劉 悅，唐曉麗，牛芬溪，方 芳

心肌缺血是一種常見的心血管疾病，目前我國患病率呈逐年上升趨勢，疏通血管實現(xiàn)再灌注是治療心肌缺血的常見方式，但血液復(fù)流可能引起心肌二次損傷。尋找安全有效的治療方式是心肌缺血面臨的重要任務(wù)，關(guān)于心肌缺血損傷的病理機制研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過多條途徑在心肌缺血損傷中發(fā)揮著重要作用[1]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于非正常狀態(tài)產(chǎn)生的一種應(yīng)激反應(yīng)，通過引起未折疊蛋白反應(yīng)對機體產(chǎn)生保護或損傷。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)凋亡反應(yīng)可能成為減輕心肌缺血損傷的一種新型治療策略[2-3]?，F(xiàn)綜述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的定義、引起心肌細胞凋亡的方式、調(diào)控參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的凋亡分子緩解心肌缺血損傷，以期為防治心肌缺血損傷提供治療策略。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激主要表現(xiàn)有3種不同的反應(yīng)即未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過度負荷反應(yīng)和固醇調(diào)節(jié)級聯(lián)反應(yīng)，其中未折疊蛋白反應(yīng)是介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的重要信號機制[4]。未折疊蛋白反應(yīng)通過減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外蛋白翻譯，增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)蛋白折疊效率，加強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解(ER-associated degradation，ERAD)或自噬等生物過程以減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)蛋白質(zhì)積聚，促使蛋白質(zhì)平衡恢復(fù)，進而保證細胞存活[5]。若內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激過重或持續(xù)時間較長，細胞功能性障礙和凋亡信號通路將被啟動[6]。

未折疊蛋白反應(yīng)主要由3條相互交織的通路組成，每條通路均由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜跨膜蛋白啟動，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔未折疊蛋白傳感器的3種跨膜蛋白分別為蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like ER kinase，PERK)、Ⅰ型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白激酶(type-1 ER transmembrane protein kinase，IRE1)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6，ATF6)。葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose-regulated protein 78/immunoglobulin binding protein，GRP78/BiP)是未折疊蛋白反應(yīng)的另一種關(guān)鍵蛋白，正常生理狀態(tài)下，GRP78分別與PERK、IRE1、ATF6結(jié)合處于穩(wěn)定狀態(tài)[7]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時，GRP78被招募參與折疊新的蛋白質(zhì)，而與3種跨膜蛋白發(fā)生分離，此時3條信號通路被激活進而引起一系列級聯(lián)反應(yīng)，如促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯，提高蛋白質(zhì)正確折疊能力，抑制蛋白質(zhì)產(chǎn)生和積聚等保護作用；誘導(dǎo)C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白(9CCAAT/enhancer binding protein homologous protein，CHOP)等凋亡蛋白表達進而引起凋亡等損傷作用[8]。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起心肌細胞凋亡的方式

有研究顯示，未折疊蛋白反應(yīng)分為早期、中期和晚期，早期主要是啟動上述3條通路，代償性減少未折疊蛋白數(shù)量，中期主要通過激活核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)和c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)引起細胞炎癥反應(yīng)，若這兩個階段的未折疊蛋白反應(yīng)未緩解未折疊蛋白負荷，晚期未折疊蛋白反應(yīng)將啟動凋亡程序?qū)е录毎麚p傷[9]。心肌缺血或缺血再灌注損傷分子機制復(fù)雜，涉及細胞內(nèi)鈣離子超載、細胞凋亡、線粒體損傷、氧化應(yīng)激、炎癥、自噬等，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與這些病理過程相互影響。Fang等[10]研究顯示，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與心肌缺血損傷，如二硫蘇糖醇(未折疊蛋白反應(yīng)激動劑)增強心肌缺血再灌注造成細胞凋亡，增加心肌梗死面積。Zhang等[11]對心肌缺血損傷與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)，細胞凋亡是引起心肌損傷的主要途徑，具體有以下3種方式：CHOP途徑、c-Jun氨基末端激酶途徑(JNK途徑)、半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-12途徑[11]。詳見圖1。

圖1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激下細胞凋亡途徑

2.1 CHOP途徑誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡 CHOP也稱GADD153，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡產(chǎn)生的標(biāo)志性分子。IRE1和ATF6均可直接誘導(dǎo)CHOP引發(fā)細胞凋亡，而PERK經(jīng)過轉(zhuǎn)錄因子4(activating transcription factor 4，ATF4)途徑間接調(diào)節(jié)CHOP引起細胞凋亡。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷后應(yīng)激大鼠伴隨心肌缺血損傷發(fā)生，主要是由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)PERK/CHOP途徑誘導(dǎo)心肌細胞凋亡引起。ATF4具有細胞凋亡的作用，但在缺血心肌細胞誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激后，ATF4只有在PERK激活后通過提高CHOP表達，進而發(fā)揮促進心肌細胞凋亡的作用[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，PERK通過激活翻譯起始因子(elF2α)引起凋亡蛋白CHOP表達，進而誘導(dǎo)細胞凋亡[14]。CHOP通過下調(diào)多種途徑引起心肌細胞凋亡，其表達增多破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜完整性，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+外流，通過鈣調(diào)蛋白分解酶激活Caspase-12引起Caspase介導(dǎo)的細胞凋亡。有研究顯示，缺氧/復(fù)氧的H9c2心肌細胞存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生，其中Caspase家族蛋白表達含量顯著提高[15]。CHOP可直接激活GADD34，并使之作用于蛋白激酶1，促進p-eIF2α發(fā)生去磷酸化，引起蛋白合成量增加，導(dǎo)致細胞因內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白超負荷而凋亡[16]。CHOP過量表達抑制抗凋亡基因B淋巴細胞瘤2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)轉(zhuǎn)錄，破壞抗凋亡蛋白Bcl-2和凋亡蛋白Bcl2-Associated X(Bax)的平衡，使Bax表達量相對增加，促進細胞凋亡[17]。Wang等[18]研究表明，心肌缺血再灌注組有利于凋亡的CHOP、Bax表達含量增加，抑制凋亡Bcl-2表達含量減少。

2.2 JNK途徑誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡 心肌細胞缺血缺氧誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生時，跨膜蛋白IRE1與GRP78解離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2)向胞漿中IRE1激酶結(jié)構(gòu)域聚集，兩者相互作用共同誘導(dǎo)細胞凋亡信號激酶1(apoptosis singnal-regulating kinase 1，ASK1)，三者合成IRE1-TRAF2-ASK1復(fù)合物[19]，進一步激活JNK。JNK又稱為應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)，通過下列方式發(fā)揮作用：①JNK被激活后轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜完整性被破壞，Ca2+外流增加，分解酶活化Caspase-12，引起Caspase家族誘導(dǎo)的細胞凋亡；②JNK被激活后，線粒體膜通透性加強，促進細胞色素C表達，引起線粒體途徑細胞凋亡；③大量活化的JNK促進細胞凋亡因子表達，如CHOP、Caspase-3及Bcl-2家族中促凋亡因子P53、Bax、Bak等，抗凋亡因子Bcl-2、Bcl-xl表達減少，促使細胞凋亡[20-21]；④被激活后的JNK轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，進而誘導(dǎo)腫瘤壞死因子(tumour necrosis factor，TNF)、凋亡蛋白Fas-L等配體表達，激活死亡受體途徑促進細胞凋亡。

2.3 Caspase-12蛋白酶途徑引起的心肌細胞凋亡 Caspase-12是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上特異性結(jié)合的水解蛋白，也是參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起凋亡的標(biāo)志分子。Caspase-12是Caspase家族中唯一一個參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而不參與線粒體途徑和死亡受體途徑的分子，在心肌細胞凋亡中發(fā)揮著重要作用[22]。丁玉紅等[23]研究丹參素對缺氧/復(fù)氧H9c2細胞的改善作用發(fā)現(xiàn)，丹參素可降低缺血心肌細胞Caspase-12表達，緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的細胞凋亡。田倪妮等[24]對67例急性心肌梗死病人進行臨床分析，結(jié)果顯示Caspase-12可啟動細胞凋亡程序，并闡明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激主要通過以下途徑激活Caspase-12：①TRAF2途徑即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起Procaspase-12與TRAF2形成復(fù)合物發(fā)生解離被激活；②鈣蛋白酶Calpain途徑即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生后，Ca2+穩(wěn)態(tài)被破壞，鈣蛋白酶被激活后轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外膜，對Procaspase-12進行切割形成活化的Caspase-12，進入胞漿發(fā)揮作用；③Caspase-7途徑即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起Caspase-7和促凋亡蛋白Bim移位至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外膜，對Procaspase-12進行切割使其活化。

3 調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)凋亡蛋白緩解心肌缺血損傷

隨著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與心肌缺血關(guān)系的不斷研究，一些化合物已證實通過緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)揮改善心肌缺血損傷的作用。Tang等[25]通過對缺氧/復(fù)氧心肌細胞研究發(fā)現(xiàn)，柚皮素(Naringenin)可逆轉(zhuǎn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的CHOP和Caspase-12增加，同時逆轉(zhuǎn)磷酸化的ATF6、PERK、IRE1，緩解缺氧復(fù)氧造成的心肌細胞損傷。Zhao等[26]建立大鼠心肌缺血再灌注損傷體內(nèi)模型和缺氧復(fù)氧細胞模型，使用Janus激酶2/信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(JAK2/STAT3)通路抑制劑，發(fā)現(xiàn)小檗堿(berberine)可激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中JAK2/STAT3信號通路達到改善缺血心肌細胞損傷的目的，同時抑制PERK和eIF2α磷酸化，進而抑制ATF4和CHOP凋亡蛋白表達。Yu等[27]研究發(fā)現(xiàn)紫丹酸(tournefolic acid B)預(yù)處理能改善離體大鼠心臟血流動力學(xué)參數(shù)和心功能，通過促進磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和蛋白激酶B(AKT)的磷酸化，降低CHOP和Caspase-12表達，增加Bcl-2/Bax比例，抑制心肌細胞凋亡損傷。人牛吡啶(Apelin-13)通過PI3K/AKT、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)等激活抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的凋亡通路，減少CHOP、Caspase-12、JNK表達，降低心肌缺血再灌注損傷[28]。Zhang等[29]研究顯示，五味子乙素(schisandrin B)通過抑制心肌缺血再灌注大鼠CHOP和Caspase-12蛋白表達，減少細胞凋亡，保護缺血心肌。

4 小 結(jié)

細胞凋亡是引起心肌缺血損傷的重要因素，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)控的細胞凋亡與心肌缺血損傷過程密切相關(guān)。雖然細胞凋亡發(fā)生、發(fā)展的具體分子機制尚不明確，通過干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)凋亡反應(yīng)參與心肌缺血損傷的作用環(huán)節(jié)和作用靶點有望成為疾病的新型治療方式，值得進一步深入研究。