调节膀胱逼尿肌舒缩相关信号通路的研究

孙红伟，常晓丽，陈少宗

（山东中医药大学针灸研究所，山东 济南 250355）

膀胱功能障碍可分为高张力性膀胱和低（失）张力性膀胱两大类。患者不仅会出现尿频、尿急、排尿费力、排尿踌躇等症状，严重者还会引发上尿路、肾脏病变，导致肾功能衰竭，甚至危及生命。因此，治疗膀胱功能障碍已成为临床急需解决的问题。目前，膀胱功能障碍的相关研究较多，但机制尚不清晰。本文阐述的膀胱功能障碍主要包括膀胱过度活动症（overactive bladder syndrome，OAB）和急性尿潴留（Acute urinary retention,AUR）两种常见疾病。OAB 由于膀胱逼尿肌过度收缩引起的。而AUR 与OAB 相反，AUR 会造成膀胱逼尿肌无力，收缩功能异常，两者均与膀胱逼尿肌收缩性相关。本文对OAB与AUR后的膀胱逼尿肌收缩相关的信号通路Ca2+敏感Ras 同族体基因家族成员A（Ras homolog gene family member A，RhoA）/Rho 激酶（Rho-associated kinase，ROCK）途径和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinases，p38 MAPK）/丝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）/热休克蛋白 27（heat shock protein 27，HSP27）信号通路进行综述，以期为临床治疗膀胱功能障碍寻找新方向。

1 OAB和AUR与膀胱逼尿肌收缩性

OAB表现为膀胱在控制排尿方面存在问题，如出现尿急、尿频、夜尿或急迫性尿失禁。尤其是尿急，是膀胱过度活动症的核心症状[1]，OAB主要是膀胱逼尿肌过度活动引起的。由此可知，OAB的发生与膀胱逼尿肌能否正常舒缩密切相关，已有研究表明，Ca2+敏感的RhoA/Rho激酶信号通路在调节大鼠和人类逼尿肌舒缩中起显著作用[2,3]。

AUR是泌尿外科最常见的急症之一，会造成膀胱功能的损害，导致膀胱收缩无力（detrusor underactivity，DU）发病率高，治疗效果较差[4]。尿潴留很大程度上取决于膀胱平滑肌能否正常收缩，平滑肌不能收缩，尿液则无法排出。因此，研究膀胱逼尿肌的收缩与舒张对于AUR很有必要。已有文献[5]报道，HSP27能调节AUR后的膀胱平滑肌收缩，HSP27通过p38 MAPK/MK2/HSP27 信号通路在膀胱平滑肌舒缩中起作用。

2 RhoA/Rho激酶信号通路调节膀胱平滑肌收缩机制

已有文献[4,5]报道，Ca2+敏感的RhoA/Rho 激酶信号通路在调节膀胱平滑肌舒缩中起显著作用。RhoA/Rho 激酶途径在人体内广泛存在，通过调节肌动蛋白骨架的解离及聚合状态，参与多种细胞的功能[5]。

2.1 RhoA/Rho 激酶 RhoA 是一种小分子鸟甘酸结合蛋白，可调节应激纤维形成中肌动蛋白细胞骨架，属于Ras蛋白超家族。RhoA在进化过程中非常保守，是一种胞内蛋白，通过胞外信号的刺激传递到胞内来发挥其功能，RhoA作为分子开关，可关闭和开启各种细胞内信号传导途径，如激活Cdc42 相关酪氨酸激酶（activated Cdc42-associated tyrosine kinase，ACK）、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（p21-activated protein kinase，PAK）、ROCK。RhoA 绑定三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate，GTP）时处于活化状态，也就是所谓的“开启”状态，而RhoA 绑定二磷酸鸟苷（guanosine diphosphate，GDP）时则处于非活化状态，即所谓的“关闭”状态。RhoA通过与GTP和GDP结合时所呈现的状态来调控Rho 激酶的活性。RhoA和GTP结合时与Rho激酶结合并且使其活化[6,7]。

ROCK也称Rho 相关激酶可提升肌球蛋白轻链（myosin light chain，MLC）的磷酸化水平，增加肌动-肌球蛋白的收缩力，促使细胞在细胞外基质（extracellular matrix，ECM）中迁移。丝氨酸/苏氨酸（serine/threoine，Ser/Thr）蛋白激酶与RhoA-GTP结合使其活化。ROCK是目前功能研究最为详细的Rho下游靶效应分子，包括ROCK1和ROCK2两个成员[8]，且其不仅氨基酸序列的同源性很高，而且激酶区域有高达92%的同源性[9]，因此，称为RhoA/Rho激酶。

2.2 肌球蛋白轻链磷酸酶 肌球蛋白轻链磷酸酶（myosin light chain phosphatase，MLCP）是 RhoA/Rho激酶下游最重要的效应物之一，包含3个亚基：催化亚基、结合亚基、功能未知的小亚基[9]。MLCP的结合亚基能与催化亚基或肌球蛋白轻链（myosin light chain，MLC）的结合域直接结合，并且能引导催化亚基和 MLC 连接，使 MLC 脱磷酸化[10]。RhoA/Rho激酶对MLCP的结合亚基进行磷酸化，使MLCP失去活性。进而抑制胞浆内MLC 脱磷酸化，提高MLC的磷酸化水平，从而增加与肌动蛋白丝交联产生的收缩力，最终引起平滑肌的收缩[11]。

2.3 MLC 与膀胱平滑肌的舒缩 已有研究证明，平滑肌收缩程度取决于MLC 的磷酸化水平，而MLC磷酸化受Ca2+依赖的肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）和Ca2+非依赖的MLCP双重调节[12]。MLCK能使下游效应物磷酸化，而MLCP 能使下游效应物多磷酸化。因此，由MLCK引起的膀胱平滑肌舒缩是随着细胞质中Ca2+浓度不断升高，Ca2+能与钙调蛋白（calmodulin，CaM）结合，进而形成Ca2+-CaM 复合物，激活MLCK，被活化的MLCK使MLC磷酸化，从而增加与肌动蛋白丝交联产生的收缩力，最终使平滑肌收缩。由MLCP 引起的膀胱平滑肌舒缩是RhoA/Rho激酶对MLCP的结合亚基进行磷酸化，使MLCP 失去活性，进而抑制胞浆内MLC脱磷酸化，提高MLC磷酸化水平，引起平滑肌收缩[13]。

2.4 RhoA/Rho激酶信号通路在膀胱平滑肌舒缩机制RhoA/Rho激酶信号通路虽只是一个通用的信号通路，但其中还有很多可探究的地方，如经研究发现，RhoA/Rho激酶磷酸化和磷酸酶的脱磷酸化也会受其他激酶的驱动[14]，如蛋白激酶G（protein kinase G，PKG）也能对RhoA 活性进行调控，而PKG 又能被环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）激活，因此其可能是环鸟苷酸（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）-蛋白激酶G（protein kinase G ，PKG）-RhoA/Rho激酶途径[15]。此信号通路只研究了一个框架，还有很多细节需要深入研究。基于OAB产生的主要原因以及RhoA/Rho激酶信号通路调节膀胱逼尿肌舒缩的研究，Y27632[16]（RhoA/Rho激酶抑制剂）能抑制RhoA/Rho激酶信号通路，从而使MLCP对MLC进行脱磷酸化，减少膀胱逼尿肌的收缩，且能缓解OAB的症状[17]。Ca2+敏感RhoA/Rho激酶信号通路图，见图1。

图1 RhoA/Rho激酶信号通路调节膀胱平滑肌收缩机制

3 p38 MAPK/MK2/HSP27信号通路调节膀胱平滑肌收缩机制

已有研究表明，HSP27 直接参与调控膀胱平滑肌细胞的收缩，磷酸化的HSP27 是其活化形式，并且可能通过p38 MAPK/MK2/HSP27 信号通路调节膀胱逼尿肌的收缩功能[4]。

3.1 MAPK 级联信号通路 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）是普遍存在于真核生物中一类保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，并参与许多细胞表达程序，如细胞增殖、细胞分化、细胞运动和细胞死亡。MAPK信号级联被分为三层模块。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。在哺乳动物中已有14 种MKKK 被鉴定 ，其中发现有 12 种 MAPK 以及 7 种MKK[18]。经分析发现，这些激酶属于不同亚族[19]。MAPK 有4 个亚族：细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、p38、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和细胞外信号调节激酶5（extracellular signal-regulated kinase 5，ERK5）。MKK 也有 4 个亚族包括 ：MAPK 激酶 1（mitogen extracellular kinase 1，MEK1）、MEK2、MKK3、MKK，此级联信号通路被激活后，最后活化的MAPK会进入细胞核中，从而使许多底物蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，从而修饰其活性。

3.2 MK2的激活 MK2是人体中由MK2基因编码的酶。MK2是由MAPK激活的新型蛋白激酶，并且能选择性地被p38 MAPK磷酸化[20]。

3.3 HSP27与肌动蛋白 HSP27是小分子热休克蛋白家族的成员。已有文献[21]报道，在平滑肌的收缩中，HSP27起非常重要的调节作用。人体HSP27由205个氨基酸组成，包括基因在启动子区和氨基酸序列。蛋白质磷酸化是蛋白质的一种主要修饰方式，HSP27的磷酸化位点有3个：Ser-15、Ser-78、Ser-82[22]，当以上3个位点磷酸化后，大的聚合体会解聚形成小的四聚体，能够与肌动蛋白（Actin）结合，从而促进球状肌动蛋白（globular actin，G-Actin）聚合，抑制丝状肌动蛋白（filament actin，F-Actin）的解聚，进而增强平滑肌的收缩[23-26]。

3.4 p38 MAPK/MK2/HSP27 信号通路调节膀胱平滑肌收缩机制 细胞在未受到胁迫时，HSP27 表达量较低，而且主要呈大聚合体，这种聚合体下的HSP27 一般无活性。当细胞在受到胁迫时，通过G蛋白偶联受体激活MKKK，使其结合并磷酸化MKK3/6，磷酸化的MKK3/6 进一步结合并磷酸化p38 MAPK[27]，磷酸化p38 MAPK进一步磷酸化下游MK2，磷酸化的MK2 进一步磷酸化HSP27，使其表达量增加以及大分子聚合体解离，使HSP27具有活性。被激活的HSP27与肌动蛋白结合，可增强平滑肌细胞收缩，从而引起膀胱逼尿肌收缩[28]。

有文献报道，SB203580 作为常用的p38 MAPK抑制剂能够通过抑制p38 MAPK/MK2/HSP27 信号通路降低平滑肌的收缩力[29-31]。膀胱逼尿肌是一种特殊的平滑肌，AUR后导致膀胱组织的过度充盈而损伤，造成逼尿肌不能正常收缩。因此，AUR 后可通过激活p38 MAPK/MK2/HSP27 信号通路来参与逼尿肌收缩和结构重建，见图2。

图2 p38 MAPK/MK2/HSP27信号通路调节膀胱平滑肌收缩机制

4 小结

膀胱功能障碍已严重影响人们的日常生活，AUR和OAB的发病率不断升高，AUR和OAB均与膀胱逼尿肌收缩性相关，因此，对于膀胱逼尿肌收缩相关的信号通路从细胞、生化与分子水平上研究很有必要。虽然临床对OAB与AUR后的膀胱逼尿肌收缩相关信号通路Ca2+敏感RhoA/Rho 激酶途径和p38 MAPK/MK2/HSP27 信号通路进行了广泛的研究，已知OAB可通过抑制Ca2+敏感hoA/Rho激酶途径，使磷酸化MLC 脱磷酸化，抑制膀胱逼尿肌收缩，促进其舒张进行缓解OAB 症状。但是，AUR后，可通过激活p38MAPK/MK2/HSP27信号通路参与逼尿肌收缩和结构重建，而此信号通路较复杂，仍存在许多未知蛋白相互作用，很多细节需需进一步深入研究。