RhoA与ROCK信号通路与细胞迁移

1、RhoA 与 ROCK 信号通路与细胞迁移细胞迁移星细胞生理病理活动中不可缺少的生物学行为过程.如组糾的filffetS負、肿欄展袭和转移等等而林料学中关于细胞在材料上的迁移研咒更是热点° Rhu申:庶小分 了 叫 ft 二疇战悔（smull GTPuses0f Rhtt kimily* Rhn GTPiiscs 會 Rho、Rm;、Rus. R血 Sarl/Arh Cdc42 fil Ran.研宛表明它们弦基因转录*细胞骨架.细胞粘 附的调控从多条们号通路的调节中起重耍的调卄作用进一步的研究C证丈 RboAOCK信号通路存细胞的辻移过程中具有关键的调控作用.Rhe蛋白蛾族是Ras

2、M超家族成蓟分子A（20-40）Xl01的肛休小G蛋白.以结合GDP（无活性和结合GTP （育活性）的方式发挥其重要的分子开关作用.RhoGTPcs家嶽成罚是MAPK系统上游的一类重娈的伯号转导分子，其中研究较为憚细的3个成员是RhoA、Cdc42和Rae.研理农明.Rk）A在细胞曼到外界剌激后发 生行人学氏变的过凰中具肯非常匣耍的作用.因此是II前酬究Rb家隸时细胞作用 的重点Z -丹1 RhoAOCK信号通路的件用方式RhoA为飙怵G茨白.Jt结构序列相对保守*分子虽为23kD. Ill Rh> ®白家嵌的成员一样.RhoA也受固有的激活机制调控.Rte GIPases以结

3、合GDPt J；磷酸 化，成结含GTP （确酸化有活性）的形式存在通过两羚ro的相互转换发挥调H作 用* 呜喘吟枚什酸交换曲子（guanine nucleotide exchanging factor. GEF"调控 J* GTPJ Rho GTPjscs蛋白的交换.傩化Rho向育活性的GTP结台狀态转换.祢为GTPtiscs 姑胺活剂 利* GTPiisc 括化 1K /11 GTPiisc nctiviiLing pre忙ins, GAPs） GEFs 的作用相反.乱性诉节Rho的活性.它会借化K解GTP的y礙酸基团位点.GTP £转换为GDP.岛嚟吟核茁醴解离抑制刊R

4、hoGDIs的作闻楚便RhoA反生沉熾或 抑制G蛋白的激活映.RhoA徼活后通过对下游的效应分子ROCK I n的活化来启 动下游通路（忸2几ROCK是一种皱轨酸紡51隈澈酶.它址Rk>A蛋白的下游怕号分子.分子虽 60kDj.苴上业仃两种亚盘分别上ROCK fll ROCKZu ROCK I也般称做ROKfl或P160ROCK,编码R0CK1的基因位于18号染色体上.包含了 1354个氨基酸序列， 而ROCK2亦被称为ROKa.编码ROCK2的基因位于12号染色休上.含仃1338个 氨基酸序列。ROCK1和ROCK2在体内组织中的分布是不均的,ROCK2 E要分布 在心血管组织中，而R

5、OCK1分布较为普遍*七ROCK特异性抑制剂Y27632 H作用 是通过与ATP竞争ROCK催化区的ATP结合位点，从而阻断ROCK的活性。ROCK 活化后可以苛下游底物肌球贵白轻链磷酸酶(Myosin light cliain phosphatase. MLCP) 进行磷酸化一任细胞迁移时.活化的ROCK MLCP卜的肌球蛋门结合亚陡结合 8S87.或者直接对肌球费白轻链跑酸化通过以卜两种途径便细胞内肌球费白轻链的碣战化水半得以升咼，从啲剌激由肌球蛍口和肌动员白的交联，增强肌动歩口收缩。ROCK还可以激活单丝氨酸聂白激酶(LIM kinase, LIMK), LIM激酶激活后可 便肌动贺白解

6、聚和切割因子失活88 89q研咒还发现，ROCK还能激活丝切贺白，从 而增加和稳定了肌动蛋白丝90以卜.的作用最终引起细胞的迁移。图2 RhoA蛋白所参与的伫号通路网络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,从而引起细胞收缩;ROCK还可激活LIMK, LIMK激活 后可便肌动蛊白解聚和切割因子失活.从而促进细胞收缩2. RhoAZROCK信号通路与细胞迁移以在平板卜.进行体外细胞培养的方式观察Rho GTP酶在细胞迁移中的作用是| 前主耍的研允方法，例如体外伤口愈介实验和Dunn细胞趋化模型仏出（图3）。在 这些丈验中

7、发现，伤I处细胞迁移或通过趋化刺激而使细胞迁移时.细胞的迁移沿 着延前部突起方向，继而细胞厉部收缩生细胞迁移时，前部突起与细胞外基质 （ECM）相粘连从而起到稳定作用，同时可以将细胞胞体向前部拉拽而使后部突起 与ECM分离。通过这个周期性的运动.细胞最终迁移気达H的地。在这个过程中， 细胞内的肌动蛋白细胞骨架和微管（microtubules, MTs）起着非常重要的作用.肌 动贺白聚合在细胞前缘处以驱动细胞膜的突出，同时调控其与EC1V1的粘附过程，胞 体内的肌动蛋白束产生拉力向前拉动胞体迁移，并收缩细胞尾部。MTs对细胞迁移 同样给于极化作用，并且是许多细胞定向迁移必要的。研究表明，Rho蛋

8、白对肌动 蛋白的聚合、肌动球贺白的收缩、细胞与ECM的粘附以及微管的动力学均右彤响， 因此.Rho蛋白在调控细胞迁移过程中处于中心地位95皿迁移方向图3.细胞在平板模空上迁移示总图A.细腕与平板粘附向前方迁移:B.细胞向前方伸出伪足,细胞内前段的肌动蛋白 细胞骨架和微管对这一过程何非常巫要的作用：C.细胞极状足突出后与前方基仮 粘附，RhoA对这一过程也同样疔调控作用：D.细胞向前收缩，RhoA/ROCK通 路调节了 MLC的磷酸化，从而引起这一过程，同时ROCK激活了 LIMK,使肌 动彊门解聚和切割因子失活，维持并促进了细胞收缩：E.细胞尾部收缩抬起.这 一过程同样RhoA的调控作用U前，

9、通过对RhoA/ROCK仅号通路的研丸，己公认其对细胞动力学有极瓦重 要的作用2o Williams DA等人”研究表明，RhoA/ROCK们号通路是的激活白细胞 渗出运动时尾部回缩中必不可少的.Molli PR等98研究了 C3转移酶抑制下中性粒细 胞的迁移情况发现，RhoA抑制后中性粒细胞迁移时尾部解离收缩受到明显彤响。C3 转移酶抑制剂法是对RhoA的Asp41利用C3转移爾进行ADP椭基化，以此来抑制 RhoA的活性。对RhoA的激活实验也同样得到了相同的结果，Jaganathan BG等99 利用 cDNA 编码的构建活化型 RhoAVl (cDNA encoding const i

10、t iiiivcly active RhoA)注 射到MSCs后,发现细胞内的应力纤维数址增加明显.粘附力増强.对比采用溶血磷 脂ft(lysophosphatid ic acid . LPA)处理后的MSCs结果类似.进一步将LPA诱导MSCs 给TRho抑制剂C2I-C3处理后，发现处理前后细胞的趋化性相差3到10倍Bliadriraju等1°°进一步研究证实，RhoA/ROCK伫号通路在细胞迁移时对细胞的 粘附、形态变化以及细胞骨架拉伸都仔调节作用，而通路本身乂可形成止反馈作用。 Hopkins AM和Pineda AA研究101后发现，整合素(imegrins)介导

11、的粘附作用的减 弱是受ROCK激活彤响的.从而引起细胞用部的收缩.活化状态的ROCK通过对 MLCP碑酸化促使了细胞骨架的拉伸，而细胞骨架的拉伸状态又会对RhoA/ROCK 的耦合止反馈加强，如此循环，维持了 ROCK的活化状态同时能便细胞不断运动. Freitas MR等102利用ROCK抑制剂Y27632后对平滑肌细胞的迁移起到了明显抑制 作用，证明J' ROCK对细胞迁移的重要作用.细胞迁移同时还受到细胞细胞外基质 和细胞细胞Z间的粘附作用彫响a)- I：皮细胞Z间的粘附力的改变是其迁移所必需 的，而这个过程会受ROCK和其下游效应底物mDia的负调控。细胞间的接合连接 和紧密连

12、接的解离受RhoA/ROCK的调控,如细胞在形成连接时,钙粘素(cadhcfins) 会诱导pl90RhoGAP使RhoA失活8°：在粘着斑的形成和成熟过程中，Inlcgrins及相 关的酪氨酸激酶如Pyk2或FAK会调控RIA的激活.Integrins与ECM Z间的 相互作用也可影响RhoA的活性：RhoA激活mDia直接引起肌动蛋白聚合，同时 mDia又可与ROCK共同诱导RhoA进一步活化,从而使应力纤维增加。在应力纤维 形成中，RhoA可以直接介导FAK的磷酸化作用，该伫号通路是在细胞迁移中同样 具有重要作用，(U.3. RhoA/ROCK信号通路参与细胞在生物材料上的迁移

13、过程近年來，人造材料持别是合成聚合物在各种生物医学中的地位II益增加。然而.对r制造先进的人工生物组织和器官.材料标准u经从貌一耍求无生物寿性提高到 能可控的促进特定细胞功能的水卩I叭H前一些机构，如矣国FDA (Food and Drug Ad ministration )* IS 0 (Internal io nal S 也 ndard 0 电 anized )等均ll 将生物相容性、细胞 毒性作为一个重要指标，而细胞与生物材料相互做用的主耍参数是细胞粘附、迁移 和增值4a,0,°.Bacakova等人汕在不同亲水镀膜的聚苯乙烯(Polystyrene, PS )材料上培养人 脐

14、静脉内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells* HUVEC )的研究发现.PS 材料表面因不同亲水镀膜对细胞迁移的诱导不同,Western blot结果显示.不同亲水 镀膜下培养的HUVEC所表达的RhoA有明显差异研究证明了 R hoA的増加使得细 胞与材料表而的粘附增强，便得细胞更容易固定于细胞表而。4结语细胞迁移是细胞生存最重要的功能z,细胞在迁移过程中要经过粘附、伸出 伪足、胞体收缩和细胞尾部解离，整个过程均受到多种号通路的调控，而 RhoA/ROCK通路在细胞迁移中参与了重耍调控作用，在多种细胞的迁移过程中英至 是不可缺少的因素。RhnA是细胞骨架肌动蛋白的重耍调控者，RhoA通过不断的活 化和失活，拎制了 E游怕号分子状态从而便细胞能对外界刺激迅速做岀反应.可以 看出RhoA起到了“分子开关”的作用。活化的RhoA可激活下游的ROCK 1/2®白分 子，而激活的ROCK可通过MLCP对肌球贵白轻链进行磷酸化，从而使细胞骨架肌 动蛋白的收缩增强，同时这个通路乂可通过止反馈作用进一步增强.随着人匸材料的发展，人们对细胞迁移的研乳(2不仅仅尚限J活体组织和器官 中的情况,针对人工材料上细胞的动力学研究也已广泛开展,与自然状态下的ECM 一样，细胞与材料Z间的相互作用对细胞附着力、迁移和增殖是II前研咒的热点Z 一.