激肽释放酶-激肽系统在组织器官病理中的细胞内作用

时间：2015-12-20 17:07:44 所属分类：基础医学 浏览量:

0 引 言 激肽释放酶-激肽系统（ kallikrein-kinin system,KKS） 是生物体内重要的炎性调节系统，参与心血管、肾和中枢神经系统等各组织器官的炎症过程并与多种肿瘤的发生相关。激肽释放酶分为血浆型激肽释放酶（ plasma kallikrein,PK） 和组织型激肽释放酶

　　0 引 言　　　　激肽释放酶-激肽系统（ kallikrein-kinin system,KKS） 是生物体内重要的炎性调节系统，参与心血管、肾和中枢神经系统等各组织器官的炎症过程并与多种肿瘤的发生相关。激肽释放酶分为血浆型激肽释放酶（ plasma kallikrein,PK） 和组织型激肽释放酶（ tissue kallirein,TK） .PK 特异地在肝细胞表达，而 TK 广泛分布机体各组织中，是一大类的多基因家族。已发现至少有 15 种人组织激肽释放基因（ KLK1 ~ KLK15） ,其中 KLK1 编码的组织激肽释放酶 1 是产生激肽的主要物质。活化的 TK 催化低分子量激肽原转化为激肽和缓激肽（ bradykinin,BK） ,后者作用于缓激肽 B1受体（ bradyldnin B1re-ceptor,B1R） 和 B2R 发挥一系列生物效应，如内皮依赖性血管舒张、非血管平滑肌收缩、炎症反应及疼痛等。在生理及病理状态下，B2R 激活能够减轻组织损伤，促进血管新生和靶器官功能恢复等。在应激状况（ 如缺血缺氧、炎症及外伤等） 下，B1R 激活能够促进早期炎性因子的释放，增强炎症反应，加重缺血后组织水肿进而加剧组织损伤。此外，TK 还可直接激活缓激肽受体发挥作用，也可通过非缓激肽受体如蛋白激活酶受体发挥生物学效应[1].KKS通过多条细胞内通路参与机体的生理及病理过程。

　　研究显示，即使病理状态相似，不同组织器官 KKS发挥作用的细胞内信号通路也不尽相同。本文就KKS 在糖尿病肾病 （ diabetic nephropathy,DN） 、神经系统及心血管系统缺血/再灌注（ ischemia/reper-fusion,I / R） 损伤、血管重构及动脉粥样硬化性狭窄等病理过程中的细胞内作用机制进行综述。

　　1 KKS 与丝裂原活化蛋白激酶（ mitogen activatedprotein kinase,MAPK） 通路　　　　MAPK 是哺乳动物体内广泛存在的一类丝 / 苏氨酸蛋白激酶，可以被一系列细胞外信号或刺激所激活，如物理应激、炎性细胞因子、生长因子、细菌复合物等。活化的 MAPK 通过磷酸化核转录因子、细胞骨架蛋白及酶类等参与细胞增殖、分化及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤等多种疾病的发生密切相关。

　　MAPK 的主要途径包括 Ras-Raf-ERK 途径、JNK 途径、p38MAPK 途径以及 ERK5/BMK1 途径。DN 是糖尿病（ diabete mellitus,DM） 常见的微血管并发症之一。在高血糖和 DM 患者肾组织的近曲小管上皮细胞中，KLK1 表达上调[2].Tang 等[3]发现高血糖可通过 BK 激活 p42/p44MAPK 信号通路，也可以不依赖 BK 直接激活蛋白激酶 C（ proteinkinase C,PKC） 信号通路从而促进肾小管发生炎症、纤维化及血管再生。Tan 等[4 -5]的研究显示 BK通过 B2R 激活 p42 / p44 MAPK 信号通路，调节肾系膜细胞中结缔组织生长因子、TGF-βRII 表达显着升高，加重 DM 动物肾损伤，靶向敲除 B2R 可降低肾小球和肾小管的损伤，延缓 DM 小鼠肾损伤的进展。

　　在近曲小管上皮细胞中，TK 可通过激活 p42/44 及p38 MAPK 信号通路，促进炎性细胞因子的产生。

　　此外，Xu 等[6]发现，外源性 BK 通过 MEK/MAPK 和PI3K / Akt 信 号 通 路 能 够 抑 制 肿 瘤 坏 死 因 子-α（ tumor necrosis factor-α,TNF-α） 诱导的 NIT-1 胰岛β 细胞凋亡。

　　大量研究已经证实 MAPK 信号通路在离体神经元缺血/缺氧性损伤中起保护作用[7 -10].正常情况下，神经元 B1R 表达低，B2R 表达相对较高。唐敏等[11]发现离体皮层神经元经氧-葡萄糖剥夺（ oxgen-glucose deprivation,OGD） 处理后再恢复氧和葡萄糖过程中，B1R 和 B2R 表达明显升高。B1R主要与 JNK 和 p38 通路激活有关，而 B2R 则与ERK1 /2 通路激活和 JNK 通路的抑制有关。TK 通过 B2R 激活 ERK1 /2 信号通路减轻谷氨酸盐或酸中毒介导的皮层神经元损伤，促进神经元的存活。BK通过 B2R 激活 ERK1 /2 信号通路可抑制 OGD 诱导的神经元凋亡[11].最近研究报道 TK 通过 B2R 激活 Raf-MEK1/2-ERK1/2 路径，减轻大鼠全脑缺血再灌注后海马 CA1 区神经元损伤[12].

　　Yan 等[13]发现将人类 TK（ human Tissue kalli-rein,hTK） 基因导入原发性高血压大鼠模型和体外培养的人类胚胎肾 293 细胞（ HEK293） ,通过活化ERK1 /2 和 PI3K / AKT 信号通路，提高凋亡抑制蛋白 bcl-2 及 bcl-xL 的表达水平、降低 Bax 的水平及caspase-3 的活性，从而促进细胞存活及增殖，降低自发性高血压大鼠靶器官细胞凋亡[14 -15].

　　2 KKS 与磷脂酰肌醇（ -3） 激酶（ phosphatidylinos-itol 3-kinase PI3K） /Akt /糖原合成酶激酶-3β（ glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β） 通路PI3K / Akt 信号通路是膜受体信号向细胞内转导的重要途径，在心脏、肾和肝等多种器官缺血再灌注损伤中具有抑制细胞凋亡作用。GSK-3 是PI3K / Akt 通路的下游分子，除参与糖代谢外，还参与细胞的分化、增殖和凋亡。GSK-3 主要有 2 种亚型： GSK-3α 和 GSK-3β，其中 GSK-3β 可通过激活Caspase 家族及 Bax 凋亡基因诱导细胞凋亡。

　　心肌细胞缺血/再灌注（ ischemia/reperfusion,I / R） 损伤是急性心肌梗死和缺血后心力衰竭的病理机制，而 B2R 激活在心肌缺血性损伤中起重要的保护作用。在低氧或缺血期间，冠状动脉血流中的BK 持续产生，血浓度持续升高，同时 B1R 和 B2R 表达上调。Juhaszova 等[16]发现，I/R 时 BK 通过激活B2R抑制心肌 GSK-3β 活性调节线粒体通透性转换孔的开放，发挥保护作用。Yin 等[17]发现 KKS 通过激活 Akt-Bad-14-3-3 及 Akt-GSK-3β-caspase-3 信号通路保护 I/R 的心肌细胞。Yao 等[18]将腺病毒hTK 导入发生心肌 I / R 的大鼠体后，大鼠心肌细胞中表达的 TK 通过激活 B2R 提高 Akt 和 GSK-3β 的磷酸化降低 GSK-3β 活性，促进血管内皮生长因子（ vascular endothelial growth factor,VEGF） 和血管内皮生长因子受体 2（ vascular endothelial growth factorreceptor 2,VEGFR-2） 表达，提高梗死组织周边心肌毛细血管及小动脉的密度，增加局部血流，减少心肌梗死面积。Yao 等[18]还发现 TK 干预离体培养的人主动脉内皮细胞，能够促进毛细血管形成以及细胞迁徙增多，而 B2R 拮抗剂、显性活性突变体 GSK-3β、VEGF 中和抗体及 VEGFR 抑制剂能够阻断 TK的作用。Potier 等[19]研究发现，B2R 激动剂通过激活 PI3K/Akt 通路，抑制 GSK-3β 活化，减少非糖尿病小鼠心肌 I/R 后梗死面积； 而 B1R 激动剂通过PI3K /Akt 和 ERK1 /2 通路，促进 GSK-3β 失活，从而降低 1 型 DM 小鼠缺血损伤后心肌梗死面积。然而，B1R 激动剂对非糖尿病小鼠以及 B2R 激动剂对糖尿病小鼠的心肌缺血性损伤均无保护作用。

　　Kim 等[20]通过体外培养人脐静脉内皮细胞研究发现，TK 激活 B2R 促进 Akt / GSK-3β 磷酸化而失活，进而提高 β-catenin 水平，增加内皮细胞 VEGF和 VEGFR-2 的 表 达，促 进 毛 细 血 管 生 成。Yao等[18]报道 TK 干预能够增强缺血心肌和离体内皮细胞内 Akt/GSK 磷酸化，以及 VEGF 和 VEGFR-2 表达，进而促进组织中血管再生。因此，TK 通过促进GSK-3β 磷酸化使其活性降低，从而促进血管再生，减轻缺血再灌注心肌损伤。

　　3 KKS 与一氧化氮（ nitric oxide,NO） 通路

　　BK 和胰激肽是最强效的血管舒张因子，通过激活外周及冠状动脉内皮细胞上 B1R 和 B2R 释 放NO、前列环素以及内皮衍生的超极化因子，从而触发“NO 级联反应”.B2R 激活内皮型一氧化氮合酶（ endothelial nitric oxide synthase,eNOS） 促进 NO 的释放，而 B1R 激活后通过 Ca2 +依赖性诱导型 NOS（ induced NOS,iNOS） 促进 NO 的释放[21].人血管内皮细胞上的 B1R、B2R 激活后，通过不同 NOS 亚型产生 NO.B2R 介导正常内皮细胞短暂（ 5 min） 释放 NO,而经细胞因子处理后的内皮细胞，则主要通过激活 B1R 产生持久（ 90 min） 且大量 NO[22].

　　NO 主要通过血管平滑肌细胞（ vascular smoothmuscle cell,VSMC） 诱导其生成环磷酸鸟苷（ cyclicguanosine monophosphate,cGMP） ,产生强大的血管舒张作用，进而保护各器官免受缺血再灌注损伤[21].Emanueli 等[23]发现将 TK 基因导入后肢缺血的动物，可直接通过内皮细胞内 Akt 和 eNOS 通路诱导血管再生。Chao[1]综合分析近年来关于 TK的研究报道发现，TK 通过 B2R 激活 Akt-GSK-3β-VEGF-VEGFR2 以及 Akt-eNOS-NO 信号通路促进心脏和肾脏的血管生成。

　　Chao 等[24]发现，激肽原缺乏的大鼠发生急性心肌梗死后，通过局部注射 TK 可直接激活 B2R,提高 NO 水平，抑制单核/巨噬细胞在缺血心肌的聚集，抑制心肌细胞凋亡，降低梗死面积。在离体心肌细胞中，活化的激肽释放酶也可直接激活 B2R,促进NO 形成，从而降低 OGD 诱导的细胞凋亡。

　　Xia 等[25]将载有 hTK 的腺病毒导入 I/R 大鼠侧脑室发现，脑组织内 TK 表达增高，同时伴有 Akt-Bcl-2 信号通路激活，脑组织内 NO 水平升高，氧化应激反应降低，胶质细胞迁移至缺血半暗带及核心区增多以及神经元凋亡减少，显着降低动物术后 9 d时的神经功能缺损评分和脑梗死面积。

　　血管内皮细胞释放的生长因子和血管活性物质能诱导细胞增殖、迁移、死亡以及细胞基质沉淀。研究发现激肽与血管内皮细胞上 B2R 结合通过促进NO 和 PGI2释放，进而提高 VSMCs 内 cGMP 和环腺苷酸（ cAMP） 水平，抑制 VSMCs 的增殖和迁移[26].

　　研究报道 hTK 基因导入可通过 B2R 能够抑制大鼠动脉球囊成形术后 VSMCs 生长和内膜新生[27],以及小鼠颈总动脉结扎诱导的新生内膜形成[28].这些研究表明 KKS 在血管重构及动脉粥样硬化性狭窄中可能起保护性作用。

　　4 KKS 与 Janus 激酶（ Janus kinases,JAKs） /转录激活因子（ signal transducer and activator oftranscription,STATs） 通路。

　　JAKs 是一种蛋白酪氨酸激酶，信号转导及STATs 是 JAKs 的直接底物，能将信号传递到核内，调节特定基因的表达，两者构成 JAK/STAT 信号转导通路[29].Ju 等[30]发现 BK 既可通过激活 JAK 家族中的酪氨酸激酶 Tyk2,促进酪氨酸磷酸化以及STAT3 核转录，也可通过激活 p42 /44MAPK,促进STAT3 丝氨酸磷酸化，调节培养牛主动脉内皮细胞生理功能。Na+/ H+交换泵（ Na+/ H+exchanger iso-form 1,NHE-1） 普遍存在于哺乳动物细胞中，参与细胞体积、生长、细胞内 pH 值的调节等生理作用以及融骨或者肿瘤侵袭等病理过程。Mukhin 等[31]通过体外培养的小鼠肾内髓集合管上皮细胞系 mIM-CD-3 细胞株，发现 BK 可以剂量依赖性迅速激活NHE-1,而这种激活作用可被 B2R 抑制剂、磷脂酶 C抑制剂、CaM 抑制剂以及 JAK2 抑制剂所阻滞，而PKC 和 PI3K 却不能抑制。Lefler 等[32]发现，BK 通过 B2R 而非 B1R 激活 KNRK（ 大鼠肾细胞） 和 CHO（ 中国仓鼠卵巢细胞） 2 种细胞系的 NHE,而 Jak2 抑制剂 AG490 和 CaM 抑制剂 W-7 均能降低 BK 对NHE 的影响，因此他们认为，B2R 通过促进 Jak2 及其下游的 CaM 活化而影响 NHE 的活动。上述研究结果显示，BK 通过活化 JAK/STAT 信号转导通路不仅参与内皮细胞的生理功能调节，也能够影响NHE-1 的活动。

　　5 KKS 与线粒体氧化应激的相互作用

　　线粒体是多种促细胞凋亡信号转导分子的作用靶点。在各种促凋亡分子的作用下线粒体通透性转变孔不可逆地过度开放，导致线粒体内膜肿胀，线粒体膜间隙的细胞色素 C 释放入细胞质，与凋亡蛋白酶活化因子形成多聚复合体，募集 caspase-9 前体，活化 并 启 动 caspase 级 联 反 应 而 引 发 凋 亡[33].Wang 等[12]发现 TK 预处理，通过提高核转录因子kappa B （ nuclear factor kappa B,NF-κB） 的表达，抑制caspase-3 的活性，降低细胞色素 c 及 bax 从线粒体中释放，能够降低大鼠脑缺血时神经元损伤。

　　Kakoki[34]通过对野生型、B2R 敲除型、B1R / B2R 均敲除型小鼠行双侧肾动脉结扎后再灌注的研究发现，B1R/B2R 均敲除型小鼠发生 DNA 氧化损伤、线粒体 DNA 缺失、凋亡以及 TGF-β1、CTGF 和 ET-1 等氧化应激失调相关改变发生率增加最高，而野生型增加最少，因此认为 B1R、B2R 对肾脏 I / R 损伤有保护作用。Brown 等[35]发现，NO 通过抑制细胞色素 c从离体星形胶质细胞中释放，从而可逆性抑制线粒体氧化代谢。因此，KKS 可能通过促进 NO 和 PGs的产生、抑制细胞色素 C 的释放而降低线粒体氧化应激反应。

　　6 KKS 与蛋白酶活化受体（ protease activated re-ceptors,PARs） 作用

　　大量研究已经证实 TK 主要通过激肽受体信号产生生物学功能，但是最近的研究发现 TK 也可激活 PARs 在炎症或者心血管疾病方面发挥作用。PARs 是 G 蛋白偶联受体家族中的亚型，共有 4 种成员，其中 PAR-1 和 PAR-3 主要由凝血酶激活，PAR-2 由胰蛋白酶激活，PAR-4 可被上述 2 种酶激活[36].Gao 等[37]在培养人角化细胞迁移及大鼠皮肤损伤模型中的研究发现，TK 通过激活 PAR1-PKC-Src-MMP 信号通路、表皮生长因子受体的反式转录促进角化细胞迁移和皮肤愈合。Houle 等[38]研究发现，小鼠足底注射 PAR4 激动剂后引起的皮肤炎症反应依赖于中性粒细胞的聚集以及 KKS 的成分。

　　Yiu 等[36]发现 TK 能够诱导离体培养的 DN 患者近曲小管上皮细胞 PAR-4 表达。PAR-4 活化后促进肾近曲小管上皮细胞发生炎性反应和纤维化； 阻滞PAR-4 后，高血糖诱导的白细胞介素-6 （ interleukin6,IL-6） 、CCL-2、CTGF 及 IV 胶原蛋白表达均降低；而通过 siRNA 去除近曲小管细胞内源性 TK 分子后，细胞内晚期糖基化终末产物（ advanced glycationend products,AGE） 诱导的 IL-8 和 ICAM-1 生成减少。因此，在 DN 的肾近曲小管上皮细胞内，TK 上调可能参与促炎反应和 PARs 的激活。McDougall等[39]发现激活 PAR4 可引起膝关节发生与 KKS 相关的促炎反应。总之，PARs 的激活既可促进角化细胞的迁移和损伤皮肤的愈合，也可加重骨关节炎或者 DN 病变的炎症反应。

　　7 结 语

　　KKS 是由多种成员组成的复杂的炎性调节系统，不同成员可能通过多种细胞内途径，参与各种病理生理过程如高血压病、缺血性心脑血管疾病、DM 及其并发症等，它们既可产生有利机体的保护作用，也可能同时产生不利于机体的伤害性作用，同一成员在不同靶器官的同一病理过程中可能起完全相反的作用。因此，仍需详尽研究 KKS 不同成员在同一疾病的发生发展过程中的作用及其作用机制。帮助临床工作人员，根据靶器官和病理环境选择应用不同的 KKS 成员进行干预，从而为优化临床治疗方案提供理论指导。

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