现NPC与AD在神经元变性机制中，细胞骨架结构的破坏，NFT的形成以及胆固醇代谢障碍等方面相似［33－34］，Rho／ROCK 信号通路在 NPC小鼠神经元骨架变性中发挥着重要作用，ROCKⅡ表达在脑组织的皮层神经元、海马的锥体细胞及小脑浦肯野神经元，在以上的部位可以使vimentin、GFAP、NF-L等磷酸化，使得中间丝蛋白解体［35，36］。

近年来发现他汀类药物在AD的防治中发挥着重要作用，而发挥作用的途径则是通过抑制异戊二烯化影响Rho／ROCK信号途径，进而影响APP的代谢及Aβ的沉积。多项研究结果表明Rho／ROCK信号通路参与了他汀类药物的多重效应及其作用机制［37］。

3.3 Rho／ROCK与多发性硬化

多发性硬化（multiple selerosis，MS）是发生在中枢神经系统（central nervous system，CNS）白质内的由CD4＋T细胞介导的脱髓鞘性自身免疫性疾病，它具有标志性的病理事件包括外周T淋巴细胞活化进入CNS、血脑屏障功能障碍、轴突变性、髓鞘脱失以及反应性胶质细胞增生等。实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephafomyelitis，EAE）是研究MS的较好的动物模型，在对EAE的研究中发现血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）功能障碍和神经轴突损害是MS发病机制中的重要事件，研究证实［38，39］，Rho／ROCK通路的激活参与MS的病理过程。

Rho／ROCK信号通路激活，促进内皮细胞胞质F-actin收缩，同时使内皮细胞间的紧密连接蛋白（occludin）破坏，导致内皮细胞间顶端连接复合体（apical junctional complex，AJC）破坏，结果使 BBB的通透性增加［40，41］。激活的 Rho／ROCK影响肌动肌球蛋白的聚合，造成轴突回缩，研究者在应用ROCK特异性抑制剂法舒地尔采用鞘内注射的方法，结果促进了损伤轴突和髓鞘的形成，促进EAE的恢复，在对EAE的研究发现ROCKⅡ的表达明显上升，盐酸法舒地尔能够显著改善EAE的症状［42］。另外，Rho和ROCK提升MLC的磷酸化水平，增加肌动肌球蛋白的收缩力从而促使CD4＋T细胞在细胞外基质（extracellular matrix，ECM）中的迁移进入CNS［43］。

3.4 Rho／ROCK与其他神经系统疾病

在对脊髓损伤后阻碍轴突再生的研究中发现Rho／ROCK信号通路的激活发挥了重要作用，研究发现Rho／ROCK通路可被髓鞘相关抑制因子（MAG、OMgp、Nogo）和胶质瘢痕中的CSPGs激活，从而影响肌动肌球蛋白的聚合，造成生长锥萎陷、轴突再生障碍［44］，应用Rho或ROCK抑制剂均解除了神经生长的抑制，促进神经轴突的生长［45］。

研究中发现Rho和ROCK的表达与胶质瘤的恶性程度成正相关［46］，应用ROCK抑制剂Y27632能抑制胶质瘤细胞的迁移和增殖［47］。对于Rho／ROCK参与肿瘤发病的机制尚不清楚，推测Rho／ROCK仍然以影响细胞骨架、影响肿瘤细胞的迁移和其他致肿瘤通路发生了交叉对话（crosstalk）相关。

综上，Rho／ROCK信号通路通过调节细胞骨架蛋白的合成、降解、移动和收缩影响细胞的基本生命过程。从胚胎发育到正常的生理、疾病的发生发展过程都起了非常重要的作用。Rho／ROCK信号通路的异常激活在缺血性脑血管病和神经变性疾病中所起的作用是近年来研究的热点，因此对Rho／ROCK信号通路的研究将为某些神经系统疾病的诊断治疗提供新的思路。

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