Rho激酶与缺血性脑血管疾病 Rho Kinases and Ischemic Cerebrovascular Diseases

doi:10.12677/PI.2014.31005

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Pharmacy Information药物资讯, 2014, 3, 19-21

http://dx.doi.org/10.12677/pi.2014.31005 Published Online February 2014 (http://www.hanspub.org/journal/pi.html)

OPEN ACCESS

Rho Kinases and Ischemic Cerebrovascular Diseases

Cheny u L i n1,2,3, Ning Wang1,2,3*

1College of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei

2Institute for Pharmacodynamics and Safety Evaluation of Chinese Medicine, Anhui Academy of Chinese Medicine, Hefei

3China Key Laboratory of Xin’an Medicine, Ministry of Education, Hefei

Email: linchenyu0427@163.com, *wnhefei@163.com

Received: Dec. 15th, 2013; revised: Jan. 13th, 2014; accepted: Jan. 20th, 2014

unrestricted use, distribution , and reproduction in any medium, provided the orig inal work is properly cited. In accordance of th e Creative Commons

2014 are guarded by law and by Hans as a guardian.

Abstract: Rho kinases (Rho asso ciated kin ases, RO CK) are involved in various sign aling pa thways in the pathogenesis

of cerebral ischemia. The article outlin es the role of ROCK in ischemic cerebrovascular diseases, which provides theo-

retical reference for ischemic cerebrovascular diseases.

Keywords: Rho Kinases; Cerebral Ischemia; RhoA; Rac 1

Rho 激酶与缺血性脑血管疾病

林辰雨 1,2,3，汪宁1,2,3*

1安徽中医药大学药学院中药药理系，合肥

2安徽中医药科学院中药药效与安全性评价研究所，合肥

3新安医学省部共建教育部重点实验室，合肥

Email: linchenyu0427@163.com, *wnhefei@163.com

收稿日期：2013 年12 月15 日；修回日期：2014 年1月13 日；录用日期：2014 年1月20 日

摘要：Rho 激酶(Rho associated kinases，ROCK)通过调控脑缺血的发病过程中多条信号通路，在脑缺血的发病

中发挥着重要作用。本文概述了 ROCK 在缺血性脑血管疾病中的相关作用，为缺血性脑血管疾病提供相应的理

论参考。

关键词：Rho 激酶；脑缺血；RhoA；Rac 1

1. ROCK 生物学特性

Rho 蛋白(Ras homologous protein)为小分子鸟苷

酸结合蛋白，具有 GTP 酶活性，是 Ras 蛋白超家族成

员之一。其主要的特征性成员为RhoA、Rac 1、Cd c42 ，

在肌动蛋白细胞骨架的调控中起着重要的作用[1]。

RhoA 调控肌动蛋白应力纤维(stress fiber)的组装；

Cdc42 参与丝状伪足的形成；Rac1调节层状伪足的生

成和活性氧的产生[2]。此外，RhoA、Rac1、Cdc42 还

可调节以整合素为基础的黏附复合体的形成[3]。Rho

激酶，又称 Rho 相关激酶(Rho associated kinases,

ROCK)，属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员之一，

是研究最多的 RhoA 下游信号分子之一。Rho 激酶有

两种异构体 ROCK II (ROCKα)和ROCK I (ROCKβ)。

Rho 激酶的下游效应分子很多，研究最多的 Rho激酶

作用的底物之一是肌球蛋白轻链磷酸化酶(myosin

light chain phosphase，MLCP) 。Rho 激酶调节 MLC的

磷酸化水平是通过直接磷酸化肌球蛋白轻链(myosin

通讯作者。

Rho 激酶与缺血性脑血管疾病

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light chain，MLC)及使 MLCP 失活两种途径实现，导

致MLC 磷酸化水平升高和平滑肌细胞收缩，发生血

管痉挛[4]。此外，内皮型一氧化氮合酶(endothelial NO

synthase，eNOS)也是 Rho 激酶的重要作用底物之一。

2. Rho激酶与缺血性脑血管疾病

ROCK在缺血性脑卒中的可能发病机制是通过抑

制肌球蛋白轻链磷酸化酶的表达，上调肌球蛋白轻链

磷酸化水平，从而增强血管平滑肌收缩，加重脑梗死

部位的缺血缺氧，进而导致中心坏死区的扩大，缺血

半暗带的缩小[5]。Rho 激酶还被认为在血流动力学异

常，炎症反应过程和许多细胞的功能中起着重要作用

[6-10]，如中性粒细胞和单核细胞的移行，eNOS 下降引

起的内皮细胞损伤。

2.1. Rho激酶在脑缺血疾病中的作用机制

2.1.1. Rh o激酶介导氧化应激的影响

氧化应激在缺血性脑疾病中起着重要作用，活性

氧通过促进脂质氧化、促炎基因的表达和内皮型一氧

化氮(NO)的氧化失活而损伤内皮细胞功能。RhoA的

活化后可诱导 Rho激酶的激活，进而促进活性氧的生

成，引起内皮细胞的损伤，增加血脑屏障的通透性，

诱导脑水肿。同时，活性氧还可直接损伤神经细胞膜，

引起脑细胞实质水肿。Rac 1，作为 Rho 激酶家族小

GTP 结合蛋白，在缺血诱导脑微血管内皮细胞氧化应

激的过程中也起着重要调控的作用。p114 Rho鸟苷酸

交换因子(p114 Rho guanine nucleotide exchange fac-

tors, p114 Rho GEFs)可诱导 Rac 1蛋白活化，进而诱

导NADPH 氧化酶的激活促进活性氧的产生，诱导氧

化应激反应[6]。缺氧/再給氧可诱导猪脑微血管内皮细

胞中 Rac-1(NADPH 氧化酶活化剂)向胞膜转移，应用

阿托伐他丁抑制 Rac-1的活性可阻止缺血/再灌注诱导

的BBB 的损伤。H2O2可增加猪脑微血管内皮细胞的

通透性，应用 Rho 激酶抑制剂可完全阻滞 ROS 诱导

的内皮通透性的增加和肌动蛋白细胞骨架的磷酸化，

减少 BMEC 的损伤和BBB 的通透性。

2.1.2. Rho 激酶介导细胞骨架变化

作为 ROCK 的上游信号分子，RhoA 在内皮细胞

的完整和通透性的调节中起着重要的作用[8,9]。脑缺血

可诱导 RhoA 的活化，进而促进其效应蛋白 Rho 激酶

的激活，促进应力纤维的形成，进而引起肌球蛋白轻

链的磷酸化，降低 NO 的生物活性[8-10]。由于肌球蛋

白轻链可破坏细胞连接进而增加内皮细胞的通透性，

同时 NO 在维持内皮细胞完整性中起着重要的作用。

因此，脑缺血可通过激活 ROCK，诱导细胞通透性增

加，加重缺血性脑血管疾病的发生。

2.1.3. Rho 激酶介导炎性反应

ROCK在血流动力学异常和炎症反应过程起着重

要的作用。RhoA作为细胞骨架肌动蛋白调节剂，可

以被一些炎症底物如脂多糖(LPS)激活，进而诱发

ROCK 的活化，促进一系列炎症反应的发生[11]。炎症

反应可以促进中性粒细胞和单核细胞移行进入缺血

损伤区域。以往研究表明，缺血性中风患者血液中白

细胞的 ROCK 活性会显著升高[12]。

2.1.4. Rho 激酶调节磷脂酰肌醇的代谢

磷脂酰肌醇的代谢需要RhoA 的调节。相关研究

表明，RhoA 参与血小板上凝血酶受体(G 蛋白偶联受

体之一)和溶血磷脂酸受体激活磷脂酰肌醇 3羟基激

酶(PI3K)的激活。RhoA 通过调节 PI3K 活性间接控制

细胞的代谢、增生和生存。同时磷脂酰肌醇 4,5,二磷

酸直接激活蛋白激酶 B，后者通过糖原合成激酶 3、

果糖磷酸激酶及一个引导潜在的生存信号调节细胞

生存[13]。G蛋白活性突变成员之一抑制型G蛋白 3通

过依赖于 RhoA 通路引起神经元和星形胶质细胞凋亡，

从而加重脑卒中的临床过程。

2.1.5. Rho 激酶调节 eNOS 的表达

相关研究表明，急性脑缺血可诱导 Rho 激酶的激

活进而下调节 eNOS 的表达，间接导致脑缺血周围区

的微循环功能障碍，扩大缺血损伤区范围[14]。脑缺血

损伤可活化神经元中的 ROCK，抑制磷脂酰肌醇 3激

酶合成，下调eNOS 蛋白的表达，进一步造成神经元

的磷脂膜，细胞骨架蛋白，核酸等重要结构的解体，

最终导致神经元细胞损伤，凋亡[15]。加重脑缺血的发

病过程。

2.1.6. Rho 激酶调节调节基质金属蛋白酶 9的表达

基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase9，

MMP9) 是细胞外蛋白降解酶系之一，活化后的

MMP-9 可诱导BBB基底膜受损，加重脑卒中的发生。

研究表明，ROCK 的激活可诱导MMP9 表达的增加，

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导致基底膜的降解，BBB通透性的增加，加重脑卒中

的发病过程[16]。

2.2. Rho 激酶抑制剂的脑保护作用

Rho 激酶在缺血性脑疾病中的病理发生过程中起

着重要的调控作用，其活性的抑制可逆转相关病理的

发生。因此，有关Rho 激酶抑制剂的研究引起了越来

越多的关注，相关研究表明 Rho激酶抑制剂在缺血性

脑卒中的防治作用中发挥着重要的作用。Rikitake 等

研究表明，ROCK 抑制剂(盐酸法舒地尔和Y27632)

均可抑制内皮细胞 ROCK 的表达，扩展血管，促进局

部微循环，保护内皮细胞的活力，减少脑卒中后脑梗

死体积的扩大，促进神经功能改善[17]。同时，相关研

究还表明，ROCK 抑制剂(法舒地尔)可通过下调大鼠

脑缺血再灌注损伤后 S100B蛋白的表达，进而抑制脑

卒中后的炎症反应和 BBB 破坏[17]。Rho激酶抑制剂

还可抑制中性粒细胞和单核细胞浸润来阻止炎性反

应的发生，抑制 Ca2+的超载，减少中性粒细胞和脑血

管内氧自由基的产生，促进神经轴突再生与神经网络

的重建，减少迟发性神经元损害[18]。

3. 展望

综上所述，ROCK 信号传导通路在缺血性脑卒中

发病过程的多个方面起着重要的作用。有关 ROCK 信

号通路的研究将为临床治疗缺血性脑卒中、神经损伤

以及其他神经系统疾病提供新的治疗靶点。应用于临

床的 Rho 激酶抑制剂，对缺血性脑卒中及其他心脑血

管疾病的治疗疗效显著，为临床防治缺血性脑卒中展

示了广泛的前景。对于缺血性脑血管疾病，进一步研

究Rho 激酶信号通路，明确Rho 激酶各区域的结构和

相互作用关系以及脑损伤后Rho激酶激活及调节机制，

使缺血性脑血管疾病能得到更好有效治疗具有重要

意义。

基金项目

国家自然科学基金(NO 81374005)。

参考文献 (References)

[1] Hall, A. (1998) Rho GTPases and the actin cytoskeleton. Science,

279, 509-514.

[2] Nakamura, F. (2013) FilGAP and its close relatives: A mediator

of Rho-Rac antagonism that regulates cell morphology and mi-

gration. Biochemical Journal, 453, 17-25.

[3] Doran, J.D., Liu, X., Taslimi, P., et al. (2004) New insights into

the structure function relationships of Rho associated kinase: A

thermodynamic and hydrodynamic study of the dimer to mono-

mer transition and its kin etic implications. Biochemica l Journal,

384, 255-262.

[4] Catharine, A. and Bryan, B.A. (2011) Rho kinase proteins—

Pleiotropic modulators of cell survival and apoptosis. Anticancer

Research, 31, 3645-3657.

[5] Naraoka, M., Munakata, A., Matsuda, N., Shima mu ra , N. and

Ohkuma, H. (2013) Suppression of the Rho/Rho-Kinase path-

way and prevention of cerebral vasospasm by combination

treatment with statin and fasudil after subarachnoid hemorrhage

in rabbit. Translational Stroke Research, 4, 368-374.

[6] Heasman, S.J. and Ridley, A.J. (2008) Mammalian Rho GTPases:

New insights into their functions from in vivo studies. Nature

Reviews Molecular Cell Biology, 9, 690-701.

[7] Diebold, B.A., Fowler, B., Lu , J., et al. (2004) Antagonistic

cross talk between Rac and Cdc42 GTPases regulates generation

of reactive oxygen species. The Journal o f Biologica l Chemistry,

279, 28136-28142.

[8] Sahai, E. and Marsha l l, C.J. (2002) Rho-GTPases and cancer.

Nature Reviews Cancer, 2, 133-142.

[9] Van Aelst, L. and D’Souza-Schorey, C. (1997) Rho GTPases and

signalling networks. Genes & Development, 11, 2295-2322.

[10] Takemoto, M., Sun, J., Hiroki, J., Shimokawa, H. and Liao, J.K.

(2002) Rho-kinase mediates hypoxia-indu ced downregulation of

endothelial nitric oxide synthase. Circulation, 106, 57-62.

[11] Joshi, A.D., Dimitropoulou, C., Thangjam, G., Snead, C. and

Feldman, S. (2013) Hsp90 inhibitors prevent LPS-induced endo-

thelial barrier dysfunction by disrupting RhoA signaling. Amer-

ican Jo urnal of Respiratory Cell and Molecular Biology, 23, 45-

53.

[12] Lees, K.R., Diener, H.C., Asplund, K., et al. (2003) UK 279, 276,

a neutrophil inhibitory glycoprotein, in acute stroke: Tolerability

and pharmacokinetics. Stroke, 34, 1704-1709.

[13] Shi, J. and Wei, L. (2007) Rho kinase in the regulation of cell

death and survival. Archivum Immunologiae et Therapia Expe-

rimentalis, 55, 61-75.

[14] Shin, H.K., Salomone, S., Potts, E.M., et al. (2007) Rhokinase

inhibition acutely augments blood flow in focal cerebral ische-

mia via endothelial mechanisms. Journal of Cerebral Blood

Flow & Metabolism, 27, 998-1009.

[15] Shibuya, M., Hirai, S., Seto, M., et al. (2005) Effects of fasudil

in acute ischemic stroke: Results of a prospective placebo con-

trolled double blind trial. Journal of the Neurological Sciences,

15, 31-39.

[16] Wang, S., Lee, S.R., Guo, S.Z., et al. (2006) Red uction of tissue

plasminogen activator induced matrix metalloproteinase9 by

simvastatin in astrocytes. Stroke, 37, 1910-1912.

[17] Rikitake, Y., Kim, H.H., Huang, Z., et al. (2005) Inhibition of

Rhokinase (ROCK) leads to increased cerebral blood flow and

stroke protection. Stroke, 36, 2251-2257.

[18] 刘康, 丁素菊, 吴涛, 等 (2011) Rho 激酶抑制剂对大鼠脑缺

血损伤的脑保护作用及 S100B 蛋白表达的影响.

临床神经病

学杂志

, 2, 111-113.