貴州遵義醫(yī)學院(563000)李 佳 鄧勝利

內質網(wǎng)是真核細胞中最重要的膜性細胞器之一，其功能主要有蛋白質合成、折疊與修飾及將蛋白質運送到細胞中合適的位置。內質網(wǎng)分子伴侶如GRP78、GRP94、鈣聯(lián)蛋白和鈣網(wǎng)蛋白等組成疏水性結構域，促進未折疊蛋白正確折疊和蛋白質之間的集聚。內質網(wǎng)通過對蛋白質折疊水平細微變化的檢測，并將這些信息傳遞給細胞的其他部分，通過系統(tǒng)調節(jié)產(chǎn)生應答。由于各種應激如心肌梗死、缺血再灌注損傷等傷害性刺激導致細胞內質網(wǎng)內蛋白質折疊功能發(fā)生紊亂而致其穩(wěn)態(tài)失衡，生理功能發(fā)生紊亂的一種病理過程稱為內質網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)［1］?，F(xiàn)就內質網(wǎng)應激在心臟中的作用研究進展作一綜述。

1 ERS的生理基礎

當細胞在各種應激如缺血或心力衰竭等狀態(tài)時可出現(xiàn)代謝異常、蛋白質糖基化障礙、二硫鍵形成減少和鈣離子平衡紊亂時，導致錯誤折疊和未折疊蛋白在內質網(wǎng)腔內聚集，干擾內質網(wǎng)的功能，從而誘發(fā)ERS［2］。參與內質網(wǎng)應激信號轉導通絡的近端跨膜信號轉導分子有三個:PERK(protein kinase RNAlike ER kinase)、IRE-1(inositol-requiring protein-1)和ATF6(activating transcription factor 6)。其被分布于內質網(wǎng)中的錯誤折疊蛋白激活，進而誘導ERS基因表達，編碼內質網(wǎng)分子伴侶、鈣聯(lián)蛋白及二硫化物異構酶等，同時還把合成的蛋白質靶向輸送到細胞的其他位置促進內質網(wǎng)初始蛋白折疊［3］。此外，ERS可選擇性的增加mRNA翻譯，編碼內質網(wǎng)應激應答基因，從而抑制大多數(shù)蛋白的合成，減少未折疊蛋白在內質網(wǎng)中的集聚，它還可以減少內質網(wǎng)處理蛋白過程中的能量損耗［4］。

IRE-1可激活其下游信號分子XBP1和參與細胞質mRNA的剪切，XBP1能促進未折疊蛋白相關基因的轉錄，包括GRP78等。激活IRE-1還可產(chǎn)生TRAF2、ASK1和BAX/BAK蛋白質復合體，激活JNK、NFκB和ERK通路，在激活和抑制內質網(wǎng)應激相關性凋亡之間平衡中起至關重要的決定性作用。PERK可使轉錄因子eIF2α磷酸化，抑制蛋白質翻譯，促進轉錄因子ATF4翻譯。ATF4可改變細胞核位置，誘導未折疊蛋白目標基因轉錄。ATF4、XBP1和ATF6聚集在啟動子上編碼凋亡相關轉錄因子CHOP，進而促進細胞凋亡。

ERS可激活ERAD(ER-associated degradation)系統(tǒng)，促使錯誤折疊的內質網(wǎng)蛋白末端被蛋白酶體降解，緩解過度的ERS［5］。在細胞內環(huán)境穩(wěn)定的情況下，ERS能增加能量儲存，減少分解代謝，以滿足內質網(wǎng)折疊蛋白的需要，提高細胞的存活率。反之，內質網(wǎng)的能量需求得不到滿足時，其他的ERS將被激活介導細胞凋亡。因此，ERS的保護或損害作用取決于其作用的強度和時間［6］。

2 ERS在心臟中的作用

在心肌缺血或心肌肥厚等病理情況下，細胞內環(huán)境穩(wěn)定被破壞，影響內質網(wǎng)蛋白折疊功能，即發(fā)生了內質網(wǎng)應激。研究發(fā)現(xiàn)，ERS可在鼠心肌梗死邊緣、壓力負荷過重及心力衰竭等模型中被激活。其激活后可引起內質網(wǎng)內Ca2+耗竭，誘導SERCA2基因表達。在心肌缺血模型中，ERS除了抑制蛋白質糖基化和蛋白質合成外，還可影響內質網(wǎng)的氧化還原狀態(tài)。在基因改造的模型中研究發(fā)現(xiàn)，積聚在內質網(wǎng)的未折疊蛋白可激活內質網(wǎng)應激，繼而激活ATF6，證實ATF6在心肌病理狀態(tài)時具有保護作用，生理狀態(tài)有維持心功能的作用［7］。研究顯示，ATF6可誘導數(shù)百種基因，編碼內質網(wǎng)分子伴侶、二硫鍵異構酶、鈣聯(lián)蛋白及其他蛋白質，其中一部分靶向輸送到細胞質內，影響關鍵microRNA的轉錄水平，產(chǎn)生心肌保護效應。Wang等［8］研究發(fā)現(xiàn)，激活PI3K/Akt和ERK1/2 ERS信號通路，可抑制ERS和減輕線粒體功能障礙，產(chǎn)生相應的心肌保護效應。而當心肌處于病理狀態(tài)誘發(fā)ERS時不僅有ATF6和XBP1等保護性因子激活，還有一部份具有負性效應因子被激活。ERS被激活時活化的心肌細胞β腎上腺能受體可誘導內質網(wǎng)應激介導的細胞凋亡及PKC介導的心肌細胞損害［9］。

過度ERS可促進心肌缺血再灌注損傷所介導的細胞凋亡。ERS誘導的細胞凋亡可通過如下三種途徑:CHOP(C/EBP homologous protein)表達［10］、JNK(eJUN NH2-terminal kinases，JNK)的激活通路［11］和ER特有的半胱氨酸蛋白酶caspase-l2通路。CHOP/GADD153蛋白與JNK是聯(lián)系ERS與細胞凋亡的重要中間信號分子，Caspase蛋白水解酶是執(zhí)行細胞凋亡作用的終末分子。GADD153的轉錄上調是UPR中誘導凋亡的主要途徑。ERS發(fā)生時，會激活JNK，從而使caspase-12活化，最終引起細胞凋亡。ERS激活IRE1/ASK1/JNK的同時可造成DNA損傷，進一步引起凋亡。ERS還可以通過多種途徑激活Caspase-12，最終導致細胞凋亡。

3 內質網(wǎng)應激對Ca2+代謝的調控

內質網(wǎng)不僅能合成蛋白質及調控Ca2+釋放，而且在細胞的新陳代謝過程中扮演者重要的角色。細胞內蛋白質和脂質合成增加時，細胞能量消耗隨之增加，ATP合成增多以滿足增加的能量需要。內質網(wǎng)的能量調節(jié)通過線粒體和內質網(wǎng)之間相互作用。線粒體與內質網(wǎng)之間存在著一條復雜的信號轉導通路，并涉及了內質網(wǎng)與線粒體之間的Ca2+轉運，即為線粒體結合內質網(wǎng)膜(mitochondria-associated ER membrane，MAM)［12］。但線粒體外膜只有很少的一部分與內質網(wǎng)相關，這意味著只有相對較少的一部分內質網(wǎng)Ca2+通過MAM進入線粒體。因此，在內質網(wǎng)能量需求發(fā)生適應性改變時，線粒體能敏感而準確的產(chǎn)生精準的應答。

內質網(wǎng)Ca2+釋放主要通過蘭尼堿受體(ryanodine，RyR)和IP3(IP3 receptors)受體釋放。一部分Ca2+經(jīng)過細胞質末結構域進入線粒體，是內質網(wǎng)和線粒體結合的部位，包括使細胞質分子伴侶GRP75與內質網(wǎng)相關受體IP3及線粒體相關的電壓依賴性離子通道(voltage-dependent ion selective channel，VDAC)結合［10］。因此，Ca2+經(jīng)RyR或IP3釋放，進入內質網(wǎng)/線粒體空間，通過VDAC進如線粒體外膜，經(jīng)線粒體鈣單向轉運體(mitochondrial calcium uniporter，MCU)進入線粒體內膜［13］。在線粒體內，Ca2+可影響檸檬酸循環(huán)酶、α-酮戊二酸、丙酮酸及異檸檬酸脫氫酶的活性，進而增加線粒體ATP的合成。在ERS狀態(tài)下，內質網(wǎng)Ca2+釋放增多，相應的進入線粒體的Ca2+也增加，線粒體內ATP合成增多，通過新陳代謝的變化以適應內質網(wǎng)應激。內質網(wǎng)與線粒體之間存在一個GTPase結構域—線粒體融合蛋白2(mitofusin 2，Mfn2)［14］，心肌細胞中，內質網(wǎng)與線粒體通過Mfn2聯(lián)系在一起相互作用，Ca2+從內質網(wǎng)轉入線粒體中，調控心肌細胞線粒體能量代謝功能。

在心肌缺血再灌注損傷等病理狀態(tài)時，ERS程度增強會影響內質網(wǎng)/肌漿網(wǎng)Ca2+向線粒體的轉運。內質網(wǎng)內Ca2+釋放，進而大量Ca2+進入細胞質，即發(fā)生了細胞內鈣超載，引起線粒體內ATP能量合成減少，損害內質網(wǎng)初始蛋白質折疊與合成。研究顯示，內質網(wǎng)Ca2+漏出進而激活caspase-12和caspase-3是誘導缺血細胞凋亡的主要途徑之一［15］。因此，減輕內質網(wǎng)/肌漿網(wǎng)內Ca2+耗竭所致的細胞平衡紊亂，可改善細胞整體功能。眾所周知，缺血再灌注損傷時細胞內Ca2+紊亂會誘發(fā)心律失常。在離體心臟缺血三分鐘之后，收縮期和舒張期細胞Ca2+瞬變振幅增加［16］及Ca2+瞬變常數(shù)衰減時間延長，這與細胞缺血及酸中毒等抑制肌漿網(wǎng)Ca2+釋放和重新攝取密切相關。再灌注起始階段大量Ca2+涌入細胞細胞質而進一步加劇了細胞鈣超載。當Ca2+瞬變振幅下降時，而心肌舒張期的Ca2+瞬變則會輕微而穩(wěn)定的增加，這對細胞功能具有重要的意義。Valverde等［16］在離體心臟灌注時發(fā)現(xiàn)，再灌注起始時肌漿網(wǎng)鈣釋放導致胞質鈣瞬態(tài)增加。線粒體和肌漿網(wǎng)之間的相互作用可能是缺血/再灌注損傷時內質網(wǎng)應激的潛在原因。

4 內質網(wǎng)應激干預在心臟疾病治療中的潛力

ERS的作用存在兩面性，其信號通路的部分元件激活可以產(chǎn)生細胞保護作用，而另外一部分卻是產(chǎn)生損害的作用法。需選擇性地靶向激活特異的內質網(wǎng)應激信號，如增強適應性ER應激信號以達到預期的效果。在Belmont等［17］的研究中發(fā)現(xiàn)，改變心肌細胞中ATF6的表達后，其上調保護性基因和減少大量損害性基因的表達。Lynch等［18］選擇性的激活ATF6后發(fā)現(xiàn)可減輕心肌缺血性損害，保護受損心肌細胞，反之則產(chǎn)生相反的作用。激活ATF6下游的信號轉導分子如GRP78、PDIA6等可減輕心肌缺血性損害。Guo等［19］研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1可通過PERK/eIF2α、ATF6/CHOP和IRE1α/JNK等ERS信號轉導通路減少細胞凋亡。在心臟病理動物模型上使用化學分子伴侶，模仿在自適應內質網(wǎng)應激時上調內質網(wǎng)靶向分子伴侶改善細胞功能。抑制ER應激信號通路的非適應性因子也可能是一個成效的治療方法。通過調節(jié)P53正向凋亡上調因子(p53 upregulated modulator of apoptosis，PUMP)表達，抑制GRP78表達和caspase-12激活，減少內質網(wǎng)應激介導細胞凋亡，減輕心肌缺血再灌注損傷，產(chǎn)生心肌保護作用［20］。上述研究顯示，調控ERS信號通路可作為治療缺血性心臟疾病的一種手段，具有治療心臟疾病的潛力。

5 結語與展望

內質網(wǎng)是影響心肌細胞功能的重要細胞器，作為細胞蛋白質折疊和分泌的重要場所，還具有脂質合成和儲存Ca2+等的功能。心肌缺血再灌注損傷作為一個困擾人們生存和影響生活質量的難題，而ERS在心肌缺血再灌注損傷中具有重要作用。關于心臟中ERS信號的研究已持續(xù)了數(shù)十年，這些研究的成果為評估ERS信號通路在治療心臟疾病的潛力提供了重要的理論基礎。因此，如何調控ERS在合適的程度，選擇合適的藥物作用靶點，減少心肌缺血再灌注損傷將成為今后研究的重點和熱點。

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