胡 深，張洪義

(1.安徽醫(yī)科大學 空軍臨床學院， 安徽 合肥 230023； 2.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院 肝膽外科，北京 100142)

1962年首先發(fā)現(xiàn)，在熱應激下果蠅幼蟲的唾液腺出現(xiàn)染色體膨突，之后膨突編碼的基因和蛋白質(zhì)得到證實為應激蛋白[1]。細胞能生存與熱應激蛋白的表達和積累密切相關(guān)，特別是應激蛋白基因表達的葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein/ immunoglobulin binding protein,GRP78/Bip)。最近10年內(nèi)，有關(guān)GRP78/Bip的研究以氧化應激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、創(chuàng)傷應激以及藥物和營養(yǎng)物質(zhì)缺乏應激居多。肝臟是機體物質(zhì)新陳代謝的生化工廠，這就決定了它易受到不同應激原的刺激。在應對有害刺激、保護肝臟組織中，GRP78/Bip的作用備受重視。

1 GRP78/Bip的概述

1.1 GRP78/Bip的來源

GRP78/Bip屬于應激蛋白家族，是龐大的糖蛋白超基因家族中較為保守的一員。研究發(fā)現(xiàn)，應激蛋白家族包括至少8個獨特的基因產(chǎn)物，即Hsp70- 1a、Hsp70- 1b、 Hsp70- 1t、Hsp70- 2、GRP78/Bip、Hsp70- 6、Hsc70和Hsp70- 9(也被稱為Grp75或mtHsp73或Mortalin)。它們從氨基酸序列、表達水平到亞細胞定位都不盡相同。其中GRP78/Bip和GRP75/Mortalin的定位分別限于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)腔和線粒體基質(zhì)，而其余6種應激蛋白主要在細胞質(zhì)和細胞核，這表明它們抑或?qū)ο鄳氖荏w蛋白顯示出特異性抑或具有表達獨立伴侶的特定功能。

1.2 GRP78/Bip的結(jié)構(gòu)

GRP78/Bip的結(jié)構(gòu)具有保守性。眾所周知，應激蛋白都具有高度保守的氨基酸序列和結(jié)構(gòu)域，包括：1)一個保守的ATP酶結(jié)構(gòu)域；2)蛋白酶結(jié)合點的中間區(qū)域; 3)肽結(jié)合結(jié)構(gòu)域; 4)一個富含G/P并擁有一個特殊結(jié)構(gòu)C-端區(qū)域，它可結(jié)合其伴侶蛋白或者其他應激蛋白。GRP78/Bip包含一個假定的N-末端定位信號，引導其定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，在其遠端的C末端，它有一個高度保守的相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號，該信號對可溶性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)局部化的蛋白質(zhì)是常見的。

1.3 GRP78/Bip的功能

結(jié)構(gòu)決定功能，GRP78/Bip的功能同樣具有保守性。這些功能與應激時細胞保護密切相關(guān)。業(yè)已證實，GRP78/Bip具有分子伴侶功能主要包括細胞間蛋白的傳導、降解不穩(wěn)定和錯誤折疊的蛋白、預防和溶解蛋白質(zhì)復合物、蛋白質(zhì)折疊和復性、網(wǎng)格蛋白小泡的脫殼以及控制調(diào)節(jié)性蛋白[2]。最新研究發(fā)現(xiàn)，GRP78/Bip過表達對高脂飲食誘導的糖尿病小鼠起到保護作用[3]。誘導型GRP78/Bip通過提高細胞膜的蛋白轉(zhuǎn)運功能以減少細胞Ca2+內(nèi)流，達到抑制鈣超載的目的[4]。GRP78/Bip的異常表達與遺傳性疾病Marinesco-Sj?gren綜合征(常染色體顯性多囊肝)、Wolcott-Rallison綜合征和多種癌癥等疾病有關(guān)；同時對于非酒精性脂肪肝的發(fā)生，GRP78/Bip 也可能起著關(guān)鍵作用[5]。在毒理學的研究中發(fā)現(xiàn)，尼古丁可誘導人胎盤絨毛癌細胞內(nèi)的GRP78/Bip蛋白表達[6]，類似的現(xiàn)象也發(fā)生在過氧化氫對肝癌細胞的作用[7]。

2 GRP78/Bip與肝臟應激損傷

對肝細胞應激損傷的研究主要從經(jīng)典的熱應激(heat stress,HS)、共通的氧化應激(oxidative stress,OS)和分子水平的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(endo-plasmic reticulum stress,ERS)出發(fā)，予以綜述。

2.1 GRP78/Bip與肝臟熱應激

HS是由熱刺激導致的肝臟保護性反應。大量研究表明，動物的熱應激與GRP78/Bip的表達密切相關(guān)，因為GRP78/Bib是具有代表性的分子伴侶蛋白[8]。肝臟在熱應激作用下可誘導GRP78/Bip的表達，輕度熱應激，產(chǎn)生適應性保護作用，以應對氧化應激誘導的細胞凋亡；而高熱抑制細胞增殖，誘導細胞氧化應激，增強肝細胞中的應激蛋白的表達[9]。

2.2 GRP78/Bip與肝臟氧化應激

肝臟氧化應激是肝細胞損傷的可能機制之一。有氧代謝的生理過程中，通過線粒體呼吸鏈代謝復合體產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)自由基，而細胞產(chǎn)生過量的ROS可以導致細胞OS狀態(tài)，肝臟細胞內(nèi)含有豐富的線粒體，當出現(xiàn)OS時，就先受到嚴重損傷。對于嚴重缺氧或氧化應激，GRP78/Bip在體內(nèi)過表達可以減少活性氧ROS，這對細胞生存也至關(guān)重要[10]。研究表明，肝病的共同發(fā)病機制可能與OS有關(guān)[11]。肝細胞中蛋白質(zhì)羰基化是蛋白質(zhì)/氨基酸修飾后的產(chǎn)物，氧化應激后蛋白質(zhì)羰基的發(fā)生率較高，以此作為一個有效的檢測標志物[12]，但羰基化是不可逆轉(zhuǎn)的。因此，含有羰基的蛋白質(zhì)，在維持細胞蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)時須有退化的蛋白酶體[13]。

據(jù)研究，分子伴侶是不會被氧化的蛋白，而是被泛素化修飾后的蛋白。作為分子伴侶蛋白，GRP78/Bip也同樣具備可泛素化。GRP78/Bip增加內(nèi)源性超氧化物歧化酶(super oxide dismutase, SOD)水平，所以在保護肝細胞正常生理代謝中有間接作用。輕度應激如發(fā)熱溫度，產(chǎn)生適應性保護作用，以應對氧化應激誘導的細胞凋亡[14]。在氧化應激期間，溶酶體鐵對氧化誘導細胞死亡起到主要決定因素。以往研究，通過對幾個關(guān)鍵蛋白從基因調(diào)控表達轉(zhuǎn)錄和翻譯上，認為氧化應激是細胞適應性自我保護。但現(xiàn)在有觀點認為細胞氧化應激最初機制是快速清除氧化受損的細胞蛋白[15]。氧化應激可能是在急性酒精誘導肝損傷下能量抑制的一個潛在性的機制[16]。以上研究對于氧化應激起到承前啟后的作用，進一步基因水平的研究對氧化應激的通路和信號傳導仍需學者們探討。

2.3 GRP78/Bib與肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激

肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress, ERS)是指肝細胞受到內(nèi)外因素刺激時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)、功能的狀態(tài)受到破壞時細胞采取的一系列反應狀態(tài)。GRP78/Bip位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，有利于新合成的蛋白質(zhì)的運輸?shù)絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，并隨后將其折疊[17]。HSPA5基因敲除的小鼠胚胎在胚胎3.5 d時死亡。因此，它被視為一個重要的管家基因[18]。

在肝細胞的胞質(zhì)中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在應激時，也會造成鈣穩(wěn)態(tài)失衡、蛋白質(zhì)修飾和運輸障礙，產(chǎn)生一種細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的狀態(tài)[19]。目前發(fā)現(xiàn)同型半胱氨酸異常代謝、氧化應激和鈣代謝紊亂等都能誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激。在這個過程中，可能產(chǎn)生一種未折疊蛋白反應(unfolded protein response, UPR)，這種反應會影響蛋白質(zhì)合成，反應強烈時甚至會誘導細胞凋亡[20]。對于UPR的通路研究，目前發(fā)現(xiàn)未折疊蛋白反應的3支(IRE1, PERK和ATF6)通路，因通過減少未折疊蛋白的水平，增強細胞生存能力，其中IRE1信號對細胞的命運起著關(guān)鍵作用[21]。肝細胞內(nèi)某些酶或物質(zhì)缺失，比如胱硫醚β合成酶和(或)甲基供體缺乏癥都會引起細胞氧化應激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，進而造成肝臟損傷，引發(fā)肝病發(fā)生[22]。在肝臟應激中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激是一個新興的課題，國外學者正在積極投入研究，同時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激對肝細胞凋亡和腫瘤形成都密切相關(guān)，但其具體機制和調(diào)控仍需深入研究[23]。

3 展望

當今對應激蛋白研究已經(jīng)在基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)控方面有了突出的進展，同時伴隨的還有免疫和腫瘤方面突破性研究，但這都未能確切的闡釋其具體的關(guān)聯(lián)和調(diào)控機制，對此還需要更多的實驗證明[24]。

而作為經(jīng)典的內(nèi)源性保護蛋白GRP78/Bip，在生物學功能上有其獨特的臨床應用價值。對GRP78/Bip在分子生物、生化以及基因信息傳遞方面深入的研究，尤其以肝細胞應激中的氧化應激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激為理論基礎(chǔ)研究，將給應激蛋白家族應用于臨床肝膽病，發(fā)現(xiàn)病因和病理機制提供全新的一頁。

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