細胞外信號調節激酶1/2在心血管系統疾病中的作用

王 璇(綜述)，龔和禾(審校)

(南京醫科大學附屬南京醫院老年醫學科，南京210001)

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)在細胞內信號轉導過程中發揮著重要作用，從細胞受到刺激至細胞出現相應的生物學效應，其通過MAPK信號轉導通路多級激酶的級聯反應，包括3個關鍵的激酶:MAPK、MAPKK和MAPKKK。MAPKKK對MAPKK的絲氨酸、蘇氨酸雙位點磷酸化而將其活化，進而使MAPKK對MAPK進行蘇氨酸、絲氨酸雙位點磷酸化。胞外信號調節激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)作為MAPK家族中的一員，是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，負責傳遞絲裂原信號。它正常定位于胞質，激活后轉位至胞核，調節轉錄因子活性，產生細胞效應。許多轉基因動物模型實驗為ERK信號通路調控體內心肌細胞的增殖凋亡等提供了大量的證據，而信號通路特異性抑制劑在實驗中的使用則揭示了目的蛋白在疾病病理過程中的特定作用［1］。

1 ERK1/2概述

哺乳動物細胞中至少存在5種ERK亞族:ERK1、ERK2、ERK3、ERK4、ERK5。ERK1/2是由 Boulton等［2］于20世紀90年代初期分離鑒定的一種蛋白激酶，是ERK家族中第一個被克隆，亦是表達最多、研究最多的成員。ERK1/2是兩個高度同源的亞類，相對分子質量分別為44×103和42× 103，是一類分布于胞質中具有絲氨酸和酪氨酸雙重磷酸化能力的ERK，可被各種生長因子、離子射線、過氧化氫等活化，磷酸化激活的ERK1/2由胞質轉位到核內，激活轉錄因子或核糖體S6激酶，影響核DNA活性，調節轉錄過程及細胞周期，這些轉錄因子進一步調節它們各自靶基因的轉錄，刺激表達存活相關基因，引起特定蛋白的表達或活性改變，最終調節細胞代謝和功能，影響細胞產生特定的生物學效應。

2 ERK1/2與心血管系統疾病

2.1 ERK1/2與心肌肥厚 正常成人的心肌細胞是不可再生的，受到外界因素等刺激后，發生一系列病理改變，最終通過蛋白合成增加或者降解減少導致心肌肥厚。生物壓力負荷和神經元介質因子是心肌肥厚的主要觸發因素［3］。壓力負荷所介導的心肌肥厚反應需要壓力敏感型離子通道、整合素、細胞支架蛋白等組成復雜的網絡系統的參與，而神經介質則通過其下游的信號途徑調控已知的包括內皮素1、血管緊張素Ⅱ、胰島素樣生長因子1和兒茶酚胺類等［4］。

Ras/Raf/絲裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)/ERK細胞信號傳遞通路是脊椎動物中克隆的第一個MAPK途徑，也是目前研究最為徹底的MAPK通路。Ras是一個小GTP連接蛋白，相當于分子開關，連接著細胞膜酪氨酸激酶受體和下游的信號傳遞系統Raf被激活后由細胞膜轉位至細胞質，從而激活MEK1和ERK1/2，產生一系列的生物學效應。Harris等［5］通過Raf基因剔除動物模型實驗，發現在壓力負荷作用下，此動物模型組與對照組相比，ERK表達受抑制且心肌肥厚減少，可見Raf信號途徑在壓力負荷所介導的心肌肥厚反應中發揮著重要作用。Ras/Raf/MEK/ERK細胞信號傳遞通路只是Ras所介導的信號途徑的一種，既往研究發現此途徑與代償性心肌肥厚有關，是一種生理性適應，而通過Ras介導的其他調控途徑則多導致肥厚型心肌病，即病理性改變［3］。當壓力負荷持續存在，基因表達程序將發生變化，導致心肌收縮功能障礙、細胞外結構重構，即發展為失代償性心肌肥厚，這種生理性適應發展為病理性改變的具體機制目前尚未闡明［6-7］。

對于ERK1/2介導心肌肥厚的下游靶點已有研究報道，包括磷酸化轉錄因子Ets結構域蛋白1及鋅指轉錄因子［8-9］。鋅指轉錄因子是多數鈣表達的結構基因和肥大性反應基因的一個重要調節因子，其活性改變對心肌細胞中的轉錄有重要影響［10］。ERK 1/2直接磷酸化結節性硬化復合物2基因，進而激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白，后者是一種重要的蛋白合成調節劑［11］。此外，p70、S6激酶的激活也與ERK有關，通過調節翻譯的效率，增加肥厚性反應中的蛋白積累［12］。Lorenz等［13］研究發現了 ERK1/2的自身磷酸化位點，這種自身磷酸化只在心肌肥厚刺激因素下發生，可能是ERK1/2途徑的一種新的調節機制。

2.2 ERK1/2與心肌凋亡 心肌細胞凋亡是心肌功能退化、局部炎癥、纖維性重構的主要原因。體外實驗表明，在氧化應激、缺血/再灌注等損傷下，Ras/Raf/ MEK/ERK通路起到心肌保護作用，其中MEK或ERK的特異性抑制劑可減弱這種保護作用［14-15］。同時，有實驗證實Raf基因剔除模型的心肌細胞凋亡增加［5］。

再灌注損傷挽救激酶(reperfusion injury salvage kinase，RISK)信號通路是近年來研究較多的心肌再灌注時干預的靶點，是指一組促存活蛋白激酶，主要包括磷脂酰肌醇3激酶、蛋白激酶B和ERK1/2，機械干預(如缺血預適應和缺血后處理)和藥物干預(如他汀、腺苷、心房鈉尿肽等)均能激活RISK信號通路，使心肌梗死面積減少最多達50%［16］。ERK1/ 2作為其中一條重要的通路，有強大的心臟保護作用。目前已經明確Ras/Raf/MEK/ERK通路可調控細胞凋亡的下游靶點，包括caspase-9、蛋白激酶 C、p53等。線粒體通透性轉化孔被認為是RISK信號通路的最終效應器，RISK信號通路可能通過磷酸化作用激活內皮型一氧化氮合酶，上調Bcl-2蛋白家族中的抗凋亡成員，抑制其促凋亡成員，從而抑制線粒體通透性轉化孔的開放，保護心肌［16］。也有學者認為，線粒體ATP敏感型鉀通道(KATP)也是RISK信號通路的最終效應器，RISK的激活能使KATP開放，從而激活蛋白激酶C，激活的蛋白激酶C在線粒體中與磷酸化的ERK1/2形成一個蛋白激酶C復合物，使凋亡前蛋白Bad磷酸化并失活，從而抑制心肌細胞凋亡［17］。目前，心肌缺血/再灌注損傷的 MEK1、MEK2、ERK1或ERK2基因靶向小鼠(或顯性陰性表達的轉基因小鼠)在試驗中的應用有望確定MEKERK通路在抗細胞凋亡效應中的全部作用。

雌激素的心臟保護作用已被廣泛報道。在心肌細胞中，雌激素通過激活ERK1/2誘導早期生長反應基因1和心鈉肽的快速表達，發揮心臟保護作用。在體外雄性大鼠心肌細胞中，發現激活G蛋白耦聯雌激素受體可抑制線粒體通透性轉化孔開放，而ERK1/2抑制劑PD98059可取消這種保護作用。研究認為，G蛋白耦聯雌激素受體的心臟保護作用也是由ERK1/2途徑介導的［18］。

2.3 ERK1/2與血管平滑肌增殖 血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)增殖是血管成形術后再狹窄、動脈粥樣硬化斑塊形成等的病理基礎。在血管病變部位，VSMC在新生內膜形成過程中由分化表型暫時變成分化程度較低、更接近胚胎期的未分化表型，表型發生轉化的VSMC在增殖的同時合成與分泌各種細胞因子和細胞外基質，在血管成形術后再狹窄、動脈粥樣硬化等發生過程中發揮重要作用。

VSMC增殖需要細胞周期素及周期素依賴激酶抑制蛋白在時間和空間上的協調作用，正常冠狀動脈中膜的VSMC是基本靜止的，以較低的比率(約0.05%)增殖，主要停留在G0/G1期。血管損傷后，VSMC遷移到動脈的內層，由靜止狀態進入細胞周期，細胞由G1期進入S期要求細胞周期素-周期素依賴激酶復合物的激活［19］。有文獻報道氧化型低密度脂蛋白能夠通過 Ras/Raf/MEK/ERK途徑誘導VSMC增殖［20-24］，其部分機制是此途徑可增加細胞周期素D1蛋白表達和相關激酶的活性［25-27］。

在對離體培養的人大隱靜脈平滑肌細胞磷酸化的ERK1/2進行阻斷后，平滑肌細胞的增殖受抑制，凋亡增加，細胞由合成型向收縮型轉變［28］。最近，Dong等［29］通過體外實驗表明，黃芩苷(一種黃酮類化合物)通過抑制血小板源性生長因子受體介導的ERK1/2途徑，抑制細胞周期素依賴激酶激活并增加p27(負性調節細胞周期素依賴激酶2)的聚集，從而抑制VSMC增殖。

3 小結

心血管疾病對人類健康有較大的危害，多年來發病率仍持續增長，ERK1/2作為MAPK家族的成員之一，參與了多種心血管疾病的發生、發展。目前，關于ERK1/2信號轉導通路的研究發展迅速，許多基于ERK1/2的試驗使用其特異性抑制劑治療相關疾病，并取得了一定成果，對通路中ERK1/2的上、下游蛋白和各種激酶的激活機制尚待進一步探討。相信隨著對其分子機制的進一步研究，ERK1/2在預防和治療心血管疾病方面將發揮更大的作用。

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