Rho激酶他汀类药物抗动脉粥样硬化的重要靶点

作者:孙由静[1] 汪芳[1] 
单位:北京医院[1]

   动脉粥样硬化的形成是一个复杂的过程,炎症因子的过度表达和脂质堆积是该过程的主要特点。大量研究证实他汀类药物可以抑制血管炎症反应,修复和改善血管内皮功能,减轻血管重塑,稳定斑块等,进而抑制动脉粥样硬化的形成,这种作用独立于降脂作用外,我们称之为他汀类药物的多效性。近些年,他汀类药物发挥多效性的机制越来越多地受到研究者们关注,大量基础和临床实验表明他汀类药物这种多效性可能与其通过抑制甲羟戊酸合成途径减少了类异戊二烯化中间产物的合成,特别是焦磷酸香叶酰香叶酯(geranylgeranylpyro-phosphate, GGPP)的合成,进而抑制了小G 蛋白Rho的异戊二烯化及其下游靶点Rho 激酶的激活密切相关。

1 Rho 激酶的分子结构与活化机制

   Rho 激酶是小G 蛋白Rho 相关的螺旋状激酶,属丝氨酸/ 苏氨酸激酶家族,是蛋白Rho 重要的下游靶点。其最早是在20 世纪90 年代中期分别由来自日本和新加坡的科研小组发现并定义为Rho-ki-nase/ ROK/ ROCK2。随着研究进展,我们对Rho激酶的了解也逐渐清晰。Zhou 和Liao 等对Rho 激酶结构进行了研究,认为Rho 激酶的结构大致可分为三部分:N-末端、中央螺旋卷曲区域、C-末端(图1)。其中N-末端主要包含激酶结构域,中央螺旋卷曲区域包含Rho-结合域( Rho-binding domain,RBD),C-末端包含半胱氨酸富含结构域(cysteine-rich domain, RD),CRD 位于PH( leckstrin homology)结构域内 。Rho 激酶有两个亚型:ROCK1 和ROCK2,两者在总的氨基酸序列中有65% 的一致性,在激酶结构域有92% 的一致性。虽然ROCK1和ROCK2 享有许多共同氨基酸序列,但研究者通过对小鼠组织的研究发现两者功能及下游靶点并不相同。

  研究表明,Rho 激酶的C-末端是N-末端激酶结构域的自动调节抑制因子,故生理条件下Rho 激酶处于非激活状态,只有在一定条件下才被激活。Amano 等提出,Rho 激酶的激活主要有三种形式: ①经过异戊二烯化的蛋白Rho 可转移至细胞膜,继而以Rho-GTP 的活性形式与Rho 激酶上RBD 结合,使C-末端RBD-PH 区域结构发生改变,导致激酶结构域的“开放”激活Rho 激酶; ②通过花生四烯酸与PH 结构域结合,也可使激酶结构域“开放”,激活Rho 激酶; ③颗粒酶B 或切东酶3 通过裂解C-末端也可以激活Rho 激酶。除以上三种途径外,Rho 激酶还能通过蛋白低聚反应使N-末端发生转磷酸反应而被激活。

2  Rho 激酶与动脉粥样硬化的形成

  激活的Rho 激酶通过作用于它的下游靶点蛋白可介导细胞骨架改变,诱导动脉粥样硬化形成。研究指出Rho 激酶的作用靶点主要有肌球蛋白轻链(myosin light chain, MLC)、肌球蛋白结合亚基(myosin binding subunit, MBS)、ERM 蛋白、LIM 激酶、内收蛋白和肌钙蛋白等。这些靶点蛋白被磷酸化后可激活信号传导通路,导致细胞收缩、内皮功能受损、血管平滑肌细胞(vascular smooth musclecell, VSMC)增殖、炎细胞浸润等,最终促进动脉粥样硬化形成。我们从以下几个方面来阐述Rho激酶与动脉粥样硬化形成之间的关系。

2.1  Rho 激酶对细胞的影响

  相关研究提示, Rho/ Rho 激酶途径可介导VSMC 收缩、导致内皮功能受损、促进炎症细胞募集以及细胞迁移、增殖、凋亡等过程。VSMC 收缩主要依赖于MLC 的磷酸化。MLC 磷酸化主要依赖MLC 激酶,去磷酸化则是依靠MLC 磷酸酶。而Rho 激酶可抑制MLC 磷酸酶中的MBS,从而增加MLC 的磷酸化,诱导VSMC 收缩]。在内皮细胞中,内皮源性一氧化氮(nitric oxide, NO)和由NO 介导的信号因子都是Rho/ Rho 激酶途径的靶点和效应器,RhoA/ Rho 激酶途径可对NO 的产生起负调控作用,进而导致内皮功能受损。另有研究显示,刺激因子如活性氧(reactive oxygen species, ROS)可通过自分泌/ 旁分泌的生长机制促进VSMC 增殖。而ROS 相关的亲环素A(cyclophilin A,CYPA)则是通过Rho/ Rho 激酶途径活化进而由VSMC 分泌的。由此可见,Rho 激酶可通过影响细胞功能促进动脉粥样硬化形成。

2.2  Rho 激酶对血管的作用

   已有研究表明,Rho 激酶对血管内皮功能起负调控作用,同时还促进血管炎症反应及血管重塑,加速动脉粥样硬化的发生。Yao 等在其研究中阐明,血管内皮功能受损的显著特点是NO 的生物利用度减低,其机制可能是内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS) 表达下降,eNOS 激活受损,或NO 因氧化应激而失活。而大量研究表明,Rho/ Rho 激酶途径可负调控eNOS的表达和激活。在小鼠模型研究中发现,Rho/ Rho激酶途径的激活可显著抑制肠系膜动脉中eNOS 的表达和磷酸化。在人内皮细胞中凝血酶可缩短eNOS mRNA 半衰期而降低其细胞水平,其机制也与Rho/ Rho 激酶途径的激活有关。此外,有研究证实,活化的Rho 激酶能诱导或上调炎症前细胞因子和黏附分子的表达,从而促进炎症反应和血管重塑。Satoh 等发现,他汀类药物或Rho 激酶抑制剂可以抑制Rho/ Rho 激酶途径,阻断由VSMC 分泌的CYPA,从而逆转炎症反应和血管重塑。综上所述,Rho 激酶能促进血管炎症反应和血管重塑,推动动脉粥样硬化形成。

2.3  Rho 激酶和动脉粥样硬化

   研究表明,动脉粥样硬化形成过程中Rho 激酶活性可显著增加,而抑制Rho 激酶活性将降低动脉粥样硬化发生率。孙立群等研究发现,动脉粥样硬化灶内Rho 激酶表达明显增加,而经Rho 激酶抑制剂干预后,病变处VSMC 增殖减低、Rho 激酶表达下调。另有研究指出,Rho 激酶可促进支架植入后新生内膜增生,长期抑制Rho 激酶的表达可能成为防止支架内再狭窄的一种方法。Iso 等利用球囊扩张猪冠状动脉,2 周后狭窄造模成功,实验组给予Rho 激酶抑制剂Y鄄27632,用血管造影术和血管内超声量化对血管变化进行分析,结果发现血管损伤处内膜增生、缩窄性重构,Rho 激酶表达显著增加,而应用Y-27632 能够抑制冠状动脉球囊血管成形术后缩窄性重构和内膜增生。

   Rekhter 等在对载脂蛋白E 基因敲除并给予高脂饮食的小鼠模型研究中发现,使用Y鄄27632 可显著减少血管的粥样斑块样损伤,降低动脉粥样硬化的发生率。在猪模型的研究中同样证实,长期应用Rho 激酶抑制剂可抑制冠状动脉粥样斑块形成,减轻血管损害。在LDLR- / - 并给予高脂饮食的小鼠模型中,Mallat 等将小鼠分组并分别腹腔注射Y-27632 和生理盐水,结果发现Y-27632 组小鼠升主动脉窦和胸主动脉的斑块大小与对照组相比分别下降了35% 和29%。此外,Wang 等发现,ROCK1 缺乏的突变小鼠动脉粥样硬化的发病率比正常小鼠明显降低,其骨髓巨噬细胞对单核细胞趋化蛋白1 的趋化性明显受损,同时摄取脂质成份形成泡沫细胞的能力也显著下降。这表明ROCK1 很可能是动脉粥样硬化形成的关键因子,也预示着ROCK1 将有可能成为今后治疗动脉粥样硬化的重要靶点。综上,Rho 激酶与动脉粥样硬化的形成密切相关,Rho 激酶抑制剂在治疗动脉粥样硬化中可能存在很大潜力。

3  他汀类药物可以抑制Rho 激酶活性

  近年来,大量循证医学证据指出,他汀类药物多效性可能与其抑制Rho/ Rho 激酶信号传导通路密切相关。

3.1摇动物实验和临床试验依据

  国内有研究指出,阿托伐他汀可使低氧性肺动脉高压大鼠的肺动脉平均压显著下降,同时逆转肺血管重构,其机制可能与他汀类药物抑制Rho 激酶活性密切相关;瑞舒伐他汀可以通过干预Rho/Rho 激酶通路抑制血管内皮炎症,延缓和抑制动脉管腔狭窄。Kidera 等研究发现,他汀类药物能通过干预Rho/ Rho 激酶通路, 抑制黑色素瘤B16BL6 细胞的迁移、侵袭、黏附和肺转移。Li 等研究证实, 他汀类药物还可以通过抑制肺动脉VSMC 中Rho/ Rho 激酶途径,抑制MMP-2 分泌。此外,他汀类药物能降低平滑肌的自主收缩节律,也与抑制Rho 激酶活性相关。而关于他汀类药物在人体内对Rho 激酶活性的抑制,Nohria 等则在其临床试验中首次给予了证实。该研究以外周血白细胞中p-MBS 占t-MBS 的比例来评估Rho 激酶活性,结果发现高剂量阿托伐他汀(80 mg/ d)可显著降低Rho 激酶活性。该研究第一次证明了在人体内他汀类药物可以抑制Rho 激酶活性,具有重要意义。

3.2 他汀抑制Rho 激酶活性的作用机制

   关于他汀类药物对Rho 激酶的抑制机制,研究认为很可能是与其抑制小G 蛋白Rho 的异戊二烯化相关。他汀类药物作为HMG-CoA 还原酶抑制剂,通过抑制胆固醇合成途径中甲羟戊酸的生成,阻断了其下游类异戊二烯化中间产物,如焦磷酸法尼酯(farnesylpyrophosphate,FPP)和GGPP 的合成。这些中间产物是重要的脂质附着物,对细胞转运和一些小G 蛋白如Ras、Rho、Rac 等的翻译后修饰有重要作用。研究表明,Rho 蛋白在细胞中以两种形式循环存在,一种是存在于细胞浆的Rho-GDP 非活化形式,一种是存在于细胞膜上的Rho-GTP 活化形式。Rho 蛋白通过GGPP 的异戊二烯化后将以Rho-GTP 活化形式转移至细胞膜,然后与其下游靶点Rho 激酶的RBD 结构域结合进而激活Rho 激酶。而他汀类药物通过阻断GGPP 的合成,抑制了Rho 的异戊二烯化,进而影响了Rho 激酶的激活。Hamano 等在其研究中得出:单独使用他汀类药物时,Rho 蛋白在细胞膜上的含量明显下降;同时使用他汀类药物和甲羟戊酸时,Rho 在细胞膜中的含量可恢复。由此证明了他汀类药物抑制Rho激酶活性的机制可能与抑制小G 蛋白Rho 的异戊二烯化密切相关。

3.3 他汀在未来使用中的新疑问

   研究者预测Rho 激酶很可能成为今后心血管疾病治疗的重要靶点,而他汀类药物也已证实可以抑制Rho 激酶活性,那么临床中使用多大剂量的他汀类药物对Rho 激酶的抑制作用最显著仍需要进一步探讨。ESC/ EAS 血脂异常治疗指南提出,低密度脂蛋白胆固醇水平控制应低于70 mg/ dL。那么临床中应用他汀类药物降脂时,其抑制Rho 激酶活性的降脂外作用如何? 此外,实验中选用的他汀类药物是水溶性还是脂溶性对Rho 激酶作用程度也有所不同。因此若想更好地在临床中应用他汀类药物并充分发挥其多效性,更加严格的基础和临床研究势必将成为该领域的研究方向。

4 展望

  从动物实验到临床研究均证实,Rho 激酶在心血管疾病的发病过程中发挥着重要角色,而他汀类药物的多效性与抑制Rho/ Rho 激酶途径密切相关。因此,Rho 激酶特异抑制剂很可能成为今后心血管疾病预防和治疗的重要靶点。事实上,一些制药公司已经开始研发Rho 激酶抑制剂来作为心血管疾病治疗药物。实验研究中常用的Rho 激酶抑制剂为Y-27632,而目前唯一被批准应用于人体的Rho激酶抑制剂是法舒地尔,其最早是1995 年在日本用于预防和治疗蛛网膜下腔出血术后的脑血管痉挛。但它们都不具有亚型特异性,并且在浓度较高时还会结合并作用于其它的激酶。因此,我们期待在未来的研究中可以见到用于研究Rho 激酶亚型特异性抑制剂的模型,发现Rho 激酶亚型的特异性功能,从而为Rho 激酶抑制剂的研制和临床应用开辟更广阔的道路。


    2013/6/15 10:22:39     访问数:1911
    转载请注明:内容转载自365医学网

大家都在说       发表留言

客服中心 4000680365  service@365yixue.com
编辑部   editor@365yixue.com

365医学网 版权所有 © 365heart All Rights Reserved.

京ICP备12009013号-1
京卫网审[2013]第0056号
京公网安备110106006462号
京ICP证041347号
互联网药品信息服务资格证书(京)-经营性-2018-0016  
搜专家
搜医院
搜会议
搜资源
 
先点击
再选择添加到主屏