Rho/Rho激酶信号通路异常激活与心血管疾病

陈 娜， 李 芳

(1.大连医科大学 七年制临床医学专业，辽宁 大连 116044；2.大连医科大学 免疫教研室，辽宁 大连 116044)

《2002年世界卫生报告》中，世界卫生组织与世界各地专家合作，收集并分析了当今世界对人类健康造成威胁重大的疾病，其中心血管疾病(包括脑血管疾病)的死亡率最高，全球每年因心血管病死亡约1 700万人。可见心血管病已成为全球性公共卫生问题。而Rho/Rho激酶信号通路异常激活在心血管疾病的发生发展中发挥了重要作用。近几年，Rho激酶的抑制剂更是成为了研究的热点之一。

1 Rho/Rho激酶信号通路的作用机制

1.1 Rho蛋白与Rho激酶

Rho蛋白是一种小分子三磷酸鸟苷(guanosinetriphosphate，GTP)结合蛋白，目前已从哺乳动物中分离出20种Rho蛋白家族成员。Rho蛋白家族分为3大类:Rho、Rac、Cdc42，其中Rho具有RhoA、RhoB和RhoC三种异构体。Rho蛋白的下流靶点Rho激酶(Rho associated kinases，ROCKs)是一种分子量约为160 kD (≈16．0×104)的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其分子由位于N末端的激酶结构域、中间的螺旋结构区(包含Rho结合区域)及C末端的PH结构域(PHD)构成。Rho激酶与多种细胞功能相关，如平滑肌的收缩、细胞粘附和胞质分裂。这种酶的过度表达与心血管疾病有着密切关系[1]。Rho激酶有ROCK1(ROCK β)和ROCK2(ROCK α)两种异构体；二者分布广泛，大脑和骨骼肌以ROCK2表达为主，在肺脏、肝脏、脾脏、肾脏和睾丸以ROCK1表达为主[2]。在血管平滑肌和心脏，两种蛋白均有表达[3]。

1.2 细胞水平的Rho激酶

1.2.1 Rho激酶和血管平滑肌细胞：Rho/Rho激酶信号通路是血管平滑肌收缩的主要调节途径，控制细胞迁移、增殖、分化、凋亡、存活和基因转录[4]。平滑肌收缩的主要调节机制是肌球蛋白轻链(myosin light chain，MLC)的磷酸化和去磷酸化[5]。MLC主要通过钙离子/钙调蛋白激活的肌球蛋白轻链激酶(myosin light chain phosphase kinase，MLCK)磷酸化，并通过钙离子非依赖性的肌球蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phosphase，MLCP)去磷酸化[2]。Rho/Rho激酶途径对平滑肌细胞收缩移动起着不可忽视的作用。MLCP可通过其肌球蛋白结合亚基(myosin bindingsubunit，MBS)与磷酸化的MLC结合，使其去磷酸化，引起平滑肌舒张。Rho激酶可通过磷酸化MBS，从而导致MLCP失活；ROCK2直接作用在MBS，对血管平滑肌的收缩有着决定性的作用，而ROCK1的作用相对较弱。Rho激酶也可直接磷酸化MLC，促使平滑肌收缩。综上所述，Rho激酶可通过直接磷酸化MLC及使MLCP失活双重途径增强MLC的磷酸化水平，促进平滑肌细胞收缩。Rho/Rho激酶通过以上途径参与了心血管疾病的发病机制[3]。

1.2.2 Rho激酶和内皮细胞：内皮产生的一氧化氮(NO)在血管张力的调节，抑制血小板凝集，抑制平滑肌细胞的增殖和防止淋巴细胞招募至血管壁方面起着重要作用。NO生物利用性的增加，部分依赖于增强内皮一氧化氮合成酶(eNOS)的活性和降低氧自由基对NO的灭活作用。激活Rho激酶降低了eNOS mRNA的稳定性，进而降低eNOS的表达[3]。

Kawanami等[6]的体内和体外实验证实Rho激酶通过上调单核细胞趋化蛋白-1的表达来介导凝血酶介导的内皮细胞的激活。Rho/Rho激酶信号通路参与了内皮屏障功能，炎症，淋巴细胞穿透内皮，血小板激活，血栓，基因表达和氧化应激的调节[7]。此外，Rho激酶抑制剂可以增加微血管内皮细胞的定向运动力[8]，这在抑制肿瘤血管新生方面起着重要作用。

1.2.3 Rho激酶和动脉外膜：在一个猪的冠状动脉粥样硬化的模型中，应用法舒地尔(一种选择性Rho激酶抑制剂)有效地降低了巨噬细胞在动脉外膜的聚集以及向中膜的迁移。动脉外膜炎症细胞的聚集对动脉粥样硬化病理发展和经皮冠状动脉介入术后急性冠脉综合征和冠脉再狭窄的发生的重要性已经被证实[2]。此外，在猪的冠状动脉模型中，Rho激酶抑制剂通过降低血管炎症，促进细胞凋亡，降低胶原的沉积来抑制支架内新生内膜的形成[9]。

1.2.4 Rho激酶和心肌细胞：ROCK1和ROCK2的线粒体RNA在发育中的心脏中均有表达。Rho激酶抑制剂能够阻断培养的鸡胚和老鼠胚胎的心脏中胚层和心脏管融合。在培养的老鼠胚胎中，Rho激酶抑制剂降低了细胞的增殖，但是并没有导致细胞程序性死亡，说明在心脏的发育中，Rho激酶调节心肌细胞分裂但不调节心肌细胞凋亡[10]。在心内膜垫的发育，心肌肥大和心脏纤维化中，Rho激酶信号也参与了细胞的增殖和迁移。Hattori等[11]已经证明Rho激酶在因促炎细胞因子表达上调而发生的心肌梗死后的左室重构的发病机制中起了重要作用，说明Rho激酶可能是预防梗死后心衰的潜在的治疗靶点。

1.3 Rho激酶信号通路及调节的主要细胞功能

Rho激酶与MBS/MLC actin/myosin 相互作用，参与细胞收缩；ROCKs与MYPT-1/MLC细胞骨架组织作用，参与细胞迁移；Rho激酶与p27kip1，ERK1/2及细胞周期蛋白作用，参与细胞增殖；Rho激酶与Akt，Bax，Bcl2作用，参与细胞凋亡和存活；Rho激酶与转录因子作用，参与基因表达分化[12]。

2 Rho激酶和心血管疾病

2.1 Rho激酶与高血压

有研究发现Y-27632这一选择性Rho激酶抑制剂对各种高血压模型大鼠给药，均有显著的降压作用，而对正常大鼠血压无影响。根据这一现象提出了Rho/Rho信号传递系统与高血压发病有关。长期给予Rho激酶抑制剂法舒地尔可显著抑制血管中膜变厚及血管周围的纤维化。人在给予Rho激酶抑制剂法舒地尔后，高血压患者上肢血管阻力减少，血流量增多，均比正常人明显。说明Rho激酶与高血压患者外周血管阻力增大有关。总之，Rho激酶在高血压患者血压升高的发病机制中具有重要的作用[13]。

2.2 Rho激酶与冠心病

冠心病是多种冠状动脉病的结果，但冠状动脉粥样硬化占冠状动脉性心脏病的绝大多数(95%～99%)。而动脉粥样硬化的发病机制是一个复杂的过程，涉及炎性细胞、血管内皮细胞的功能障碍、平滑肌细胞增殖、细胞外基质的变化和血栓的形成。Rho激酶可以促进单核细胞向内皮下迁移，增加内皮细胞通透性，促进纤溶酶原激活剂抑制物-1的表达，促进血管平滑肌细胞迁移以及促进血管平滑肌细胞增生[14]。Rho激酶主要是通过炎症刺激导致血管损伤和促进肌球蛋白轻链磷酸化，引起冠状动脉痉挛而在动脉粥样硬化的形成中起作用[15]。已有证据表明动脉粥样硬化中Rho激酶的表达明显上调[3]。采用Rho激酶抑制剂法舒地尔对糖尿病合并冠心病大鼠动脉粥样硬化模型进行干预，结果发现法舒地尔可抑制Rho激酶表达，能明显减少内膜厚度，从而抑制动脉管腔狭窄和斑块形成，延缓心血管疾病的发生和发展[16]。另外，已有临床试验证实， 变异性心绞痛用硝酸甘油治疗后再给予Rho激酶抑制剂治疗，可叠加性地扩张痉挛的冠状动脉，更好地治疗变异性心绞痛[17]。同时，多项研究表明，急性心肌梗死发生后Rho 激酶的活性增高，说明Rho 激酶信号通路参与了心肌重构及心脏功能的衰竭。动物实验证实，冠脉结扎术前1 h，腹腔注射法舒地尔30 mg /kg，能够保护缺血心肌，减少心肌梗死面积，且该作用与其抗心肌细胞凋亡的效应有关[18]。

2.3 Rho激酶与肺动脉高压

肺动脉高压(PH)的形成与进行性肺动脉射血压力的增高，肺血管收缩和重构以及炎症有关。研究表明，慢性缺氧和野百合碱所致大鼠PH模型以及严重PH患者肺组织和肺动脉中Rho激酶活性均显著增高[19]。大量实验事实证明了Rho激酶参与了PH的形成[20]。在PH患者肺组织切片中可见，Rho激酶的表达和活性远远高于对照组。而且，PH的严重性和持续时间与Rho激酶的活性成相关性[21]。对中度PH的患者静脉注射法舒地尔可以有效降低肺动脉压力和肺血管抵抗力[22]。同样，PH的患者静脉吸入10 min法舒地尔可以大大降低肺动脉平均压力[23]。收集自多个实验室的证据证实了Rho激酶信号通路在许多PH的模型中起着重要作用，比如，慢性缺氧，VEGF受体抑制和新生淡黄色大鼠中度缺氧导致的PH[24]。此外，Rho激酶信号通路介导了严重阻塞性PH大鼠的血管收缩和在慢性缺氧性PH中的肺小动脉的Rho激酶依赖性的肌张力的增加[25]。还有研究证明，Rho激酶抑制剂法舒地尔注射液治疗COPD合并PH的疗效显著。

2.4 Rho激酶与心衰

心肌中Ca2 +的稳定性对于心脏功能尤为重要。心衰表现为心脏的收缩和舒张功能发生紊乱，这些均与Ca2+有密切关系。有研究发现，心衰时由于心脏活动诱导心肌纤维对Ca2 +敏感性增加，引起蛋白激酶过度磷酸化兰尼碱受体，导致调节蛋白分离，使通道打开，从而使肌浆网上的兰尼碱受体功能发生紊乱[26]。即使经过了最佳的内科治疗，稳定性心衰患者的循环白细胞中Rho 激酶的活性还是明显增高，这与左心室病理性重构和收缩功能障碍有密切关系[27]。RhoA 通过与Rho激酶结合，刺激MMP-3、MMP-9 基因表达引起细胞外基质结构改变，进而引起心肌重塑和心功能恶化。法舒地尔能抑制Rho信号分子诱导的通路，通过抑制应力纤维的合成，进而抑制心肌组织局部纤维化[28]。同时，Rho 激酶抑制剂通过增加内皮型eNOS的表达，提高eNOS的活性及NO产量，松弛血管平滑肌、抑制内皮细胞增殖，减轻血管重构，增加心肌细胞的收缩力，改善心功能，从而达到纠正心衰的目的[29]。

3 展 望

大量研究证实了Rho/Rho激酶信号通路参与了多种病理机制，总的来说，许多疾病均与Rho 激酶表达的上调有关，因此不可否认的Rho激酶是一个重要的治疗靶点。所以，进一步了解Rho 激酶各种亚型的生理作用以及各种亚型的特异抑制剂是十分必要的，特异和有效的Rho 激酶信号通路药理调节剂对于心血管疾病的干预仍是必不可少的。目前为止，法舒地尔是唯一已经用于临床的Rho激酶抑制剂。相信，在不久的将来，更多的ROCK抑制剂将会被研制出来并应用于临床。

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