RhoA與ROCK信號(hào)通路與細(xì)胞遷移

1、RhoA 與 ROCK 信號(hào)通路與細(xì)胞遷移細(xì)胞遷移星細(xì)胞生理病理活動(dòng)中不可缺少的生物學(xué)行為過(guò)程.如組糾的filffetS負(fù)、腫欄展襲和轉(zhuǎn)移等等而林料學(xué)中關(guān)于細(xì)胞在材料上的遷移研咒更是熱點(diǎn)° Rhu申:庶小分 了 叫 ft 二疇?wèi)?zhàn)悔（smull GTPuses0f Rhtt kimily* Rhn GTPiiscs 會(huì) Rho、Rm;、Rus. R血 Sarl/Arh Cdc42 fil Ran.研宛表明它們弦基因轉(zhuǎn)錄*細(xì)胞骨架.細(xì)胞粘 附的調(diào)控從多條們號(hào)通路的調(diào)節(jié)中起重耍的調(diào)卄作用進(jìn)一步的研究C證丈 RboAOCK信號(hào)通路存細(xì)胞的辻移過(guò)程中具有關(guān)鍵的調(diào)控作用.Rhe蛋白蛾族是Ras

2、M超家族成薊分子A（20-40）Xl01的肛休小G蛋白.以結(jié)合GDP（無(wú)活性和結(jié)合GTP （育活性）的方式發(fā)揮其重要的分子開(kāi)關(guān)作用.RhoGTPcs家?guī)[成罰是MAPK系統(tǒng)上游的一類(lèi)重孌的伯號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，其中研究較為憚細(xì)的3個(gè)成員是RhoA、Cdc42和Rae.研理農(nóng)明.Rk）A在細(xì)胞曼到外界剌激后發(fā) 生行人學(xué)氏變的過(guò)凰中具肯非常匣耍的作用.因此是II前酬究Rb家隸時(shí)細(xì)胞作用 的重點(diǎn)Z -丹1 RhoAOCK信號(hào)通路的件用方式RhoA為飆怵G茨白.Jt結(jié)構(gòu)序列相對(duì)保守*分子雖為23kD. Ill Rh> ®白家嵌的成員一樣.RhoA也受固有的激活機(jī)制調(diào)控.Rte GIPases以結(jié)

3、合GDPt J；磷酸 化，成結(jié)含GTP （確酸化有活性）的形式存在通過(guò)兩羚ro的相互轉(zhuǎn)換發(fā)揮調(diào)H作 用* 嗚喘吟枚什酸交換曲子（guanine nucleotide exchanging factor. GEF"調(diào)控 J* GTPJ Rho GTPjscs蛋白的交換.儺化Rho向育活性的GTP結(jié)臺(tái)狀態(tài)轉(zhuǎn)換.禰為GTPtiscs 姑胺活劑 利* GTPiisc 括化 1K /11 GTPiisc nctiviiLing pre忙ins, GAPs） GEFs 的作用相反.亂性訴節(jié)Rho的活性.它會(huì)借化K解GTP的y礙酸基團(tuán)位點(diǎn).GTP £轉(zhuǎn)換為GDP.島嚟吟核茁醴解離抑制刊R

4、hoGDIs的作聞楚便RhoA反生沉熾或 抑制G蛋白的激活映.RhoA徼活后通過(guò)對(duì)下游的效應(yīng)分子ROCK I n的活化來(lái)啟 動(dòng)下游通路（忸2幾R(shí)OCK是一種皺軌酸紡51隈澈酶.它址Rk>A蛋白的下游怕號(hào)分子.分子雖 60kDj.苴上業(yè)仃兩種亞盤(pán)分別上ROCK fll ROCKZu ROCK I也般稱(chēng)做ROKfl或P160ROCK,編碼R0CK1的基因位于18號(hào)染色體上.包含了 1354個(gè)氨基酸序列， 而ROCK2亦被稱(chēng)為ROKa.編碼ROCK2的基因位于12號(hào)染色休上.含仃1338個(gè) 氨基酸序列。ROCK1和ROCK2在體內(nèi)組織中的分布是不均的,ROCK2 E要分布 在心血管組織中，而R

5、OCK1分布較為普遍*七ROCK特異性抑制劑Y27632 H作用 是通過(guò)與ATP競(jìng)爭(zhēng)ROCK催化區(qū)的ATP結(jié)合位點(diǎn)，從而阻斷ROCK的活性。ROCK 活化后可以苛下游底物肌球貴白輕鏈磷酸酶(Myosin light cliain phosphatase. MLCP) 進(jìn)行磷酸化一任細(xì)胞遷移時(shí).活化的ROCK MLCP卜的肌球蛋門(mén)結(jié)合亞陡結(jié)合 8S87.或者直接對(duì)肌球費(fèi)白輕鏈跑酸化通過(guò)以卜兩種途徑便細(xì)胞內(nèi)肌球費(fèi)白輕鏈的碣戰(zhàn)化水半得以升咼，從啲剌激由肌球蛍口和肌動(dòng)員白的交聯(lián)，增強(qiáng)肌動(dòng)歩口收縮。ROCK還可以激活單絲氨酸聶白激酶(LIM kinase, LIMK), LIM激酶激活后可 便肌動(dòng)賀白解

6、聚和切割因子失活88 89q研咒還發(fā)現(xiàn)，ROCK還能激活絲切賀白，從 而增加和穩(wěn)定了肌動(dòng)蛋白絲90以卜.的作用最終引起細(xì)胞的遷移。圖2 RhoA蛋白所參與的佇號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)RhoA活化后激活下游ROCK 1/2蛋白，活化的ROCK蛋白使MLCP磷酸化，激活的MLCP促使MLC M酸化,從而引起細(xì)胞收縮;ROCK還可激活LIMK, LIMK激活 后可便肌動(dòng)蠱白解聚和切割因子失活.從而促進(jìn)細(xì)胞收縮2. RhoAZROCK信號(hào)通路與細(xì)胞遷移以在平板卜.進(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng)的方式觀察Rho GTP酶在細(xì)胞遷移中的作用是| 前主耍的研允方法，例如體外傷口愈介實(shí)驗(yàn)和Dunn細(xì)胞趨化模型仏出（圖3）。在 這些丈驗(yàn)中

7、發(fā)現(xiàn)，傷I處細(xì)胞遷移或通過(guò)趨化刺激而使細(xì)胞遷移時(shí).細(xì)胞的遷移沿 著延前部突起方向，繼而細(xì)胞厲部收縮生細(xì)胞遷移時(shí)，前部突起與細(xì)胞外基質(zhì) （ECM）相粘連從而起到穩(wěn)定作用，同時(shí)可以將細(xì)胞胞體向前部拉拽而使后部突起 與ECM分離。通過(guò)這個(gè)周期性的運(yùn)動(dòng).細(xì)胞最終遷移気達(dá)H的地。在這個(gè)過(guò)程中， 細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和微管（microtubules, MTs）起著非常重要的作用.肌 動(dòng)賀白聚合在細(xì)胞前緣處以驅(qū)動(dòng)細(xì)胞膜的突出，同時(shí)調(diào)控其與EC1V1的粘附過(guò)程，胞 體內(nèi)的肌動(dòng)蛋白束產(chǎn)生拉力向前拉動(dòng)胞體遷移，并收縮細(xì)胞尾部。MTs對(duì)細(xì)胞遷移 同樣給于極化作用，并且是許多細(xì)胞定向遷移必要的。研究表明，Rho蛋

8、白對(duì)肌動(dòng) 蛋白的聚合、肌動(dòng)球賀白的收縮、細(xì)胞與ECM的粘附以及微管的動(dòng)力學(xué)均右彤響， 因此.Rho蛋白在調(diào)控細(xì)胞遷移過(guò)程中處于中心地位95皿遷移方向圖3.細(xì)胞在平板?？丈线w移示總圖A.細(xì)腕與平板粘附向前方遷移:B.細(xì)胞向前方伸出偽足,細(xì)胞內(nèi)前段的肌動(dòng)蛋白 細(xì)胞骨架和微管對(duì)這一過(guò)程何非常巫要的作用：C.細(xì)胞極狀足突出后與前方基仮 粘附，RhoA對(duì)這一過(guò)程也同樣疔調(diào)控作用：D.細(xì)胞向前收縮，RhoA/ROCK通 路調(diào)節(jié)了 MLC的磷酸化，從而引起這一過(guò)程，同時(shí)ROCK激活了 LIMK,使肌 動(dòng)彊門(mén)解聚和切割因子失活，維持并促進(jìn)了細(xì)胞收縮：E.細(xì)胞尾部收縮抬起.這 一過(guò)程同樣RhoA的調(diào)控作用U前，

9、通過(guò)對(duì)RhoA/ROCK僅號(hào)通路的研丸，己公認(rèn)其對(duì)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)有極瓦重 要的作用2o Williams DA等人”研究表明，RhoA/ROCK們號(hào)通路是的激活白細(xì)胞 滲出運(yùn)動(dòng)時(shí)尾部回縮中必不可少的.Molli PR等98研究了 C3轉(zhuǎn)移酶抑制下中性粒細(xì) 胞的遷移情況發(fā)現(xiàn)，RhoA抑制后中性粒細(xì)胞遷移時(shí)尾部解離收縮受到明顯彤響。C3 轉(zhuǎn)移酶抑制劑法是對(duì)RhoA的Asp41利用C3轉(zhuǎn)移爾進(jìn)行ADP橢基化，以此來(lái)抑制 RhoA的活性。對(duì)RhoA的激活實(shí)驗(yàn)也同樣得到了相同的結(jié)果，Jaganathan BG等99 利用 cDNA 編碼的構(gòu)建活化型 RhoAVl (cDNA encoding const i

10、t iiiivcly active RhoA)注 射到MSCs后,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的應(yīng)力纖維數(shù)址增加明顯.粘附力増強(qiáng).對(duì)比采用溶血磷 脂ft(lysophosphatid ic acid . LPA)處理后的MSCs結(jié)果類(lèi)似.進(jìn)一步將LPA誘導(dǎo)MSCs 給TRho抑制劑C2I-C3處理后，發(fā)現(xiàn)處理前后細(xì)胞的趨化性相差3到10倍Bliadriraju等1°°進(jìn)一步研究證實(shí)，RhoA/ROCK佇號(hào)通路在細(xì)胞遷移時(shí)對(duì)細(xì)胞的 粘附、形態(tài)變化以及細(xì)胞骨架拉伸都仔調(diào)節(jié)作用，而通路本身乂可形成止反饋?zhàn)饔谩?Hopkins AM和Pineda AA研究101后發(fā)現(xiàn)，整合素(imegrins)介導(dǎo)

11、的粘附作用的減 弱是受ROCK激活彤響的.從而引起細(xì)胞用部的收縮.活化狀態(tài)的ROCK通過(guò)對(duì) MLCP碑酸化促使了細(xì)胞骨架的拉伸，而細(xì)胞骨架的拉伸狀態(tài)又會(huì)對(duì)RhoA/ROCK 的耦合止反饋加強(qiáng)，如此循環(huán)，維持了 ROCK的活化狀態(tài)同時(shí)能便細(xì)胞不斷運(yùn)動(dòng). Freitas MR等102利用ROCK抑制劑Y27632后對(duì)平滑肌細(xì)胞的遷移起到了明顯抑制 作用，證明J' ROCK對(duì)細(xì)胞遷移的重要作用.細(xì)胞遷移同時(shí)還受到細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì) 和細(xì)胞細(xì)胞Z間的粘附作用彫響a)- I：皮細(xì)胞Z間的粘附力的改變是其遷移所必需 的，而這個(gè)過(guò)程會(huì)受ROCK和其下游效應(yīng)底物mDia的負(fù)調(diào)控。細(xì)胞間的接合連接 和緊密連

12、接的解離受RhoA/ROCK的調(diào)控,如細(xì)胞在形成連接時(shí),鈣粘素(cadhcfins) 會(huì)誘導(dǎo)pl90RhoGAP使RhoA失活8°：在粘著斑的形成和成熟過(guò)程中，Inlcgrins及相 關(guān)的酪氨酸激酶如Pyk2或FAK會(huì)調(diào)控RIA的激活.Integrins與ECM Z間的 相互作用也可影響RhoA的活性：RhoA激活mDia直接引起肌動(dòng)蛋白聚合，同時(shí) mDia又可與ROCK共同誘導(dǎo)RhoA進(jìn)一步活化,從而使應(yīng)力纖維增加。在應(yīng)力纖維 形成中，RhoA可以直接介導(dǎo)FAK的磷酸化作用，該佇號(hào)通路是在細(xì)胞遷移中同樣 具有重要作用，(U.3. RhoA/ROCK信號(hào)通路參與細(xì)胞在生物材料上的遷移

13、過(guò)程近年來(lái)，人造材料持別是合成聚合物在各種生物醫(yī)學(xué)中的地位II益增加。然而.對(duì)r制造先進(jìn)的人工生物組織和器官.材料標(biāo)準(zhǔn)u經(jīng)從貌一耍求無(wú)生物壽性提高到 能可控的促進(jìn)特定細(xì)胞功能的水卩I叭H前一些機(jī)構(gòu)，如矣國(guó)FDA (Food and Drug Ad ministration )* IS 0 (Internal io nal S 也 ndard 0 電 anized )等均ll 將生物相容性、細(xì)胞 毒性作為一個(gè)重要指標(biāo)，而細(xì)胞與生物材料相互做用的主耍參數(shù)是細(xì)胞粘附、遷移 和增值4a,0,°.Bacakova等人汕在不同親水鍍膜的聚苯乙烯(Polystyrene, PS )材料上培養(yǎng)人 臍

14、靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(Human umbilical vein endothelial cells* HUVEC )的研究發(fā)現(xiàn).PS 材料表面因不同親水鍍膜對(duì)細(xì)胞遷移的誘導(dǎo)不同,Western blot結(jié)果顯示.不同親水 鍍膜下培養(yǎng)的HUVEC所表達(dá)的RhoA有明顯差異研究證明了 R hoA的増加使得細(xì) 胞與材料表而的粘附增強(qiáng)，便得細(xì)胞更容易固定于細(xì)胞表而。4結(jié)語(yǔ)細(xì)胞遷移是細(xì)胞生存最重要的功能z,細(xì)胞在遷移過(guò)程中要經(jīng)過(guò)粘附、伸出 偽足、胞體收縮和細(xì)胞尾部解離，整個(gè)過(guò)程均受到多種號(hào)通路的調(diào)控，而 RhoA/ROCK通路在細(xì)胞遷移中參與了重耍調(diào)控作用，在多種細(xì)胞的遷移過(guò)程中英至 是不可缺少的因素。RhnA是細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白的重耍調(diào)控者，RhoA通過(guò)不斷的活 化和失活，拎制了 E游怕號(hào)分子狀態(tài)從而便細(xì)胞能對(duì)外界刺激迅速做岀反應(yīng).可以 看出RhoA起到了“分子開(kāi)關(guān)”的作用?；罨腞hoA可激活下游的ROCK 1/2®白分 子，而激活的ROCK可通過(guò)MLCP對(duì)肌球貴白輕鏈進(jìn)行磷酸化，從而使細(xì)胞骨架肌 動(dòng)蛋白的收縮增強(qiáng)，同時(shí)這個(gè)通路乂可通過(guò)止反饋?zhàn)饔眠M(jìn)一步增強(qiáng).隨著人匸材料的發(fā)展，人們對(duì)細(xì)胞遷移的研乳(2不僅僅尚限J活體組織和器官 中的情況,針對(duì)人工材料上細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)研究也已廣泛開(kāi)展,與自然狀態(tài)下的ECM 一樣，細(xì)胞與材料Z間的相互作用對(duì)細(xì)胞附著力、遷移和增殖是II前研咒的熱點(diǎn)Z 一.