细胞外信号调节激酶1/2在心血管系统疾病中的作用

王 璇(综述)，龚和禾(审校)

(南京医科大学附属南京医院老年医学科，南京210001)

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)在细胞内信号转导过程中发挥着重要作用，从细胞受到刺激至细胞出现相应的生物学效应，其通过MAPK信号转导通路多级激酶的级联反应，包括3个关键的激酶:MAPK、MAPKK和MAPKKK。MAPKKK对MAPKK的丝氨酸、苏氨酸双位点磷酸化而将其活化，进而使MAPKK对MAPK进行苏氨酸、丝氨酸双位点磷酸化。胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)作为MAPK家族中的一员，是一类丝/苏氨酸蛋白激酶，负责传递丝裂原信号。它正常定位于胞质，激活后转位至胞核，调节转录因子活性，产生细胞效应。许多转基因动物模型实验为ERK信号通路调控体内心肌细胞的增殖凋亡等提供了大量的证据，而信号通路特异性抑制剂在实验中的使用则揭示了目的蛋白在疾病病理过程中的特定作用［1］。

1 ERK1/2概述

哺乳动物细胞中至少存在5种ERK亚族:ERK1、ERK2、ERK3、ERK4、ERK5。ERK1/2是由 Boulton等［2］于20世纪90年代初期分离鉴定的一种蛋白激酶，是ERK家族中第一个被克隆，亦是表达最多、研究最多的成员。ERK1/2是两个高度同源的亚类，相对分子质量分别为44×103和42× 103，是一类分布于胞质中具有丝氨酸和酪氨酸双重磷酸化能力的ERK，可被各种生长因子、离子射线、过氧化氢等活化，磷酸化激活的ERK1/2由胞质转位到核内，激活转录因子或核糖体S6激酶，影响核DNA活性，调节转录过程及细胞周期，这些转录因子进一步调节它们各自靶基因的转录，刺激表达存活相关基因，引起特定蛋白的表达或活性改变，最终调节细胞代谢和功能，影响细胞产生特定的生物学效应。

2 ERK1/2与心血管系统疾病

2.1 ERK1/2与心肌肥厚 正常成人的心肌细胞是不可再生的，受到外界因素等刺激后，发生一系列病理改变，最终通过蛋白合成增加或者降解减少导致心肌肥厚。生物压力负荷和神经元介质因子是心肌肥厚的主要触发因素［3］。压力负荷所介导的心肌肥厚反应需要压力敏感型离子通道、整合素、细胞支架蛋白等组成复杂的网络系统的参与，而神经介质则通过其下游的信号途径调控已知的包括内皮素1、血管紧张素Ⅱ、胰岛素样生长因子1和儿茶酚胺类等［4］。

Ras/Raf/丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)/ERK细胞信号传递通路是脊椎动物中克隆的第一个MAPK途径，也是目前研究最为彻底的MAPK通路。Ras是一个小GTP连接蛋白，相当于分子开关，连接着细胞膜酪氨酸激酶受体和下游的信号传递系统Raf被激活后由细胞膜转位至细胞质，从而激活MEK1和ERK1/2，产生一系列的生物学效应。Harris等［5］通过Raf基因剔除动物模型实验，发现在压力负荷作用下，此动物模型组与对照组相比，ERK表达受抑制且心肌肥厚减少，可见Raf信号途径在压力负荷所介导的心肌肥厚反应中发挥着重要作用。Ras/Raf/MEK/ERK细胞信号传递通路只是Ras所介导的信号途径的一种，既往研究发现此途径与代偿性心肌肥厚有关，是一种生理性适应，而通过Ras介导的其他调控途径则多导致肥厚型心肌病，即病理性改变［3］。当压力负荷持续存在，基因表达程序将发生变化，导致心肌收缩功能障碍、细胞外结构重构，即发展为失代偿性心肌肥厚，这种生理性适应发展为病理性改变的具体机制目前尚未阐明［6-7］。

对于ERK1/2介导心肌肥厚的下游靶点已有研究报道，包括磷酸化转录因子Ets结构域蛋白1及锌指转录因子［8-9］。锌指转录因子是多数钙表达的结构基因和肥大性反应基因的一个重要调节因子，其活性改变对心肌细胞中的转录有重要影响［10］。ERK 1/2直接磷酸化结节性硬化复合物2基因，进而激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白，后者是一种重要的蛋白合成调节剂［11］。此外，p70、S6激酶的激活也与ERK有关，通过调节翻译的效率，增加肥厚性反应中的蛋白积累［12］。Lorenz等［13］研究发现了 ERK1/2的自身磷酸化位点，这种自身磷酸化只在心肌肥厚刺激因素下发生，可能是ERK1/2途径的一种新的调节机制。

2.2 ERK1/2与心肌凋亡 心肌细胞凋亡是心肌功能退化、局部炎症、纤维性重构的主要原因。体外实验表明，在氧化应激、缺血/再灌注等损伤下，Ras/Raf/ MEK/ERK通路起到心肌保护作用，其中MEK或ERK的特异性抑制剂可减弱这种保护作用［14-15］。同时，有实验证实Raf基因剔除模型的心肌细胞凋亡增加［5］。

再灌注损伤挽救激酶(reperfusion injury salvage kinase，RISK)信号通路是近年来研究较多的心肌再灌注时干预的靶点，是指一组促存活蛋白激酶，主要包括磷脂酰肌醇3激酶、蛋白激酶B和ERK1/2，机械干预(如缺血预适应和缺血后处理)和药物干预(如他汀、腺苷、心房钠尿肽等)均能激活RISK信号通路，使心肌梗死面积减少最多达50%［16］。ERK1/ 2作为其中一条重要的通路，有强大的心脏保护作用。目前已经明确Ras/Raf/MEK/ERK通路可调控细胞凋亡的下游靶点，包括caspase-9、蛋白激酶 C、p53等。线粒体通透性转化孔被认为是RISK信号通路的最终效应器，RISK信号通路可能通过磷酸化作用激活内皮型一氧化氮合酶，上调Bcl-2蛋白家族中的抗凋亡成员，抑制其促凋亡成员，从而抑制线粒体通透性转化孔的开放，保护心肌［16］。也有学者认为，线粒体ATP敏感型钾通道(KATP)也是RISK信号通路的最终效应器，RISK的激活能使KATP开放，从而激活蛋白激酶C，激活的蛋白激酶C在线粒体中与磷酸化的ERK1/2形成一个蛋白激酶C复合物，使凋亡前蛋白Bad磷酸化并失活，从而抑制心肌细胞凋亡［17］。目前，心肌缺血/再灌注损伤的 MEK1、MEK2、ERK1或ERK2基因靶向小鼠(或显性阴性表达的转基因小鼠)在试验中的应用有望确定MEKERK通路在抗细胞凋亡效应中的全部作用。

雌激素的心脏保护作用已被广泛报道。在心肌细胞中，雌激素通过激活ERK1/2诱导早期生长反应基因1和心钠肽的快速表达，发挥心脏保护作用。在体外雄性大鼠心肌细胞中，发现激活G蛋白耦联雌激素受体可抑制线粒体通透性转化孔开放，而ERK1/2抑制剂PD98059可取消这种保护作用。研究认为，G蛋白耦联雌激素受体的心脏保护作用也是由ERK1/2途径介导的［18］。

2.3 ERK1/2与血管平滑肌增殖 血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖是血管成形术后再狭窄、动脉粥样硬化斑块形成等的病理基础。在血管病变部位，VSMC在新生内膜形成过程中由分化表型暂时变成分化程度较低、更接近胚胎期的未分化表型，表型发生转化的VSMC在增殖的同时合成与分泌各种细胞因子和细胞外基质，在血管成形术后再狭窄、动脉粥样硬化等发生过程中发挥重要作用。

VSMC增殖需要细胞周期素及周期素依赖激酶抑制蛋白在时间和空间上的协调作用，正常冠状动脉中膜的VSMC是基本静止的，以较低的比率(约0.05%)增殖，主要停留在G0/G1期。血管损伤后，VSMC迁移到动脉的内层，由静止状态进入细胞周期，细胞由G1期进入S期要求细胞周期素-周期素依赖激酶复合物的激活［19］。有文献报道氧化型低密度脂蛋白能够通过 Ras/Raf/MEK/ERK途径诱导VSMC增殖［20-24］，其部分机制是此途径可增加细胞周期素D1蛋白表达和相关激酶的活性［25-27］。

在对离体培养的人大隐静脉平滑肌细胞磷酸化的ERK1/2进行阻断后，平滑肌细胞的增殖受抑制，凋亡增加，细胞由合成型向收缩型转变［28］。最近，Dong等［29］通过体外实验表明，黄芩苷(一种黄酮类化合物)通过抑制血小板源性生长因子受体介导的ERK1/2途径，抑制细胞周期素依赖激酶激活并增加p27(负性调节细胞周期素依赖激酶2)的聚集，从而抑制VSMC增殖。

3 小结

心血管疾病对人类健康有较大的危害，多年来发病率仍持续增长，ERK1/2作为MAPK家族的成员之一，参与了多种心血管疾病的发生、发展。目前，关于ERK1/2信号转导通路的研究发展迅速，许多基于ERK1/2的试验使用其特异性抑制剂治疗相关疾病，并取得了一定成果，对通路中ERK1/2的上、下游蛋白和各种激酶的激活机制尚待进一步探讨。相信随着对其分子机制的进一步研究，ERK1/2在预防和治疗心血管疾病方面将发挥更大的作用。

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