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1.2 ROCK参与的信号通路
ROCK主要存在于细胞浆,调整细胞骨架成分运动;除此以外在细胞核也有分布,这与基因表达调控有关[ 7 ] 。ROCK的活性受细胞外信号和某些胞浆蛋白的调节[ 8 ] 。细胞外的某些激动剂(如α受体激动剂去甲肾上腺素)作用于G2蛋白偶联受体后,一方面通过某些机制使胞浆内的钙离子升高,通过钙依赖途径促进肌球蛋白轻链(MLC)磷酸化实现骨架蛋白的收缩;另一方面, G2蛋白偶联受体还可以将Rho蛋白,主要是Rho A,活化成Rho2GTP,通过后者与ROCK的Rho蛋白结合域结合,暴露ROCK的催化活性中心将ROCK激活,同时发生定向转位与MLC靠近。ROCK的激活本身可以将MLC磷酸化而发生肌丝收缩作用, 同时也能将肌球蛋白轻链磷酸酶(MLCP)磷酸化,从而使MLCP失活,阻止了磷酸化的MLC脱磷酸失活,间接促进MLC磷酸化而促进肌丝收缩(图3) 。ROCK参与MLC的磷酸化调控是ROCK信号通路的经典途径,此外还参与其他细胞运动的信号通路调节。
1.3 ROCK活性的调节机制
静息状态下的ROCK没有酶活性,因为ROCK的激酶活性存在一种自我抑制机制,即ROCK的RBD, PHD和CRD等结构域能通过一种返折机制将ROCK的催化活性中心覆盖,使其不能与ATP及其下游底物大分子多肽/蛋白结合。ROCK的活性调节机制参见图4[ 9 ] 。在生理条件下, Rho 蛋白(特别是Rho A ) 与ROCK的RBD 结合后,改变了ROCK的空间结构,活性中心暴露从而表现催化活性,而Rho E也可以与Rho蛋白结合结构域结合,但不能暴露ROCK的活性中心,可以阻碍Rho A 与其结合,对ROCK活性起到抑制作用[ 10 ] 。除此以外,其他物质,如花生四烯酸( arachidonic acid,AA)也能与ROCK的PHD结合,同样能通过变构效应暴露ROCK的CD。另外,参与细胞凋亡的caspase22, 3 也能将ROCK(ROCK I)的返折部分水解,将ROCK降解成只含有CD的ROCK,表现出持久的激酶活性[ 11 ] ,甚至有人证实细胞凋亡产生的凋亡小泡是ROCK激活所致。粒酶B ( granzyme B ) 也能将ROCK活化, 机制与caspase相似[ 12 ] 。肉毒杆菌C3 外酵素(Clostridiumbotulinum C3 exoenzyme)能将Rho2GTP转化成Rho2GDT,从而抑制了Rho2GTP与ROCK的RBD结合,也产生ROCK 抑制作用[ 13 ] 。而溶血磷脂酸( lysophosphatidic acid,LPA)能通过激活Rho A转而激活ROCK[ 2 ] 。已知经典的ROCK抑制剂如Y227632和法苏地尔均能直接与ROCK2CD结合,抑制酶的活性[ 9 ] 。ROCK2CD也是目前小分子ROCK抑制剂的作用区。
1.4 ROCK的底物
ROCK的经典底物是MLC和MLCP,也是最早发现的天然底物。由于这两个蛋白都是参与细胞运动的主要蛋白质分子,因而也认为ROCK是调节细胞运动的重要激酶之一。ROCK属于苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶,磷酸化底物的部位一般都是苏氨酸或丝氨酸, 所以常称之为Rho2associated coiled2coilforming p rotein serine / threonine kinase,以区别于酪氨酸激酶(p rotein tyrosine kinase, PTK) 。尽管如此,ROCK偶尔也能将底物中的酪氨酸进行磷酸化。目前已发现的ROCK底物至少有25种,其ROCK的磷酸化位点和主要作用参见表1。
1.5 ROCK激活的生物效应
多种细胞均表达ROCK, ROCK激活后的直接作用是导致细胞骨架收缩。对于不同的细胞可能产生不同的效应,常见组织细胞的ROCK激活效应参见表2。
1.6 ROCK及ROCK抑制剂与疾病
由于ROCK对细胞骨架活动的调节如此重要,ROCK的高表达和ROCK的过度激活均可导致疾病,因而参与了多种疾病的病理过程。目前尚未发现ROCK低表达或活性不足所导致的疾病。
1.6. 1 心血管疾病
ROCK抑制剂Y227632、法苏地尔、羟基法苏地尔( hydroxy2fasudil)能减轻心肌缺血/再灌注损伤,对抗高血压等; ROCK也参与了男性性活动的神经血管反应, ROCK抑制剂能改善男性功能障碍( erectile dysfunction) 。
1.6. 2 神经系统疾病