孫紅偉,常曉麗,陳少宗
(山東中醫(yī)藥大學(xué)針灸研究所,山東 濟南 250355)
膀胱功能障礙可分為高張力性膀胱和低(失)張力性膀胱兩大類?;颊卟粌H會出現(xiàn)尿頻、尿急、排尿費力、排尿躊躇等癥狀,嚴重者還會引發(fā)上尿路、腎臟病變,導(dǎo)致腎功能衰竭,甚至危及生命。因此,治療膀胱功能障礙已成為臨床急需解決的問題。目前,膀胱功能障礙的相關(guān)研究較多,但機制尚不清晰。本文闡述的膀胱功能障礙主要包括膀胱過度活動癥(overactive bladder syndrome,OAB)和急性尿潴留(Acute urinary retention,AUR)兩種常見疾病。OAB 由于膀胱逼尿肌過度收縮引起的。而AUR 與OAB 相反,AUR 會造成膀胱逼尿肌無力,收縮功能異常,兩者均與膀胱逼尿肌收縮性相關(guān)。本文對OAB與AUR后的膀胱逼尿肌收縮相關(guān)的信號通路Ca2+敏感Ras 同族體基因家族成員A(Ras homolog gene family member A,RhoA)/Rho 激酶(Rho-associated kinase,ROCK)途徑和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases,p38 MAPK)/絲裂原活化蛋白激酶激活蛋白激酶2(mitogen-activated protein kinase activated protein kinase 2,MAPKAPK2/MK2)/熱休克蛋白 27(heat shock protein 27,HSP27)信號通路進行綜述,以期為臨床治療膀胱功能障礙尋找新方向。
OAB表現(xiàn)為膀胱在控制排尿方面存在問題,如出現(xiàn)尿急、尿頻、夜尿或急迫性尿失禁。尤其是尿急,是膀胱過度活動癥的核心癥狀[1],OAB主要是膀胱逼尿肌過度活動引起的。由此可知,OAB的發(fā)生與膀胱逼尿肌能否正常舒縮密切相關(guān),已有研究表明,Ca2+敏感的RhoA/Rho激酶信號通路在調(diào)節(jié)大鼠和人類逼尿肌舒縮中起顯著作用[2,3]。
AUR是泌尿外科最常見的急癥之一,會造成膀胱功能的損害,導(dǎo)致膀胱收縮無力(detrusor underactivity,DU)發(fā)病率高,治療效果較差[4]。尿潴留很大程度上取決于膀胱平滑肌能否正常收縮,平滑肌不能收縮,尿液則無法排出。因此,研究膀胱逼尿肌的收縮與舒張對于AUR很有必要。已有文獻[5]報道,HSP27能調(diào)節(jié)AUR后的膀胱平滑肌收縮,HSP27通過p38 MAPK/MK2/HSP27 信號通路在膀胱平滑肌舒縮中起作用。
已有文獻[4,5]報道,Ca2+敏感的RhoA/Rho 激酶信號通路在調(diào)節(jié)膀胱平滑肌舒縮中起顯著作用。RhoA/Rho 激酶途徑在人體內(nèi)廣泛存在,通過調(diào)節(jié)肌動蛋白骨架的解離及聚合狀態(tài),參與多種細胞的功能[5]。
2.1 RhoA/Rho 激酶 RhoA 是一種小分子鳥甘酸結(jié)合蛋白,可調(diào)節(jié)應(yīng)激纖維形成中肌動蛋白細胞骨架,屬于Ras蛋白超家族。RhoA在進化過程中非常保守,是一種胞內(nèi)蛋白,通過胞外信號的刺激傳遞到胞內(nèi)來發(fā)揮其功能,RhoA作為分子開關(guān),可關(guān)閉和開啟各種細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑,如激活Cdc42 相關(guān)酪氨酸激酶(activated Cdc42-associated tyrosine kinase,ACK)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(p21-activated protein kinase,PAK)、ROCK。RhoA 綁定三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate,GTP)時處于活化狀態(tài),也就是所謂的“開啟”狀態(tài),而RhoA 綁定二磷酸鳥苷(guanosine diphosphate,GDP)時則處于非活化狀態(tài),即所謂的“關(guān)閉”狀態(tài)。RhoA通過與GTP和GDP結(jié)合時所呈現(xiàn)的狀態(tài)來調(diào)控Rho 激酶的活性。RhoA和GTP結(jié)合時與Rho激酶結(jié)合并且使其活化[6,7]。
ROCK也稱Rho 相關(guān)激酶可提升肌球蛋白輕鏈(myosin light chain,MLC)的磷酸化水平,增加肌動-肌球蛋白的收縮力,促使細胞在細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)中遷移。絲氨酸/蘇氨酸(serine/threoine,Ser/Thr)蛋白激酶與RhoA-GTP結(jié)合使其活化。ROCK是目前功能研究最為詳細的Rho下游靶效應(yīng)分子,包括ROCK1和ROCK2兩個成員[8],且其不僅氨基酸序列的同源性很高,而且激酶區(qū)域有高達92%的同源性[9],因此,稱為RhoA/Rho激酶。
2.2 肌球蛋白輕鏈磷酸酶 肌球蛋白輕鏈磷酸酶(myosin light chain phosphatase,MLCP)是 RhoA/Rho激酶下游最重要的效應(yīng)物之一,包含3個亞基:催化亞基、結(jié)合亞基、功能未知的小亞基[9]。MLCP的結(jié)合亞基能與催化亞基或肌球蛋白輕鏈(myosin light chain,MLC)的結(jié)合域直接結(jié)合,并且能引導(dǎo)催化亞基和 MLC 連接,使 MLC 脫磷酸化[10]。RhoA/Rho激酶對MLCP的結(jié)合亞基進行磷酸化,使MLCP失去活性。進而抑制胞漿內(nèi)MLC 脫磷酸化,提高MLC的磷酸化水平,從而增加與肌動蛋白絲交聯(lián)產(chǎn)生的收縮力,最終引起平滑肌的收縮[11]。
2.3 MLC 與膀胱平滑肌的舒縮 已有研究證明,平滑肌收縮程度取決于MLC 的磷酸化水平,而MLC磷酸化受Ca2+依賴的肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase,MLCK)和Ca2+非依賴的MLCP雙重調(diào)節(jié)[12]。MLCK能使下游效應(yīng)物磷酸化,而MLCP 能使下游效應(yīng)物多磷酸化。因此,由MLCK引起的膀胱平滑肌舒縮是隨著細胞質(zhì)中Ca2+濃度不斷升高,Ca2+能與鈣調(diào)蛋白(calmodulin,CaM)結(jié)合,進而形成Ca2+-CaM 復(fù)合物,激活MLCK,被活化的MLCK使MLC磷酸化,從而增加與肌動蛋白絲交聯(lián)產(chǎn)生的收縮力,最終使平滑肌收縮。由MLCP 引起的膀胱平滑肌舒縮是RhoA/Rho激酶對MLCP的結(jié)合亞基進行磷酸化,使MLCP 失去活性,進而抑制胞漿內(nèi)MLC脫磷酸化,提高MLC磷酸化水平,引起平滑肌收縮[13]。
2.4 RhoA/Rho激酶信號通路在膀胱平滑肌舒縮機制RhoA/Rho激酶信號通路雖只是一個通用的信號通路,但其中還有很多可探究的地方,如經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),RhoA/Rho激酶磷酸化和磷酸酶的脫磷酸化也會受其他激酶的驅(qū)動[14],如蛋白激酶G(protein kinase G,PKG)也能對RhoA 活性進行調(diào)控,而PKG 又能被環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)激活,因此其可能是環(huán)鳥苷酸(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)-蛋白激酶G(protein kinase G ,PKG)-RhoA/Rho激酶途徑[15]。此信號通路只研究了一個框架,還有很多細節(jié)需要深入研究?;贠AB產(chǎn)生的主要原因以及RhoA/Rho激酶信號通路調(diào)節(jié)膀胱逼尿肌舒縮的研究,Y27632[16](RhoA/Rho激酶抑制劑)能抑制RhoA/Rho激酶信號通路,從而使MLCP對MLC進行脫磷酸化,減少膀胱逼尿肌的收縮,且能緩解OAB的癥狀[17]。Ca2+敏感RhoA/Rho激酶信號通路圖,見圖1。
圖1 RhoA/Rho激酶信號通路調(diào)節(jié)膀胱平滑肌收縮機制
已有研究表明,HSP27 直接參與調(diào)控膀胱平滑肌細胞的收縮,磷酸化的HSP27 是其活化形式,并且可能通過p38 MAPK/MK2/HSP27 信號通路調(diào)節(jié)膀胱逼尿肌的收縮功能[4]。
3.1 MAPK 級聯(lián)信號通路 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)是普遍存在于真核生物中一類保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,并參與許多細胞表達程序,如細胞增殖、細胞分化、細胞運動和細胞死亡。MAPK信號級聯(lián)被分為三層模塊。MAPK 被MAPK 激酶(MAPK-kinases,MAPKKs/MKK/MEK)磷酸化并激活,而MAPK 激酶又被MAPKK激酶(MAPKK-kinases,MAPKKKs/MKKK)磷酸化并激活。在哺乳動物中已有14 種MKKK 被鑒定 ,其中發(fā)現(xiàn)有 12 種 MAPK 以及 7 種MKK[18]。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),這些激酶屬于不同亞族[19]。MAPK 有4 個亞族:細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)、p38、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶5(extracellular signal-regulated kinase 5,ERK5)。MKK 也有 4 個亞族包括 :MAPK 激酶 1(mitogen extracellular kinase 1,MEK1)、MEK2、MKK3、MKK,此級聯(lián)信號通路被激活后,最后活化的MAPK會進入細胞核中,從而使許多底物蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化,從而修飾其活性。
3.2 MK2的激活 MK2是人體中由MK2基因編碼的酶。MK2是由MAPK激活的新型蛋白激酶,并且能選擇性地被p38 MAPK磷酸化[20]。
3.3 HSP27與肌動蛋白 HSP27是小分子熱休克蛋白家族的成員。已有文獻[21]報道,在平滑肌的收縮中,HSP27起非常重要的調(diào)節(jié)作用。人體HSP27由205個氨基酸組成,包括基因在啟動子區(qū)和氨基酸序列。蛋白質(zhì)磷酸化是蛋白質(zhì)的一種主要修飾方式,HSP27的磷酸化位點有3個:Ser-15、Ser-78、Ser-82[22],當(dāng)以上3個位點磷酸化后,大的聚合體會解聚形成小的四聚體,能夠與肌動蛋白(Actin)結(jié)合,從而促進球狀肌動蛋白(globular actin,G-Actin)聚合,抑制絲狀肌動蛋白(filament actin,F(xiàn)-Actin)的解聚,進而增強平滑肌的收縮[23-26]。
3.4 p38 MAPK/MK2/HSP27 信號通路調(diào)節(jié)膀胱平滑肌收縮機制 細胞在未受到脅迫時,HSP27 表達量較低,而且主要呈大聚合體,這種聚合體下的HSP27 一般無活性。當(dāng)細胞在受到脅迫時,通過G蛋白偶聯(lián)受體激活MKKK,使其結(jié)合并磷酸化MKK3/6,磷酸化的MKK3/6 進一步結(jié)合并磷酸化p38 MAPK[27],磷酸化p38 MAPK進一步磷酸化下游MK2,磷酸化的MK2 進一步磷酸化HSP27,使其表達量增加以及大分子聚合體解離,使HSP27具有活性。被激活的HSP27與肌動蛋白結(jié)合,可增強平滑肌細胞收縮,從而引起膀胱逼尿肌收縮[28]。
有文獻報道,SB203580 作為常用的p38 MAPK抑制劑能夠通過抑制p38 MAPK/MK2/HSP27 信號通路降低平滑肌的收縮力[29-31]。膀胱逼尿肌是一種特殊的平滑肌,AUR后導(dǎo)致膀胱組織的過度充盈而損傷,造成逼尿肌不能正常收縮。因此,AUR 后可通過激活p38 MAPK/MK2/HSP27 信號通路來參與逼尿肌收縮和結(jié)構(gòu)重建,見圖2。
圖2 p38 MAPK/MK2/HSP27信號通路調(diào)節(jié)膀胱平滑肌收縮機制
膀胱功能障礙已嚴重影響人們的日常生活,AUR和OAB的發(fā)病率不斷升高,AUR和OAB均與膀胱逼尿肌收縮性相關(guān),因此,對于膀胱逼尿肌收縮相關(guān)的信號通路從細胞、生化與分子水平上研究很有必要。雖然臨床對OAB與AUR后的膀胱逼尿肌收縮相關(guān)信號通路Ca2+敏感RhoA/Rho 激酶途徑和p38 MAPK/MK2/HSP27 信號通路進行了廣泛的研究,已知OAB可通過抑制Ca2+敏感hoA/Rho激酶途徑,使磷酸化MLC 脫磷酸化,抑制膀胱逼尿肌收縮,促進其舒張進行緩解OAB 癥狀。但是,AUR后,可通過激活p38MAPK/MK2/HSP27信號通路參與逼尿肌收縮和結(jié)構(gòu)重建,而此信號通路較復(fù)雜,仍存在許多未知蛋白相互作用,很多細節(jié)需需進一步深入研究。