王 璇(綜述)，龔和禾(審校)

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，南京210001)

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)在細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮著重要作用，從細胞受到刺激至細胞出現(xiàn)相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)，其通過MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路多級激酶的級聯(lián)反應(yīng)，包括3個關(guān)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(diào)節(jié)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(zé)傳遞絲裂原信號。它正常定位于胞質(zhì)，激活后轉(zhuǎn)位至胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，產(chǎn)生細胞效應(yīng)。許多轉(zhuǎn)基因動物模型實驗為ERK信號通路調(diào)控體內(nèi)心肌細胞的增殖凋亡等提供了大量的證據(jù)，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(jì)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(zhì)量分別為44×103和42× 103，是一類分布于胞質(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，激活轉(zhuǎn)錄因子或核糖體S6激酶，影響核DNA活性，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程及細胞周期，這些轉(zhuǎn)錄因子進一步調(diào)節(jié)它們各自靶基因的轉(zhuǎn)錄，刺激表達存活相關(guān)基因，引起特定蛋白的表達或活性改變，最終調(diào)節(jié)細胞代謝和功能，影響細胞產(chǎn)生特定的生物學(xué)效應(yīng)。

2 ERK1/2與心血管系統(tǒng)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(fā)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(dǎo)致心肌肥厚。生物壓力負荷和神經(jīng)元介質(zhì)因子是心肌肥厚的主要觸發(fā)因素［3］。壓力負荷所介導(dǎo)的心肌肥厚反應(yīng)需要壓力敏感型離子通道、整合素、細胞支架蛋白等組成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的參與，而神經(jīng)介質(zhì)則通過其下游的信號途徑調(diào)控已知的包括內(nèi)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(dāng)于分子開關(guān)，連接著細胞膜酪氨酸激酶受體和下游的信號傳遞系統(tǒng)Raf被激活后由細胞膜轉(zhuǎn)位至細胞質(zhì)，從而激活MEK1和ERK1/2，產(chǎn)生一系列的生物學(xué)效應(yīng)。Harris等［5］通過Raf基因剔除動物模型實驗，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)的心肌肥厚反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。Ras/Raf/MEK/ERK細胞信號傳遞通路只是Ras所介導(dǎo)的信號途徑的一種，既往研究發(fā)現(xiàn)此途徑與代償性心肌肥厚有關(guān)，是一種生理性適應(yīng)，而通過Ras介導(dǎo)的其他調(diào)控途徑則多導(dǎo)致肥厚型心肌病，即病理性改變［3］。當(dāng)壓力負荷持續(xù)存在，基因表達程序?qū)l(fā)生變化，導(dǎo)致心肌收縮功能障礙、細胞外結(jié)構(gòu)重構(gòu)，即發(fā)展為失代償性心肌肥厚，這種生理性適應(yīng)發(fā)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(dǎo)心肌肥厚的下游靶點已有研究報道，包括磷酸化轉(zhuǎn)錄因子Ets結(jié)構(gòu)域蛋白1及鋅指轉(zhuǎn)錄因子［8-9］。鋅指轉(zhuǎn)錄因子是多數(shù)鈣表達的結(jié)構(gòu)基因和肥大性反應(yīng)基因的一個重要調(diào)節(jié)因子，其活性改變對心肌細胞中的轉(zhuǎn)錄有重要影響［10］。ERK 1/2直接磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)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(diào)節(jié)劑［11］。此外，p70、S6激酶的激活也與ERK有關(guān)，通過調(diào)節(jié)翻譯的效率，增加肥厚性反應(yīng)中的蛋白積累［12］。Lorenz等［13］研究發(fā)現(xiàn)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(fā)生，可能是ERK1/2途徑的一種新的調(diào)節(jié)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(gòu)的主要原因。體外實驗表明，在氧化應(yīng)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(yù)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(yù)(如缺血預(yù)適應(yīng)和缺血后處理)和藥物干預(yù)(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(jīng)明確Ras/Raf/MEK/ERK通路可調(diào)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(zhuǎn)化孔被認為是RISK信號通路的最終效應(yīng)器，RISK信號通路可能通過磷酸化作用激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶，上調(diào)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(zhuǎn)化孔的開放，保護心?。?6］。也有學(xué)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(yīng)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(fù)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(zhuǎn)基因小鼠)在試驗中的應(yīng)用有望確定MEKERK通路在抗細胞凋亡效應(yīng)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(dǎo)早期生長反應(yīng)基因1和心鈉肽的快速表達，發(fā)揮心臟保護作用。在體外雄性大鼠心肌細胞中，發(fā)現(xiàn)激活G蛋白耦聯(lián)雌激素受體可抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)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(lián)雌激素受體的心臟保護作用也是由ERK1/2途徑介導(dǎo)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(shù)后再狹窄、動脈粥樣硬化斑塊形成等的病理基礎(chǔ)。在血管病變部位，VSMC在新生內(nèi)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(fā)生轉(zhuǎn)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(zhì)，在血管成形術(shù)后再狹窄、動脈粥樣硬化等發(fā)生過程中發(fā)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(xié)調(diào)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(nèi)層，由靜止?fàn)顟B(tài)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(fù)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(dǎo)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(guān)激酶的活性［25-27］。

在對離體培養(yǎng)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(zhuǎn)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(dǎo)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(diào)節(jié)細胞周期素依賴激酶2)的聚集，從而抑制VSMC增殖。

3 小結(jié)

心血管疾病對人類健康有較大的危害，多年來發(fā)病率仍持續(xù)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(fā)生、發(fā)展。目前，關(guān)于ERK1/2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究發(fā)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(guān)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(yù)防和治療心血管疾病方面將發(fā)揮更大的作用。

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