肾素血管紧张素系统和血管紧张素Ⅱ信号转导机制的研究进展
作者：杜乃立 戚文航
单位：上海第二医科大学附属瑞金医院心内科， 上海 200025
关键词：
心血管病学进展000309中图分类号：Q591.9；Q516 文献标识码：A
文章编号：1004-3934(2000)03-0157-03
Progress in the Studying of the Renin Angiotension System
And the Signal Transduction of Angiotensin Ⅱ
DU Nai-li, QI Wen-hang
, 百拇医药
(Department of Cardiology,Ruijin Hospital of Shanghai Second Medical University, Shanghai 200025)
肾素血管紧张素系统(RAS)是一个重要的水电解质平衡调节系统。近年来，研究发现除循环RAS外，局部组织如心脏、血管壁、肾脏、脑等也具有独立的RAS，主要调节局部组织的生长和分化[1]。而且除AngⅡ外，血管紧张素1-7(Ang 1-7)也是RAS中的重要生物活性成分，对AngⅡ具有反向调节作用[2]。同时，随着细胞和分子生物学的发展，人们对AngⅡ的生成途径和其作用机制有了更加深入的认识，对AngⅡ信号转导机制的研究取得了一些重大进展。
1 RAS
以往认为RAS的主要成分为血管紧张素原、肾素、AngⅠ、ACE、和AngⅡ，近年又增加了Ang 1-7。血管紧张素原是一种主要来源于肝小叶中央周围区的球蛋白，其它组织如肾脏、脑、心脏等也有血管紧张素原mRNA表达[3]。肾素主要来源于肾近球细胞，首先肾素mRNA在近球细胞内产生前肾素原，然后再移去一个单肽并糖基化转变为肾素原。一些肾素原在细胞内转化为肾素，另一些肾素原直接进入血液循环。血管组织对肾素原摄取较多，因此血管可能是肾素原转化为肾素的主要部位[4]。局部组织如肾脏、肾上腺、脑、心脏等也能合成肾素[5]。但是，局部组织产生的肾素是主要来源于血浆摄取，还是主要来源于自身合成还有待于进一步研究。
, 百拇医药
ACE是一种二肽羧基肽酶，可把AngⅠ转化为AngⅡ。但是ACE抑制剂(ACEI)并不能完全阻断AngⅡ的产生[6]，因此人们怀疑体内可能存在其它AngⅡ生成过程。1990年，Urata等[7]从人的心脏中发现一种糜蛋白样丝氨酸蛋白酶即胃促胰酶(Chymase)，能作用于AngⅠ的羧基末端，使之转化为AngⅡ。随后发现除心脏外，许多其它组织如血管、肺、肾脏和肝脏中也有胃促胰酶，与ACE不同点在于胃促胰酶不存在于血浆[7，8]。生化研究发现ACEI仅能阻止10%～20%的AngⅡ生成[7，9]，提示胃促胰酶在AngⅡ的生成中可能起了很重要的作用。但也有报道ACEI能阻止90%的AngⅡ生成，ACE途径是AngⅡ生成的主要途径[10]。此外，血管紧张素原在一些酶的作用下也可不经过AngⅠ步骤，直接转化为AngⅡ。这些酶有中性粒细胞中的组织蛋白酶G和弹性蛋白酶，血管组织中的组织纤溶酶原致活酶和tonin。在体外，组织蛋白酶G、组织纤溶酶原致活酶和tonin也可催化AngⅠ转化为AngⅡ[11]。因此，从上述AngⅡ的各生成途径上考虑，单纯用ACEI不能完全阻断AngⅡ的产生，肾素抑制剂和AngⅡ受体拮抗剂可能会发挥更为有效的作用。
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AngⅡ是RAS中的一种主要生物活性成分。目前发现AngⅡ主要有如下作用[12]：(1)强烈的缩血管及促血管增生作用。(2)促进肾上腺皮质球状带分泌醛固酮，增加水钠潴留，降低血钾。(3)对肾的作用：抑制肾素释放，促进前列腺素的释放，增加肾小管钠的重吸收影响肾胚胎时期的发育。(4)对脑的作用：引起渴感和促进加压素的释放。(5)对心脏的作用：增加心肌收缩力，引起心室肥厚和心肌纤维化。
Ang 1-7是由AngⅠ在一些组织特异性内肽酶的作用下生成的。这些酶目前已在神经上皮细胞(脯氨酸内肽酶)，血管内皮细胞(脯氨酸内肽酶和含有巯基的酶)和平滑肌细胞(金属内肽酶)发现，它们裂解AngⅠ第七位脯氨酸和第八位苯丙氨酸之间的肽键生成Ang 1-7[2]。此外，AngⅡ在脯氨酸内肽酶和脯氨酸羟基肽酶的作用下也可生成Ang 1-7[2，13]。任何增加血浆或组织AngⅠ水平的条件均能增加Ang 1-7产生，ACEI可使血浆Ang 1-7水平升高25～50倍[14]。实验证明Ang 1-7也是一种重要的生物活性物质，具有如下作用[2]：(1)增加脑的传出冲动，促进下丘脑加压素的释放，增加PGE2合成。(2)扩血管、降压作用。(3)抑制血管平滑肌细胞生长。(4)调节水电解质平衡。
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2 AngⅡ的信号转导机制
现有的研究表明，AngⅡ的所有生物学作用均是通过位于组织细胞上的特异性受体介导的。AngⅡ受体有AT1和AT2两种亚型，均是G蛋白偶联受体家族的成员。迄今为止，AT2受体激活的信号转导途径还不清楚，且AngⅡ的已知所有生物学作用都是由AT1受体介导的[15]，因此本文着重讨论AT1受体的信号转导途径。
AngⅡ作用于AT1受体可激活AT1受体，其信号转导途径主要有MAPKs途径、JAK-STAT途径和SAPKS途径。
2.1 MAPKs(促分裂原激活蛋白激酶)途径：
MAPKs也被称为胞外信号调节激酶(Extracellular signal regulated kinase;ERK)，属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族，AngⅡ可引起MAPKs发生酪氨酸磷酸化而使其活化。活化的MAPKs有两种形式：p44MAPK(ERK1)和p42MAPK(ERK2)[16]。活化MAPKs的途径主要有两种：G蛋白途径和p21Ras途径。
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2.1.1 G蛋白途径：G蛋白是一种偶链蛋白，是由α、β和γ亚单位构成的异型三聚体结构。受体的形态改变信息传至α亚单位，可使α和β γ亚单位分离。α和β γ亚单位均能激活下游信号，Gα亚单位主要有三种：Gαs、Gαi、Gαq,它们与受体的不同部位结合，AT1受体、α1受体、ET-1受体均利用Gαq[17]。AngⅡ作用于AT1受体后，Gαq.GTP释放，激活plc-β，催化4，5-二磷酸磷脂酰肌醇水解为1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)。IP3促进细胞内钙库释放Ca2+，DAG激活PKC[18]。然而，Marrero等发现在培养的血管平滑肌细胞(VSMC)中并无plc-β，而AngⅡ仍然可以使VSMC迅速产生IP3，由此想到可能存在另一种IP3产生途径[19]。已知Plc主要有三种：plc-β、plc-γ、plc-δ。plc-β由G蛋白亚单位激活，plc-γ由酪氨酸磷酸化激活，plc-δ的激活途径还不清楚[20]。实验证明AngⅡ可使VAMC中的plc-γ发生酪氨酸磷酸化，并由此激活下游信号，并且在VSMC和肾小球系膜细胞中，介导信号转导的plc主要为plc-γ1，AngⅡ和AT1受体结合可直接活化pp60c-src(src家族的一个成员)，后者再使plc-γ磷酸化，或使AT1受体本身磷酸化，促使细胞产生IP3和DAG，激活PKC[19，21]。
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PKC激活MAPKs可能通过C-Raf1。C-Raf1是Ras-Raf-MAPKK-MAPK信号链的一种成分。PKC再通过磷酸化激活MAPKK和MAPK。实验发现机械牵张乳鼠心肌细胞可使C-Raf1和MAPK发生磷酸化，AT1受体拮抗剂和PKC抑制剂可抑制C-Raf1和MAPK的磷酸化，抑制其活化[22]。
2.1.2 p21Ras途径：p21Ras是一种小分子量的GTP结合蛋白，仅由一条链构成，又称小G蛋白，本身具有GTP酶活性。非活化形式的Ras-GDP释放GDP而结合GTP，成为活化形式的Ras-GTP，即p21Ras。活化的p21Ras可把Raf吸附到细胞膜，激活Raf。目前发现p21Ras激活并不是Gαq激活的结果，而是由连接蛋白Shc磷酸化后与适应蛋白Grb2(生长因子受体结合蛋白-2)和鸟苷酸交换因子SOS(son of sevenless)结合形成shc-Grb2-sos复合物激活[23]。在心脏成纤维细胞和VSMC均观察到AngⅡ可使Shc磷酸化，且负责Shc磷酸化的激酶是Src家族，如Fyn[24，25]。因此通过p21Ras激活MAKPs的途径为Src家族激酶(Shc-Grb2-sos)复合物p21Ras-Raf-MAPKK-MAPK。
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2.2 JAK-STAT途径：
JAK(Janus kinase)为一类胞浆酪氨酸激酶，已知有JAK1、JAK2、JAK3、TYK2和Hopscotch[26]。JAK是早期生长应答基因如c-fos、c-jun mRNA表达的主要介导者。JAK激活将启动底物蛋白补充到已激活的受体复合物，使其磷酸化，其中最重要的底物蛋白就是STAT(signal transduction and activator of transcription)[27]。已知有六种STAT，即STAT1-6。STAT以其SH2结构域与受体分子胞浆区磷酸化的酪氨酸结合，为JAK所磷酸化和活化。活化的STAT1与STAT2形成二聚体，进一步结合P48形成ISGF3复合物(Interferon-stimulated growth factor complex 3)。此蛋白复合物移位至细胞核，结合特异性的DNA序列，刺激原癌基因如c-fos等的转录[28]。因此JAK-STAT途径是细胞表面受体与核转录反应之间的一条直接通路。
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在培养的VSMC，AngⅡ可引起JAK2和TYK2的快速酪氨酸磷酸化，导致JAK2活性增高，并伴随着STAT1和STAT2加速磷酸化[29]。在培养的成纤维细胞，AngⅡ可诱导STAT蛋白磷酸化并移位至细胞核，激发基因转录[30]。在培养的心肌细胞，AngⅡ可诱导JAK/STAT双相激活，即AngⅡ作用于心肌细胞可分别在15～30分钟和20分钟两次形成ISGF复合物[31]。说明JAK-STAT途径是AngⅡ信号转导的一种主要途径。
AngⅡ作用于AT1受体激活JAK-STAT途径的机制仍然不清楚，尤其是JAK-STAT途径的上游部位，或者说AT1受体与JAK激酶之间的偶链机制仍然是一个需要进一步解决的课题。
2.3 SAPKs途径：
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SAPKs即应激激活蛋白激酶(stress-activated protein kinases)，或称c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JAKs)，因为c-jun是其最早发现的底物[32]。SAPKs在应激如缺血、再灌注、热休克等条件下激活，其激活途径类似于MAPKKK(MEKK)-MAPKK(MEK)-MAPK(ERK)。SAPKs的上游激活物位MEKK-1和SEK-1。已知SAPK/JNK激活是通过G蛋白偶链受体并且与G蛋白β γ的亚单位有关，但具体的应激信号怎样传到MEKK1-SEK1-SAPK途径还不清楚[33，34]。
SAPKs途径本来是在应激条件下胞内信号转导的一条途径，但是Kudoh S等发现在培养的乳鼠心肌细胞，AngⅡ可导致SAPK/JNK迅速激活，而且这与AT1受体有关，并伴有PKC活性和细胞内Ca2+的升高[35]。因此SAPKs途径也是AngⅡ信号转导的一条途径。
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[ 参 考 文 献 ]
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收稿日期：1998-11-25
修回日期：2000-01-24, http://www.100md.com
单位：上海第二医科大学附属瑞金医院心内科， 上海 200025
关键词：
心血管病学进展000309中图分类号：Q591.9；Q516 文献标识码：A
文章编号：1004-3934(2000)03-0157-03
Progress in the Studying of the Renin Angiotension System
And the Signal Transduction of Angiotensin Ⅱ
DU Nai-li, QI Wen-hang
, 百拇医药
(Department of Cardiology,Ruijin Hospital of Shanghai Second Medical University, Shanghai 200025)
肾素血管紧张素系统(RAS)是一个重要的水电解质平衡调节系统。近年来，研究发现除循环RAS外，局部组织如心脏、血管壁、肾脏、脑等也具有独立的RAS，主要调节局部组织的生长和分化[1]。而且除AngⅡ外，血管紧张素1-7(Ang 1-7)也是RAS中的重要生物活性成分，对AngⅡ具有反向调节作用[2]。同时，随着细胞和分子生物学的发展，人们对AngⅡ的生成途径和其作用机制有了更加深入的认识，对AngⅡ信号转导机制的研究取得了一些重大进展。
1 RAS
以往认为RAS的主要成分为血管紧张素原、肾素、AngⅠ、ACE、和AngⅡ，近年又增加了Ang 1-7。血管紧张素原是一种主要来源于肝小叶中央周围区的球蛋白，其它组织如肾脏、脑、心脏等也有血管紧张素原mRNA表达[3]。肾素主要来源于肾近球细胞，首先肾素mRNA在近球细胞内产生前肾素原，然后再移去一个单肽并糖基化转变为肾素原。一些肾素原在细胞内转化为肾素，另一些肾素原直接进入血液循环。血管组织对肾素原摄取较多，因此血管可能是肾素原转化为肾素的主要部位[4]。局部组织如肾脏、肾上腺、脑、心脏等也能合成肾素[5]。但是，局部组织产生的肾素是主要来源于血浆摄取，还是主要来源于自身合成还有待于进一步研究。
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ACE是一种二肽羧基肽酶，可把AngⅠ转化为AngⅡ。但是ACE抑制剂(ACEI)并不能完全阻断AngⅡ的产生[6]，因此人们怀疑体内可能存在其它AngⅡ生成过程。1990年，Urata等[7]从人的心脏中发现一种糜蛋白样丝氨酸蛋白酶即胃促胰酶(Chymase)，能作用于AngⅠ的羧基末端，使之转化为AngⅡ。随后发现除心脏外，许多其它组织如血管、肺、肾脏和肝脏中也有胃促胰酶，与ACE不同点在于胃促胰酶不存在于血浆[7，8]。生化研究发现ACEI仅能阻止10%～20%的AngⅡ生成[7，9]，提示胃促胰酶在AngⅡ的生成中可能起了很重要的作用。但也有报道ACEI能阻止90%的AngⅡ生成，ACE途径是AngⅡ生成的主要途径[10]。此外，血管紧张素原在一些酶的作用下也可不经过AngⅠ步骤，直接转化为AngⅡ。这些酶有中性粒细胞中的组织蛋白酶G和弹性蛋白酶，血管组织中的组织纤溶酶原致活酶和tonin。在体外，组织蛋白酶G、组织纤溶酶原致活酶和tonin也可催化AngⅠ转化为AngⅡ[11]。因此，从上述AngⅡ的各生成途径上考虑，单纯用ACEI不能完全阻断AngⅡ的产生，肾素抑制剂和AngⅡ受体拮抗剂可能会发挥更为有效的作用。
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AngⅡ是RAS中的一种主要生物活性成分。目前发现AngⅡ主要有如下作用[12]：(1)强烈的缩血管及促血管增生作用。(2)促进肾上腺皮质球状带分泌醛固酮，增加水钠潴留，降低血钾。(3)对肾的作用：抑制肾素释放，促进前列腺素的释放，增加肾小管钠的重吸收影响肾胚胎时期的发育。(4)对脑的作用：引起渴感和促进加压素的释放。(5)对心脏的作用：增加心肌收缩力，引起心室肥厚和心肌纤维化。
Ang 1-7是由AngⅠ在一些组织特异性内肽酶的作用下生成的。这些酶目前已在神经上皮细胞(脯氨酸内肽酶)，血管内皮细胞(脯氨酸内肽酶和含有巯基的酶)和平滑肌细胞(金属内肽酶)发现，它们裂解AngⅠ第七位脯氨酸和第八位苯丙氨酸之间的肽键生成Ang 1-7[2]。此外，AngⅡ在脯氨酸内肽酶和脯氨酸羟基肽酶的作用下也可生成Ang 1-7[2，13]。任何增加血浆或组织AngⅠ水平的条件均能增加Ang 1-7产生，ACEI可使血浆Ang 1-7水平升高25～50倍[14]。实验证明Ang 1-7也是一种重要的生物活性物质，具有如下作用[2]：(1)增加脑的传出冲动，促进下丘脑加压素的释放，增加PGE2合成。(2)扩血管、降压作用。(3)抑制血管平滑肌细胞生长。(4)调节水电解质平衡。
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2 AngⅡ的信号转导机制
现有的研究表明，AngⅡ的所有生物学作用均是通过位于组织细胞上的特异性受体介导的。AngⅡ受体有AT1和AT2两种亚型，均是G蛋白偶联受体家族的成员。迄今为止，AT2受体激活的信号转导途径还不清楚，且AngⅡ的已知所有生物学作用都是由AT1受体介导的[15]，因此本文着重讨论AT1受体的信号转导途径。
AngⅡ作用于AT1受体可激活AT1受体，其信号转导途径主要有MAPKs途径、JAK-STAT途径和SAPKS途径。
2.1 MAPKs(促分裂原激活蛋白激酶)途径：
MAPKs也被称为胞外信号调节激酶(Extracellular signal regulated kinase;ERK)，属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族，AngⅡ可引起MAPKs发生酪氨酸磷酸化而使其活化。活化的MAPKs有两种形式：p44MAPK(ERK1)和p42MAPK(ERK2)[16]。活化MAPKs的途径主要有两种：G蛋白途径和p21Ras途径。
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2.1.1 G蛋白途径：G蛋白是一种偶链蛋白，是由α、β和γ亚单位构成的异型三聚体结构。受体的形态改变信息传至α亚单位，可使α和β γ亚单位分离。α和β γ亚单位均能激活下游信号，Gα亚单位主要有三种：Gαs、Gαi、Gαq,它们与受体的不同部位结合，AT1受体、α1受体、ET-1受体均利用Gαq[17]。AngⅡ作用于AT1受体后，Gαq.GTP释放，激活plc-β，催化4，5-二磷酸磷脂酰肌醇水解为1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)。IP3促进细胞内钙库释放Ca2+，DAG激活PKC[18]。然而，Marrero等发现在培养的血管平滑肌细胞(VSMC)中并无plc-β，而AngⅡ仍然可以使VSMC迅速产生IP3，由此想到可能存在另一种IP3产生途径[19]。已知Plc主要有三种：plc-β、plc-γ、plc-δ。plc-β由G蛋白亚单位激活，plc-γ由酪氨酸磷酸化激活，plc-δ的激活途径还不清楚[20]。实验证明AngⅡ可使VAMC中的plc-γ发生酪氨酸磷酸化，并由此激活下游信号，并且在VSMC和肾小球系膜细胞中，介导信号转导的plc主要为plc-γ1，AngⅡ和AT1受体结合可直接活化pp60c-src(src家族的一个成员)，后者再使plc-γ磷酸化，或使AT1受体本身磷酸化，促使细胞产生IP3和DAG，激活PKC[19，21]。
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PKC激活MAPKs可能通过C-Raf1。C-Raf1是Ras-Raf-MAPKK-MAPK信号链的一种成分。PKC再通过磷酸化激活MAPKK和MAPK。实验发现机械牵张乳鼠心肌细胞可使C-Raf1和MAPK发生磷酸化，AT1受体拮抗剂和PKC抑制剂可抑制C-Raf1和MAPK的磷酸化，抑制其活化[22]。
2.1.2 p21Ras途径：p21Ras是一种小分子量的GTP结合蛋白，仅由一条链构成，又称小G蛋白，本身具有GTP酶活性。非活化形式的Ras-GDP释放GDP而结合GTP，成为活化形式的Ras-GTP，即p21Ras。活化的p21Ras可把Raf吸附到细胞膜，激活Raf。目前发现p21Ras激活并不是Gαq激活的结果，而是由连接蛋白Shc磷酸化后与适应蛋白Grb2(生长因子受体结合蛋白-2)和鸟苷酸交换因子SOS(son of sevenless)结合形成shc-Grb2-sos复合物激活[23]。在心脏成纤维细胞和VSMC均观察到AngⅡ可使Shc磷酸化，且负责Shc磷酸化的激酶是Src家族，如Fyn[24，25]。因此通过p21Ras激活MAKPs的途径为Src家族激酶(Shc-Grb2-sos)复合物p21Ras-Raf-MAPKK-MAPK。
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2.2 JAK-STAT途径：
JAK(Janus kinase)为一类胞浆酪氨酸激酶，已知有JAK1、JAK2、JAK3、TYK2和Hopscotch[26]。JAK是早期生长应答基因如c-fos、c-jun mRNA表达的主要介导者。JAK激活将启动底物蛋白补充到已激活的受体复合物，使其磷酸化，其中最重要的底物蛋白就是STAT(signal transduction and activator of transcription)[27]。已知有六种STAT，即STAT1-6。STAT以其SH2结构域与受体分子胞浆区磷酸化的酪氨酸结合，为JAK所磷酸化和活化。活化的STAT1与STAT2形成二聚体，进一步结合P48形成ISGF3复合物(Interferon-stimulated growth factor complex 3)。此蛋白复合物移位至细胞核，结合特异性的DNA序列，刺激原癌基因如c-fos等的转录[28]。因此JAK-STAT途径是细胞表面受体与核转录反应之间的一条直接通路。
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在培养的VSMC，AngⅡ可引起JAK2和TYK2的快速酪氨酸磷酸化，导致JAK2活性增高，并伴随着STAT1和STAT2加速磷酸化[29]。在培养的成纤维细胞，AngⅡ可诱导STAT蛋白磷酸化并移位至细胞核，激发基因转录[30]。在培养的心肌细胞，AngⅡ可诱导JAK/STAT双相激活，即AngⅡ作用于心肌细胞可分别在15～30分钟和20分钟两次形成ISGF复合物[31]。说明JAK-STAT途径是AngⅡ信号转导的一种主要途径。
AngⅡ作用于AT1受体激活JAK-STAT途径的机制仍然不清楚，尤其是JAK-STAT途径的上游部位，或者说AT1受体与JAK激酶之间的偶链机制仍然是一个需要进一步解决的课题。
2.3 SAPKs途径：
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SAPKs即应激激活蛋白激酶(stress-activated protein kinases)，或称c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JAKs)，因为c-jun是其最早发现的底物[32]。SAPKs在应激如缺血、再灌注、热休克等条件下激活，其激活途径类似于MAPKKK(MEKK)-MAPKK(MEK)-MAPK(ERK)。SAPKs的上游激活物位MEKK-1和SEK-1。已知SAPK/JNK激活是通过G蛋白偶链受体并且与G蛋白β γ的亚单位有关，但具体的应激信号怎样传到MEKK1-SEK1-SAPK途径还不清楚[33，34]。
SAPKs途径本来是在应激条件下胞内信号转导的一条途径，但是Kudoh S等发现在培养的乳鼠心肌细胞，AngⅡ可导致SAPK/JNK迅速激活，而且这与AT1受体有关，并伴有PKC活性和细胞内Ca2+的升高[35]。因此SAPKs途径也是AngⅡ信号转导的一条途径。
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收稿日期：1998-11-25
修回日期：2000-01-24, http://www.100md.com