尤運(yùn)冬 洪育蒲 王衛(wèi)星

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是體內(nèi)一個(gè)最重要的細(xì)胞器，具有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成、折疊和聚集的功能。內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)其功能的基本條件，任何擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的因素都可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于蛋白折疊的高負(fù)荷狀態(tài)，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)，激活多條下游信號(hào)通路，改善細(xì)胞生存；如果應(yīng)激反應(yīng)過(guò)于強(qiáng)烈或持久，ERS則引起細(xì)胞損傷甚至死亡[1]。

一、ERS的生物學(xué)特征

ERS分為3種類(lèi)型[2]：(1)未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蓄積觸發(fā)的未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)；(2)正確折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過(guò)度蓄積激活細(xì)胞NF-κB引發(fā)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過(guò)度負(fù)荷反應(yīng)(ER-overload response，EOR)；(3)膽固醇缺乏引發(fā)的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白質(zhì)通路調(diào)節(jié)反應(yīng)。其中UPR是介導(dǎo)ERS最重要的信號(hào)機(jī)制。

UPR主要涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的3個(gè)感受器蛋白：蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶 (protein kinaae R-like ER kinase, PERK)、肌醇依賴(lài)酶1α(inositol-requiring enzyme 1α, IRElα)、活化轉(zhuǎn)錄因子-6 (activating transcription factor 6, ATF6)。正常情況下，3種跨膜蛋白與分子伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78/Bip) 結(jié)合，呈無(wú)活性狀態(tài)。在缺血、缺氧及脂質(zhì)代謝紊亂的條件下，未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)大量堆積，競(jìng)爭(zhēng)性地與GRP78/Bip結(jié)合，使其與PERK、ATF6、IRElα解離，激活PERK-eIF2α、IRElα-XBPl和ATF6三大信號(hào)通路[3]，并將此信號(hào)傳遞給下游信號(hào)通路。UPR通過(guò)以下3種機(jī)制實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)[4]：(1)通過(guò)PERK途徑使eIF2α磷酸化，在轉(zhuǎn)錄翻譯水平減少蛋白質(zhì)的合成，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)擔(dān)；(2)通過(guò)IRE1α通路誘導(dǎo)分子伴侶、折疊酶基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解通路(ERAD)，清除過(guò)剩的未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白；(3)誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)分子伴侶、折疊酶增多，以及調(diào)節(jié)膜磷脂的合成，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)體積代償性增大等，上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)蛋白質(zhì)的折疊能力，最終恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

二、ERS的生物學(xué)作用

輕度ERS時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能激活UPR起到胰腺自身保護(hù)作用[5]。而過(guò)度持久的ERS超出細(xì)胞自身調(diào)節(jié)能力時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以通過(guò)誘發(fā)炎癥反應(yīng)、過(guò)度激活自噬，導(dǎo)致胰腺腺泡細(xì)胞的凋亡。

1．參與炎癥反應(yīng)：ERS誘導(dǎo)NF-κB的激活，參與AP炎癥反應(yīng)基因中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[6]，最終導(dǎo)致胰腺腺泡細(xì)胞的壞死。持續(xù)累積的炎癥反應(yīng)和壞死導(dǎo)致AP的進(jìn)一步發(fā)展[7]。UPR中3個(gè)信號(hào)通路均被證實(shí)參與激活NF-κB，但各自的機(jī)制不同[8]。(1)PERK通路介導(dǎo)半衰期較短的IκB合成減少，IκB/NF-κB比值減低，游離的NF-κB增多。(2)IRE1與凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)形成復(fù)合體，激活I(lǐng)κB激酶使IκB磷酸化，促進(jìn)其降解，激活NF-κB轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，介導(dǎo)細(xì)胞因子和趨化因子等大量炎癥遞質(zhì)的轉(zhuǎn)錄翻譯[9]。IRE1a還可通過(guò)裂解激活糖原合成激酶，參與IL-1β、TNF-α等炎性因子的調(diào)控。(3)ATF6也可調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)通路，但具體機(jī)制尚未明確。

2．參與細(xì)胞凋亡：ERS通過(guò)多條途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，包括CHOP、Caspase的活化及IRE1/TRAF2/ JNK等途徑的啟動(dòng)[10]。CHOP途徑是ERS細(xì)胞凋亡中最具特征的轉(zhuǎn)錄因子途徑，CHOP可以通過(guò)UPR三大信號(hào)通路激活，但主要通過(guò)PERK-eIF2α-ATF4軸。Caspase蛋白激活可以通過(guò)唯一一個(gè)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞質(zhì)中的成員Caspase-12啟動(dòng)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Caspase-12能刺激Caspase-9和Caspase-3產(chǎn)生，導(dǎo)致凋亡。JNK已經(jīng)被證實(shí)在ERS過(guò)程中誘發(fā)凋亡[11]。在AP中，激活的IRE1能使JNK磷酸化，進(jìn)而激活下游的轉(zhuǎn)錄因子(如c-jun、c-fos、Sap-1)的表達(dá)以及對(duì)RNA的穩(wěn)定性產(chǎn)生調(diào)節(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

3．參與細(xì)胞自噬：ERS介導(dǎo)細(xì)胞自噬發(fā)生主要依賴(lài)于UPR和Ca2+信號(hào)，銜接ERS與自噬的信號(hào)通路包括PERK-elF2α、IREl-TRAF2-JNK、Ca2+-鈣調(diào)蛋白激酶β(CaMKKβ)-mTOR復(fù)合體1(mTORCl)通路等[12]。PERK、ATF6、IRE1的激活以及增加的Ca2+已被證實(shí)是ERS誘導(dǎo)自噬的調(diào)節(jié)者。ERS導(dǎo)致的自噬都是依賴(lài)于eIF2α路徑。目前并不能確認(rèn)eIF2α調(diào)節(jié)自噬的機(jī)制，但有研究表明可能是ATF4通過(guò)誘導(dǎo)Atg12的表達(dá)參與這一過(guò)程[13]。

當(dāng)未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白數(shù)量超過(guò)了蛋白酶體調(diào)節(jié)的降解系統(tǒng)，自噬將被觸發(fā)以清除這些蛋白。ERS誘導(dǎo)的自噬可以平衡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹，清除聚集的蛋白，并且在過(guò)強(qiáng)和持久的壓力下有保護(hù)細(xì)胞的功能。

三、ERS與急性胰腺炎

近年來(lái)的研究已經(jīng)證實(shí)了ERS在急性胰腺炎(AP)的發(fā)生和發(fā)展中有著不可替代的作用[14]。胰腺腺泡細(xì)胞含有大量的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)去適應(yīng)合成消化酶以滿(mǎn)足其生理功能。在AP發(fā)病過(guò)程中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生顯著的改變[15]，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹和空泡形成以及核糖體的損失[16]。胰管逆行注射牛磺膽酸鈉幾分鐘后腺泡細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有囊泡粒子形成[17]。Low等[18]研究發(fā)現(xiàn)各種新合成的消化酶被運(yùn)送到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與Bip結(jié)合。Bip具有ATP酶活性，同時(shí)依賴(lài)ATP的水解供能幫助蛋白質(zhì)的正確折疊以及翻譯后修飾，在高爾基中組裝成酶原顆粒，然后分泌到細(xì)胞外環(huán)境中。當(dāng)出現(xiàn)UPR時(shí)，Bip分子與PERK、ATF6、IRElα解離，激活下游信號(hào)。通過(guò)GPR78基因敲除實(shí)驗(yàn)表明，Bip在AP腺泡細(xì)胞死亡時(shí)通過(guò)增加X(jué)連鎖凋亡抑制蛋白(XIAP)的表達(dá)，阻止Caspase蛋白的激活發(fā)揮抗凋亡作用[19]。Malo等[20]發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸分子伴侶4-苯基丁酸(4-PBA)能減輕ERS、胰蛋白酶原的激活以及腺泡細(xì)胞的凋亡。高濃度的4-PBA減少了PERK的磷酸化，XBP1激活下游的IRE1和Bip誘導(dǎo)，緩解胰腺炎誘導(dǎo)的ERS相關(guān)促凋亡通路，如CHOP表達(dá)、Caspase激活以及JNK磷酸化。最近Hong等[21]研究顯示，4-PBA通過(guò)調(diào)節(jié)ERS來(lái)調(diào)控胰島素合成及阻止胰島β細(xì)胞的凋亡和壞死，從而改善胰島β細(xì)胞的損傷和內(nèi)分泌的紊亂。另一種分子伴侶ORP150被認(rèn)為具有調(diào)控UPR以及增強(qiáng)蛋白質(zhì)分泌的作用。AP時(shí)胰島β細(xì)胞分泌大量的胰島素進(jìn)入到血循環(huán)，大量的未折疊和錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中累積。在這種情況下，大量ORP150作為分子伴侶出現(xiàn)在胰島細(xì)胞中，短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊，最終通過(guò)緩解ERS減少細(xì)胞死亡[22]。

Mori等[23]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)胰膽管逆行注射牛磺膽酸鈉后胰腺細(xì)胞中IRE1和Bip在3 h內(nèi)被激活。當(dāng)IRElα被過(guò)度激活，其膜結(jié)合受體蛋白TRAF2可以觸發(fā)ASK1和JNK途徑的活性。Yun等[24]研究表明，胰腺損傷導(dǎo)致ERS激活JNK和p38等通路，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子釋放和增加中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)。精氨酸誘導(dǎo)的AP早期階段(4 h)能觀察到PERK的活化和eIF2a磷酸化，還有3種eIF2激酶(GCN2、GRI、PKR)被激活。此外，ERS的進(jìn)程與許多基因和轉(zhuǎn)錄因子的激活有關(guān)，包括ATF3。ATF3磷酸化受PERK調(diào)控，在AP早期顯著增加[25]。

Bettaieb等[26]研究顯示，蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)基因敲除小鼠在蛙皮素和精氨酸誘導(dǎo)AP后胰腺組織損傷較對(duì)照組更加明顯，血清淀粉酶和脂肪酶，胰腺mRNA和血清IL-1B、IL-6、TNF-α較對(duì)照組顯著升高，促分裂原激活蛋白激酶活化增加和ERS反應(yīng)，表明PTP1B在炎癥信號(hào)傳遞中起到調(diào)控作用。Masamune等[27]報(bào)道，基因突變?cè)斐梢鹊鞍酌冈腻e(cuò)誤折疊，進(jìn)而導(dǎo)致早期產(chǎn)生保護(hù)效應(yīng)的ERS，若錯(cuò)誤折疊蛋白累積則會(huì)導(dǎo)致ERS反應(yīng)，加重AP。最近的一項(xiàng)研究報(bào)道，絲氨酸蛋白酶1(PRSS1)存在的突變位點(diǎn)(p.G208A)能導(dǎo)致ERS，并且與AP發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)直接相關(guān)[28]。羧肽酶是一種在胰腺中參與了胰液分泌的金屬蛋白酶。野生型A型羧肽酶-1(CPA1)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌并轉(zhuǎn)運(yùn)到胰管中，一個(gè)CPA1基因點(diǎn)突變可引起大量未折疊CPA1蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中聚集，導(dǎo)致ERS反應(yīng)，進(jìn)一步加重AP[29]。p.N256K是CPA1基因中最常見(jiàn)的突變位點(diǎn)，能夠通過(guò)增加X(jué)BP1的剪接以及分子伴侶Bip和鈣網(wǎng)蛋白的數(shù)量來(lái)造成ERS。迄今為止，超過(guò)70個(gè)的位點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)在AP的發(fā)生和發(fā)展中起到作用。

四、結(jié)語(yǔ)

AP的發(fā)生發(fā)展與ERS密切相關(guān)，無(wú)論病理還是生理狀態(tài)，胰腺都與ERS反應(yīng)機(jī)制相關(guān)，當(dāng)前研究的趨勢(shì)就是闡明ERS在AP中的作用[30]。早期的研究顯示，ERS和UPR通過(guò)抑制蛋白質(zhì)的合成、加速未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的分解減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)擔(dān)在AP中起到預(yù)防作用。最近研究已經(jīng)證實(shí)過(guò)度的ERS參與到腺泡細(xì)胞損傷和炎癥反應(yīng)，是一個(gè)促進(jìn)AP進(jìn)展不可缺少的因素。因此，大多數(shù)研究都是通過(guò)ERS途徑來(lái)減輕炎癥反應(yīng)。如用?；切苋パ跄懰峄?qū)胪庠葱訠ip基因上調(diào)Bip蛋白水平可顯著減輕ERS，對(duì)AP有明顯的保護(hù)效應(yīng)[31]。ERS與炎性細(xì)胞因子、氧自由基、細(xì)胞凋亡、Notch以及其他多種因素相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)介入可以用來(lái)治療AP。關(guān)于ERS的進(jìn)一步研究將對(duì)AP基礎(chǔ)研究和臨床治療具有重要的意義。

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