RhoA/ROCK 途径在糖尿病相关疾病中的研究进展

曾佩芸，张 琦，钱子冰，张志秀，刘 静

（1.甘肃中医药大学，2.甘肃省人民医院内分泌科，甘肃 兰州730030）

Rho 蛋白是一种小分子鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，又称小G 蛋白，是Ras 蛋白超家族的成员，在细胞信号转导途径中充当信号转换器或分子开关，作用于细胞骨架及其靶蛋白，发挥多种生物学效应［1］。在Rho 家族成员中，Rho 成员A（RhoA）不仅在调节细胞骨架、维持细胞形态、细胞迁移、平滑肌细胞收缩等细胞活动中发挥重要作用，而且在平滑肌细胞增殖、细胞黏附、血小板聚集、接触抑制、生长和凋亡等多种生物学活动中也起着关键作用［2，3］。

Rho 相关蛋白激酶（ROCK）是RhoA 的下游效应蛋白，其包括两个同工型：ROCK1 和ROCK2，分别 位 于 第18 号 和 第2 号 染 色 体 上［4］。ROCK1 和ROCK2 结 构 保 守，氨 基 酸 同 源 性 为64%［5，6］。ROCK1 主要表达于肺、肝、肾、血液、睾丸和免疫系统等非神经组织中，而ROCK2 主要在中枢神经系统中表达，包括海马锥体神经元，大脑皮层和小脑浦肯野细胞［4，7，8］。ROCK 蛋白在结构上由催化激酶结构域（N-末端）、α 螺旋卷曲结构域（含Rho 结合域）和羧基末端富含半胱氨酸结构域（C-末端）组成，C-末端含有普列克底物蛋白同源域（PH）［9，10］。当Rho 结构域（RBD）与负载GTP 的RhoA 相互作用时，C-末端与N-末端结构域的结合被破坏，导致ROCK 被 激 活［11］。RhoA/ROCK 途 径 的 激 活 参 与了多种关键的生物学过程，从发育的最早阶段一直到在成人体内稳态中均扮演着重要角色［12］。其重要功能包括调节细胞骨架的重组和迁移、黏附、运动、分化、成熟、细胞外基质的凋亡和重塑、生存和基因表达，以及减少软骨细胞和成骨细胞的分化［2，3，13，14］。

近年来大量的研究表明，糖尿病相关疾病的发生发展与RhoA/ROCK 途径的激活或表达上调密切相关，本文就RhoA/ROCK 途径与这一系列疾病进行综述，以期为糖尿病相关疾病的诊治提供新的思路。

1 RhoA／ROCK通路在糖尿病性心肌病中的作用

心血管疾病是糖尿病患者最常见的发病和死亡原因之一［15］。独立于大血管和微血管疾病，糖尿病本身已被证明会导致心脏明显的结构和功能异常，这 被 称 为 糖 尿 病 性 心 肌 病（DCM）［16］。早 期DCM 的特点是舒张功能不全，后逐渐进展为收缩功能障碍，最终发展为左心室扩张和心力衰竭［16］。有研究表明，RhoA/ROCK 通路与糖尿病性心肌病有关。Lin 等［17］发现RhoA/ROCK 通路在慢性链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠的心脏中被激活，而在体外和体内急性抑制此通路可以改善糖尿病大鼠心脏收缩功能。这表明RhoA/ROCK 通路在糖尿病心脏收缩功能受损中起中心作用。Zhou等［18］发现应用ROCK 抑制剂法舒地尔可减缓心脏收缩功能障碍的进展。然而，目前抑制ROCK 改善糖尿病心脏功能的机制尚不清楚。蛋白激酶Cβ2（PKCβ2）是蛋白激酶C 同工酶的一个亚家族成员［19］，其激活可加速糖尿病相关疾病的发生、发展［20-22］，而 抑 制PKCβ 可 显 著 改 善 糖 尿 病 心 肌 病变［23］、神 经 病 变［24］和 血 管 病 变［25］。Lin 等［26］的 研 究表明，ROCK2 的过度激活通过多种机制参与糖尿病心肌病的发生，包括PKCβ2T641 位点的直接磷酸化和活化、干扰磷脂酰肌醇依赖性蛋白激酶-1（PDK-1）及其下游靶点蛋白激酶B（AKT）的磷酸化和激活，增加葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）向质膜的转位，而抑制ROCK2 将同时改善糖尿病心脏中的多条信号通路，这证实ROCK2 是糖尿病性心肌病变发生发展的关键节点，也是糖尿病心肌病治疗的重要靶点。除了证实上述观点，Lai 等［27］还发现给予法舒地尔治疗的大鼠舒张期细胞内钙（［Ca2+］i）清除得到改善，并保护了负责［Ca2+］i 清除的蛋白的表达。他们的研究还表明法舒地尔使糖尿病大鼠心脏PKCβ2/Akt 通路的磷酸化趋于正常，这可能是法舒地尔保护［Ca2+］i 清除的机制之一。与糖尿病组相比，法舒地尔还通过阻止cofilin（存在于真核细胞的一种肌动蛋白结合蛋白）磷酸化而使G/Factin 比值正常化，并促进了F-actin 的机构化，这些发现表明法舒地尔通过调节钙离子转运和肌动蛋白重塑来保护糖尿病所致的心功能不全。综上所述，RhoA/ROCK 是治疗糖尿病心肌病的极佳靶点。

2 RhoA／ROCK 通路在糖尿病肾病中的作用

糖尿病肾病（DN）是糖尿病最常见的并发症，常导致终末期肾病［28］。虽然I 型和Ⅱ型糖尿病的病因不同，但它们在高糖引起的肾脏生理变化方面几乎无法区分，而且这两种类型的糖尿病通常都会导致 肾 脏 损 伤［29，30］。上 皮-间 充 质 转 化 导 致 肾 间 质 纤维化，是DN 发生发展的一个重要病理方面［31］。最近的一项研究表明［32］，抑制RhoA/ROCK 信号通路改善了糖尿病肾病的病理和纤维化程度，另外，RhoA/ROCK 抑制剂也以剂量依赖的方式调节肾脏纤维化相关蛋白和基因的表达水平。Peng 等［33］的研究结果支持糖尿病或糖尿病肾病的早期干预是一种更有效的治疗策略。他们评估了STZ 诱导的短期糖尿病的动物模型，发现早期DN 可能是部分肾小球硬化所致。因此，肾小球通过代偿性方式维持正常功能，并导致肾小球高滤过。这一发现表明，DN 的治疗应该在早期开始，且早期DN 引起肾小球硬化的主要途径可能是RhoA/ROCK 途径的激活。内皮功能障碍可导致进展性糖尿病肾病（DN）。越来越多的证据表明，内皮紧密连接功能障碍是内皮高通透性发生的关键步骤，内皮紧密连接复合体的两个主要成分分别是occludin 和紧密连接蛋白（ZO-1）。 研究证明肾小球内皮细胞（GEnCs）中occludin 和ZO-1 的异常调节是早期DN的 重 要 病 理 改 变［34］。高 糖 激 活RhoA/ROCK1 途径，干 扰 了occludin/ZO-1 的 转 位，导 致occludin 丢失。辛伐他汀通过抑制RhoA/ROCK1 信号通路从而阻遏occludin/ZO-1 调节失调和蛋白尿的发生。一些体外研究表明，糖基化终末产物（AGEs）通过氧化应激诱导糖尿病血管损伤，而GEnCs 与AGEs之间的相互作用尚不清楚。Rao 等［35］的结果表明AGEs 通 过RhoA/ROCK 通 路 促 进GEnCs 细 胞 间黏附分子-1（ICAM-1）和单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）的表达。在动物实验中，抑制RhoA/ROCK 通路可改善蛋白尿，改善尿白蛋白/肌酐比值，改善肾小球黏附和炎症细胞浸润。由此可见，RhoA/ROCK 通路在糖尿病肾病中同样扮演着重要角色。阻断这一途径可以保护肾脏而不引起炎症，并改善肾功能。综上所述，RhoA/ROCK 通路可能成为治疗1 型和2 型糖尿病肾病的新策略。

3 RhoA／ROCK 通路在糖尿病视网膜病变中的作用

糖尿病视网膜病变（DR）是导致视力丧失的主要原因［36］。早期非增殖期的特点是视网膜微血管损伤，导致血管高通透性。虽然在早期阶段视力很少受到影响，但随着病程的进展会导致增殖性视网膜病变，从而导致严重的视力丧失［36］。DR 晚期的标志则是新生血管破裂引起的玻璃体出血和伴有增殖膜瘢痕收缩的牵拉性视网膜脱离。早期的研究证实了RhoA/ROCK 通路在糖尿病视网膜微血管病变发病机制中的关键作用，ROCK 抑制剂法舒地尔通过抑制中性粒细胞黏附和减轻中性粒细胞诱导的内皮损伤来保护血管内皮细胞［37］。微血管内皮细胞能量代谢异常也参与了糖尿病视网膜病变的发展，其中胆汁酸G 蛋白偶联膜受体（TGR5）是一种新的代谢紊乱调节剂。Zhu 等［38］的研究发现糖尿病视网膜病变大鼠视网膜胆汁酸（BA）谱降低，且TGR5 激动剂在体内和体外对DR 具有保护作用。有趣的是，他们同样也发现RhoA 参与了TGR5 介导的视网膜微血管通透性的调节。另有一项研究表明［39］，高糖引起RhoA/ROCK1 通路激活，并直接诱导紧密连接蛋白（TJ）的过度表达，这一变化在微血管内皮细胞功能障碍（MVED）中起着关键作用。他们证实了抑制RhoA/ROCK1 减轻了高糖微环境引起的内皮细胞的高凋亡率。此外，RhoA/ROCK1 通路的化学和药理抑制剂可部分阻断DR 所致的炎症反应，同时，此通路的药理抑制剂法舒地尔也能明显阻止高糖诱导的细胞凋亡。这些发现表明RhoA/ROCK1 信号直接调节MVED，为DR 提供了一个新的治疗靶点。综上所述，RhoA/ROCK 途径是DR 的潜在治疗靶点，尤其是在DR 的早期阶段。

4 RhoA／ROCK通路在糖尿病神经病变中的作用

糖尿病神经病变常伴有疼痛，主要累及四肢远端［40］。其疼痛可以是自发的，也可以是由轻度疼痛刺激（痛觉过敏）或不被认为疼痛的刺激（痛觉超敏）诱发。由于糖尿病痛性神经病变常诱发各种问题，并影响糖尿病患者的预后［41］，因此早期预防及治疗显得非常重要。虽然大型临床试验显示血糖控制可以预防糖尿病神经病变的发生和发展［42］，但血糖控制的效果并不令人满意。所以了解痛觉过敏和痛觉超敏的机制可能会为糖尿病痛性神经病变的治疗提供新的选择。多项研究表明，糖尿病痛性神经病变的症状与脊髓中的许多因素有关［43］。为阐明脊髓RhoA/ROCK 通路在疼痛性糖尿病神经病变中的作用，研究者用Western blotting 检测RhoA 在细胞内的定位和内皮型一氧化氮合成酶（eNOS）的表达［44］。用甩尾试验评价热痛敏反应，用脚底触觉敏感度测量评价STZ 诱导的糖尿病小鼠的机械性超敏反应。与正常对照组相比，STZ 小鼠脊髓膜结合RhoA 增加。用RhoA 抑制剂和ROCK 抑制剂治疗后减轻了糖尿病小鼠的热痛觉过敏和机械痛敏。此外，每日服用辛伐他汀【3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMGCoA）还原酶抑制剂】可以减轻糖尿病小鼠的上述变化。结果表明，HMG-CoA 还原酶抑制剂对糖尿病小鼠热痛敏有抑制作用，其作用机制可能是通过抑制RhoA/ROCK通路激活一氧化氮（NO）系统来介导的。综上所述，ROCK 抑制剂和HMG-CoA 抑制剂可能是缓解糖尿病痛性神经病变症状的有效的化合物。

5 RhoA／ROCK 通路在糖尿病勃起功能障碍中的作用

勃起功能障碍（ED）是指在一种性行为中不能保持阴茎勃起［45］。ED 作为糖尿病的并发症之一，多见于老年患者［46］。Zhang 等［47］发现在糖尿病勃起功能障碍大鼠中，miR-141 的表达降低与RhoA/ROCK 信号通路中RhoA 和ROCK2 的上调有关。miR-141 抑制阴茎海绵体平滑肌细胞生长与RhoA/ROCK 信号通路下调有关。糖尿病性ED 是由阴茎勃起组织中的血管和神经元功能障碍引起的。Sezen 等［48］的研究发现，RhoA/ROCK 信号通路及其下游靶点同源性磷酸酶-张力蛋白（PTEN）和AKT 在糖尿病大鼠盆大神经节（MPG）中表达失调，这可能与勃起功能下降有关。用ROCK 抑制剂治疗后PTEN 和AKT 的活性逆转，这使我们对糖尿病ED 的神经病理机制有了进一步的了解，并为新的临床治疗选择提供了依据。Li 等［49］则提出阴茎RhoA/ROCK 激活可能是通过PTEN/AKT 通路促进小体细胞凋亡而参与糖尿病ED 的发病机制。此外，他们的研究同样表明法舒地尔慢性治疗可以恢复勃起功能。随着糖尿病病程的进展，ED 也随之恶化，这与Cho 等［50］的研究结果一致。Cho 也证实RhoA/ROCK 通路在糖尿病ED 中起重要作用。以上研究进一步证明RhoA/ROCK 通路可能成为治疗糖尿病ED的新靶点。

6 RhoA／ROCK通路在糖尿病性肝纤维化中的作用

与糖尿病有关的疾病除上述大血管、微血管及神经病变等并发症以外，非酒精性脂肪性肝炎（NASH）也是常见疾病。NASH 与胰岛素抵抗、肥胖和高血糖密切相关［51］。在人类流行病学研究和动物模型中，糖尿病已被证明是NASH 肝纤维化增加的独立原因［52］。许多研究证实糖尿病可促进和增加肝纤维化的发生，但 确 切 的 机 制 尚 不 清 楚［53］。Xie 等［54］发 现RhoA/ROCK 通路参与了1 型糖尿病肝纤维化的过程。ROCK 抑制剂法舒地尔可以通过减轻炎症反应和抑制细胞外基质（ECM）的积聚来预防糖尿病大鼠的肝纤维化。Zhou 等［55］的研究则发现RhoA/ROCK 通路在2型糖尿病大鼠肝纤维化中同样起重要作用。法舒地尔通过抑制肝星状细胞的活化，从而抑制了转化生长因子-β1/结缔组织生长因子（TGFβ1/CTGF）和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达，部分缓解了糖尿病大鼠的肝纤维化。由此可见，抑制RhoA/ROCK 通路可能是治疗糖尿病肝纤维化的新靶点。

7 展望

纵观全文，可以发现RhoA/ROCK 途径在糖尿病相关疾病的发生发展中扮演着重要的角色。虽然作用机制各不相同，但应用RhoA/ROCK 信号通路抑制剂法舒地尔后症状都得到了部分改善，不难看出抑制RhoA/ROCK 途径可能是糖尿病相关疾病的潜在治疗靶点。近年来关于RhoA/ROCK 通路的研究屡出不鲜，但是否有其他途径或分子参与了RhoA/ROCK通路的激活仍不明确。相信随着机制研究及药物研发的突破，能为更多疾病的诊治提供新的见解和思路。