细胞信号转导通路与动脉粥样硬化的研究进展

细胞信号转导通路与动脉粥样硬化的研究进展细胞信号转导通路与动脉粥样硬化的研究进展 动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是由单核/淋巴细胞黏附并激活内皮 细胞(EC)而开启的由多种原因导致的疾病，是冠状动脉疾病、周围动脉疾病、 脑梗死等血管性疾病的病理基础。不同细胞因子发挥生物学功能均是通过与细 胞膜表面受体相互作用,经过跨膜信号转导活化细胞内的相关信号通路,最终促 进靶基因的表达。介导细胞因子生物学活性的信号通路在 AS 的发生、发展中具 有重要作用,目前人们已经对 AS 形成中的相关信号通路的作用进行了广泛研究, 并针对相关信号通路而采取的新型治疗方法取得了重大的进展。 1 炎症相关信号通路与 AS 在 AS 病变发生发展过程中，从脂质条纹到纤维斑块和粥样斑块，乃至不稳 定斑块的形成和破裂，始终都有各种炎症细胞和大量的炎症介质参与，存在变 质、渗出和增生。各种危险因素损伤血管内皮，上调产生单核细胞趋化蛋白 1(MCP1)和巨噬细胞集落刺激因子(MCSF)，趋化募集并增殖单核/巨噬细 胞。同时分泌的各种细胞黏附分子促进血小板、粒细胞、单核细胞等黏附于血 管内皮，释放多种生物活性因子，触发启动炎症反应，促成 AS 病变的发生和发 展。核转录因子B(NFB)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)及 Janus 激酶 信号转导转录激活因子(JAKSTAT)是细胞内3条重要信号通路。 1.1 NFB 信号通路 NFB 是由 Rel 蛋白家族的成员以同源或异二聚体形式组成。目前发现 的哺乳动物的 Rel 蛋白包括 RelA(p65、NFB3)、Rel(cRel)、 RelB、NFB1(p50)和 NFB2(p52)，结构上它们的 N 端都具有一个由300 个氨基酸组成的 Rel 同源区,该区域含有二聚体化区,DNA 结合区和核定位信号 区,分别具有与同源或异源亚基形成二聚体、与 DNA 上的 B 序列结合、与 B 抑制蛋白(IB)家族成员相互结合等功能。NFB 是促炎细胞因子激活细胞 的主要信号通路之一。静息状态下，NFB 的 p65亚基与 IB 单体结合形成 的三聚体复合物以失活状态存在于细胞质中，不具有调节基因转录的能力。当 细胞受到如应激、病原体、细胞因子、生长因子等的作用时，IB 激酶(IKK) / 复合物被 MAPK 家族，及非典型蛋白激酶(aPKC)和蛋白激酶 B(Akt)激 活;IB 在酪蛋白激酶 II 的作用下磷酸化,其 C 末端富含脯氨酸(P)、谷氨酸 (E)、丝氨酸(S)及苏氨酸(T)(PEST)结构域,然后对 IBN 端的32和36位的丝 氨酸进行磷酸化;IB N 端第21和22位赖氨酸与多个泛素分子共价结合;与 泛素结合的 IB 发生构象改变被多催化性 ATP 依赖性26S 的蛋白酶识别并降解, NFB 游离并移入核内,启动相关基因的转录。由于 NFB 与 IB 亲和力 大于与其 DNA 的亲和力,在核内与新合成的 IB 结合,使其从 DNA 上解离下来, 然后在 IB 分子中的核输出序列作用下促使 NFB 重新回到细胞质中。 NFB 活化与失活的循环调控，维持了细胞内环境稳定。 研究发现,活化的 NFB 存在于 AS 病灶的平滑肌细胞(SMC)、巨噬细胞、 EC 等多种细胞中。这条通路激活后可以调节编码促炎细胞因子、黏附分子、趋 化因子、生长因子以及环氧合酶2(COX2)和诱导型一氧化氮合酶(NOS)等基 因的表达。通过大规模的临床研究表明,在 NFB 高度表达的主动脉 AS 患者 中,主动脉处于超炎症状态。因此，NFB 高度表达的诊断参数提供了一种炎 症依据,证明可能导致 AS。给予低密度脂蛋白受体基因(LDLR/)小鼠高脂饮 食后,研究者们早期即可在其主动脉根部发现内皮细胞内 NFB 的活化,而该 部位在接下来的观察中将发展成为 AS 斑块。Edwin Kanters 等研究发现同样给 予高脂饮食，利用新型的鼠单克隆抗体，在 NFB1表达缺陷的小鼠比对照组 AS 的发生率低。 1.2 MAPK 细胞内信号转导通路 MAPK 是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,它广泛存在于体内大多数细胞内,对 细胞的增殖、分化、凋亡及应激反应具有至关重要的作用。真核细胞中,已确定 出细胞外信号调节激酶(ERK)(P42/P44MARK)通路、应激活化蛋白激酶(SAPK) /JNK 通路、P38MAPK 通路及 ERK5通路4条 MAPK 信号转导通路。其中 ERK1/2通路 可被多肽生长因子和佛波酯激活,对机械刺激也可作出反应。JNK 和 P38通路对 生长因子和佛波酯反应微弱,但对炎症因子,应激刺激如高温、渗透压变化、紫 外线、DNA 损伤剂和蛋白合成抑制剂反应强烈,因此又被称为 SAPK。已知 ERK5 通路可被生长因子、氧化应激、高渗刺激等因素激活,但对其上游的信号分子及 其激活后产生的生物学效应不是很清楚。这4条通路在胞内都是经 MAPKKK,MAPKK 和 MAPK3级级联反应将信号传至核内,作用于特定的靶基因,发挥 生物学效应。 有实验表明,与载脂蛋白 E/小鼠比较,JNK2缺失的载脂蛋白 E/小鼠 AS 损害明显减少。将载脂蛋白 E/JNK2/小鼠的骨髓移植到载脂蛋白 E/小鼠体内时,该小鼠的 AS 损伤将一定程度减轻。Lu 等发现 MAPK 信号通 路的下游盘状结构域(DDR)1受体，在 AS 血管损伤的平滑肌细胞中表达增加，I 型胶原诱导 SMC 迁移是通过 DDR1受体信号介导的。有实验证明褪黑素能降低由 氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)诱导的高脂血症模型人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 中 MLCK 的表达与活性，可能与信号调节通过 ERK/MAPK 信号转导通路降低了 AS 斑块形成相关。 1.3 JAKSTAT 和转导子信号通路 JAK 是一类非受体型酪氨酸激酶,由4个成员组成：JAK1、JAK2、TYK2和 JAK3 。前3者广泛存在于各种组织和细胞中，而 JAK3仅存在于骨髓和淋巴系统。 它们分别参与干扰素 、 和白细胞介素36、粒巨细胞集落刺激因子 等细胞因子的信号转导过程,具有高度的保守性，是一条细胞因子对免疫反应、 血细胞生成、神经和胚胎发育的调节以及细胞增殖凋亡等多效性的传导通路。 JAK 的酪氨酸磷酸化底物是 STATs 家族成员。在哺乳动物细胞中，STATs 家族可 以分为七个亚型 STATl、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b 和 STAT6。STAT 的 C 末端转录激活结构域在各个亚型中存在着较大的差异，这与 不同类型的细胞因子激活下游不同亚型的 STAT 从而激活不同基因有关。 STAT3作为 JAK/STAT 信号转导途径中的一个重要的信号分子，IL6可以结 合 IL6受体的 链和糖蛋白130(GB130),而后激活 JAK1和 STAT3。干扰素 (IFN) 激活 JAK1和 JAK2后通常再激活 STAT 蛋白。IFN 是一种免疫调节 和抗菌因子，Hao 等研究表明，IFN 可以使 ABCA1表达增多，可能首先是通 过 JAK/STAT1信号传导途径上调肝 X 受体 表达，并降低胆固醇,从而减少 AS 发生中泡沫细胞的形成。Ievy 和 Granot 报道,STAT3通过直接对早期反应基 因的转录激活,从而调控 VSMC 中增殖信号的传递,而大鼠颈动脉球囊损伤后早期 即出现 JAK2及 STAT3的诱导性增高,并在术后7 d 达到峰值。 2 泛素蛋白酶体通路(ubiquitinproteasome system，UPS)与 AS UPS 广泛存在于真核生物细胞中，由泛素(Ub)、泛素活化酶(E1)、泛素耦 联酶(E2s)、泛素蛋白连接酶(E3s)、26 S 蛋白酶体以及泛素再循环酶等组成。 UPS 是 ATP 依赖性的,非溶酶体蛋白质的降解通路,不仅降解变性、异常或起短 暂作用的蛋白质,而且能降解转录因子、内膜蛋白和细胞周期蛋白等天然蛋白质。 UPS 在维持蛋白质稳定状态、调节细胞程序性死亡和控制细胞周期等过程中起 重要作用。研究发现,细胞内80%90%的蛋白质是由 UPS 来降解的,因此,UPS 被 认为是细胞内蛋白质降解的主要通路,对维持细胞及整个生物体的正常功能,起 着重要的作用。 Herrmann 等发现急性冠状动脉综合征患者不稳定斑块内泛素与 T 细胞共同 表达,影响后者功能,参与炎症反应并改变斑块稳定性。泛素耦联酶9参与 Fas 下游信号转导并介导细胞凋亡。Marfella 等发现晨起血压对 AS 稳定性的影响 是通过 UPS 发挥作用。Marfella 等还发现 AS 患者泛素水平升高但蛋白酶活性 减低,UPS 功能减低促进细胞老化,加速 AS 进程。Yamada 等对进行过主动脉及二 尖瓣手术的60名患者(平均年龄64.5岁)进行调查分析，Ub 和巨噬细胞易出现在 有瓣膜疾病患者的心瓣膜上，而且 UPS 还可以通过炎性过程以促进 AS 的发生。 3 Wnt 信号通路与 AS Wnt 蛋白是一组富含半胱氨酸的糖基化蛋白,参与细胞的增殖、分化、凋亡 以及控制细胞的定位等过程,而且在无脊椎和脊椎动物心脏发育过程中也起到关 键作用。在胚胎发育期,Wnt 信号的失调将会导致夭折或发育缺陷,在成体中则 会导致包括癌症在内的多种疾病的发生。 Wnt 信号通路是一条繁杂的信号网络,目前的研究认为至少有3个分支:经 典 Wnt 通路;Wnt/细胞信号极性(PCP)通路;Wnt/钙离子通路。在一项对阻止 AS 进展策略研究中,证实经典 Wnt 信号通路增强单核内皮细胞粘附而没有改 变粘附分子的表达水平。周细胞(pericytes)是主要的内皮支持细胞,紧靠 EC, 它有调控 EC 的成熟、稳定微血管壁及促进新生血管和血管出芽等功能。周细胞 沿着脂肪生成、软骨生成和骨生成方向的异常分化与 AS 和血管钙化有关。Wnt 信号抑制周细胞向脂肪系分化而促进其向软骨系分化。提示 Wnt 信号通路可能 与 AS 的发生有关。研究者已在载脂蛋白 E 基因缺陷小鼠和接受动脉内膜切除术 的病人的颈动脉内膜下发现大量 Wnt5a 在巨噬细胞积累的区域,同时也发现了大 量 Toll 样受体4(TLR4)。定量 RT PCR 检测显示，内毒素脂多糖(LPS)(已 知的 TLR4配体诱发)刺激某种巨噬细胞而使 Wnt5a 的 mRNA 表达。这些都证明 Wnt5a 在人类和小鼠 AS 病变中有表达。 4 Rho/Rho 激酶信号通路与 AS 早在1985年，Rho 被确认为是 Ras 的哺乳动物基因同系物并因此而得名 (Ras homologue)。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，并因具有 GTP 酶活性，又称为 RhoGTP 酶，是目前研究最为详细的 Ras 相关 单体 GTP 酶。RhoGTP 酶有与 GDP 结合或 GTP 结合的两种失活或激活状态，前者 定位在细胞浆内，而后者与细胞膜相结合，在细胞的信号转导通路中作为信号 转换器或分子开关，作用于细胞骨架或其靶蛋白而产生多种生物效应。 现已证实 Rho 的下游靶效应分子有70多个，Rho 激酶(ROCK)是其最主要和 最直接的效应分子,ROCK 又称 Rho 相关激酶，属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是 目前功能研究最为详细的 Rho 下游靶效应分子。ROCK 参与 AS 发病机制的途径 如下：促进单核细胞内皮下迁移:在单核细胞穿越内皮细胞层的迁移过程中， 需要发生形态及黏附力的变化。ROCK 主要减弱单核细胞尾部整合蛋白调节的黏 附力，从而促进胞尾收缩及增强穿越内皮细胞的能力。促进纤溶酶原激活剂 抑制物1(PAI1)的表达:在鼠离体平滑肌细胞实验中，抑制 ROCK 的活性可完 全抑制 AS 诱导的平滑肌细胞 PAI1mRNA 的表达，但并不影响 ERK 的激活。 ROCK 可能通过活化转录因子，包括活化蛋白1及血清反应因子等来调节 PAI1的表达。ROCK 增强 EC 的通透性:应用 ROCK 抑制剂 Y27632，可明显 抑制 EC 的通透性。oxLDL，溶血磷脂酸，凝血酶激活 ROCK，因而抑制了肌球 蛋白磷酸化酶的活性，增加了肌球蛋白轻链(MLC)的磷酸化，导致 EC 收缩，通 透性增加。 ROCK 促进 SMC 增殖:血管中膜 SMC 迁移与增生是 AS 的基本病理 改变之一。ROCK 参与凝血酶诱导的 SMC 的 DNA 的合成及迁移。ROCK 也参与 hu2诱导的血管 SMC 增生。这种作用可能是通过向下调节细胞周期蛋白依赖的 激酶抑制剂 P27KIP1而实现的。 ROCK 参与的 SMC 对 Ca2+增敏的调节在平滑肌收缩中占主要地位。其机制可 能为 Rho 活化 ROCK，ROCK 抑制肌球蛋白磷酸化酶的活性，提高了磷酸化的肌球 蛋白轻链(MLCK)磷酸化水平，使平滑肌收缩，导致冠状动脉痉挛。 MoriKawabe 等发现异丙肾上腺素可以使 apoE 基因敲除小鼠的内皮完整的主 动脉强烈收缩， Y27632可以更有效地降低了 apoE 基因敲除小鼠的收缩性， 这提示 AS 形成早期的平滑肌收缩更多的依赖于 ROCK 活性，与 Rho/ROCK 系统有 重要联系。ROCK 参与如平滑肌收缩，细胞迁移和增殖的多种细胞功能。在过去 几年中，Zho