血管紧张素Ⅱ对血管平滑肌细胞增殖、迁移作用的信号通路研究

血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）是血管中膜的主要细胞成分，它的增殖和迁移是血管病变的细胞基础病理改变之一。血管紧张素Ⅱ（Angiotensin Ⅱ，AngⅡ）与VSMCs上其1型受体（Angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R）结合后，可经丝裂原激动蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）、核因子-κB（nuclear factorof kappa B，NF-κB）等多条信号通路，启动VSMCs的增殖和迁移。此外，近年来研究发现，对VSMCs的增殖和迁移，AngⅡ-AT1R信号通路与晚期糖基化终末产物（advanced glycation end-products，AGEs）-晚期糖基化终末产物受体（receptor for AGEs，RAGE）及胰岛素信号通路间存在交互作用，这些是高血压和糖尿病等所致血管病变的关键环节[1]。故本文就AngⅡ对VSMCs增殖和迁移的信号通路及其与AGEs-RAGE和胰岛素对VSMCs增殖和迁移信号通路间存在的交互作用作一综述。1　VSMCs的生物学特点根据结构和功能的差异，体内VSMCs可分为收缩型和合成型两种表型[2]。收缩型VSMCs的主要功能是收缩并维持血管壁张力，细胞浆充满收缩纤维，而细胞器很少。合成型VSMCs含有大量细胞器，仅含少量肌纤维，具有强大的合成功能，参与细胞外基质的形成。这两种表型具有互相转化的特点，在多种细胞因子和生长因子作用下，可由收缩型向合成型转变，反之亦然。合成型VSMCs参与高血压和糖尿病等所致血管病变：一方面，合成型VSMCs丧失收缩能力，并移向内膜及吞噬内膜下的脂质变成泡沫细胞；另一方面，还释放生长因子和细胞因子，反过来大大促进其增殖；同时还合成基质金属蛋白酶分解基质，为其游走或迁移创造条件[3]。2　AngⅡ对VSMCs增殖和迁移的影响AngⅡ具有很高的生物学活性，与VSMCs上AT1R结合后，对VSMCs的转化、增殖、迁移等影响广泛而又错综复杂[4]：首先，VSMCs表型发生转变，即由收缩型转变为合成型，合成及分泌多种生长因子，如血小板源性生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）、转化生长因子β1（transforming growth factor-1，TGF-β1）、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）等。其中PDGF与VSMCs上的受体结合后激活膜上的一种小分子G蛋白（ras蛋白），通过ras/三磷酸鸟苷（GTP）激活细胞外信号调节激酶（ERK），促进VSMCs的有丝分裂、生长、增殖和迁移。并且，这些生长因子，具有协同AngⅡ促进VSMCs增殖和迁移的作用。其次，合成并分泌大量的细胞外基质，使纤维连接蛋白、 胶原及弹力蛋白等合成增加，导致细胞外微环境的改变，这将更有利于VSMCs的迁移及增殖。此外，AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后，刺激其表达并激活NF-κB、激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1），从而激活肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）、基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）等炎症介质，促进VSMCs粘附、迁移及增殖。总之，AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后，VSMCs由收缩型转变为合成型，收缩能力减弱，合成并分泌多种生长因子、炎症介质、细胞外基质，大大促使其增殖并迁移至内膜下，是高血压和糖尿病等所致血管病变的关键环节。3　AngⅡ-AT1R与VSMCs增殖和迁移的信号通路的关系3.1　MAPK通路研究表明VSMCs中的MAPK被AngⅡ激活，活化的MAPK能强烈地刺激其增殖，并活化AP-1促使增殖相关基因大量表达，进一步引发VSMCs增殖及细胞外基质的分泌[5]。新近研究表明，P38-MAPK在AngⅡ激活热休克蛋白-27（HSP-27）诱导的VSMCs迁移中，具有重要作用；AngⅡ通过c-Src及Ca2+依赖蛋白激酶，激活c-Jun氨基末端蛋白激酶（c-JNK）而促进VSMCs迁移；此外，AngⅡ亦可通过c-Src激活ERK，从而促进VSMCs迁移。以上实验结果表明MAPK信号通路在AngⅡ促VSMCs增殖、迁移中发挥重要作用。3.2　核转录因子（NF）-κB通路AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后，经还原型辅酶Ⅱ[NAD（P）H]氧化酶途径产生大量的活性氧族（reactive oxygen species，ROS），ROS作为细胞内重要信号分子，激活活性氧敏感的NF-κB。NF-κB一旦被激活，使各种生长因子和炎症因子如：PDGF、CTGF、MMP-9等[6]表达增加，从而影响细胞周期和细胞凋亡，促使VSMCs增殖和迁移到内膜下，而阻断NF-κB的表达能显著抑制炎症相关因子的产生，从而起到上述相反的效应。此外，Wilson等[7]的研究直接证明了NF-κB在调节AngⅡ诱导的VSMCs增殖、迁移中起重要作用。3.3　磷脂酶C（phospholipase C，PLC）/蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）通路AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后经1～2 min，便激活PLC，从而导致大量Ca2+迅速从肌浆网释放入胞浆引起VSMCs收缩，并激活PKC，活化的PKC可促进原癌基因sis、c-fos等的表达，从而促进VSMCs增殖[8];此外，PKC还可激活Na+/H+交换，使H+外流增加，细胞内pH值增加有利于有丝分裂的进行，也是VSMCs增殖、迁移和收缩所必需的早期步骤。3.4　磷脂酰肌醇-3激酶（PI3-K）/蛋白激酶B[PKB或丝氨酸-苏氨酸激酶（AKt）]通路AngⅡ与体外培养的鼠主动脉VSMCs上AT1R结合后，Akt磷酸化水平明显升高，细胞DNA和蛋白合成也显著增加，用Wortmannin、LY294002和Akt抑制剂后，明显抑制了AngⅡ诱导的VSMCs增殖[9]。其他学者用犬肺动脉及人脑动脉VSMCs均证实PI3-K对VSMCs的迁移是必要的。3.5　蛋白酪氨酸激酶/信号传导子和转录激活子（JAK/STAT）通路STATs蛋白通过SH2结构域与受体结合后被JAKs直接磷酸化而活化，然后进入核内与特异DNA调节元件结合，刺激原癌基因c-fos、c-myc等的转录，促进细胞增殖[10]。研究表明，AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后，激活JAK2及酪氨酸激酶2（TYK2），使STAT蛋白中的STAT3磷酸化而激活，从而促进VSMCs增殖；封闭JAK2/STAT3信号通路显著抑制VSMCs增殖[11]。3.6　Ca2+/钙调蛋白（CaM）依赖性蛋白激酶通路AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后，引起胞内钙浓度的增加并激活CaM激酶Ⅱ，从而促进VSMCs收缩、增殖和迁移[12]。此外，活化的CaM还调节细胞c-fos和c-myc基因的表达及环磷酸腺苷（cAMP）的代谢促进VSMCs的增殖及胶原的合成。以上各通路间并非孤立存在，而是相互间既有促进又有拮抗，而且受除AngⅡ外多种因素的影响，从而形成一个复杂的信号网络调节通路。随着VSMCs增殖和迁移的信号通路研究的深入，一些关键的基因及信号调节分子已被发现，从而为高血压和糖尿病等所致血管病变带来新的治疗举措。新近研究发现，AngⅡ及AGEs分别与VSMCs上其受体结合后，促使细胞产生大量ROS，激活MAPK及PKC，二者均可激活NF-κB;反过来，NF-κB又可促进ROS的形成并激活MAPK及PKC，从而恶性循环地促进VSMCs增殖和迁移。实验表明RNA干扰（RNAi）沉默NF-κB及自由基清除剂均可显著抑制AngⅡ和AGEs促VSMCs增殖、迁移作用及改善球囊损伤后血管重构、动脉粥样硬化的进展。VSMCs增殖抑制基因（hyperplasia suppressor gene，HSG），是近年来发现的一种新型具有抑制VSMCs增殖作用的基因。AngⅡ可使HSG的表达降低，解除HSG过表达引起的抑制Ras-Raf-MEK-ERK1/2 MAPK信号通路使细胞周期停止在G0/G1期，从而促进VSMCs增殖。通过基因转移技术，在兔、大鼠颈动脉球囊损伤模型上转入HSG，证实HSG可明显抑制颈总动脉损伤后血管内膜和中膜平滑肌细胞的增殖[13]。4　AngⅡ-AT1R与AGEs-RAGE及胰岛素对VSMCs增殖和迁移信号通路间的交互作用全球有70%的人死于心血管疾病，其中大部分由高血压、糖尿病等引起，且高血压患者常同时合并糖尿病、胰岛素抵抗及糖耐量异常等代谢性疾病，此时心血管患病率成倍增加，目前认为其主要原因是血流动力学因素与代谢因素之间存在交互作用。AGEs及其受体、高胰岛素血症等是糖尿病血管病变的主要致病因素。AGEs是一组蛋白质、脂类和核酸经非酶糖基化反应而形成的产物，在糖尿病、高血压等情况下明显升高，可通过氧化应激等途径产生。AngⅡ与AT1R结合后，经NAD（P）H氧化酶途径产生大量的ROS，从而促进AGEs的形成[14,15]。Koka等[16]发现AGEs的聚积伴随着糜蛋白酶的升高、RAGE表达的增加和ERK1/2 MAPK的活化；在体外，AGEs可通过人类VSMCs上RAGE-ERK1/2MAPK通路诱导糜蛋白酶表达，继而诱导糜蛋白酶依赖性AngⅡ的生成。另一方面，Wu Lingyun等的研究显示[17]，自发性高血压大鼠VSMCs中AGEs的含量及RAGE表达明显高于WKY对照组大鼠；在体外，替米沙坦可抑制AngⅡ诱导的内皮细胞RAGE的表达[18]。越来越多的研究表明，AGEs-RAGE信号通路对VSMCs增殖和迁移具有非常重要的作用：动物实验发现[19]，动脉内膜剥脱小鼠损伤的血管壁内AGEs的表达及沉积升高，在增厚的新生内膜中平滑肌细胞被活化而增殖；用可溶性RAGE或RAGE抗体阻断RAGE后新生内膜增厚明显减轻，平滑肌细胞增殖、迁移和细胞外基质蛋白的表达降低。体外研究显示[20]，分离纯化的人糖基化白蛋白和体外合成的糖基化血清白蛋白均可通过P38-MAPK、NF-κB途径促进VSMCs增殖和迁移；另外，还促进VSMCs分泌多种细胞因子包括PDGF等，促进VSMCs增殖和迁移。前述NF-κB、P38-MAPK途径是AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后诱导VSMCs增殖、迁移的重要信号通路。综上可知，NF-κB、MAPK信号通路是介导AngⅡ-AT1R与AGEs-RAGE交互作用促VSMCs增殖和迁移的共同信号通路。高胰岛素血症在糖尿病和高血压等所致的血管病变中，具有重要作用。新近研究表明，胰岛素信号通路与AngⅡ-AT1R信号通路在VSMCs增殖和迁移中同样存在交互作用。一方面，AngⅡ过表达或连续静脉输注AngⅡ的SD大鼠胰岛素水平显著高于对照组SD大鼠[21];而厄贝沙坦可抑制转基因小鼠MetS模型的胰岛素水平。AngⅡ通过AT1R作用于胰岛素信号通路[22]：AngⅡ与VSMCs上其I型受体结合后，激活Ras蛋白，加强胰岛素介导的Ras/MAPK信号途径，从而增强胰岛素通过MAPK通路促VSMCs增殖和迁移的作用。除此以外，AngⅡ还可以通过诱发并加重炎症和氧化应激间接影响胰岛素信号转导[23]。另一方面，高胰岛素血症时血管紧张素原的表达增强，增加Ang Ⅱ的表达，并上调AT1R的表达[24];在血管细胞内（包括VSMCs），胰岛素可诱导血管紧张素原、血管紧张素转化酶、Ang Ⅱ的产生[25];而血管紧张素受体拮抗剂（ARB）类药物，缬沙坦和氯沙坦均可抑制上述过程[26]。体内与体外实验均证实，高浓度胰岛素可通过多种途径发挥其促有丝分裂作用，促进平滑肌细胞DNA的合成，刺激平滑肌细胞的增殖和迁移。另有研究表明，胰岛素可显著增加AngⅡ对VSMCs的促增殖作用，其介导血管损伤的作用可能通过ERK5信号通路发挥作用[27]。综上可知，AngⅡ-AT1R信号通路与胰岛素信号通路间在VSMCs增殖和迁移中同样存在交互作用，且MAPK通路在其中发挥关键作用。由于AngⅡ-AT1R信号通路与AGEs-RAGE及胰岛素信号通路对VSMCs增殖和迁移存在交互作用，故新近一系列研究表明AngⅡ AT1R拮抗剂可改善糖尿病血管病变，而降糖药亦可改善高血压所致血管病变。综上所述，AngⅡ与VSMCs上AT1R结合后，经多条信号通路，促使动脉中膜平滑肌细胞向内膜迁移和增殖；并且AngⅡ-AT1R信号通路与AGEs-RAGE及胰岛素信号通路对VSMCs的增殖和迁移存在交互作用；这些是高血压和糖尿病等所致血管病变的关键环节。因此，寻找AngⅡ对VSMCs增殖和迁移的新通路及介导AngⅡ-AT1R与AGEs-RAGE及胰岛素交互作用的信号通路，对其采用RNAi沉默或基因转移技术等分子生物学手段进行靶向干预，将成为治疗高血压和糖尿病等所致血管病变的新举措。【参考文献】[1]Tata T， Nawata J， Wang H，et al.Enhanced pulsatile pressure accelerates vascular smooth muscle cells migration：implications for atherogenesis of hypertension[J].Hypertension,2008,12：45-62.[2]Campbell JH， Campbell GR. Culture techniques and their applications to studies of vascular smooth muscle cells[J].Clin Sci,1993,85：501-513.[3]Shang Y， Yoshida T，Amendt BA， et al.Pits 2 is functionally important in the early stages of vascular smooth muscle cell differentiation[J].Cell Biol,2008,181（3）：461-473.[4]Whitelock J，Mitchell S，Graham L， et al.The effect of human of Scotland Coronary Prevention Study[J].Atherosclerosis， 2007,148：95-100.[5]Kim S， Iwao H. Stress and vascular responses： mitogen-activated protein kinases and activator protein-1 as promising therapeutic targets of vascular remodeling[J].J Pharmacol Sci,2003,91（3）：177-181.[6] Vlassara H， Fuh H，Donnelly T，et al. Advanced glycation endproducts promote adhesion molecule （VCAM-1， ICAM-1） expression and atheroma formation in normal rabbits[J].Mol Med,1995,1（4）：447-456.[7] Wilson SH ， Caplice NM ， Simari RD， et al.Activated nuclear factor-κB is present in the coronary vasculature in experimental hypercholesterolemia [J].Atherosclerosis,2000,148（1）：23-30.[8]Hiroyuki I，Shinji Y，Ware JA，et al.Differentia1 effects of protein kinase C on human vascular smooth muscle cell proliferation and migeration[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2001,281：359-370.[9]Galaria II，Nicholl SM，Roztocil E， et al. Urokinase-induced smooth muscle cell migration requires P13K and Akt activation[J].J Surg Res,2005,127（1）：46-52.[10]Horvath CM.STAT proteins and transcriptional responses to extracellular signals[J].Trends Biochem Sci.2000,25（10）：496-502.[11]Tang M，Zhang Z，Fu JY，et al.Stat 3 signal transduction pathway correlates with proliferation of vascular smooth muscle cells of rats[J].Zhonghua Xinxueguanbing Zazhi,2005,33（9）：832-835.[12]Fellner SK， Arendshorst WJ.Angiotensin II，reactive oxygen species，and Ca2+ signaling in afferent arterioles[J].Am J Physiol Renal Physiol,2005,289（5）：1012-1019.[13]Chen KH，Guo XM，Ma DL，et al.Dysregulation of HSG triggers vascular proliferative disorders[J].Nature Cell Biol,2004,6：872-883.[14]Gillery P. Oxidative stress and protein glycation in diabetes mellitus[J]. Ann Bio1 Clin,2006,64（4）：309-314.[15]Yamagishi S， Fukami K， Ueda S， et al. Molecular mechanisms of diabetic nephropathy and its therapeutic intervention[J]. Curr Drug Targets,2007,8（8）：952-959.[16]Koka V，Wang W，Huang XR，et al.Adavanced glyeation end products activate a chymage-dependent angiotensin Ⅱ generating pathway in diabetic complications[J].Circulation,2006,113：1353-1360.[17]Wu L，Juurlink BH.Increased methylglyoxal and oxidative stress in hypertensive rat vascular smooth muscle cells[J]. Hypertension,2002,39（3）：809-814.[18]Nakamura K，Yamagishi S，Nakamura Y，et al.Telmisartan inhibits expression of a receptor for advanced glycation end products（RAGE） in angiotensin-Ⅱ-exposed endothelial cells and decreases serum levels of soluble RAGE in patients with essential hypertension[J].Microvascular Res,2005,70（3）：137-141.[19]Hattori Y，Suzuki M，Hattori S，et al.Vascular smooth muscle cell activation by glycated albumin （Amadori adducts）[J].Hypertension,2002,39（1）：22-28.[20]Thomas MC，Baynes JW，Thorpe SR，et al.The role of AGEs and AGE inhibitors in diabe-tic cardiovascular disease[J].Curr Drug Targets,2005,6（4）：453-474.[21]Blendea MC，Jacobs D，Stump CS，et al.Abrogation of oxidative stress improves insulin sensitivity in the Ren-2 rat model of tissue angiotensin Ⅱ overexpression[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,2005,288（2）：353-359.[22]Igarashi M，Hirata A，Nozki H，et al.Role of angiotensin Ⅱ type-1 and type-2 receptors on vascular smooth muscle cell growth and glucose metabolism in diabetic rats[J].Diabetes Res Clin Pract,2007,75（3）：267-277.[23]Horiuchi M，Mogi M，Iwai M.Signaling crosstalk angiotensin Ⅱ receptor subtypes and insulin[J].Endocr J,2006,53（1）：1-5.[24]Wei Y，Sowers JR， Nistala R，el al.Angiotensin II-induced NADPH oxidase activation impairs insulin signaling in skeletal muscle cells[J].J Biol Chem,2006,281（46）：35137-35146.[25]Kamide K， Hori MT，Zhu JH，et al.Insulin-mediated growth in aortic smooth muscle and the vascular renin-angiotensin system[J]. Hypertension,1998,32（3）：482-487.[26]Iyer SN， Katovich MJ. Effect of acute and chronic losartan treatment on glucose tolerance and insulin sensitivity in fructose-fed rats[J].Am J Hypertens,1996,9（7）：662-668.[27]Sharma G， Goalstone ML. Regulation of ERK5 by insulin and angiotensin-Ⅱ in vascular smooth muscle cells[J].Biochem Biophys Res Commun， 2007,354（4）：1078-1083.