葉勇，趙海霞，張長城

(1三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443000；2三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院)

細(xì)胞凋亡又稱為程序性死亡，是指生理性或者病理性因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序，導(dǎo)致細(xì)胞自主有序的死亡。與壞死不同，凋亡是主動過程，涉及一系列信號通路的激活與調(diào)控，與細(xì)胞增殖共同維持體內(nèi)細(xì)胞數(shù)量的動態(tài)平衡。研究表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)、線粒體通路、死亡受體通路及氧化應(yīng)激等均參與了細(xì)胞凋亡的發(fā)生發(fā)展，其中ERS是目前的研究熱點[1，2]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由細(xì)胞內(nèi)膜構(gòu)成的封閉網(wǎng)狀管道系統(tǒng)，是真核細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器，主要負(fù)責(zé)分泌型蛋白和膜蛋白的合成、折疊、修飾及運輸，同時也是細(xì)胞內(nèi)Ca2+的主要儲存庫。在某些生理和病理條件下(如氧化應(yīng)激、Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡及缺氧等)可引起蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的折疊受到抑制，促使未折疊蛋白聚集，激活未折疊蛋白反應(yīng)，引起ERS。ERS包括未折疊蛋白反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性死亡和整合應(yīng)激反應(yīng)三個相互聯(lián)系的動態(tài)過程，其中未折疊蛋白反應(yīng)起重要作用[3]。一定程度的ERS有利于激活細(xì)胞的保護性適應(yīng)機制，而ERS過強或持續(xù)時間過長，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)嚴(yán)重失衡，無法修復(fù)，則引起細(xì)胞凋亡[4,5]。因此，受損細(xì)胞往往會出現(xiàn)生存適應(yīng)和凋亡兩種結(jié)局[6]。ERS的反應(yīng)程度決定了受損細(xì)胞的轉(zhuǎn)歸，因此，針對ERS進行干預(yù)有望成為治療凋亡相關(guān)疾病的重要靶點?，F(xiàn)就ERS相關(guān)的信號通路及其與凋亡相關(guān)疾病的關(guān)系研究進展綜述如下。

1 ERS的信號通路

在生理狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的3類跨膜蛋白，即蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)、1型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)膜蛋白激酶(IRE1)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)，與腔內(nèi)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)感受器葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78/BiP)處于結(jié)合狀態(tài)，形成穩(wěn)定的復(fù)合物，下游相關(guān)信號通路處于失活狀態(tài)；當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊蛋白或錯誤折疊蛋白聚集時，GRP78/BiP感應(yīng)信號，與跨膜蛋白PERK、IRE1、ATF6發(fā)生解離，同時與未折疊蛋白結(jié)合，激活PERK、IRE1、ATF6三條經(jīng)典的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而促進蛋白質(zhì)的正確折疊、抑制蛋白質(zhì)的生成、加快非功能性蛋白的降解，加強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的自我修復(fù)能力，這一反應(yīng)即為未折疊蛋白反應(yīng)[7，8]。由PERK介導(dǎo)的信號通路能快速減少蛋白質(zhì)的合成，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的負(fù)荷，IRE1和ATF6介導(dǎo)的信號通路能增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶蛋白的合成，增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的折疊、轉(zhuǎn)運和降解的能力，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的負(fù)荷。其中IRE1信號通路在所有的真核細(xì)胞中均存在的，而PERK和ATF6信號通路只在高等真核細(xì)胞中存在。

1.1 PERK信號通路 PERK屬于Ⅰ類跨膜蛋白，具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，其N末端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，C末端位于胞質(zhì)中。在未折疊蛋白反應(yīng)早期階段，PERK可促進翻譯起始因子2的α亞單位(eIF2α)磷酸化，抑制翻譯起始復(fù)合物的形成，從而抑制蛋白質(zhì)的合成[9]。CHOP為PERK下游的轉(zhuǎn)錄因子，也是ATF4的直接靶點。當(dāng)引起嚴(yán)重未折疊蛋白反應(yīng)時，細(xì)胞通過PERK通路加強ATF4 mRNA與核糖體的作用效率，使ATF4表達增強，從而上調(diào)CHOP基因表達，CHOP誘導(dǎo)GADD34表達增加，促進p-eIF2α去磷酸化，抑制其反轉(zhuǎn)錄，促進BIM、PUMA等促凋亡相關(guān)基因的表達，同時也抑制Bcl-2家族中抗凋亡基因MCL-1等的表達，此外，ATF4/CHOP通路還可促進TRAIL-R1/DR4、TRAIL-R2/DR5等促凋亡基因的表達[10,11]。最新研究表明，在ERS中，miRNAs也可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，如miR-29a可通過下調(diào)ATF4通路中抗凋亡基因MCL-1的表達，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12]。

1.2 IRE1信號通路 IRE1也屬于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜表面的Ⅰ類跨膜蛋白，其胞內(nèi)段具有激酶活性和RNA酶活性。IRE1可直接與腫瘤壞死因子受體相關(guān)受體2(TRAF2)作用，激活凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)及下游的JNK和p38 MAPK，ASK1促使JNK及p38 MAPK磷酸化，磷酸化的JNK可促進Bcl-2家族中的促凋亡基因BID和BIM的表達，同時抑制抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-XL及MCL-1的表達；p38 MAPK磷酸化則激活CHOP，促進BIM、DR5表達，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[13，14]。同樣，在IRE1通路中miRNAs也起重要作用，miR-7表達降低，使膜環(huán)指蛋白的E3區(qū)域蛋白化，促使Bcl-2家族中抗凋亡蛋白Bcl-XL降解[15]。

1.3 ATF6信號通路 ATF6為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ⅱ類跨膜蛋白，是分子量為90 kDa的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白，其N末端位于胞質(zhì)內(nèi)，含有一個堿性鋅指結(jié)構(gòu)(BZIP)的DNA轉(zhuǎn)錄激活域，C末端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，能感受應(yīng)激信號。當(dāng)發(fā)生ERS時，ATF6以囊泡轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移到高爾基體，被高爾基體的S1P、S2P蛋白酶水解，釋放含有亮氨酸的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活因子，并斷裂成分子量為50 kDa的PSOATF6，為激活的ATF6。PSOATF6進入細(xì)胞核上調(diào)蛋白折疊酶和分子伴侶如GRP78、XBP1、CHOP和鈣網(wǎng)織蛋白等的表達[16]。另有研究表明，當(dāng)ATF6基因發(fā)生突變?nèi)缫莆弧⑷笔?、剪切等時，可致ATF6從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的轉(zhuǎn)運障礙、降低蛋白水解酶及轉(zhuǎn)錄酶活性及缺乏BZIP或BZIP功能不全，可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，還可引起視網(wǎng)膜病變，甚至視力喪失[17，18]。此外也有研究表明，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)強化降解α-甘露糖苷酶-1可加強ERS中運送ATF6至高爾基體的生物利用率，在緩解ERS及避免細(xì)胞凋亡起重要作用[19]。

2 ERS與凋亡相關(guān)性疾病

2.1 ERS與心肌缺血再灌注損傷(MIRI) MIRI是指缺血心肌在恢復(fù)組織血供后出現(xiàn)組織損傷進一步加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷。炎癥、凋亡、自噬、血小板激活、鈣超載等均參與了MIRI的發(fā)生發(fā)展。Zhang等[20]報道，在MIRI模型中，未折疊蛋白反應(yīng)被激活，且下游的PERK、IRE1、ATF6信號通路均被激活，使用未折疊蛋白反應(yīng)激動劑二硫蘇糖醇后細(xì)胞凋亡加重，心肌梗死面積增加，而使用未折疊蛋白反應(yīng)抑制劑4-苯丁酸后可對MIRI發(fā)揮保護作用。Martindale等[21]報道，在MIRI模型中，經(jīng)基因轉(zhuǎn)染技術(shù)特異性上調(diào)ATF6的表達，可有效減輕未折疊蛋白反應(yīng)，減輕MIRI。此外，也有研究表明，ATF6減輕未折疊蛋白反應(yīng)的同時，在ERS和氧化應(yīng)激間也起到了很好的連接作用[22]。Zhao等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在MIRI模型中，心肌細(xì)胞自身分泌的一種心臟保護性蛋白CTRP9可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的鈣網(wǎng)蛋白相互作用，減輕ERS，從而減輕心肌細(xì)胞凋亡，改善心功能，體外實驗也證實了這一結(jié)論。然而，目前通過抑制ERS減輕MIRI的研究尚停留在動物研究階段，關(guān)于抑制ERS減輕急性心肌梗死患者MIRI的研究鮮有報道。

2.2 ERS與衰老 衰老是指在各項生理及病理因素的綜合作用下，組織器官的機能減退，是個體生長發(fā)育的最后階段。我們的前期研究發(fā)現(xiàn)，與青年大鼠相比，衰老大鼠的睪丸、腦、心臟及腸道組織中ERS相關(guān)蛋白表達增加，細(xì)胞凋亡率增加；經(jīng)中藥制劑預(yù)處理后，衰老大鼠ERS相關(guān)蛋白表達受到抑制，細(xì)胞凋亡率下降；提示ERS參與各器官衰老的發(fā)生發(fā)展[24～27]。McLaughlin等[29]報道，在衰老小鼠的視網(wǎng)膜中，XBP1表達明顯降低，ERS的激活受阻；XBP1基因條件性敲除小鼠在12～14月齡時就表現(xiàn)出視網(wǎng)膜神經(jīng)退變，而這一表現(xiàn)在20～24月齡自然衰老小鼠才會出現(xiàn)；提示XBP1缺乏可加速年齡相關(guān)性視網(wǎng)膜神經(jīng)退變的發(fā)展。Wang等[31]研究證實，在老年C57小鼠耳蝸組織中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的分子伴侶GRP78表達降低，泛素化蛋白、Caspase-9、Caspase-3表達升高，提示ERS受損參與了年齡相關(guān)性耳聾的發(fā)生。

2.3 ERS與骨質(zhì)疏松 骨質(zhì)疏松是最常見的骨骼系統(tǒng)疾病，以微結(jié)構(gòu)損壞、骨強度下降和骨折風(fēng)險增加為特征，分原發(fā)性和繼發(fā)性兩大類?，F(xiàn)有研究表明：ERS可通過3條信號通路調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞及間充質(zhì)干細(xì)胞的功能、活性，引起成骨細(xì)胞凋亡增加、生成減少，破骨細(xì)胞凋亡減少，打破骨重建平衡，致使骨量減少[30]。同時Kim等[31]研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB受體激活劑可誘導(dǎo)ERS,促進破骨細(xì)胞增殖、分化，抑制ERS可下調(diào)破骨細(xì)胞相關(guān)基因表達，故抑制ERS可能為骨質(zhì)疏松癥的一種新的治療策略。但Zhang等[32]研究報道，甲狀旁腺素可從PERK-EIF2α-ATF4信號通路促進成骨細(xì)胞增殖、分化及加強HSP90與PERK的作用，維持PERK的穩(wěn)定性。用PERK-EIF2α-ATF4信號通路的抑制劑及干擾PERK、ATF4 mRNA后，成骨細(xì)胞標(biāo)志物及增殖相關(guān)標(biāo)志物基因表達均下調(diào)，HSP90抑制劑可降低PERK的表達及成骨細(xì)胞增殖、分化；因此ERS在骨質(zhì)疏松中的作用有待進一步研究。

2.4 ERS與肝硬化 肝硬化是臨床上常見的慢性進行性肝病，多因肝炎病毒感染或酗酒形成的彌漫性肝損害，特點為肝內(nèi)廣泛纖維化和肝功能異常，目前認(rèn)為肝星狀細(xì)胞是各種促肝硬化因素作用的最終靶點；ERS可通過介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，調(diào)節(jié)肝硬化相關(guān)因子表達等途徑參與肝硬化的發(fā)生發(fā)展[33]。在CCL4誘導(dǎo)小鼠肝組織纖維化模型中酸敏感離子通道1α(ASIC1α)及ERS相關(guān)蛋白表達均上調(diào)，ASIC1α被激活遷移到細(xì)胞膜上導(dǎo)致細(xì)胞外鈣的內(nèi)流通過PI3K/AKT通路激活ERS，促進肝星狀細(xì)胞凋亡，抑制肝硬化的形成[34]，Li等[35]的研究也證實ERS可以促進肝星狀細(xì)胞凋亡,抑制肝硬化的發(fā)生發(fā)展。

2.5 ERS與腫瘤 腫瘤的快速增殖往往伴隨著缺氧、營養(yǎng)成分缺乏和代謝產(chǎn)物的聚集，進而導(dǎo)致大量未折疊蛋白及錯誤折疊蛋白的聚集，誘發(fā)未折疊蛋白反應(yīng)。Feldman等[36]發(fā)現(xiàn)，在缺氧等惡劣環(huán)境下，腫瘤細(xì)胞可上調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)分子伴侶的表達，促進未折疊蛋白的折疊，加速內(nèi)質(zhì)網(wǎng)修復(fù)，增加其耐受性，促進腫瘤增殖。Song等[37]研究顯示，CD4+T細(xì)胞中IRE1α-XBP1信號通路的激活抑制T淋巴細(xì)胞進入腫瘤組織，促進卵巢癌的腫瘤逃逸。Xu等[38]研究證實，ERS功能減退與腫瘤耐藥相關(guān)，給予硼替佐米治療間皮瘤可增加未折疊蛋白反應(yīng)中PERK/eIF2α/ATF4信號通路的激活，促進其對藥物的敏感性。然而腫瘤的治療不同于其他疾病，理想的抗腫瘤藥物應(yīng)該是具有抑制增殖、促進凋亡雙重作用，同時一定程度ERS促進腫瘤細(xì)胞適應(yīng)惡劣的微環(huán)境，只有強而持久的ERS才會促進細(xì)胞凋亡，因此，針對腫瘤的治療需要尋找一個合適的截點。

ERS除了與MIRI、衰老、骨質(zhì)疏松、肝硬化、腫瘤相關(guān)外，還與糖尿病、感染性疾病、動脈粥樣硬化等多種疾病相關(guān)。一個細(xì)胞的存活與否取決于ERS對促生存與促凋亡間的平衡點，而這一平衡點的上游調(diào)節(jié)機制目前尚不清楚。同時，腫瘤相較于其他疾病有其特殊性，ERS在腫瘤中的作用機制是否也適用于其他疾病，有待進一步研究。此外，目前針對ERS藥物干預(yù)的臨床研究較少，其應(yīng)用于臨床仍需大規(guī)模、多中心臨床研究證據(jù)的支持。