凋亡信号调节激酶1与运动性心肌肥大、细胞凋亡

武胜奇 张 琳 郝选明 邓树勋 (广东外语艺术职业学院基础部，广东 广州 50640)

1 凋亡信号调节激酶1的生物学特性

凋亡信号调节激酶1(ASK1)是一个分子量为170 kD的丝氨酸/苏氨酸激酶，也叫丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶5(MAPKKK5)，是 MAPKKK家族成员之一，是由Wang等〔1〕1996年分离出来。ASK1是氧敏感性蛋白激酶，它的激活是缺氧引起凋亡过程中最重要的途径。在氧气缺乏时，原来结合在ASK1上的小分子蛋白Trx，在氧化还原反应后与其分离，此蛋白在正常情况下起隔离ASK1而使之在胞质内保持失活状态的作用。同时，各种代谢产物还会引起ASK1激活位点中关键的苏氨酸位点的寡聚化和磷酸化，从而使ASK1完全活化〔2〕。不仅如此，磷酸化、自身聚合及与其他蛋白间的相互作用、TNF-α和Daxx(一种 Fas死亡受体连接蛋白)等都能激活ASK1。激活后 ASK1会级联活化 MMK4/JNK和 MMK3/MMK6/p38信号途径，最终导致凋亡的发生〔3〕。

2 运动性心肌肥大与细胞凋亡

在长期适宜运动负荷影响下，心脏在形态、结构、代谢、功能方面产生一系列良好适应，具有良好的细胞、亚细胞和分子结构等生理基础，使心脏功能增强，心脏发生生理性肥大。运动过程中心脏前负荷和后负荷的增强，其实质是心脏的容量负荷和压力负荷的增加。大量研究已证实，用心肌细胞受到牵张被拉长或者受到机械应力作用来模拟容量超负荷和压力超负荷时，可以导致心肌细胞凋亡。Teiger等〔4〕在胸主动脉缩窄引起的心脏肥大大鼠模型中触发了心肌细胞的凋亡，第一次证实了心肌细胞的凋亡与心肌肥大的起始过程有关。朱全〔5〕的研究表明，即使在过度训练情况下，原本正常的心脏发生严重的、伴随膜结构完整性破坏的损害，也只是个别现象，可能大多只造成一些亚细胞水平的可逆性改变，如氧自由基损伤及钙超载现象。提示了在运动超负荷情况下，产生细胞坏死的可能性非常小，而运动超负荷下的氧自由基增多、钙过负荷、缺血、缺氧，AngⅡ的过量分泌，这些都是心肌细胞凋亡的诱发因素，提示了心肌细胞凋亡有可能参与心脏实质细胞的丢失。袁箭峰等〔6〕研究表明，运动性心肌微损伤是在心脏结构和功能重塑发生过程中一种现象，在其发生、发展过程中存在有凋亡现象，且凋亡程度随着运动强度的增大而增大。

3 ASK1与心肌肥大、细胞凋亡

很多肥大刺激TNF、ROS、机械牵张等都可通过A SK 1诱发心肌细胞的凋亡。已知A SK1诱导凋亡的机制主要有:压力激活蛋白激酶(JNK，p38)的活化，细胞色素C从线粒体的释放，Caspase通路的激活，细胞核的碎裂以及与Fas结合蛋白Daxx的交互作用等〔7，8〕。已有许多研究揭示了ASK1下游的JNK，p38等促凋亡因子的作用。Tournier等〔9〕的研究发现，在缺乏JNK的个体中，接受紫外线辐射的成纤维细胞的线粒体不释放细胞色素C，进而不能启动凋亡程序，间接表明了JNK是激活细胞死亡程序必需的。Crenesse等〔10〕也发现了JNK在凋亡发生过程中明显升高。同样，p38在促凋亡过程中也发挥了重要作用，如Hao等〔11〕发现SLK(一种胚胎中心激酶)可以通过ASK1激活p38，从而激活缺氧等不利影响下的凋亡发生，妨碍肾脏的正常发生与分化。ASK1级联反应不仅自身能发挥重要的致凋亡作用，而且ASK1及其引起的反应产物也能与大量的其他家族的凋亡相关基因和(或)其表达产物发生相互作用，从而放大了其引起的凋亡的效应。ASK1可以通过其下游的JNK，通过Daxx在细胞核内的转录抑制作用和细胞质内的凋亡信号传导作用，与Fas发生信号传递，导致细胞凋亡的发生〔12〕。Liu等〔13〕的研究则提示，肿瘤坏死因子(TNF)受体相关因子2(TRAF2)可以将TNF受体(TNFR)与ASK1和p38结合，引起ASK1级联反应的激活。而Park等〔14〕的研究发现，热休克蛋白(Hsp)72的过量表达可以抑制ASK1和其下游的p38的激活，使细胞可以在不利条件下减少凋亡的发生。Hikoso等〔15〕认为抑止ASK1的基因表达可以减缓心力衰竭的进程，有望成为治疗心力衰竭的新靶点。

4 ASK1诱导细胞凋亡的信号转导途径

越来越多的研究表明，运动伴随着氧利用的增加，导致了自由基增加的概率，从而对细胞大分子起反作用和对细胞结构产生强烈破坏。氧自由基在运动性心肌微损伤中发挥重要的作用。能否有效地解除氧化作用造成的影响，即通过控制活性氧类(ROS)在细胞内的稳定与平衡是细胞对抗外界刺激免于损伤的主要保护机制。改变ROS的平衡会导致细胞的增殖、凋亡和衰老，从而影响着多种生理病理过程的发生和发展〔16〕。运动过程中，多种因素通过不同的途径直接或间接地诱导ROS形成。然而，ROS是通过怎样的信号传导通路尚未阐明。有研究表明一些细胞因子，如硫氧还蛋白，谷氧还蛋白，14-3-3等可与ASK1的不同位点结合并抑制其活性，而TNF/ROS可能就是通过阻断这些抑制因子与ASK1的结合，从而激活ASK1〔17〕。

有学者提出H2O2能使TRX蛋白从ASK1上脱落下来，解除了其对ASK1的抑制作用，从而ASK1就寡聚化，在它的活化环上一个苏氨酸的位点 T845磷酸化，由此激活了 ASK1〔18〕。也有人认为H2O2能直接使ASK1上S967位点去磷酸化，以至于14-3-3蛋白从该位点脱落，完成ASK1的激活过程〔19〕。还有研究认为蛋白激酶D1(PKD1)介入H2O2-ASK1-JNK信号转导途径〔20〕。PKD1的RNA干扰使PKD1表达减弱和PKD1 KW转染使PKD1没有酶的活性，均能降低下调ASK1-JNK信号，而PKD 1的持续性活化则加强了整个通路的信号，提示PKD 1是位于ASK1上游的一个重要的信号调节蛋白。进一步研究表明，蛋白激酶D1在H2O2的激活下磷酸化，从细胞膜移位到胞质，和ASK1形成复合物，使ASK1的活性发生改变，激活JNKs和P38MAPK，诱导细胞凋亡。

5 小结

心肌肥大和细胞凋亡信号转导通路是一个复杂的调节网络，各条通路之间存在各种交互联系，相互协调，相互制约。对肥大和凋亡信号通路的调控及核内基因表达的调控是当前该领域的热点课题。在众多的信号通路中，MAPK途径起到了至关重要的作用，这不仅因为几乎所有的肥大刺激均可活化MAPK级联反应，还因为MAPK可活化与肥大和凋亡基因结合的多种转录因子。MAPK上游激活剂MAPKKK在心肌微损伤中的作用也越来越受到关注。ASK1是最近被发现的MAPKKK家族的一员，已被作为调节心脏肥大及诱导心力衰竭的新的信号通路〔15〕，目前对于ASK1在心肌肥大以及从心肌肥大到心力衰竭不同阶段中的作用研究还远远不够，PKD1和ASK1表达是否与运动性心肌损伤有关，在运动过程中是否能诱导心肌细胞凋亡尚无文献报道。因此对ASK1作用机制的研究有望为运动心脏损伤的治疗提供理论依据和研究方向。

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